Иерархическая и сетевая модель данных.
База данных (БД) – совокупность взаимосвязанных и организованных по определенным правилам данных, которые отражают состояние объектов какой-то конкретной предметной области и отношения между этими объектами.
Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки.
Структурирование данных выполняется на основе модели представления данных. Наиболее известны 3 модели представления данных: 1) иерархическая; 2) сетевая; 3) реляционная.
Иерархическая модель. Иерархическая модель БД представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и образующих перевернутое дерево (граф). Данная модель характеризуется такими параметрами, как уровни, узлы (информационная модель элемента, находящегося на данном уровне иерархии), связи. Принцип работы модели таков, что несколько узлов более низкого уровня соединяются при помощи связи с одним узлом более высокого уровня.
Сетевая модель. Сетевая модель БД похожа на иерархическую. Она имеет те же основные составляющие (узел, уровень, связь), однако в сетевой модели принята свободная связь между элементами разных уровней.
Реляционная модель данных.
Реляционная модель данных впервые была предложена американским математиком Коддом в 1970 году.
На реляционной модели данных строятся реляционные базы данных.
Реляционной называется база данных, в которой все данные, доступные пользователю, организованы в виде прямоугольных таблиц, а все операции над данными сводятся к операциям над этими таблицами.
Фундаментальным понятием реляционной БД является отношение. На физическом уровне отношения представляют собой таблицы. В реляционной модели все данные представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы.
Реляционная модель данных включает следующие компоненты (структурная, манипуляционная, целостная):
Структурный аспект (составляющая) — данные в базе данных представляют собой набор отношений. Единственной структурой данных является нормализованное n-арное отношение. Отношения удобно представлять в форме таблиц, где каждая строка есть кортеж, а каждый столбец – атрибут, определенный на некотором домене. Данный неформальный подход к понятию отношения дает более привычную для разработчиков и пользователей форму представления, где реляционная база данных представляет собой конечный набор таблиц.
Аспект (составляющая) целостности — отношения (таблицы) отвечают определенным условиям целостности. РМД поддерживает декларативные ограничения целостности уровня домена (типа данных), уровня отношения и уровня базы данных. Определяет требования целостности сущностей и целостности ссылок. Первое требование состоит в том, что любой кортеж любого отношения отличим от любого другого кортежа этого отношения, т.е. другими словами, любое отношение должно обладать первичным ключом. Требование целостности по ссылкам, или требование внешнего ключа состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в ссылающемся отношении, в отношении, на которое ведет ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть неопределенным (т.е. ни на что не указывать).
Аспект (составляющая) обработки (манипулирования) — РМД поддерживает операторы манипулирования отношениями (реляционная алгебра, реляционное исчисление). Определяет два фундаментальных механизма манипулирования данными – реляционная алгебра и реляционное исчисление. Основной функцией манипуляционной части реляционной модели является обеспечение меры реляционности любого конкретного языка реляционных БД: язык называется реляционным, если он обладает не меньшей выразительностью и мощностью, чем реляционная алгебра или реляционное исчисление.
Структура реляционной модели данных
Применение реляционной модели данных
Пример базы данных, содержащей сведения о подразделениях предприятия и работающих в них сотрудниках, применительно к реляционной модели будет иметь вид:
Например, связь между отношениями ОТДЕЛ и СОТРУДНИК создается путем копирования первичного ключа "Номер_отдела" из первого отношения во второе. Таким образом:
для того, чтобы получить список работников данного подразделения, необходимо:
из таблицы ОТДЕЛ установить значение атрибута "Номер_отдела", соответствующее данному "Наименованию_отдела"
выбрать из таблицы СОТРУДНИК все записи, значение атрибута "Номер_отдела" которых равно полученному на предыдущем шаге
для того, чтобы узнать в каком отделе работает сотрудник, нужно выполнить обратную операцию:
определяем "Номер_отдела" из таблицы СОТРУДНИК
по полученному значению находим запись в таблице ОТДЕЛ
Атрибуты, представляющие собой копии ключей других отношений, называются внешними ключами.
Достоинства и недостатки реляционной модели данных
Достоинства реляционной модели:
простота и доступность для понимания пользователем. Единственной используемой информационной конструкцией является "таблица";
строгие правила проектирования, базирующиеся на математическом аппарате;
полная независимость данных. Изменения в прикладной программе при изменении реляционной БД минимальны;
для организации запросов и написания прикладного ПО нет необходимости знать конкретную организацию БД во внешней памяти.
Недостатки реляционной модели:
далеко не всегда предметная область может быть представлена в виде "таблиц";
в результате логического проектирования появляется множество "таблиц". Это приводит к трудности понимания структуры данных;
БД занимает относительно много внешней памяти;
относительно низкая скорость доступа к данным.