Ограниченность реляционной модели при проектировании баз данных
Модель не обеспечивает достаточных средств для представления семантики предметной области. Это относится к проблеме представления ограничений целостности.
Во многих прикладных областях трудно моделировать предметную область на основе двумерных таблиц.
Хотя весь процесс проектирования происходит на основе учета зависимостей, реляционная модель не предоставляет какие-либо формализованные средства для представления этих зависимостей и их анализа.
Несмотря на то, что процесс проектирования начинается с выделения некоторых существенных для приложения объектов предметной области («сущностей») и выявления связей между этими сущностями, реляционная модель данных не предлагает механизма для разделения сущностей и связей.
Лекция 5. Физический уровень представления
Методы внутримашинного представления данных. Методы физической организации БД. Способы индексации. Сравнительная характеристика методов хранения и поиска данных.
Физические модели баз данных определяют способы размещения данных в среде хранения и способы доступа к этим данным, которые поддерживаются на физическом уровне. Исторически первыми системами хранения и доступа были файловые структуры и системы управления файлами, которые фактически являлись частью операционных систем. СУБД создавала над этими файловыми моделями спою надстройку, которая позволяла организовать всю совокупность файлов таким образом, чтобы она работала как единое целое и получала централизованное управление от СУБД. Однако непосредственный доступ осуществлялся на уровне файловых команд, которые СУБД использовала при манипулировании всеми файлами, составляющими хранимые данные одной или нескольких баз данных.Однако механизмы буферизации и управления файловыми структурами не приспособлены для решения задач собственно СУБД, эти механизмы разрабатывались просто для традиционной обработки файлов, и с ростом объемов хранимых данных они стали неэффективными для использования СУБД. Тогда постепенно произошел переход от базовых файловых структур к непосредственному управлению размещением данных на внешних носителях самой СУБД. И пространство внешней памяти уже выходило из-под владения систем управления файлами и управлялось непосредственно СУБД. При этом механизмы, применяемые в файловых системах, перешли во многом и в новые системы организации данных во внешней памяти, называемые чаще страничными системами хранения информации. В каждой СУБД по-разному организованы хранение и доступ к данным, однако существуют некоторые файловые структуры, которые имеют общепринятые способы организации и широко применяются практически во всех СУБД.
Основные понятия
В БД файлы и файловые структуры, которые используются для хранения информации во внешней памяти, можно классифицировать следующим образом (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Классификация файлов, используемых в системах баз данных
С точки зрения пользователя, файлом называется поименованная линейная последовательность записей, расположенных на внешних носителях. На рис. 5.2 представлена такая условная последовательность записей. Так как файл – это линейная последовательность записей, то всегда в файле можно определить текущую запись, предшествующую ей и следующую за ней. Всегда существует понятие первой и последней записи файла. В соответствии с методами управления доступом различают устройства внешней памяти с произвольной адресацией (магнитные и оптические диски) и устройства с последовательной адресацией (магнитофоны, стримеры).
На устройствах с произвольной адресацией теоретически возможна установка головок чтения-записи в произвольное место мгновенно. Практически существует время позиционирования головки, которое весьма мало по сравнению со временем считывания-записи.В устройствах с последовательным доступом для получения доступа к некоторому элементу требуется «перемотать (пройти)» все предшествующие ему элементы информации. На устройствах с последовательным доступом вся память рассматривается как линейная последовательность информационных элементов (рис. 5.3).
Рис. 5.2. Абстрактное представление файла
Рис. 5.3. Модель хранения информации на устройстве последовательного доступа
Файлы с постоянной длиной записи, расположенные на устройствах прямого доступа, могут быть реализованы как файлы прямого доступа. В этих файлах физический адрес расположения нужной записи может быть вычислен по номеру записи (NZ).
Каждая файловая система, как правило, поддерживает некоторую иерархическую файловую структуру, которая включает чаще всего неограниченное количество уровней иерархии в представлении внешней памяти (рис. 5.4).
Для каждого файла в системе хранится следующая информация:
имя файла;
тип файла (например, расширение или другие характеристики);
размер записи;
количество занятых физических блоков;
базовый начальный адрес;
ссылка на сегмент расширения;
способ доступа (код защиты).
Рис. 5.4. Иерархическая организация файловой структуры хранения
Для файлов с постоянной длиной записи адрес размещения записи с номером К может быть вычислен по формуле:
ВА + (К - 1) * LZ + 1, где ВА –базовый адрес, LZ – длина записи.
На устройствах последовательного доступа могут быть организованы файлы только последовательного доступа. Файлы с переменной длиной записи всегда являются файлами последовательного доступа. Они могут быть организованы двумя способами:
Конец записи отличается специальным маркером.
Запись 1
X
Запись 2
X
ЗаписьЗ
X
В начале каждой записи записывается ее длина.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LZ1 |
Запись1 |
LZ2 |
Запись2 |
LZ3 |
ЗаписьЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь LZN — длина N-й записи.