51.Базы данных и их функциональное назначение. Модели данных и структуры баз данных. База данных(БД) - это поименованная совокупность структурированных данных, отражающих состояние объекта или множества объектов, их свойства и взаимоотношения.

Назначение базы данных заключается в том, чтобы одну и ту же совокупность данных можно было использовать для максимального числа приложений.

Структурирование баз данных- объединение данных по определённым параметрам.

Структура базы данных- набор поименованных полей, описывающих свойства объектов одного класса. Создать структуру базы данных означает следующее:

• определить характеризующие свойства объекта параметры, которые будут служить полями базы данных;

• каждому полю присвоить уникальное имя;

• определить формат представления данных в каждом поле, то есть тип данных и необходимые ограничения.

2. Основные принципы, которым должна удовлетворять организация базы данных:

1. Производительность и готовность. Запросы от пользователя базой данных удовлетворяются с такой скоростью, которая требуется для использования данных.

2. Минимальные затраты. Низкая стоимость хранения и использования данных, минимизация затрат на внесение изменений.

3. Простота и легкость использования. Пользователи могут легко узнать и понять, какие данные имеются в их распоряжении. Доступ к данным должен быть простым, исключающим возможные ошибки со стороны пользователя.

4. Простота внесения изменений. База данных может увеличиваться и изменяться без нарушения имеющихся способов использования данных.

5. Возможность поиска. Пользователь базы данных может обращаться с самыми различными запросами по поводу хранимых в ней данных. Для реализации этого существует язык запросов.

6. Целостность. Современные базы данных могут содержать данные, используемые многими пользователями. Очень важно, чтобы в процессе работы элементы данных и связи между ними не нарушались. Кроме того, аппаратные ошибки и различного рода случайные сбои не должны приводить к необратимым потерям данных. Значит, система управления данными должна содержать механизм восстановления данных.

7. Безопасность и секретность. Под безопасностью данных понимают защиту данных от случайного или преднамеренного доступа к ним лиц, не имеющих на это права. Секретность определяется как право отдельных лиц или организаций решать, когда, как и какое количество информации может быть передано другим лицам или организациям.

2.2. Иерархическая модель данных

Иерархические, или древовидные, структуры данных разработаны и используются достаточно давно. Например, большинство методов индексирования базируются именно на древовидных структурах данных. Иерархическая модель данных близка по своей идее к иерархической структуре данных. Но модель описывает не конкретные методы работы и манипулирования ссылками, а способ логического представления данных, то, какими терминами оперирует проектировщик структуры базы данных, когда отражает реальные зависимости с помощью имеющихся в СУБД механизмов.

Иерархическая модель позволяет строить иерархию элементов (автор просит прощения у читателей, уважающих чичстоту русского языка, за такой оборот). То есть у каждого элемента может быть несколько “наследников” и существует один “родитель”. Для каждого уровня связи вводится интерпретация, зависящая от предметной области и описывающая взаимоотношение между “родителями” и “наследниками”. Каждый элемент представляется с помощью записи. Структура данных, обычно используемая для представления этой записи об элементе, обычно содержит некоторые атрибуты, характеристики каждого элемента.

Попробуем представить себе базу данных для описания тематических сборников по некоторой теме. Прежде всего, выделим уровни иерархии. Первый уровень - это издательства. Каждое издательство характеризуется своим названием, юридическим адресом, номером счета в банке. Каждое издательство выпускает несколько сборников. То есть издательство является “родителем” для сборника и связано с сборником соотношением “издает” (разработчик, естественно, вправе выбрать и другой синоним для данной связи, например “публикует”, “печатает” и т.д.). Для каждого сборника появляются такие атрибуты, как размер, периодичность, цена, ответственный редактор, корректор и т.д. В каждом сборнике есть несколько статей (хотя бы, одна). То есть сборник и статья связаны соотношением “включает”. Далее, у каждой статьи есть название, авторы. Авторы представляются отдельным элементом и образуют следующий уровень иерархии. Каждый автор характеризуется фамилией, именем, отчеством, гонораром и т.д. Статьи связаны с автором соотношением “написаны”. Графическое представление этого примера приведено наРис.2.2. Элементы нарисованы прямоугольниками, их названия даны обычным шрифтом. Связи нарисованы стрелками и их названия даны курсивом. Обращаем внимание читателей, что атрибуты для каждого элемента на этой схеме не показаны - они являются частью элемента данных.

 

У иерархических СУБД есть достоинства и недостатки. К достоинствам относится возможность реализовать фантастически быстрый поиск нужных значений, когда условия запроса соответствуют иерархии в схеме базе данных. Например, приведенный выше запрос отработает очень быстро. С другой стороны, если запрос не соответствует имеющейся иерархии, то и его программирование, и его исполнение, потребуют значительных усилий. Например, попытки реализовать запрос типа “в скольких сборниках статей опубликовал свои статьи господин Плагиаторов” может оказаться весьма трудной задачей (мы можем искать в направлении от статьи к автору, но не наоборот).

Другим недостатком иерархической модели является сложность внесения в нее изменений. Если, по каким-то причинам изменились условия задачи, и модель предметной области перестала быть иерархической (например, в нашем примере, мы хотим иметь не только зависимость авторов от статьи, но и статей от автора), то приведение схемы базы данных в соответствие предметной области становится нетривиальной задачей.

Недостатки иерархической модели проистекают от того, что данная модель слишком жесткая. Иерархическая модель очень хорошо подходит для устоявшихся предметных областей с четкими зависимости “родитель-потомок”, то есть к моделям, где есть четкая субординация между понятиями. Там же, где эти условия выполнены, проявляются достоинства иерархической модели - очень быстрая скорость поиска.