UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
Facultad de Ciencias Económicas
Carrera de Finanzas
CAPITULO 11: ALGORITMOS DE DISEÑO DE BASES DE DATOS
RELACIONALES Y DEPENDENCIAS ADICIONALES
GUAÑUNA MONTALVO DAYANNA FERNANDALÓPEZ ULLOA MADELYN LUCELYVACA VACA FLABIA MERCEDES
Introducción Capítulo 11
Presenta una técnica de diseño relacional descendente y varios conceptos usados en el diseño de bases de datos comerciales.
El proceso consecuente recibe el nombre de diseño relacional por análisis, donde relaciones diseñadas anteriormente se analizan para detectar dependencias funcionales no deseadas.
Este capítulo usa la teoría de las formas normales y las dependencias funcionales manteniendo tres planteamientos:
1. Propiedades deseables de la concatenaciones no aditivas (sin pérdida) y la conservación de dependencias funcionales.
2. Diseño relacional por síntesis de dependencias funcionaNuevos tipos de dependencias.
Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia
11.1 Propiedades de las descomposiciones
11.1.1 Descomposición de una relación e insuficiencia de formas normales
11.1.2 Propiedad de conservación de la dependencia de uan descomposición
Los algoritmos de diseño de una base de daros relacional se inician a partir de un único esquema de relación universal R={A1, A2. . . An} que incluye todos los atributos de la base de datos.
El conjunto F de dependencias funcionales que se debe cumplir en los atributos de R está especificado por los diseñadores de la base de datos y disponible a través de los algoritmos de diseño.
Al usar dependencias funcionales, los algoritmos descomponen el esquema de relación universal R en un conjunto de esquemas de
relación D ={R1, R2. . . Rn} que se convertirán en el esquema de labase de datos relacional; D reciben el nombre de descomposición de R.
Cada dependencia funcional X Y especificada en F apareciera directamente en uno de los esquemas de relación Ri de la descomposiciónD, o pudiera inferirse a partir de las dependencias que aparecen en alguna
Ri. Esto se lo conoce como condición de conservación de la dependencia.
Si una descomposición no es de dependencia conservada, algunasde las dependencias se pierden en la descomposición.
Afirmación 1: Siempre es posible buscar una descomposición D con las dependencias conservadas respecto a F de modo que cada
relación Ri en D esté en 3FN.
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11.1.3 Propiedad no aditiva (sin pérdida)
de una descomposición.
La concatenación no aditiva , garantiza que no se generen tuplas falsas (Información incorrecta) cuando se aplica una operación de CONCATENACIÓN NATURAL (Natural Join) a
las relaciones de la descomposición.
Definición.- Una descomposición D={R1, R2, . . . Rm} de Rtienen la propiedad de concatenación sin pérdida (no aditiva)
respescto al conjunto de dependencia F en R si, por cada estado de relación r de R que satisface F, se mantiene lo siguiente, donde
* es la CONCATENACIÓN NATURAL de todas las relaciones enD: * (R1(r),... Rm(r)) = r
Algoritmo 11.1. Verificación de la propiedadde concatenación no aditiva.Entrada: Una relación universal R, una descomposición D={R1, R2... Rm} de R yun conjunto F de dependencia funcional.
Dada una relación R que está descompuesta en un número de relaciones R1, R2.... Rm, el Algoritmo 11.1 empieza con la matriz S que consideramos que es algún estado de relación r de R. La fila i en S representa una tupla ti
(correspondiente a la relación Ri) que tiene símbolos a en las columnas que secorresponden con los atributos de Ri y símbolos b en el resto.
El algoritmo transforma entonces las filas de esta matriz(en el buele del paso 4) de modo que representen tuplas que satisfagan todas las dependencias funcionales en F.
Al final del paso 4, dos filas cualesquiera de S (que presenten a dos tuplas de r)que coinciden en sus valores de atributos izquierdos X de una dependencia funcionalX Y en F coincidirán también en los valores de sus atributos derechos Y. Puede verse que tras aplicar el bucle de paso 4 , si una fila de S sólo cuenta con símbolos a, entonces las descomposición D tiene la propiedad de concatenación no aditiva
respecto a F.
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11.1.4 Comprobación de la propiedad de concatenación no aditiva en
descomposición binarias.
Descomposición binaria: la descomposiciónde una relación R en dos relaciones.
Propiedad NJBUna descomposición D = {R1, R2} de R tiene la
propiedadde concatenación sin pérdida (no aditiva)respecto un conjunto de dependencia funcionales
F en R si solo si:La DF ((R1 R2) (R1 - R2)) está en F, o bien
La DF ((R1 R2) (R2 - R1)) está en F.
11.1 5 Descomposiciones de concatenación no aditiva sucesivas.
Afirmación 2: Conservación de la no aditividad en
descomposicionessucesivas
Si una descomposición D = {R1, R2, ... Rm} de R tiene lapropiedad de concatenación no aditiva respecto a un conjunto de
dependencias funcionales F en R, y si una descomposición D1 = {Q1, Q2, ... Qk} de Ri, también tiene la propiedad en relación
a la proyección de F en Ri, entonces la descomposición D2 = {R1, R2, ... Ri-1, Q1, Q2 ... Qk, Ri+1, ... Rm} de R cuenta
a su vez con la propiedad de concatenación no aditiva respecto a F
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11.2 ALGORITMOS PARA EL DISEÑO DE UN ESQUEMA DE BASE DE DATOS RELACIONAL
11.2.1 Descomposición de la conservación de dependencias en esquemas 3FN
Crea una descomposición de la conservación de dependencias D = {R1, R2,... Rm} de una relación universal R basada en un conjunto de dependencias funcionales F, de modo de que
cada Ri en D esté en 3FN
Algoritmo 11.2. Síntesis relacional en 3FN con conservación de las dependencias.Entrada: Una relación universal R y un
conjunto de dependencias funcionales F en los atributos de R.
Afirmación 3: Todo esquema de relación creado por el Algoritmo 11.2 está en 3Fn
(la condición esta condicionada a que G sea un conjunto mínimo de dependencia)
El Algoritmo 11.2 recibe el nombre de algoritmo de síntesis relacional, porque cada esquema
de relación R, en la descomposición se sintetiza (construye) a partir del conjunto de dependencias
funcionales en G con la misma X izquierda.
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11.2.3. Conservación de las dependenciasy descomposición de concatenación noaditiva (sin pérdida) en esquemas 3FN.
Consigue que una descomposicón D de R cumpla lo siguiente:Conservar las dependenciasTener la propiedad de concatenación no aditivaQue cada esquema de relación resultante de la descomposición esté en 3FN.
11.2.2 Descomposición de concatenación no aditiva en esquemas BCNF
Descompone una relación universal R ={A1, A2, ... An} en unadescomposición D = {R1, R2,...Rm} de forma que cada Ri esté
en BCNF y que la descomposición D tenga la propiedad de concatenación sin pérdida respecto a F.
Algoritmo 11.3. Descomposición relacional en BCNF con la propiedad
de concatenación no aditiva.Entrada: Una relación universal R y un conjunto dedependencias funcionales F en los atributos de R.
Cada pasada por el bucle del Algoritmo 11.3 descompone un esquema de relación Q que no está en BCNF en dos esquemas de relación.Según la propiedad NJB para las descomposiciones ninarias y la
Afirmación 2, la descomposición D tiene la propiedad de concatenación no aditiva.
Al final del algoritmo, todos los esquemas de relación D estarán en BCNF.
Algoritmo 11.4.Síntesis relacional en 3FN con conservación de las
dependencias y propiedad de concatenación no aditivaEntrada: Una relación universal R y un conjunto de
dependencia funcionales F en los atributos de R.
Algoritmo 11.4(a).Localización de una clave K para R dado un
conjunto F de dependencias funcionales.Entrada: Una relación universal R y un conjunto
de dependencia funcionales F en los atributos de R.
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11.2.4. Problemas con los valores NULL y las tuplas colgantes.
Cuando una tupla tiene valores NULL en losvalores que se usarán para concatenar las relaciones
individuales en la descomposición.
Puede Provocar pérdidas inesperadas de información en las consultas que implican concatenación de ellas.
Es decir solo están representadas en una de las dos relaciones y que, por lo tanto, se perderíansi se aplicara una operaciñon
CONCATENACIÓN (INTERNA).
Tuplas colgantesSe pueden generar si llevamos a cabo una
descomposición demasiado lejos.
11.2.5. Normalización de algoritmos
Problemas que existen en los algoritmos de normativización es que:
El diseñador de la base de datos debe especificar primero todas las dependencias funcionales relevantes entre los atributos de la base de datos. Estos algoritmos son,
generealmente , no determinados.
Los algoritmos de síntesis (Algoritmos 11.2 y 11.4) precisan de la especificación de una cobertura mínima G para un conjunto de dependencias funcionales F.
El algoritmo de descomposición (Algoritmo 11.3) depende del orden en el que se le suministran las dependencias funcionales para verificar la violación de la BCNF.
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11.3 Dependencias multivalor y cuarta forma normal.
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• MDV: (Dependencia multivalor)• Cuarta forma normal: Basada en la dependencia MDV, que
prohíbe que una tupla tenga un conjunto de valores.
11.3.1. Definición formal de una dependencia multivalor
Definición: Una dependencia multivalor X Y especificada en un esquema de relación R, donde X e Y son subconjuntosde R, especifica las siguientes restricciones en cualquier relación r de R; si dos tuplas t1, t2 existen en r de modo que
t1 X = t2 X entonces también deberían existir otras dos tuplas t3 y t4 en r con las siguientes propiedades donde utilizamosZ para indicar (R - (X Y))
Una MVD X Y en R recibe el nombre de MVD trivial si:(a) Y es un subconjunto de X
(b) X Y = R
MVD no trivial Es una MVD que no satisface ni (a) ni (b)
11.3.2 Reglas de inferencia para dependencias funcionales y multivalor
Reglas de inferencia de Armstrongsólo para DF
Reglas de inferencia sólo para MVD
Reglas de inferencia para:DF y MVD
RI1 (Regla reflexiva para las DF):si X Y, entonces X Y.
RI2 (Regla de aumento para las DF):{X Y} XZ YZ.
RI3 (Regla transitiva para las DF):{X Y, Y } X Z.
RI4 (Regla de complementación para las MVD):
{X Y} {X R-(X Y))}.
RI5 (Regla de aumento para las MVD):
SI X Y y W Z, entonces WX YZ.
RI6 (Regla transitiva para las MVD):
{X Y, Y Z} X Y).
RI7 (Regla de duplicación de las DF a las MVD):
{X Y} X Y.
RI8 (Regla de coalescencia para las DF a las MVD):
si X Y y existe W con las propiedades de que (a) W Yestá vacío,
(b) W Z y (c) Y Z, entonces X Z.
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11.3.3 Cuarta Forma Normal
4FN se viola cuando una relación tiene dependenciasmultivalor no deseadas y, por tanto, puede usarse para
identificar y descomponer relaciones de este tipo.Es más estricta que la BCNF y prohibe esquemas de
relación como EMP.
Definición:
Un esquema de relación R está en 4FN respecto a un conjunto de dependencias F (que incluye dependencias
funcionales y multivalor) si, por cada dependencia multivalorno trivial X Y en F+, X es una superclave de R.
Si la relación tiene MVDs no triviales, entonces las operaciones de inserción, borrado y actualización en tuplas únicas pueden provocar
la modificación de otras tuplas.
Si la actualización se realiza incorrectamente, el significado de la relación podría cambiar. Sin embargo, tras la normalización en la 4FN,
estas anomalías desaparecen.
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11.3.4 Descomposición de concatenación no aditiva en relación 4FN (Cuarta forma normal)
Propiedad de la concatenación no aditiva:Descompone un esquema de relación R en
R1 =(X Y) y R2 = (R - Y) basandose en unaMVD X Y contenida en R.
Una condición necesaria y suficiente para descomponer un esquema en otros dos que tienen la propiedad de
concatenación no aditiva, como hace la propiedad NJB sólo trata con las DFs, mientras que la NJB' trata tanto
con las DFs como con las MVDs (recordando que una DF también es una MVD)
Propiedad NJB'Los esquemas de relación R1 y R2 forman una
descomposición de concatenación no aditiva deR respecto a un conjunto F de dependencias
funcionales y multivalor si, y solo si, (R1 R2) (R1 - R2) o,
por simetría, si solo si,(R1 R2) (R1 - R2)
Algoritmo 11.5Descomposición relacional en relaciones 4FN
con la propiedad de concatenación no aditiva.Entrada: Una relación universal R y un conjunto de dependencias funcionales y multivalor F.
Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia
11.4 Dependencias de concatenacióny quinta forma normal.
Dependencia de concatenación / JD (Join Dependency)
Quinta forma normal (5FN) o PJNF(Forma noral de proyección-concatenación/
Proyect-Join Normal Form)
Definición:Expresada por JD (R1, R2, ... Rn), especificada en un esquema de relación R, indica una restricción en los estados r de R que dice que
cada estado legal r de R debe tener una descomposición de concatenación no aditiva en R1, R2, ... Rn, es decir, por cada r tenemos:
*( R1(r), R2(r), .... Rn(r) ) = r.
JD trivial Si uno de los esquemas de relación
Ri de la JD (R1, R2,... Rn) es igual a R.Es trivial porque tiene la propiedad de concatenación no aditiva en cualquier estado de relación r de R y, por consiguiente, no especifica ninguna restricción en R.
Definición:Un esquema de relación R está en 5FN respecto a un
conjunto F de dependencias funcionales, multivalor y de concatenación si, por cada dependencia de concatenación
no aditiva Jd (R1, R2, ... Rn) en F+ (es decir, implicada por F), cada Ri es una superclave de R.
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DEPENDENCIAS DE INCLUSIÓNDEPENDENCIA DE INCLUSIÓN
relaciona atributos entre relaciones
dependencia funcional, multivalor o de concatenación
Formalizar los 2 tipos de restricciones interrelacionales
foreing key( restricción de la integridad referencial)
relacion clase/subclase
no necesariamente deben ser subconjuntos de un conjunto, los
dominios de los pares de atributos deben ser compatibles
OTRAS DEPENDENCIAS Y FORMAS NORMALES
OTRAS DEPENDENCIAS Y FORMAS NORMALES
DEPENDENCIASDE PLANTILLAS
DEPENDENCIAS FUNCIONALES
BASADAS EN FUNCIONESARITMÉTIAS Y
PROCEDIMIENTO
FORMA NORMAL DE DOMINIO CLAVE
Representación de restricciones en las relaciones que no tienen
definiciones formales ni sencillas, existen dons tipos de plantillas:
siempre y cuando un valor único de Y este asociado con cada X
para una relación de forma normal del dominio clave(DKNF) le es muy sencillo cumplir todas las restricciones de la base de datos comprobando
simplemente que cada atributo de una tupla est en el dominio apropiado y que se cumple cada restricción clave.
generación de tuplas
generación de restricciones
una plantilla consta de tuplas de hipótesis y la conclusión
la conclusion es un conjuto de tuplas
la conclusión es una condición que debe que debe cumplirse en las
tuplas de hipótesis
CAPITULO 12: METODOLOGÍA PRÁCTICA DE DISEÑO DE BASES DE DATOS Y USO DE LOS DIAGRAMAS
UML
GUAÑUNA MONTALVO DAYANNA FERNANDALÓPEZ ULLOA MADELYN LUCELYVACA VACA FLABIA MERCEDES
EL PAPEL DE LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN EN LA EMPRESA
USO DE SISTEMAS DE BASES DE DATOSEN EL CONTEXTO ADMINISTRATIVO
En los años 60 los sitemas de BD estaban dominados por los sistemas de
ficheros
en los años 70 es cuando ya se empieza a utilizar los sistemas de
base de datoslos datos son considerados como un
recurso corporativo y su administracion y control se realiza de
una forma centralizada
funciones de la empresa informatizadas
la complejudad de las relaciones entre los datos debe
ser modelada y mantenida
independencia de los datos,esquemas externos,
integración de los datos,SQL,
posibilidad de soporte
DESARROLLOS
computadores personales y productos software parecidos a
base de datos(eje. excel)
sistema de diccionarios:♥descripcion esquema ♥ descripción usuario
♥ relacion entre las transacciones de datos
♥estadísticas de uso
aparición de los DBMS cliente-servidor,
sistemas de diccionarios de datos, o almacenes de
información
EL CICLO VITAL DEL SISTEMA DE INFORMACIÓN
EL CICLO VITAL DEL SISTEMA DE INFORMACIÓN
El ciclo vital de un sistema de información suele recibir el
nombre de ciclo vital principal (macro life cycle)
el ciclo vital de una base de datos se conoce como
ciclo vital secundario (micro life cycle)
ANÁLISIS DE VIABILIDAD: analisis de las áreas
potenciales de la aplicacion, establece las prioridades entre
las aplicaciones
RECOPILACIÓN DE REQUISITOS Y ANÁLISIS: se recopilan requisitos de forma
detallada interactuado con los usuarios potenciales
DISEÑO: diseño sistema de base de
datos y de las aplicaciones
IMPLEMENTACIÓN: se implementa el
sistema de información
VALIDACIÓN Y PRUEBAS DE ACEPTACIÓN: se valida el sistema en
términos de rendimiento según los requisistos
IMPLEMENTACIÓN, OPERATIVA Y
MANTENIMIENTO: incluye la conversión de los usuarios
desde los sistemas antiguos a los nuevos
EL CICLO VITAL DEL SISTEMA DE APLICACIONES DE BASE DE DATOS
EL CICLO VITAL DEL SISTEMA DE APLICACIONES DE BASE DE DATOS
DEFINICIÓN DEL SISTEMA: Se define el
ambito del sistema de la BD, sus usuarios y sus
aplicaciones.
DISEÑO DE LA BASE DE DATOS: completo
diseño de lógica y física de la BD en el DBMS
elegido
IMPLEMENTACIÓN DE LA BD: especificación de las
definiciones internas, externas y conceptual
CARGA O CONVERSIÓN DE DATOS: la BD se rellena
de una carga directa de datos
MONITORIZACIÓN Y MANTENIMIENTO: las dos son constantes.
OPERATIVA: la BD y sus aplicaciones se ponen en marcha
VERIFICACIÓN Y VALIDACIÓN: el nuevo sistema se verifica y se
valida
CONVERSIÓN DE LA APLICACIÓN: cualquier aplicacion del sistema anterior se convierte en
nuevo.
EL DISEÑO DE LA BASE DE DATOS Y EL PROCESO DE IMPLEMENTACIÓN
EL DISEÑO DE LA BASE DE DATOS Y ELPROCESO DE IMPLEMENTACIÓN
diseñar la estructura lógica y física de una o más bases de datos para acomodar las necesidades de los
usuarios OBJETIVOS
satisfacer los requisitos de información de los usuarios y aplicaciones especificadas
ofrecer una estructuración de la información natural y fácil de
comprender
soportar las necesidades de procesamiento y culaquier
objetivo de rendimiento
FASES
Recopilación y análisis de datos
diseño conceptual de la base de dtos
elección de un DBMS
Mapeo del modelo de datos diseño físico de la base de datos
implementación y puesta a punto del
sistema
FASES
Recopilación y análisis de datos
diseño conceptual de la base de dtos
estrategia descendente
estrategia ascendente estrategia de dentro a fuera
estrategia mixta
Identificar las áreas de apliccion
estudiar y analizar la documentación
estudiar el entorno operativo
recabar preguntas de los usuarios.
llegar a un conocimiento completo
de la estructura de la BDdescripción estable del
contenido de la BDcomprensión del
esquema conceptualdescripción diagramática
esquema que contiene
abstracciones de alto nivel y despues se aplica refinamientos sucesivos de arriva
abajo
esquema que contiene
abstracción básica y luego se combina
a esas abstracciones
caso especial de estrategia ascendente en e que la atencion
se centra en un conjuto de conceptos
centrales
los requisitos se diven según estrategias
descendentes y se diseña parte del
esquema para cada división.
ESTRATEGIAS
Fase 3. Elección de un DBMS
Se de be considerar los factores: TécnicosEstructura de almacenamiento Rutas de acceso soportadasInterfaces de usurarios Programación disponible Tipos de lenguaje
Económicos Costos de adquisición del software y hardwareCosto de mantenimiento Costo de la creación de la base de datos Costo de funcionamiento
Los beneficios de adquirir un DBMS Ventajas intangibles frente a ficheros tradicionales La Web permite el acceso global de datos Reducción de los costos Evolución o crecimiento dinámico de los datos Volumen de datos y necesidad de control Ventaja de la reutilización Versiones con muchas configuraciones Hardware y Software Una solución total
Fase 4. Mapeo del modelo de datos (diseño lógico de la base de datos)
El mapeo se puede llevar a cabo en dos etapas: Mapear independientemente del
sistemano considera característica específica que se aplique a la implementación DBMS
El resultado de esta fase deben ser sentencias DDL en el lenguaje del DBMS elegido que especifican los esquemas a nivel conceptual y externo del sistema de bases de datos.
Ajustar los esquemas a un DBMS específico
Los diferentes DBMSS implementan un modelo de datos utilizando características de modelado y restricciones específicas
Fase 5. Diseño físico de la base de datosEl diseño físico de la base de datos es el proceso de elegir estructuras de almacenamiento específicas y rutas de acceso para los ficheros de la base, a fin de lograr un buen rendimiento de las distintas aplicaciones de la base de datos.
Tiempo de respuesta. Es el tiempo transcurrido entre el envío de una transacción de base de datos para su ejecución y la recepción de una respuesta.
Utilización del espacio. Es la cantidad de espacio de almacenamiento utilizada por los ficheros de la base de datos
Rendimiento o flujo de transacciones. Es la cantidad media de transacciones que se pueden procesar por minuto;
Uso de diagramas UML como ayuda a la especificación del diseño de la base de datos
UMl como un estándar para la especificación del diseño
son muy populares herramientas como Rational Rose para dibujar los diagramas UML,
se ha extendido generalmente al desarrollo de software y aplicaciones, no veremos aquí todos sus aspectos. Nuestro objetivo es mostrar algunas notaciones UM
UML (Lenguaje unificado de modelado, Untfied Modeling Language)
UML para el diseño de una aplicación de base de datos
contribuciones de la metodología UML ha sido juntar a los modeladores, analistas y diseñadores tradicionales de bases de datos con los desarrolladores de software
Diferentes diagramas en UML
Diagramas estructuralesDiagrama de clasesDiagrama de objetivos Diagramas de componentes Diagrama de implantación Diagrama de caso de usoDiagrama de secuencia Diagrama de colaboración Diagrama de estado Diagramas de comportamiento
Ejemplo de diagrama de estado para la base de datos UNIVERSIDAD
Ejemplo del Diseño de la base de datos UNIVERSIDAD como diagrama de clases
Rational Rose, una herramienta de diseño basada en UML
Rational Rose para el diseño de bases de datos
Herramientas de modelado más importantes del mercado para el desarrollo de sistemas de información
Rational Rose Data Modeler
Es una herramienta de modelado visual para diseñar bases de datos.
Es una herramienta de modelado visual para diseñar bases de datos
Modelado de datos con Rational Rose Data Modeler
Ingeniería inversa. Ingeniería directa y generación
DDL. Diseño conceptual en notación UML Bases de datos soportadas. IBM DB2 versiones MVS y UDB 5.x, 6.x, and 7.0. • Oracle DBMS versiones 8.x, 9.x, and 1O.x. • SQL Server DBMS versiones 6.5, 7.0 Y 2000. • Sybase Adaptive Server versión 12.x
Conversión del modelo de datos lógico al modelo de objetos, y viceversa.
Sincronización entre el diseño conceptual y la base de datos real.
Soporte de dominio amplio. Comunicación sencilla entre los
equipos de diseño
Herramientas automáticas de diseño de bases de datos1. Diagramación. Permite al diseñador trazar un diagrama del esquema
conceptual, en alguna notación específica de la herramienta.2. Mapeo de modelo. Implementa unos algoritmos de mapeo3. Normalización del diseño. Esto utiliza un conjunto de dependencias
funcionales que se proporcionan en el diseño conceptual
La mayoría de las herramientas incorporan alguna forma de diseño físico, incluyendo la opción de los índices
Ejemplo Diagrama de clases de la base de datos EMPRES
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