1.3. Логическое моделирование данных
1.3.1. ОпределениЕ типа и модели данных
До развития технологий автоматизированного проектирования баз данных (CASE-технологий) на этапе проектирования разрабатывалось две модели данных: концептуальная и логическая. Логическая модель (или просто модель данных) − это выраженная в терминах языка описания данных конкретной СУБД концептуальная модель данных. По определению модель данных – это совокупность правил порождения структур данных, операций над ними, а также ограничений целостности, определяющих допустимые связи, значения данных и последовательность их изменения.
Термин целостность используется для описания точности и корректности данных, хранящихся в БД. В свою очередь, ограничения целостности – это перечень мероприятий, направленных на поддержание актуальности (точности, корректности) БД в любой момент времени.
Современные языки программирования высокого уровня (ЯВУ) поддерживают достаточно развитые типы данных, включая:
простые;
структурированные;
ссылочные;
абстрактные (объекты).
Простые типы не обладают внутренней структурой, являясь базовыми типами данных по отношению к ЭВМ: целый, вещественный, логический, литерный, перечисления, интервальный.
Структурированные типы предназначены для конструирования из конечных наборов базовых типов сложных структур данных: массива, записи (структуры), множества, объединения, последовательности (файла), рекурсивной структуры.
Массив – это совокупность элементов данных одного типа. Функции работы с массивом: создание массива, задание начальных значений элементов, выбор элементов по значению индекса, избирательное обновление элементов.
Структура (запись) – совокупность элементов данных разного типа.
Множество – отличается от ранее описанных структурированных типов тем, что количество элементов в нем не зафиксировано.
Объединение – множество, отдельные элементы которого классифицированы по категориям.
Файл – совокупность записей одинаковой структуры (массив структур). Возможные операции: создать новый файл, установить указатель на начало файла, записать в конец файла новую запись, считать информацию (экземпляр записи, на котором стоит указатель), получить указание конца файла.
Стек – упорядоченный набор элементов, в котором размещение новых элементов и удаление существующих происходит через конец стека. Стек можно организовать с помощью простого или динамического массива. Операция чтения, записи и модификации, как и в файле, всегда выполняется по указателю. Возможные операции: организовать пустую последовательность, указать на вершину стека, извлечь элемент по указателю, добавить элемент в стек, получить указание конца стека. Стек используется для организации поиска. На его основе осуществляется поиск в глубину по дереву.
Очередь – упорядоченный набор элементов, которые могут удаляться с одного конца (начало очереди), а помещаться в другой конец. Возможные операции: организовать очередь, добавить элемент, извлечь элемент. На основе очереди осуществляется поиск в ширину по дереву.
Рекурсивный тип – образуется суперпозицией типов данных в целях получения сложных структур, например деревьев.
Ссылочный тип предназначен для обеспечения ссылок на другие данные и называется указателем. Указатели применяются для описания рекурсивного типа и динамического построения сложных структур данных. В иерархических и сетевых СУБД с помощью указателей связываются экземпляры соответствующих записей.
Абстрактный тип (объект или компонент) – интерпретируемый структурированный тип с функциями, определенными над его элементами. При этом определяются имена, типы элементов, функции (методы), а также возможности их применения к описанным элементам.
В свою очередь, системы управления базами данных развивают понятие «тип данных», обогащают его функциональностью для того, чтобы построенные на этапе концептуального (семантического) моделирования структуры можно было реализовать на ЭВМ. Понятия «тип данных» в ЯВУ и «модель данных» в СУБД являются синонимами; при этом модель данных – более высокий уровень абстракции над внутренним представлением информации в ЭВМ. На уровне СУБД поддерживаются реляционная, иерархическая и сетевая модели данных. Первая основана на математическом аппарате алгебры отношений, в достаточной степени формализована, является основой большинства коммерческих СУБД. Вторая и третья основаны на поддержании модели с помощью указателей и нашли применение в ранних версиях СУБД.
1.3.2. Ранние подходы к организации Баз Данных. Иерархическая, сетевая и псевдореляционная модели данных
С
УБД
первого поколения на ЕС ЭВМ поддерживали
иерархическую или сетевую модели данных.