Niveles de arquitectura de una base de datos

La arquitectura de bases de datos se refiere a la estructura interna que permite gestionar los datos de manera eficiente en un sistema de bases de datos. Existen varios enfoques para la arquitectura de bases de datos, pero la más comúnmente aceptada es la arquitectura en tres niveles:

Nivel Interno (Nivel Físico):

Define cómo se almacenan los datos físicamente en el sistema, como se organiza la memoria, el almacenamiento de discos y la manipulación de archivos. Este nivel no es accesible directamente por los usuarios finales.

Elementos clave: Archivos de base de datos, índices, estructuras de almacenamiento y mecanismos de acceso a datos.

Ejemplo: La gestión del espacio de almacenamiento y las técnicas de acceso como B-trees o Hashing.

Nivel Conceptual (Nivel Lógico):

Representa la estructura lógica de los datos sin entrar en detalles sobre cómo se almacenan físicamente. Define las relaciones entre los datos, las tablas, las vistas y las restricciones.

Elementos clave: Esquema de la base de datos, relaciones, entidades, claves primarias y foráneas.

Ejemplo: El modelo relacional en el que las tablas contienen registros con atributos definidos.

Nivel Externo (Nivel de Vista):

Es la vista que los usuarios tienen de los datos. En este nivel, los usuarios interactúan con la base de datos a través de aplicaciones, vistas, formularios, etc., sin necesidad de conocer detalles del nivel conceptual ni físico.

Elementos clave: Vistas personalizadas, interfaces de usuario, permisos y seguridad.

Ejemplo: La interfaz de usuario que permite realizar consultas SQL o acceder a datos de forma filtrada.

Modelo de Datos 

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Dependiendo de cómo se gestionan los datos, existen varios modelos de datos utilizados en la arquitectura de bases de datos, tales como:

Modelo Relacional: Utiliza tablas para organizar los datos en filas y columnas. Es el más común en las bases de datos actuales, como MySQL, PostgreSQL, Oracle, etc.

Modelo Jerárquico: Los datos se organizan en una estructura en árbol. Fue utilizado en sistemas antiguos, como IBM's IMS.

Modelo en Red: Permite relaciones más complejas entre entidades, como en bases de datos CODASYL.

Modelo Orientado a Objetos: Combina conceptos de bases de datos con programación orientada a objetos, utilizado en sistemas como db4o.

Principales Consideraciones en el Diseño de Bases de Datos

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✔️Normalización: Es el proceso de estructurar los datos para evitar redundancias y dependencias no deseadas. Los pasos de normalización incluyen varias formas normales (1NF, 2NF, 3NF, BCNF).

✔️Seguridad: Implica la gestión de permisos de acceso y control de usuarios para proteger la integridad de los datos.

✔️Integridad de los datos: Mantener la precisión y coherencia de los datos mediante restricciones y validaciones.

Independencia entre los niveles

La arquitectura en tres niveles proporciona independencia de datos, lo que significa que los cambios en un nivel no afectan directamente a los otros niveles. Existen dos tipos de independencia:

Independencia lógica de datos:

Se refiere a la capacidad de modificar el esquema conceptual sin afectar las vistas externas.

Ejemplo: Si se agregan nuevos atributos a una tabla en el nivel conceptual, las aplicaciones que no usen esos atributos no se ven afectadas.

Independencia física de datos:

Se refiere a la capacidad de modificar el almacenamiento físico sin alterar el nivel conceptual.

Ejemplo: Si se reorganizan los archivos en disco o se cambia el tipo de almacenamiento, la estructura lógica de los datos sigue siendo la misma para los usuarios.

Gracias a esta independencia, el sistema de bases de datos es más flexible, escalable y fácil de mantener.