Definición de Bases de Datos.- Un conjunto de información almacenada en memoria auxiliar que permite acceso directo y un conjunto de programas que manipulan esos datos.

Requerimientos de las bases de datos:

El análisis de requerimientos para una base de datos incorpora las mismas tareas que el análisis de requerimientos del software. Es necesario un contacto estrecho con el cliente; es esencial la identificación de las funciones e interfaces; se requiere la especificación del flujo, estructura y asociatividad de la información y debe desarrollarse un documento formal de los requerimientos.
Requerimientos administrativos: se requiere mucho más para el desarrollo de sistemas de bases de datos que únicamente seleccionan un modelo lógico de base de datos. La bases de datos es una disciplina organizacional, un método, más que una herramienta o una tecnología. Requiere de un cambio conceptual y organizacional.

Características
Entre las principales características de los sistemas de base de datos podemos mencionar:
Independencia lógica y física de los datos.
Redundancia mínima.
Acceso concurrente por parte de múltiples usuarios.
Integridad de los datos.
Consultas complejas optimizadas.
Seguridad de acceso y auditoria.
Respaldo y recuperación.
Acceso a través de lenguajes de programación estándar

Ventajas de las bases de datos

Control sobre la redundancia de datos:
Los sistemas de ficheros almacenan varias copias de los mismos datos en ficheros distintos. Esto hace que se desperdicie espacio de almacenamiento, además de provocar la falta de consistencia de datos.
En los sistemas de bases de datos todos estos ficheros están integrados, por lo que no se almacenan varias copias de los mismos datos. Sin embargo, en una base de datos no se puede eliminar la redundancia completamente, ya que en ocasiones es necesaria para modelar las relaciones entre los datos.

Consistencia de datos:
Eliminando o controlando las redundancias de datos se reduce en gran medida el riesgo de que haya inconsistencias. Si un dato está almacenado una sola vez, cualquier actualización se debe realizar sólo una vez, y está disponible para todos los usuarios inmediatamente. Si un dato está duplicado y el sistema conoce esta redundancia, el propio sistema puede encargarse de garantizar que todas las copias se mantienen consistentes.

Comparición de datos:
En los sistemas de ficheros, los ficheros pertenecen a las personas o a los departamentos que los utilizan. Pero en los sistemas de bases de datos, la base de datos pertenece a la empresa y puede ser compartida por todos los usuarios que estén autorizados.
Mantenimiento de estándares:
Gracias a la integración es más fácil respetar los estándares necesarios, tanto los establecidos a nivel de la empresa como los nacionales e internacionales. Estos estándares pueden establecerse sobre el formato de los datos para facilitar su intercambio, pueden ser estándares de documentación, procedimientos de actualización y también reglas de acceso.

Mejora en la integridad de datos:
La integridad de la base de datos se refiere a la validez y la consistencia de los datos almacenados. Normalmente, la integridad se expresa mediante restricciones o reglas que no se pueden violar. Estas restricciones se pueden aplicar tanto a los datos, como a sus relaciones, y es el SGBD quien se debe encargar de mantenerlas.

Mejora en la seguridad:
La seguridad de la base de datos es la protección de la base de datos frente a usuarios no autorizados. Sin unas buenas medidas de seguridad, la integración de datos en los sistemas de bases de datos hace que éstos sean más vulnerables que en los sistemas de ficheros.
Mejora en la accesibilidad a los datos:
Muchos SGBD proporcionan lenguajes de consultas o generadores de informes que permiten al usuario hacer cualquier tipo de consulta sobre los datos, sin que sea necesario que un programador escriba una aplicación que realice tal tarea.

Mejora en la productividad:
El SGBD proporciona muchas de las funciones estándar que el programador necesita escribir en un sistema de ficheros. A nivel básico, el SGBD proporciona todas las rutinas de manejo de ficheros típicas de los programas de aplicación.
El hecho de disponer de estas funciones permite al programador centrarse mejor en la función específica requerida por los usuarios, sin tener que preocuparse de los detalles de implementación de bajo nivel.

Mejora en el mantenimiento:
En los sistemas de ficheros, las descripciones de los datos se encuentran inmersas en los programas de aplicación que los manejan.
Esto hace que los programas sean dependientes de los datos, de modo que un cambio en su estructura, o un cambio en el modo en que se almacena en disco, requiere cambios importantes en los programas cuyos datos se ven afectados.
Sin embargo, los SGBD separan las descripciones de los datos de las aplicaciones. Esto es lo que se conoce como independencia de datos, gracias a la cual se simplifica el mantenimiento de las aplicaciones que acceden a la base de datos.

Aumento de la concurrencia:
En algunos sistemas de ficheros, si hay varios usuarios que pueden acceder simultáneamente a un mismo fichero, es posible que el acceso interfiera entre ellos de modo que se pierda información o se pierda la integridad. La mayoría de los SGBD gestionan el acceso concurrente a la base de datos y garantizan que no ocurran problemas de este tipo.

Mejora en los servicios de copias de seguridad:
Muchos sistemas de ficheros dejan que sea el usuario quien proporcione las medidas necesarias para proteger los datos ante fallos en el sistema o en las aplicaciones. Los usuarios tienen que hacer copias de seguridad cada día, y si se produce algún fallo, utilizar estas copias para restaurarlos.
En este caso, todo el trabajo realizado sobre los datos desde que se hizo la última copia de seguridad se pierde y se tiene que volver a realizar. Sin embargo, los SGBD actuales funcionan de modo que se minimiza la cantidad de trabajo perdido cuando se produce un fallo.

Desventajas de las bases de datos

Complejidad:
Los SGBD son conjuntos de programas que pueden llegar a ser complejos con una gran funcionalidad. Es preciso comprender muy bien esta funcionalidad para poder realizar un buen uso de ellos.
Coste del equipamiento adicional:
Tanto el SGBD, como la propia base de datos, pueden hacer que sea necesario adquirir más espacio de almacenamiento. Además, para alcanzar las prestaciones deseadas, es posible que sea necesario adquirir una máquina más grande o una máquina que se dedique solamente al SGBD. Todo esto hará que la implantación de un sistema de bases de datos sea más cara.
Vulnerable a los fallos:
El hecho de que todo esté centralizado en el SGBD hace que el sistema sea más vulnerable ante los fallos que puedan producirse. Es por ello que deben tenerse copias de seguridad (Backup).

Tipos de bases de datos

TIPOS DE MODELOS DE DATOS Existen fundamentalmente tres alternativas disponibles para diseñar las bases de datos: el modelo jerárquico, el modelo de red y el modelo relacional.

MODELO JERARQUICO. Puede representar dos tipos de relaciones entre los datos: relaciones de uno a uno y relaciones de uno a muchos.

Bases de datos reticulares: el modelo reticular es muy parecido al jerárquico, y de hecho nace como una extensión de este último. También en estos modelos conjuntos de datos están unidos por relaciones de posesión, pero cada conjunto de datos puede pertenecer a uno o más conjuntos. La estructura resultante es una red de conjuntos de datos.

MODELO DE RED. Este modelo permite la representación de muchos a muchos, de tal forma que cualquier registro dentro de la base de datos puede tener varias ocurrencias superiores a él. El modelo de red evita redundancia en la información, a través de la incorporación de un tipo de registro denominado el conector.

MODELO RELACIONAL. Este modelo se está empleando con más frecuencia en la práctica, debido a las ventajas que ofrece sobre los dos modelos anteriores, entre ellas, el rápido entendimiento por parte de usuarios que no tienen conocimientos profundos sobre Sistemas de Bases de Datos.

BASES DE DATOS DISTRIBUIDAS. Las bases de datos distribuidas se están utilizando cada vez más en la misma medida en que se usan las arquitecturas de cliente-servidor y groupware. Los principales problemas que se generan por el uso de la tecnología de bases de datos distribuidas son en lo referente a duplicidad de datos y a su integridad al momento de realizar actualizaciones a los mismos. Además, el control de la información puede constituir una desventaja, debido a que se encuentra diseminada en diferentes localidades geográficas.

TENDENCIAS FUTURAS. En el futuro la mayoría de las organizaciones cambiarán la forma convencional de manejo de la información a la arquitectura de base de datos a las ventajas derivadas de su uso. El uso de las bases de datos distribuidas se incrementará de manera considerable en la medida en que la tecnología de comunicación de datos brinde más facilidades para ello. El uso de bases de datos facilitará y soportará en gran medida a los Sistemas de Información para la Toma de Decisiones.

Base de datos por objetos (object-oriented): el esquema de una base de datos por objetos está representado por un conjunto de clases que definen las características y el comportamiento de los objetos que poblarán la base de datos. La diferencia principal respecto a los modelos examinados hasta ahora es la no positividad de los datos. En efecto, con una base de datos tradicional (entendiendo con este término cualquier base de datos no por objetos), las operaciones que se tienen que efectuar en los datos se les piden a las aplicaciones que los usan. Con una base de datos object-oriented, al contrario, los objetos memorizados en la base de datos contienen tanto los datos como las operaciones posibles con tales datos. En cierto sentido, se podrá pensar en los objetos como en datos a los que se les ha puesto una inyección de inteligencia que les permite saber cómo comportarse, sin tener que apoyarse en aplicaciones externas.

Entre los diferentes tipos de base de datos, podemos encontrar los siguientes:

MySql: es una base de datos con licencia GPL basada en un servidor. Se caracteriza por su rapidez. No es recomendable usar para grandes volúmenes de datos.
PostgreSql y Oracle: Son sistemas de base de datos poderosos. Administra muy bien grandes cantidades de datos, y suelen ser utilizadas en intranets y sistemas de gran calibre.
Access: Es una base de datos desarrollada por Microsoft. Esta base de datos, debe ser creada bajo el programa Access, el cual crea un archivo .mdb con la estructura ya explicada.
Microsoft SQL Server: es una base de datos más potente que Access desarrollada por Microsoft. Se utiliza para manejar grandes volúmenes de informaciones.

DBMS más populares

El sistema manejador de bases de datos (dbms).

Es un conjunto de programas que se encargan de manejar la creación y todos los accesos a las bases de datos. Se compone de un lenguaje de definición de datos, de un lenguaje de manipulación de datos y de un lenguaje de consulta.

Una de las ventajas del DBMS es que puede ser invocado desde programas de aplicación que pertenecen a Sistemas Transaccionales escritos en algún lenguaje de alto nivel, para la creación o actualización de las bases de datos, o bien para efectos de consulta a través de lenguajes propios que tienen las bases de datos o lenguajes de cuarta generación.

Describir las funciones de cada componente de un sistema de base de datos

Los datos.
Es lo que se conoce como base de datos propiamente dicha. Para manejar estos datos utilizamos una serie de programas.
Los Programas.
Son los encargados de manejar los datos, son conocidos como DBMS (Data Base Management System) o también SGBD (Sistema Gestor de Base de Datos). Los DBMS tienen dos funciones principales que son:
- La definición de las estructuras para almacenar los datos.
- La manipulación de los datos.

Lenguajes del DBMS

En la estructura básica de un Sistema Manejador de Base de Datos se enuncian dos lenguajes que permiten trabajar sobre la base de datos. Estos lenguajes estándar son:

DDL (Data Definición language): Lenguaje de Definición de Datos. Por medio de este el DBMS identifica las descripciones de los elementos de los esquemas y almacena la descripción del esquema en el catálogo del DBMS. Por medio de este el DBMS especifica el esquema conceptual e interno (Base de datos Almacenada).
SDL (Store Definition language): Lenguaje de definición de almacenamiento. Es utilizado por el DBMS para especificar el esquema interno que corresponde a la Base de Datos Almacenada.
VDL (View Definition language): Lenguaje de Definición de Vistas. Es utilizado por el DBMS para especificar las vistas del usuario y sus correspondencias con el esquema conceptual.
En las Bases de Datos Relacionales, el SQL, representa una combinación de los anteriores.
DML (Data Manipulation language): Lenguaje de Manipulación de Datos. Permite la manipulación de las operaciones de Inserción, Eliminación y Modificación.
Tipos de DML's:
De alto Nivel o No por procedimientos: SQL.
De bajo Nivel o por procedimientos.
Usuarios de un Sistema Manejador de Base de Datos
Personal del DBA
Usuarios Esporádicos
Programadores de Aplicaciones
Usuarios parametritos
El DBMS es conocido también como Gestor de Base de datos.

El DBMS interpreta las peticiones de entrada/salida del usuario y las manda al sistema operativo para la transferencia de datos entre la unidad de memoria secundaria y la memoria principal.
En sí, un sistema manejador de base de datos es el corazón de la base de datos ya que se encarga del control total de los posibles aspectos que la puedan afectar.
Arquitectura de un manejador de bases de datos (DBMS)
Nota: Las partes utilizadas para ejemplificar la arquitectura se refieren a Oracle

Una base de datos en ejecución consta de 3 cosas:

Archivos
Control (ctl): almacenan información acerca de la estructura de archivos de la base.
Rollback (rbs): cuando se modifica el valor de alguna tupla en una transacción, los valores nuevos y anteriores se almacenan en un archivo, de modo que si ocurre algún error, se puede regresar (rollback) a un estado anterior.
Redo (rdo): bitácora de toda transacción, en muchos dbms incluye todo tipo de consulta incluyendo aquellas que no modifican los datos.
Datos (dbf): el tipo más común, almacena la información que es accesada en la base de datos.
Indices (dbf) (dbi): archivos hermanos de los datos para acceso rápido.
Temp (tmp): localidades en disco dedicadas a operaciones de ordenamiento o alguna actividad particular que requiera espacio temporal adicional.

Memoria
Shared Global Area (SGA): es el área más grande de memoria y quizás el más importante.
Shared Pool: es una caché que mejora el rendimiento ya que almacena parte del diccionario de datos y el parsing de algunas consultas en SQL.
Redo Log Buffer: contiene un registro de todas las transacciones dentro de la base, las cuales se almacenan en el respectivo archivo de Redo y en caso de siniestro se vuelven a ejecutar aquellos cambios que aún no se hayan reflejado en el archivo de datos (commit).
Large Pool: espacio adicional, generalmente usado en casos de multithreading y esclavos de I/O.
Java Pool: usado principalmente para almacenar objetos Java
Program Global Area (PGA): información del estado de cursores/apuntadores
User Global Area (UGA): información de sesión, espacio de stack

Procesos
Threading
System Monitor: despierta periódicamente y realiza algunas actividades entre las que se encuentran la recuperación de errores, recuperación de espacio libre en tablespaces y en segmentos temporales.
Process Monitor: limpia aquellos procesos que el usuario termina de manera anormal, verificando consistencias, liberación de recursos, bloqueos.
Database Writer: escribe bloques de datos modificados del buffer al disco, aquellas transacciones que llegan a un estado de commit.
Log Writer: escribe todo lo que se encuentra en el redo log buffer hacia el redo file
Checkpoint: sincroniza todo lo que se tenga en memoria, con sus correspondientes archivos en disco

El manejador es responsable de las siguientes tareas:

1 Interacción con el manejador de archivos: Los datos en la base se guardan en disco mediante el sistema de archivos, proporcionado comúnmente por el sistema operativo. El manejador de la base, traduce las diferentes proposiciones del manejo de datos en comandos del sistema de archivos de bajo nivel. De esta forma el manejador se puede encargar del almacenamiento, recuperación y actualización de los datos en la base.

2 Implantación de la integridad: Los valores de los datos que se almacenan en la base, deben satisfacer ciertas limitantes de consistencia, estas limitantes deben ser determinadas por el administrador, pero es el manejador el encargado de verificar que las actualizaciones que se hagan a la base cumplan con dichas normas.

3 Puesta en práctica de la seguridad: El manejador de la base es quien verifica que los accesos a la base sean realizados por las personas autorizadas.

4 Respaldo y recuperación: Entre las labores que debe ejecutar el manejador está la de verificar de forma constante la integridad de la base, y lograr recuperación de datos y/o mejoras en caso que se requieran.

5 Control de concurrencia: Se podría entender, esta, como la principal tarea del manejador de la base, o por lo menos la más difícil. Cuando varios usuarios están acensando la base al mismo tiempo, es posible que la consistencia de los datos no se conserve. El manejador debe encargarse de coordinar los accesos de los diferentes usuarios, de forma que los datos en la base no se dañen.
En términos ideales, un DBMS debe contar con estas funciones, sin embargo, no todos las poseen, así existen algunos manejadores que no cumplen la función de respaldo o de seguridad, dejándola al usuario o administrador; sin embargo un DBMS que sea completo y que deba manejar una base de datos multiusuario grande, es conveniente que cuente con todas estas operaciones.