4. Моделі баз даних

Ядром будь-якої бази даних є модель даних. Моделлю даних є безліч структур даних, обмежень цілісності і операцій маніпулювання даними. За допомогою моделі даних можуть бути представлені об'єкти предметної області і взаємозв’язки між ними.

Модель даних – сукупність структур даних і операцій їх обробки.

СУБД ґрунтується на використанні ієрархічної, мережевої або реляційної моделі, або на комбінації цих моделей.

Розглянемо три основні типи моделей даних: ієрархічну, мережеву і реляційну.

А). Ієрархічна модель даних

Ієрархічна модель організовує дані у вигляді деревовидної структури. До основних понять ієрархічної структури належать: рівень, елемент (вузол), зв’язок. Дерево є ієрархією елементів, що називаються вузлами.

Вузол – це сукупність атрибутів даних, що описують деякий об’єкт.

На самому верхньому рівні ієрархії є один і лише один вузол – корінь. Кожен вузол, окрім кореня, пов’язаний з одним вузлом на більш високому рівні, який називається початковим для даного вузла. Жоден елемент не має більш одного початкового. Кожен елемент може бути пов’язаний з одним або декількома елементами на нижчому рівні. Вони називаються породженими. При чому, до кожного запису бази даних існує тільки один шлях від кореневого запису.

Б). Мережева модель даних

Мережева модель організовує дані у вигляді мережевої структури. Структура називається мережевою, якщо у відносинах між даними породжений елемент має більш одного початкового.

У мережевій структурі при тих же основних поняттях (рівень, вузол, зв'язок) кожен елемент може бути пов’язаний з будь-яким іншим елементом.

Прикладом складної мережевої структури може служити структура бази даних, що містить відомості про студентів, які беруть участь в науково-дослідних роботах. Можлива участь одного студента в декількох НДРС, а також участь декількох студентів в розробці однієї НДРС.

В). Реляційна модель даних

Поняття «реляційний» (англ. relation – відношення) пов’язане з розробками відомого американського фахівця в області систем баз даних Е. Кодда.

Ці моделі характеризуються простотою структури даних, зручним для користувача табличним уявленням і можливістю використання формального апарату алгебри відносин і реляційного числення для обробки даних.

Реляційна модель орієнтована на організацію даних у вигляді двовимірних таблиць. Наприклад, реляційною таблицею можна уявити інформацію про студентів, що навчаються у ВНЗ.

Реляційна модель даних є сукупністю взаємозв’язаних двовимірних таблиць – об’єктів моделі.

Зв’язки між двома логічно зв’язаними таблицями в реляційній моделі встановлюються по рівності значень однакових атрибутів цих таблиць.

Кожна реляційна таблиця є двовимірним масивом і володіє наступними властивостями:

• кожен елемент таблиці являє собою один елемент даних;

• всі стовпці в таблиці однорідні, тобто всі елементи в стовпці мають однаковий тип (числовий, символьний тощо) і довжину;

• кожен стовпець має унікальне ім’я;

• однакові рядки в таблиці відсутні;

• порядок розміщення рядків і стовпців може бути довільним.

При описі реляційної моделі часто використовують такі терміни: відношення, кортеж, домен.

Поле, кожне значення якого однозначно визначає відповідний запис, називається простим ключем (ключовим полем). Якщо записи однозначно визначаються значеннями декілька полів, то така таблиця бази даних має складений ключ.

Між двома реляційними таблицями можуть бути сформовані зв’язки. Різні таблиці, можуть бути зв’язані між собою через загальне поле даних.

Завдяки наявним зв’язкам досягаються такі переваги:

1. Вдається уникнути дублювання-інформації. Всі необхідні дані можна зберігати тільки в одній таблиці.

2. У реляційних базах даних легко проводити зміни. Якщо у певній таблиці змінити будь-які значення, то правильна інформація автоматично буде пов’язана з іншими таблицями, що посилаються на першу.

3. У нереляційних базах даних складно передати все наявні залежності, тобто зв’язати один з одним дані з різних таблиць. Реляційна база даних виконує всі ці дії автоматично.

4. У реляційних базах даних вдається легко уникнути встановлення помилкових зв’язків між різними таблицями даних, а необхідний об’єм пам’яті скорочений до мінімуму.

Першими базами даних, які отримали широке розповсюдження, були великі БД організацій, побудовані на основі ієрархічної або мережової моделей. Через декілька років з’явилися системи, створені на основі реляційної моделі. Нові системи управління базами даних, які не є реляційними, належать до об’єктних або гібридних об’єктно-реляційних моделей.