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Tema 2: Diseño de bases de datos. Bases de datos Máster en Tecnologías de Información Geográfica. 1. Introducción. Diseño: Proce so de creación de un esquema de la base de datos . Fase s: Conceptual. Lógico. Físico. Ejemplo: Diseño de una base de datos para la secretaría de una facultad. - PowerPoint PPT Presentation
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Tema 2: Diseño de bases de datos
Bases de datos
Máster en Tecnologías de Información Geográfica
2
1. Introducción
Diseño: Proceso de
creación de un esquema de la base de datos.
Fases: Conceptual. Lógico. Físico.
Especificaciones(en lenguaje
natural)
Esquemaconceptual(Modelo
entidad-relación)
Esquema lógico(Diseño de
tablasrelacionales)
Esquema físico(Organizaciónde archivos e
índices)
Diseño conceptual
Diseño lógico
Diseño físico
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Ejemplo: Diseño de una base de datos para la secretaría de una facultad
Se desea gestionar (almacenar, consultar, actualizar, …) la información correspondiente a la secretaría de una facultad.
Ésta es la información de la que partimos:1. Por cada alumno se requiere la información: DNI,
Apellidos y nombre, domicilio, teléfono y acceso (que indica el tipo de acceso a la universidad). También se precisa conocer en cada momento las asignaturas en las que el alumno está matriculado, así como la nota en cada asignatura. Un alumno sólo puede matricularse en una asignatura una vez, y debe matricularse al menos en una.
2. Por cada asignatura se requiere: código, título y núm de créditos. Puede haber varias asignaturas con el mismo número de créditos, pero todas tienen distinto código y distinto título.
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Ejemplo: Diseño de una base de datos para la secretaría de una facultad
3. Cada asignatura puede estar impartida por uno o más profesores. Del profesor se deben conocer los mismo datos que en el caso de los alumnos, salvo el de acceso: DNI, Apellidos y nombre, domicilio y teléfono. El número máximo de asignaturas que puede impartir un profesor es 6, aunque puede que no imparta ninguna.
4. Algunos profesores tienen un supervisor (sólo uno), que es otro profesor.
5. Dados un profesor concreto y una asignatura de las que imparte, se debe conocer el aula en la que el profesor da esa asignatura (es siempre la misma). El aula se identifica mediante el nombre de edificio y el número de aula. Se supone que dentro del mismo edificio cada aula tiene un número diferente.
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2. Diseño conceptual
Conceptos: Entidad.
DNI = 01234567Z, Nombre y apellidos = Manuel Vázquez Prieto,Teléfono = 91-12345678 Domicilio = Calle del Jazmín 7, 4 Izq.
Atributo. Monovalorados/multivalorados Simples/Compuestos
Relación.(José García, Bases de datos)
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2. Diseño conceptual
Conceptos: Tipos de entidad.
Alumno
Tipos de relación.Matrícula
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2. Diseño conceptual
Conceptos: Clave. Identificador/es unívoco de una
entidad.DNI en Alumnos
Tipos de clave: Superclave. Clave primaria. Clave candidata.
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Diagrama Entidad-Relación
Modelo de datos de alto nivel. Consta de elementos básicos (entidades) y de
relaciones entre ellos (relaciones). Las entidades se describen por un conjunto de
atributos.
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Diagrama Entidad-Relación
Diagrama E-R Rectángulos => entidades
Elipses => atributos
Rombos => relaciones
Además es posible representar ciertas restricciones: Clave Cardinalidad Participación
Asignaturas
Teléfono
Alumnos
MatrículaAlumnos Asignaturas
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Atributos simples y compuestos:
Se dice que un atributo es compuesto cuando puede descomponerse en otros componentes o atributos más pequeños, y simple en otro caso.
Ej.: En el caso del nombre de una persona puede que nos interese descomponerlo a su vez en nombre, primer apellido y segundo apellido por separado.
Se representan como elipses (atributos simples) unidos a otra elipse (atributo compuesto) que se une a la entidad.
Simple A
Compuesto
Simple B
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Atributos monovalorados y multivalorados
Se llaman atributos multivalorados a aquellos que pueden contener más de un valor simultáneamente, y monovalorados a los que sólo pueden contener uno.
Ej.: Una persona puede tener varios números de teléfono (casa, trabajo, móvil) y puede que nos interese tenerlos todos.
En este caso haremos de teléfono un atributo multivalorado.
Los atributos multivalorados se representan con dos elipses concéntricas
MuMultivalor
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Ejemplo atributos
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Atributos de una relación
Una relación puede incluir un nombre y unos atributos que la caractericen
Usuario Librotiene_prestado
Fecha_devoluciónDNI ISBN
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Pero es recomendable que estos últimos sóloaparezcan en ella si no pueden ser añadidos a alguna de las entidades que participan de la relación.
Atributos de una relación
Cliente Cuentaes_titular
Fecha_aperturaDNI NºCUENTA
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Valores nulos
El valor nulo tiene dos modos de uso semánticamente distintos:
No existencia del dato: el atributo no tiene sentido en la entidad particular.
Ej. atributo PISO en una entidad CLIENTES donde el elemento insertado corresponde a un cliente con domicilio en una casa unifamiliar.
Desconocimiento: el atributo se “deja en blanco” por no disponer de la información.
Ej. atributo ALTURA en una entidad JUGADORES.
Ambigüedad: a veces no es posible distinguir si el valor de un atributo “no existe” o si “se desconoce”.
Ej. atributo TELF_MOVIL en una entidad ALUMNOS
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Grado de una relación
Grado de una relación es el número de entidades que asocia:
Relación binaria: asocia dos entidades
Relación ternaria: asocia tres entidades
Relación recursiva: asocia una entidad consigo misma
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Roles
La función que desempeña una entidad en una relación se denomina rol de esa entidad.
En general, los roles están implícitos y no se suelen especificar.
Resultan útiles cuando el significado de una relación necesita aclaración
P.ej: en relaciones recursivas
Profesor
supervisa
Supervisor Supervisado
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Diseño conceptual
Un buen diseño debe ser Conciso Fácil de comprender Fácil de mantener Eficiente
El diseño del modelo E-R a partir del análisis inicial NO es directo.
A un mismo análisis le corresponden muchos diseños “candidatos”.
Dos peligros importantes a evitar Redundancia
Información repetida Incompletitud
Aspectos mal modelados
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Pasos básicos a seguir
Pasos en el diseño de un diagrama E-R:1. Elección de los tipos de entidad y sus
atributos.
2. Elección de los tipos de relación y sus atributos.
3. Restricciones.
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Elección de los tipos de entidad y sus atributos
Del punto 1 de la especificación del problema de la secretaría se deduce que va a haber un tipo de entidad ALUMNOS, pero no cuáles son sus atributos:
¿Debe incluir las asignaturas (punto 2) en las que está matriculado?
La respuesta es NO y hacerlo así sería un error grave. Aparte de la idea ‘filosófica’ (cada asignatura es
un objeto con significado propio, es decir, una entidad), al mezclar en una sola entidad alumnos y asignaturas cometemos varios errores.
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Elección de los tipos de entidad y sus atributos
Un alumno no tiene una asignatura asociada sino un conjunto de asignaturas asociadas.
En cambio, sí tiene un DNI asociado, una dirección asociada, etc.
Por tanto las entidades serían de la forma {DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez,
Telf.=01234567, Cod=MD, Título=Matemática Discreta, Créditos=9}
{DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez, Telf.=01234567, Cod=IS, Título=Ingeniería del Software, Créditos=12}
{DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez, Telf.=01234567, Cod=LPI, Título=Laboratorio de programación I, Créditos=X}
ERROR: Redundancia (información de alumnos repetida)
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Elección de los tipos de entidad y sus atributos
Esto se puede solucionar si admitimos que los atributos contengan conjuntos de valores (multivalor)
{ DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez, Telf.=01234567, … , Asignaturas={ {Cod=MD, Título=…}, {COD=IS,Título=…}, {Cod=LPI,Título=…} } }
Errores: Difícil de manejar Poco escalable cuando el conjunto
de valores es muy elevado
“Tablas” de Varias Dimensiones NO es Relacional
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Elección de los tipos de entidad y sus atributos
Además, las asignaturas son siempre las mismas, con lo que por cada alumno que se matricula en la misma asignatura hay que repetir la información de ésta.
{ DNI=12345678V, Nomb.Ape=Luis Martínez, Telf.=01234567,Asignaturas={ {Cod=MD, Título=…}, {COD=IS,Título=…}, {Cod=LPI,Título=…} } }
{ DNI=0000001, Nomb.Ape=Eva Manzano, Telf.=01234567,…, Asignaturas={ {Cod=MD, Título=…}, {COD=IS,Título=…}, {Cod=BDSI,Título=…} } }
Error: Redundancia (otra vez, información de asignaturas
repetida)
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Elección de los tipos de entidad y sus atributos
Además, en cualquiera de estas soluciones no se pueden guardar los datos de una asignatura hasta que no se matricule un alumno en ella.
Puede ser que en secretaría quieran meter los datos de las asignaturas antes de empezar el proceso de matrícula de alumnos
No pueden Podría pensarse: las incluimos con los
datos de los alumnos vacíos (nulos). Olvídalo…es una chapucilla
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Elección de los tipos de entidad y sus atributos
Del punto 3 de la especificación, por cada profesor hay que apuntar las asignaturas que imparte.
La información de las asignaturas debe estar por tanto relacionada con la de los profesores, pero ya está incluida con los alumnos
Error: se vuelve a repetir la información de las asignaturas más Redundancia
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Elección de los tipos de entidad y sus atributos
Por tanto hay que distinguir entre el tipo de entidad ALUMNOS y el tipo de entidad ASIGNATURAS.
Ambas se relacionarán mediante un tipo de relación MATRICULA.
Parece claro que los restantes tipos de entidad serán: PROFESORES y AULAS.
Los atributos de cada tipo de entidad serán:
Alumnos: DNI, Apellidos y Nombre, Domicilio, teléfono y acceso
Asignaturas: Código, título, y núm. Créditos Profesores: DNI, Apellidos y nombre, Domicilio y teléfono Aulas: Edificio y núm. edificio
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Elección de los tipos de entidad y sus atributos
Aún nos falta un atributo: la Nota
¿Dónde la ponemos? ¿En alumnos?
NO, porque un alumno tiene muchas notas ¿En asignaturas?
NO porque una asignatura tiene muchos alumnos
Posible solución: Nota será un atributo del tipo de relación
Matrícula. (vimos que esto se debe evitar por sencillez...pero es posible)
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Elección de los tipos de relación
El primer tipo de relación es MATRÍCULA que relaciona cada alumno con las asignaturas en las que está matriculado.
Además, está relación tiene un atributo, Nota, que se asocia cada posible relación.
Además, hay otro tipo de relación: SUPERVISA que va de profesores a
profesores y que incluye los roles supervisor y supervisado.
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Elección de los tipos de relación
La última relación es IMPARTE que relaciona cada profesor con la asignatura que imparte y el aula en la que da esa asignatura.
Aquí también surgen varias posibilidades: a) Hacer 2 relaciones binarias:
PROFESOR -ASIGNATURA y ASIGNATURA -AULA.
b) Hacer 1 relación ternaria: PROFESOR- AULA- ASIGNATURA
c) Hacer 3 relaciones binarias: PROFESOR –ASIGNATURA PROFESOR –AULA ASIGNATURA -AULA
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Alumno Asignatura
AulaProfesor
Matrícula
Imparte
Supervisa
Ejemplo: Diseño de una base de datos para la secretaría de una facultad
DNI
COD
Nota
DomicilioEdificio
Ap NomDirecc Telf. Título N_Cred
Número
DNI
Ap Nom Telf.
supervisor supervisado
Acceso
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Restricciones
Con los elementos anteriores tenemos una primera aproximación a los diagramas ER, en la que tenemos definidos los elementos principales de los diagramas.
Sin embargo, en el modelo ER también se pueden definir numerosas restricciones sobre los tipos de entidades y tipos de relaciones
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Restricciones
Las restricciones son propiedades que se asocian a un tipo de entidad o de relación.
Las instancias válidas del tipo de entidad o relación son aquellas en las que se verifique el conjunto de restricciones asociadas.
Observaciones: Las restricciones son parte del diseño de la BD igual
que los tipos de entidades o de relaciones. Los SGBD se encargan de comprobar que la instancia
verifica las restricciones más usuales. Ej.:En el caso anterior, una vez incluida la restricción, el
SGBD no nos permitiría insertar la segunda tupla.
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Restricciones de clave
Ej.: En la relación SUPERVISA un profesor puede tener a lo sumo un supervisor, pero el diagrama anterior permite:
…es decir, que un profesor tenga p.e. dos supervisores Pero NO debería ser una instancia válida de la relación
porque según enunciado: “un supervisor (sólo uno)” Solución: imponer restricción de clave.
SUPERVISOR SUPERVISADO
({DNI=666666,…}, {DNI=444444,…})
({DNI=000001,…}, {DNI=444444,…})
Inst
ancia
Tuplas
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Restricciones de clave
Las entidades deben poder distinguirse unas de otras a través de los valores de sus atributos.
Interesa encontrar un conjunto de atributos lo más pequeño posible que nos permita distinguir unas entidades de otras.
Estos conjuntos serán las claves.
Aparecen como atributos subrayados en el diagrama E-R.
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Restricciones de cardinalidad
Fijado un alumno puede haberse matriculado en cualquier número de asignaturas
no hay restricción sobre el tipo de entidad asignatura en la relación matrícula.
Restricción de cardinal para asignatura: ≤ N.
Fijada una asignatura, puede haberse matriculado sobre ella un número cualquiera de alumnos
no hay restricciones sobre el tipo de entidad alumnos en la relación matrícula.
Restricción de cardinal para alumnos: ≤ N.
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Restricciones de cardinalidad
El supervisor de un profesor, si lo tiene, es único.
El tipo de entidad profesor, en el papel supervisado tiene cardinal ≤1.
Restricción de cardinal para profesor (supervisado): ≤ 1
El tipo de entidades profesor, en el papel supervisor no tiene ninguna restricción de cardinal
un profesor puede supervisar a un número indeterminado de profesores.
Restricción de cardinal para profesor (supervisor): ≤ N
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Restricciones de cardinalidad
Cada persona tiene un único país de nacimiento: es decir, fijada una persona, existe un país.
Restricción =1 para el tipo de entidad país en el tipo de relación nacida.
Personas PaísNacida1N
Dado un país hay una cantidad no determinada en general de personas nacidas allí,
Restricción = N para el tipo de entidad personas en el tipo de relación nacida.
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Representación de cardinalidad en diagramas E-R
Hay VARIAS formas de expresar las restricciones de cardinalidad sobre tipos de relaciones en los diagramas E-R:
Entity_1 Entity_2R11
Entity_1 Entity_2R1N
Entity_1 Entity_2RN1
Entity_1 Entity_2RNN
one-to-one
one-to-many
many-to-one
many-to-many
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Restricción de participación
Se dice: “Participación de una entidad en una relación”
Participación: Se dice que Ej tiene participación total en r si cada
entidad ej Ej se encuentra en alguna tupla de r.
En otro caso se dice que la participación es parcial.
Alumnos Matrícula Asignaturas
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2. Diseño lógico
Herramienta: Modelo relacional.
Resultado: Esquema lógico.
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Modelo relacional
El concepto principal es la tabla o relación Cada tabla o relación es un conjunto de tuplas donde
cada una de ellas corresponde a una fila de la tabla Cada tupla corresponde a la descripción, en el
diagrama ER, de una entidad particular o a la descripción de una relación particular entre varias entidades particulares.
No hay que confundir las tablas con las relaciones del modelo Entidad Relación.
Las tablas (o relaciones) valen para tipos de relaciones igual que para tipos de entidades.
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Terminología del modelo relacional
Relación Igual que en el esquema ER. Las entidades particulares se representan como tuplas
o filas de la tabla. Atributo
Igual que en el esquema ER. Se representan como las columnas de la tabla. Los valores de los atributos de las tuplas deben ser
atómicos. No puede haber atributos compuestos
O se representan sus componentes individuales como atributos
O se junta toda la información en un único atributo Ej: secretaría => domicilio como atributo simple con toda la
información No puede haber atributos multivalorados
Veremos como convertirlos en atributos monovalorados
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Terminología del modelo relacional
Esquema de una tabla o relación viene dado por el nombre de la tabla y una lista de
atributos. Alumnos (DNI, Apellidos, Nombre, teléfono, acceso)
El orden de los atributos en la lista no importa. Lo fijamos porque nos viene bien para
representarlo como tabla, pero cualquier permutación es válida.
Instancia de una tabla => Conjuntos de entidades particulares.
Cada entidad particular se representa como una tupla. Cada componente de la tupla corresponde con el valor
del atributo correspondiente, según el orden enunciado en el esquema de la tabla.
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Ejemplo secretaría
Ejemplo: Instancia de la tabla Alumnos: { (01234567Z, Vázquez , Manuel, 9112345678,
normal), ....}
DNI Apellido
Nombre teléfono acceso
01234567Z Vázquez Manuel 9112345678 normal
…
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Terminología del modelo relacional
Un tabla no puede contener tuplas repetidas Existe un conjunto de atributos que determina
unívocamente a cada tupla Los conceptos de superclave, clave candidata y clave
primaria explicados en el modelo ER son válidos para el modelo relacional
Cada tabla debe tener una clave primaria Los atributos que forman la clave primaria nunca pueden
tomar valores nulos
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Paso del modelo ER al modelo relacional
Se puede transformar un diagrama ER (diseño conceptual) en un modelo relacional (diseño lógico) mediante una serie de transformaciones
Entidades Relaciones
Restricciones de cardinalidad Atributos multivalorados
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Entidades
Para cada entidad que no sea débil se crea una tabla con el mismo nombre y conjunto de atributos.
La clave primaria es la del diagrama ER
En este punto no se indica nada acerca de las relaciones en los que participa el tipo de entidades.
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Ejemplo secretaría
En el caso de la BD de secretaría los tipos de entidades dan lugar a las tablas:
Alumnos(DNI, Apellidos, Nombre, teléfono, acceso) Suponiendo teléfono atributo monovalor
Asignaturas(Código, título, núm créditos) Profesores(DNI, ApellidosYNombre, domicilio, teléfono) Aulas(Edificio, núm. aula)
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Relaciones binarias: restricciones de cardinalidad varios a varios
Varias a varias
E1 E2R
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Relaciones binarias: restricciones de cardinalidad varios a varios
Sea R relación binaria entre E1 y E2. Clave primaria de E1
Conjunto de atributos c1 Clave primaria de E2
Conjunto de atributos c2
Relación construida a partir de R Atributos de T: c1 + c2 + Atributos de R
Superclave para R: c1 c2
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Ejemplo secretaría
Ej: En el caso de la BD de secretaría los tipos de relación dan lugar a las tablas:
Matrícula(DNI, código, nota) Supervisa(DNISupervisor, DNISupervisado) Imparte(DNI, código, edificio, num. aula)
ALUMNOS (DNI, …..)
MATRICULA (DNI, Código, Nota*)
ASIGNATURAS (Código, …..)
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Ejemplo secretaría
Ejemplo: Instancia de la tabla Matrícula: { (01234567Z, 520, 8), ....}
DNI código nota
01234567Z 520 8
…
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Relaciones con restricciones de cardinalidad 1 a M
Una a varias
E1 E2R
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Relaciones con restricciones de cardinalidad 1 a M
Relación binaria con restricciones varios a uno Incluir en el esquema de tabla de la entidad con
restricción varios Añadir como clave externa (foreign key) a la clave
primaria del otro esquema Añadir los de de la relación. Mantener los atributos de la propia entidad Mantener las claves primarias
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Relaciones con restricciones de cardinalidad 1 a M
Esquema: Personas(DNI,Apell, PaisNac) Países(Nombre)
Integridad referencial: Personas.PaisNac -> Países.Nombre
Personas Países Nacida Apell.
DNI
Nombre
Anexo
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Ejercicio de Clase. Modelo E-R
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