semana 5 base de datos relacionales

7/26/2019 Semana 5 Base de Datos Relacionales

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2. Modelo relacional de datos

Objetivos Comprender los principios estructuralesdel modelo de

datos relacional formal

Entender los conceptos integridad de entidadeintegridad referencial, y apreciar su importancia Entender los significados e implicaciones del concepto

nuloen el modelo relacional Comprender el concepto vista relacional, y la

problemtica asociada a la modificacin de datos atravs de vistas


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Contenidos2.1 Presentacin y orgenes del modelo relacional

2.2 Estructura de datos relacional2.3 Caractersticas generales de integridad de datos


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Bibliografa

[EN 2002] Elmasri, R.; Navathe, S.B.: Fundamentos de Sistemas deBases de Datos. 3 Edicin. Addison-Wesley. (Cap. 7, 8 y 9)

[EN 1997] Elmasri, R.; Navathe, S.B.: Sistemas de bases de datos.Conceptos fundamentales. 2 Edicin. Addison-WesleyIberoamericana. (Cap. 6 y 7)

[D 2001] Date, C.J.: Introduccin a los sistemas de bases de datos. 7 Edicin.Prentice-Hall. (Cap. 3 al 9)

[SKS 1998] Korth, H; Silberschatz, A., Sudarshan, S.: Fundamentos de bases dedatos. 3 Edicin. McGraw-Hill. (Cap. 3 y 4)

...


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Introducido por Codd, 1970

Es un Modelo de Datos Lgico - de Representacin -(basado en registros)

El modelo ms usado en las aplicaciones comerciales deprocesamiento de datos convencional

Dividido en 3 partes:

1. Estructura de Datos2. Integridad de Datos (caractersticas generales)

3. Manipulacin de Datos

2.1 Presentacin y orgenes del MR


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Base de Datos = Conjunto de Relaciones

Relacin Estructura de datosfundamental del modelo Tiene un nombrey representa una entidad genrica Conjunto de tuplas

Cada tupla representa una entidad

concreta Compuesta de atributoscon nombre (y dominio)

Cada atributo representa un atributode la entidad

Representada mediante una tabla con filas y columnas

Modelo basado en Teora matemtica Analoga entre Relacin (concepto matemtico) y Tabla Teora de Conjuntos y Lgica de Predicados de 1erorden Slida Base Formal

2.2 Estructura de datos relacional


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ttulo director gnero rodaje nacionalidad duracin

Amores Perros A. Gonzlez Drama 2000 Mxico 145

The Matrix A. Wachowsky Ciencia-ficcin 1999 EEUU 138

Torrente S. Segura Comedia 1997 Espaa 110

Nos miran N. Lpez Policiaco 2001 Espaa 118

Amelie J. P. Jeunet Comedia 2001 Francia 122

Los lunes al sol F. Len Drama 2002 Espaa 117

tuplas

car

dinalidad

gradoatributos

La relacin PELICULA

--- ---

--- ---

Ciencia-ficcin,Drama,Thriller,

Comedia...--- ---

--- ---

2002, 1997,1999, 2001,1994, 1972...

Italia,Argentina,Espaa, EEUU,Francia,Japn..

--- ---

--- ---

dominios Ttulos Nombres

Gneros Aos Pases

Tiempo


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Trminos bsicos


Modelo Relacional Procesamientode FicherosFormal SQL-92

Relacin Tabla Fichero

Tupla Si la tupla t est en la relacinR, entonces tR Fila Registroconcreto

Atributo Debe tener un nombre nicodentro de cada relacincabecera deColumna

Nombre deCampode registro

Cardinalidad n de tuplas en una relacin =

Grado n atributos en una relacin =

Dominio coleccin de valores permitidospara ciertos atributos =


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Conjunto de valores atmicosdel mismo tipo, dondetoman su valor los atributos

La definicin de dominios forma parte de la definicin de la BD

Cada atributo definido sobre un NICO dominioOBLIGATORIO Si A, B representan un mismo concepto, A y B con mismo dominio Dominio D puede contener valores no tomados por ningn atributo

{valores de A} Dominio(A)

Comparaciones Restringidas a Dominio La comparacin de dos atributos slo tiene sentido si ambos toman

valores del mismo dominio Si el SGBD soporta dominios, podr detectar este tipo de errores

Definiciones formales: DOMINIO



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Una relacin R, sobre conjunto de dominios D1, D2 ...Dnse compone de dos partes:

EsquemaoCabecera

Conjunto de pares Atributo:Dominio{ (A1:D1), (A2:D2) ... (An:Dn) }

Cada Ajtiene asociado slo un Dj LosDino tienen por qu ser distintos entre s

Estado,Cuerpo oInstancia Conjunto de tuplasque contiene en un instante concreto tupla = conjunto de pares Atributo:Valor

{ { (A1:vi1), (A2:vi2) ... (An:vin) } }, donde i=1..m

Definiciones formales: RELACIN(1)



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Un esquema de relacin:PELICULA (titulo:Titulos, duracion:Tiempo, director:Nombres, estreno:Fechas)

Un estado de la relacin:{ { (titulo:Torrente), (duracion:110), (director:S.Segura), (estreno:1997) }

{ (titulo:The Matrix), (duracion:138), (director:A.Wachowski), (estreno:1999) }... }

El estadode una relacin es variable en el tiempo nuevastuplas, modificacino borradode existentes

El esquemanosuelevariarcostoso:

reescritura de miles de tuplas valores de nuevos atributos para tuplas ya existentes?

Suele incluir un conjunto de Reglas de Integridad(se ver)




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Propiedadesde una Relacin

1. Noexisten tuplasrepetidas

2. Las tuplas no estn ordenadas

3. Los atributosnoestn ordenadosesquema = conjunto de pares Atributo:Dominio

4. Los valoresde atributos sonAtmicos

dominio = conjunto de valores atmicos Interseccin fila/columna = un solo valor (no lista de valores)

Si Rcumple esta propiedad, R est en1FN

estado = conjuntomatemtico de tuplas




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FORMAS NORMALESR est en FNsi

cumple conjunto de condiciones o restricciones

necesarias para estar bien diseada

de acuerdo con el modelo relacional de datos.

Toda relacin ha de estar en 1FN (estructura de datos simple)




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Relacin vs. Tabla Relacin: Representacin abstracta de un elemento de datos

Tabla: Representacin concretade tal elemento abstracto

Ventajas

Representacin muy sencilla(tabla) del elemento abstractobsico (relacin) del Modelo Relacional

Fcil de utilizar, entender, razonar...

Inconveniente

Aparente ordenentre filas y entre columnas de la tabla




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Percibida por usuarioscomo unacoleccin de relaciones de diversos grados (n de atributos) que varan con el tiempo (n de tuplas, estado)

Las relaciones (tablas) son la estructura lgica de la BD Niveles externo y conceptual ANSI/X3/SPARC

Toda BDR cumple el Principio de Informacin:Todo contenido de informacin de la BD est representado

de una y slo una forma: como valoresexplcitosdentro de posiciones de columnas dentro de filas dentro de tablas

Conexin lgica entre Relaciones(vnculoo interrelacin) Representadamediantevalores Noexistenpunteros(visibles al usuario)

Definiciones formales: BD RELACIONAL (1)



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En una BDR distinguimos... Esquemade base de datos

Descripcin de la base de datos Conjunto de esquemas de relacin

PELICULA ( titulo:Ttulos, director:Nombres, gnero:Gneros,rodaje:Aos, nacionalidad:Pases,duracin:Tiempo )

ACTOR ( nombre:Nombres, nombreArtistico: Nombres,agente:Nombres, cache:Dinero )

DIRECTOR ( nombre:Nombres, nacionalidad:Pases, operaPrima:Ttulos )

...

Estadoo instancia de base de datos Visin del contenido de la base de datos en cierto instante Conjunto de estados de relacin

Definiciones formales: BD RELACIONAL (2)



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Todo estadode BD refleja la realidad es un modelode una porcindel mundo real (minimundo)

Algunas configuraciones de valores NO tienen SENTIDO pues no representanningn estado posibledel minimundo

2 personas distintas con el mismo DNIUn empleado sin NSSUn alumno con -29 aosUna pelcula sin director

Definicin de la BD (esquema) necesita incluirREGLAS DE INTEGRIDAD

2.3 Caractersticas generales deintegridad de datos


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17Claves Candidatas y PrimariasClaves Ajenas(o forneas o externas)

Informan al SGBD de restricciones del mundo real As, el SGBD evita configuraciones de datos imposibles Aumentan la capacidad expresiva del modelo relacional

Cumplen que: Forman parte de la base de datos Se cumplen para cualquier estado de la BD No varan con el tiempo

Son especficas de cada BD particular, pero el

Modelo Relacional incluye...caractersticas generales de integridad

importantes y necesarias en todaBD


Reglas de integridad


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Sea R una relacin R(A1:D1, A2:D2,... An:Dn)

Una superclavede R es un subconjunto SKde atributostal que cumple la restriccin de Unicidad:

No existen dos tuplas distintas con la mismacombinacin de valores para SK

Una clave de R es una superclave tal que cumple larestriccin de Irreductibilidad:

Ningn subconjunto de CK cumple la r. Unicidad

Clave Simple (1 atributo)o Compuesta (varios atributos) Cada clave es una restriccin de integridad


Superclave y Clave de una relacin


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Claves como restriccin de integridadCLIENTE (codCliente, nombre, ciudad, telefono,...)

Qu implicaciones tiene establecer como clave...a) CK = {codCliente, ciudad}b) CK = {codCliente} ?

Varias claves en una relacinRelacin para registrar las visitas de pacientes a sus mdicos de familia. Un mismopaciente puede visitar a su mdico varias veces en un mismo da

VISITAMEDICA (nssPaciente, historial, fecha, hora, numVisita, medico, observ)Claves (VISITAMEDICA)={ {nssPaciente, numVisita}, {nssPaciente, fecha, hora},

{historial, numVisita}, {historial, fecha, hora}}


Superclave y Clave: Ejemplos


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Si R tiene varias claves Claves CandidatasClaves (ACTOR) = { {nombre}, {nombreArtistico} }Claves (EMPLEADO) = { {dni}, {nombre, fechaNac}, {nss} }

La Clave Primaria(Primary Key, PK) es la clave candidataelegida para identificar las tuplas de RClave Primaria (ACTOR) = {nombreArtistico}Clave Primaria (EMPLEADO) = {nss}

Las Claves Alternativas(Alternative Keys, AK) son el restode claves candidatasClaves Alternativas (ACTOR) = {nombre}Claves Alternativas (EMPLEADO) = { {dni}, {nombre, fechaNac} }


Clave Candidata, Primaria y Alternativa


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Conjunto de atributos FKde una relacin R2, tal que:1. Existe otra relacin R1 con clave primaria PK , y2. Cada valor de FK en R2 es idntico al de PK en alguna tupla de R1

Conjunto de atributos de una relacin que hace referencia ala clave primaria de otra relacin (o la misma)

PELICULA (ttulo, gnero, duracin, director, ...)DIRECTOR (nombre, nacionalidad, ...)

EMPLEADO (codEmp, nombre,jefe, nss, ...)

LIBRO (ttulo, isbn, autor, editorial, edicin, ao, ...)ESCRITOR (dni, nombre, ...)ARTICULO (ttulo, tema, autor, revista, pgina, ...)


Clave Ajena (Externa o Fornea)


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Cada componente de una FK debe estardefinidosobre el mismo dominioque el correspondienteatributode la PK a la que referencia

PACIENTE (nss, nombre, direccin, ...)HISTORIAL (nss, especialidad, fechaApert, ...)VISITA (nss, especialidad, numVisita, fecha, ...)

Clave Ajena Simple o Compuesta El uso de Claves Ajenas facilita...

Eliminacin de la Redundancia: Integridad entre ficheros Mecanismo del Modelo Relacional de datos para establecer

VNCULOS ENTRE RELACIONES


Clave Ajena (Externa o Fornea)(2)


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CLIENTE

CUENTA



nombre direccin ciudad cuenta

Garca, A Gran Va, 6 Murcia 200

Lpez, B Ronda Norte, 3 Murcia 821

Azorn, C Paseo Nuevo, 9 Valencia 505

Prez, C Plaza Mayor, 2 Valencia 505

...

nmero saldo ...

200 35000

505 40000

821 50000...

Cada cliente slo puede teneruna cuenta a su nombre.Una cuenta puede tener ms de

un cliente como titular.

Vnculo Cliente-Cuenta


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Restriccin de Integridad ReferencialTodo valor de una FK debe coincidir

con un valor en la correspondiente PK

La BD nodebe contener claves ajenas sin correspondencia:Si una tupla en una relacin hace referencia a otra relacin, debe

referirse a una tupla existente en esa relacin

Puede existir algn valor de PK al que NO haga referencianingn valor de la FK

ESCRITORque no haya escrito artculos: ninguna tupla de ARTICULOhar referencia a la tupla correspondiente a dicho escritor



ESCRITORARTICULOFK


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Diagrama Referencial Expresin de la existencia de Claves Ajenas

Camino Referencial


Clave Ajena (Externa o Fornea) (y 5)

ESCRITOR dni nombre ... editorial

LIBRO ttulo isbn autor editorial ...

ARTICULO ttulo tema autor revista pg ...

EDITORIAL nombre direccin ...

Ciclo Referencial Camino que empieza y acaba en la misma relacin Caso especial: Autorreferencia EMPLEADO codEmp ... jefe

EMPL codEmp ... dep DEPTO codDep ... dire


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Las operaciones que no satisfacenviolanla IntegridadReferencial, dejan la BD en un estado incorrectoEjemplo de un Hotel:

Qu pasara si se eliminara la tupla (501, D, ...)en HABITACIN? Y si se eliminara la tupla (100, D, ...)? Y si se anotara la ocupacin de la habitacin 900?


Mantenimiento de la Integridad Referencial

OCUPACIN codClie habit ...

CLI04 100

CLI02 420

CLI05 115

CLI10 100

HABITACIN numHabit tipo ...

115 I

420 I

100 D

304 D

405 I

501 D


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Cmo evita el SGBD esos estados incorrectos?El SGBD puede...

Rechazartoda operacin que pueda provocar un estado ilegal,

oAceptar(y ejecutar) tales operaciones, pero

realizar accionesque restauren la integridad de los datos

Diseador de la BD puede especificar al SGBDAcciones de Mantenimientode la Integridad Referencial

para que la BD SIEMPRE alcance un estado final legal


Mantenimiento de la Integridad Referencial (2)

i l d


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R2 R1Operacin: Eliminaruna tupla tde R1que es referenciada

por otras de R2

Ejemplo: Eliminar la tupla (100, D, ...) de HABITACINAcciones posibles:

1. Rechazarla operacin (accin por defecto)Slo permite borrar tsi ninguna otra tupla hace referencia a t

2. Cascada. Propagar la eliminacin1 Borrar todas las tuplas de R2que referencian a t2 Eliminar t

3.Establecer nulos(* se ver despus *)



2 3 C i l d


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R2 R1Operacin: Modificarel valor de una FK a un valor no

existente en la PK de R1

Ejemplo: Modificar (CLI02, 420,...) a (CLI02, 900,...) en OCUPACINAccin:

1. Rechazarla operacin (SIEMPRE)

Intento de violacin de la restriccin de IntegridadReferencial



2 3 C i l d


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Operacin: Modificar el valor de la PK de una tupla tde R1que es referenciada por otras tuplas de R2

Ejemplo: Modificar la tupla (100, D,...) a (130, D,...) en HABITACIN

Acciones posibles:1. Rechazarla operacin (accin por defecto)

Slo permite modificar la PK de t si ninguna tupla referencia a t2. Cascada. Propagar la modificacin

- Toda tupla de R2que referencia a tseguir haciendolo:modificar su valor de FK al nuevo valor de la PK de t

- Modificar el valor de la clave primaria de t

3.Establecer nulos(* se ver despus *)



2 3 C t ti l d


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R2 R1Operacin: Insercin de una tupla ten R2cuyo valor de FK

no se corresponde con ningn valor de la PK en

ninguna tupla de R1Ejemplo: Insertar una tupla (CLI03, 555, ...) en OCUPACINAcciones posibles:

- Rechazarla operacin (SIEMPRE)

Intento de violacin de la restriccin de IntegridadReferencial




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Encadenamiento de eliminaciones (anlogo para Modificacin)R2 R1, Accin de Eliminacin en CascadaR3 R2, Accin de Eliminacin X- Eliminar una tupla de R1 eliminar tuplas de R2 que la referencian

- Pero existen tuplas en R3 que referencian esas tuplas de R2...cmo afecta la Accin de Eliminacin X en esta operacin? Si X = en CASCADA, no-problemo! eliminar esas tuplas de R3 Si X = RECHAZAR La operacin completafallar

Las operacionesde actualizacin en una BD son siempreatmicas: se realiza TODO o NADAPROFESORREADEPARTAMENTO

ASIGNATURATITULACINUNIVERSIDAD


Mantenimiento de la Integridad Referencial (y 7)

R3 R2 R1

2 3 C t ti l d


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En el mundo real existe... informacin perdida fechaNacimientodesconocida ausencia de informacin tiene telfono? valores no aplicables a ciertos atributos fechJubilaca empleado activo

Para representar estas situaciones en los sistemas de BDse utiliza el NULO(null) Si una tupla tiene un atributo que contiene un nulo,

significa que el valor realde tal atributo es desconocido

Es posible especificar si un atributo puede o no contener nulo nulo no es un valor en s mismo,

sino un indicador deausencia de informacinNo hay dos nulos iguales (num_telefono NULL edad NULL)


Nulos

2 3 C t ti l d


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Nulo y Claves Primarias

Restriccin de Integridad de Entidad:Ningn atributo componente de una

clave primaria puede contener nuloEMPLEADO (codEmp, nss, nombre, telefono, depto,jefe...)Qu pasara si codEmp pudiera contener NULO?

Nulo y Claves Ajenas

El Modelo Relacional permite nulocomo valor de clave ajena

depto = nullempleados no asignados a ningn departamentojefe = nullempleados sin jefe


Implicaciones de los nulos en la integridad

2 3 C t ti l d


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Hemos de extender la definicin de clave ajenaSea R2 una relacin. FK es una clave ajenaen R2 si es un

subconjunto de sus atributos tal que:1. Existe otra relacin R1 con clave primaria PK y2. En todo momento, cada valor de FK en R2

a) es NULO, ob) es idntico a un valor de PK en alguna tupla de R1

Restriccin de Integridad ReferencialLa Base de Datos no debe contener valores no nulosde clave ajena sin correspondencia


Implicaciones de los nulos en la integridad (2)

2 3 C t ti l d


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Hay que extender algunas acciones de mantenimiento dela Integridad Referencial: R2 R1

Operacin: Eliminaruna tupla tde R1que es referenciada

por otras de R2Acciones posibles:

1. Rechazarla operacin (accin por defecto)2. Cascada. Propagar la eliminacin

3.Establecer nulosSlo si la FK de R2permite NULO

- Toda tupla de R2 que referencia a t pasa a contener NULL en FK- Eliminar la tupla t


Implicaciones de los nulos en la integridad (3)

2 3 Ca a te ti a e e ale de


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R2 R1Operacin: Modificar el valor de la PK de una tupla tde R1

que es referenciada por otras tuplas de R2

Acciones posibles:1. Rechazarla operacin (accin por defecto)2. Cascada. Propagar la modificacin

3.Establecer nulosSlo si la FK de R2permite NULO- Toda tupla de R2 que referencia a t pasa a contener NULL en FK- Modificar el valor de la PK de t


Implicaciones de los nulos en la integridad (y 4)

2 3 Caractersticas generales de


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Comprobarlas clavescandidatas(primaria y alternativas):No existen dos tuplas distintas con igual valor para una claveDefinicin de BD : indicar los Atributos Componentes de las Claves Candidatas

Comprobarla restriccin de IntegridaddeentidadNingn atributo componente de una clave primaria contiene nuloDefinicin de BD : indicar los Atributos Componentes de la Clave Primaria

Comprobarla restriccin de IntegridadReferencial...El valor de la clave ajena en cualquier tupla, o es nulo, o coincide con

un valor de clave primaria de alguna tupla en la relacin referenciadaDefinicin de BD : indicar los Atributos Componentes de las Claves Ajenas

... y mantenerlafrente operaciones que puedan violar la integridadDefinicin de BD : indicar Acciones de Mantenimiento de la Integridad Referencial


Resumiendo, el SGBD se encarga de...

Dominio Definicin del Dominio


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Dominio Definicin del DominioCODPEL enteros(3)CODGUI enteros(3)CODDIR enteros(3)

CODDIS enteros(2)CODACT enteros(4)CODAGE enteros(2)SEXOS { M, F }TEXTO cadena caracteres variable (500)PORCENT enteros (2)

DINERO enteros(9)NIF cadena caracteres fija (12)TITULOS cadena caracteres variable (120)GENEROS {comedia,drama,terror,suspense,accion,romantica,gore,pulp,roadmovie}PAISES {espaa,francia,gran_bretaa,eeuu,australia,alemania,la_india,argentina}AOS AO

FECHAS FECHANOMBRES cadena caracteres variable (35)APELLIDOS cadena caracteres variable (80)DOMICILIOS cadena caracteres variable (50)TELEFONOS cadena caracteres variable (15)TIPO_PAPEL {protagonista, secundario, reparto, figuracion}

Esquema PRODUCTORA


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Esquema PRODUCTORA

PELICULA (codP:CODPEL, titulo:TITULOS, ao:AO, genero:GENEROS, guion:CODGUI,director:CODDIR, directorFotog:CODDIR, distrib:CODDIS, nacio:PAISES,

estreno:FECHA, numOscar:enteros(2), taquilla:DINERO)DIRECTOR (codDir:CODDIR, nombre:NOMBRES, apellidos:APELLIDOS, nacio:PAISES,

fechaNacim:FECHA, operaPrima:CODPEL)

DIREC_FOTOG (codDF:CODDIR, nombre:NOMBRES, apellidos:APELLIDOS, nacionalidad:PAISES,fechaNacim:FECHA, ultTrabajo:CODPEL)

GUION (codG:CODGUI, titulo: TITULOS, resumen: TEXTO,nomAutorPpal:NOMBRES, fechaFin:FECHA, fechaEntrega:FECHA)

DISTRIBUIDORA(codDis:CODDIS, nombre:NOMBRES, cif:NIF, direccion:DOMICILIO,telefono:TELEFONOS, porcentaje:PORCENT)

ACTOR (codA:CODACT, nombre:NOMBRES, nomReal:NOMBRES, nacionalidad:PAISES,fechaNacim:FECHA, sexo:SEXOS, agencia:CODAGE, cache:DINERO)

AGENCIA (codAg:CODAGE, nombre:NOMBRES, direccion:DOMICILIO, telefono:TELEFONOS)

ACTUA_EN (actor:CODACT, film:CODPEL, papel:TIPO_PAPEL, paga:DINERO)

semana 5 base de datos relacionales

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