Los modelos de datos permiten describir los datos, sus interrelaciones y las restricciones necesarias para garantizar su integridad. El modelo relacional es uno de los más utilizados en el desarrollo de aplicaciones comerciales y por lo tanto, el diseño de bases de datos relacionales será el objetivo primario de esta unidad académica.

El modelo entidad-relación proporciona un medio de fácil comprensión para afrontar la primera etapa del diseño de bases de datos: el modelado conceptual, el cual se desarrolla mediante estructuras gráficas con las que se puede obtener la visión general de la organización de los datos y su interpretación en relación con los requerimientos de información que se plantean para una base de datos.

Para afrontar la siguiente etapa, denominada modelado lógico, se deben aplicar reglas de transformación que permiten obtener esquemas de relación que ofrecen una aproximación a la estructura final de la base de datos. Estos esquemas se complementan con la inclusión de reglas de integridad de los datos.

Los conceptos y actividades que se proponen en esta unidad le permitirán al estudiante desarrollar habilidades en el diseño de bases de datos relacionales.

Propósito general

Diseñar los modelos conceptual y lógico de una base de datos de acuerdo con los requerimientos de información y utilizando técnicas y modelos.

Propósitos específicos

• Elaborar el modelo conceptual de una base de datos de acuerdo con requisitos especificados.
• Aplicar reglas de transformación para obtener el modelo lógico de una base de datos.
• Establecer los aspectos de integridad de los datos que deben aplicarse en el modelo físico de datos.

El diseño de una base de datos implica la realización de una serie de actividades que comienza con el modelado conceptual. En esta primera etapa se deben abstraer los procesos y datos que se desean representar en la base de datos y para ello se utiliza el modelo de datos denominado modelo entidad-relación.

A través de la organización de conjuntos de datos y analizando las interacciones que existen entre ellos, se cumple el primer paso del modelado de una base de datos.

En los siguientes apartados se presentarán los componentes de este modelo, su representación y las técnicas para su construcción, a través de la ejemplificación de diferentes situaciones a modelar.

En el año 1976, el doctor Peter Chen publicó un artículo intitulado The Entity Relationship Model - Toward A Unified View of Data, en el que postuló el modelo entidad-relación (MER).

Dicho modelo tuvo bastante aceptación por proponer, de manera acertada, una forma de abstraer un contexto de negocio y presentar un esquema conceptual de una base de datos desde una construcción gráfica. Esto se hace posible mediante la utilización de tres elementos básicos: entidades, atributos y relaciones.

Tras reconocer los diferentes componentes del modelo entidad-relación y teniendo en cuenta los requisitos del diseño a elaborar, se procede con la construcción del diagrama entidad-relación.

Para el desarrollo de este tipo de diagramas se recomienda seguir los siguientes pasos:

• Reconocer el contexto.
• Identificar las entidades.
• Establecer las relaciones.
• Definir la cardinalidad.
• Identificar la participación en las relaciones.
• Determinar los atributos.
• Integrar todos los elementos.

Haga clic sobre el enlace para conocer en detalle cada uno de estos pasos.

Actividad de aprendizaje

La siguiente actividad de emparejamiento le permitirá poner en práctica los conocimientos adquiridos hasta este punto.

Debido a que algunas situaciones eran de difícil representación con las reglas del modelo entidad-relación básico, se incorporaron dos nuevos elementos al modelo produciendo lo que hoy en día se conoce como el modelo entidad-relación extendido o ampliado (MERE).

Estos dos nuevos elementos son dos relaciones exclusivas: especialización y generalización, y agregación.

Relaciones exclusivas

Estas relaciones se incorporaron al modelo básico para denotar que una entidad no puede tener vínculo o asociación simultánea con otras entidades. Se representan con una línea curva que comúnmente se conoce con el nombre de arco excluyente, y el cual sobrepasa las líneas de las relaciones sobre las cuales se requiere establecer esta condición.

Material de apoyo

Cuando se está haciendo el análisis para identificar las entidades es posible encontrar algunas que tienen las mismas generalidades que otras, y es por ello que se introducen los conceptos de supertipo y subtipo.

Un supertipo es un tipo de entidad que tiene los mismos atributos, o parte de ellos, de un conjunto de entidades. Por otro lado, un subtipo tiene atributos únicos respecto de otras entidades que pueden pertenecer al mismo supertipo.

Su notación corresponde a un triángulo con vértice hacia abajo, que contiene un atributo clasificador y une el supertipo con los subtipos. Para determinar su existencia en el modelo, se puede partir de dos situaciones:

• Generalización

  Al analizar un conjunto de entidades se identifican atributos comunes, los cuales se extraen de estas entidades y se ubican en una nueva entidad que los puede contener. Los atributos y relaciones del supertipo serán heredados por los subtipos.

• Especialización

  Al analizar los atributos de una entidad se obtiene que no todas las instancias de esa entidad tienen los mismos atributos. Los atributos independientes se deben separar en nuevas entidades generando los subtipos.

Para explicar de manera simple el concepto de agregación, se propone ver el videotutorial de la derecha en el que se muestra la manera de hacer un diagrama entidad-relación por medio de una herramienta informática.

Por otra parte, en la siguiente gráfica se presentan dos ejemplos, uno incorrecto y el otro correcto, de la forma de hacer las notaciones del modelo entidad-relación extendido.

Haga clic en el ícono para ver el ejemplo de una agregación.

Una vez que se ha obtenido el modelo conceptual de la base de datos a través de un modelo entidad-relación —que refleja la estructura de los datos y sus relaciones de manera coherente— se hace necesario transformarlo en un modelo lógico que se asemeje a una estructura de base de datos.

Pero antes de realizar este proceso de transformación se deben conocer los aspectos básicos del modelo relacional, los cuales deben reflejarse en el modelo final de la base de datos. Las reglas, el modelo y sus características permitirán adaptar el modelo a las reglas de negocio y requerimientos específicos del sistema que se desea modelar.

A continuación se explicarán el concepto de modelo relacional y las reglas de transformación para pasar de un modelo a otro.

El modelo de base de datos relacional se basa en registros, es decir que en este sistema los datos se agrupan en registros. A los conjuntos de registros que guardan el mismo tipo de información se les denomina «tablas» y las asociaciones existentes entre ellas pueden ser «tablas» o «relaciones».

El modelo relacional es uno de los más usados en los sistemas de bases de datos y se inspira en el concepto matemático de la teoría de conjuntos, por lo cual sus fundamentos de modelado y operación tienen una base sólida que le ha permitido seguir siendo utilizado, a pesar de ya han pasado más de 40 años desde que Edgar Frank Codd lo formuló en los años setenta.

Una tabla está compuesta por un conjunto de atributos denominados «campos», las filas de datos se denominan «tuplas» o «registros» y cada tupla dentro de una tabla debe ser única.

.	Material de apoyo

Una parte del proceso de modelamiento de una base de datos es la incorporación de restricciones asociadas a los datos en el modelo lógico. Algunas de estas reglas están asociadas al modelo relacional y otras pueden ser establecidas por las reglas del negocio de la organización y su contexto de negocio. La inclusión de estas restricciones permitirá garantizar un diseño más efectivo.

A partir de la aplicación de una serie de reglas es posible transformar un modelo entidad-relación a un modelo relacional. Las tres categorías en las que se pueden clasificar estas reglas son:

1. Transformación de entidades y atributos.
2. Transformación de relaciones.
3. Transformación del modelo entidad-relación extendido (MERE).

Actividad de aprendizaje

Haga clic sobre el enlace para acceder a una actividad que le permitirá poner en práctica los conocimientos adquiridos hasta este punto, mediante la gestión de una base de datos para una galería de arte.

Una de las técnicas más utilizadas para el modelamiento de bases de datos relacionales es el modelo entidad-relación, el cual fue propuesto en 1976 por Peter Chen. Según este modelo, a través de la utilización de tres elementos básicos: entidades, atributos y relaciones, es posible construir de manera gráfica el esquema conceptual de una base de datos.

El análisis de los requisitos del sistema permite identificar los diferentes elementos del modelo y ubicarlos dentro del contexto de negocio de una organización, para tal fin se sugiere una serie de pasos que facilitan su construcción y que van desde la identificación de entidades y el establecimiento de las relaciones entre ellas, hasta la identificación de los atributos que las caracterizan.

El modelado requiere una serie de refinamientos a partir de su validación con otros recursos propios de la especificación de requisitos del sistema, como casos de uso o diseños preliminares de interfaz gráfica. También es necesario verificar que se cumplen las reglas de integridad definidas para el modelo relacional, algunas de estas son determinadas por el mismo modelo de datos y otras dependen del contexto del sistema.

Por último, para convertir el modelo entidad-relación en un modelo relacional —el cual podrá ser implementado en un sistema de gestión de base de datos— se realiza un proceso que consiste en la aplicación de unas reglas que dependen del tipo de entidad, sus atributos y la cardinalidad y participación de las relaciones.