4.1. Esquemas y niveles

 Para trabajar con nuestras BD, los SGBD necesitan conocer su estructura (qué entidades tipo habrá, qué atributos tendrán, etc.).


Los SGBD necesitan que les demos una descripción o definición de la
BD. Esta descripción recibe el nombre de esquema de la BD, y los SGBD
la tendrán continuamente a su alcance.

El esquema de la BD es un elemento fundamental de la arquitectura de un SGBD que permite independizar el SGBD de la BD; de este modo, se puede cambiar el diseño de la BD (su esquema) sin tener que hacer ningún cambio en el SGBD.

Anteriormente, ya hemos hablado de la distinción entre dos niveles de representación informática: el nivel lógico y el físico.

El nivel lógico nos oculta los detalles de cómo se almacenan los datos, cómo se mantienen y cómo se accede físicamente a ellos. En este nivel sólo se habla de entidades, atributos y reglas de integridad.

Por cuestiones de rendimiento, nos podrá interesar describir elementos de nivel físico como, por ejemplo, qué índices tendremos y qué características presentarán, cómo y dónde (en qué espacio físico) queremos que se agrupen físicamente los registros, de qué tamaño deben ser las páginas, etc.

 

* De hecho, en el año 1971, el          comité CODASYL ya había             propuesto los tres niveles de             esquemas.                                            

En el periodo 1975-1982, ANSI intentaba establecer las bases para crear estándares en el campo de las BD. El comité conocido como ANSI/SPARC recomendó que la arquitectura de los SGBD previese tres niveles de descripción de la BD, no sólo dos*.

 

 

 


De acuerdo con la arquitectura ANSI/SPARC, debía haber tres niveles de
esquemas (tres niveles de abstracción). La idea básica de ANSI/SPARC consistía en descomponer el nivel lógico en dos: el nivel externo y el nivel conceptual. Denominábamos nivel interno lo que aquí hemos denominado nivel físico.

 

Nota
Es preciso ir con cuidado para no confundir los niveles que se describen aquí con los descritos en el caso de los ficheros, aunque reciban el mismo nombre.

De este modo, de acuerdo con ANSI/SPARC, habría los tres niveles de esquemas que mencionamos a continuación:

a) En el nivel externo se sitúan las diferentes visiones lógicas que los procesos usuarios (programas de aplicación y usuarios directos) tendrán de las partes de

la BD que utilizarán. Estas visiones se denominan esquemas externos.

b) En el nivel conceptual hay una sola descripción lógica básica, única y global, que denominamos esquema conceptual, y que sirve de referencia para el resto de los esquemas.

c) En el nivel físico hay una sola descripción física, que denominamos esquema interno.

Figura 4




En el esquema conceptual se describirán las entidades tipo, sus atribu- tos, las interrelaciones y las restricciones o reglas de integridad.

El esquema conceptual corresponde a las necesidades del conjunto de la empresa o del SI, por lo que se escribirá de forma centralizada durante el denominado diseño lógico de la BD.

Sin embargo, cada aplicación podrá tener su visión particular, y seguramente parcial, del esquema conceptual. Los usuarios (programas o usuarios directos) verán la BD mediante esquemas externos apropiados a sus necesidades. Estos esquemas se pueden considerar redefiniciones del esquema conceptual, con las partes y los términos que convengan para las necesidades de las aplicaciones (o grupos de aplicaciones). Algunos sistemas los denominan subesquemas.


Al definir un esquema externo, se citarán sólo aquellos atributos y
aquellas entidades que interesen; los podremos redenominar, podremos definir datos derivados o redefinir una entidad para que las aplicaciones que utilizan este esquema externo crean que son dos, definir combina- ciones de entidades para que parezcan una sola, etc.

Ejemplo de esquema externo

Imaginemos una BD que en el esquema conceptual tiene definida, entre muchas otras, una entidad alumno con los siguientes atributos: numatri, nombre, apellido, numDNI, direccion, fechanac, telefono. Sin embargo, nos puede interesar que unos determinados programas o usuarios vean la BD formada de acuerdo con un esquema externo que tenga definidas dos entidades, denominadas estudiante y persona.
a) La entidad estudiante podría tener definido el atributo numero-matricula (definido como derivable directamente de numatri), el atributo nombrepila (de nombre), el atributo apellido y

el atributo DNI (de numDNI).


b) La entidad persona podría tener el atributo DNI (obtenido de numDNI), el atributo nombre (formado por la concatenación de nombre y apellido), el atributo direccion y el atributo edad

(que deriva dinámicamente de fechanac).


El esquema interno o físico contendrá la descripción de la organiza-
ción física de la BD: caminos de acceso (índices, hashing, apuntado- res, etc.), codificación de los datos, gestión del espacio, tamaño de la página, etc.

 

* En inglés, el ajuste se conoce con el nombre de tuning.

El esquema de nivel interno responde a las cuestiones de rendimiento (espacio y tiempo) planteadas al hacer el diseño físico de la BD y al ajustarlo* posteriormente a las necesidades cambiantes.

 

De acuerdo con la arquitectura ANSI/SPARC, para crear una BD hace falta definir previamente su esquema conceptual, definir como mínimo un esquema externo y, de forma eventual, definir su esquema interno. Si este último esquema no se define, el mismo SGBD tendrá que decidir los detalles de la organización física. El SGBD se encargará de hacer las correspondencias (mappings) entre los tres niveles de esquemas.

 

 

Esquemas y niveles en los SGBD relacionales

En los SGBD relacionales (es decir, en el mundo de SQL) se utiliza una terminología ligeramente diferente. No se separan de forma clara tres niveles de descripción. Se habla de un solo esquema –schema–, pero en su interior se incluyen descripciones de los tres niveles. En el schema se describen los elementos de aquello que en la arquitectura ANSI/SPARC se denomina esquema conceptual (entidades tipo, atributos y restricciones) y las vistas –view–, que corresponden aproximadamente a los esquemas externos.

El modelo relacional en que está inspirado SQL se limita al mundo lógico. Por ello, el estándar ANSI-ISO de SQL no habla en absoluto del mundo físico o interno; lo deja en manos de los SGBD relacionales del mercado. Sin embargo, estos SGBD proporcionan la posibilidad de incluir dentro del schema descripciones de estructuras y características físicas (índice, tablespace, cluster, espacios para excesos, etc.).

 

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