Основы работы с Базами Данных (бд). Модели данных.

База Данных – организует данные в виде набора записей определённой структуры, которые хранятся в файлах вместе с описанием их структуры.

Система управления Базами Данных (СУБД) – обеспечивает ввод, хранение, восстановление, манипулирование данными, поиск и вывод данных по запросу пользователя. Все модели представления данных делятся на:

1. Иерархические

2. Сетевые

3. Реляционные.

4. Объектно-реляционные

Характерной особенностью статистических БД является то, что они относятся к классу условно-постоянных БД, подразделяющихся на:

1. Высоко-динамичные, характеризующиеся огромным потоком изменений, недопустимостью длительных задержек и остановок.

2. Условно-постоянные, характеризующиеся меньшим потоком изменений с установкой предусмотренных задержек.

К БД могут быть организованы запросы и транзакции. Запрос осуществляется с целью получения данных, а транзакция – для их модификации и изменения. Т.е. транзакция – это запрос с возможностью манипулирования данными.

В настоящее время широкое распространение получили СУБД, использующие реляционную модель данных. Теоретической основой реляционной модели является логика предикатов 1го порядка и теория отношений. Реляционная модель описывается 333 характеристиками и специально определёнными правилами, впервые предложенными Коддом. Реляционная СУБД обеспечивает доступ к данным на логическом уровне. Все данные в реляционной модели представляются в виде таблиц, что обеспечивает единообразие в представлении данных и гибкость при манипулировании ими. Такие СУБД имеют реляционно-полный язык манипулирования данными, выполняющий любые операции реляционной алгебры (алгебры логики) и реляционного исчисления, описывая любой запрос в виде операции с таблицами, а не их строками. Основной характеристикой СУБД является их быстродействие. Главный недостаток реляционных СУБД – это резкое снижение времени реакции при работе с большими и сверхбольшими БД. В них время поиска всех записей, удовлетворяющих некоторому критерию, линейно зависит от количества найденных записей, общего числа всех записей в базе, размеров записей и для больших БД является значительным. Быстродействие в реляционных СУБД также зависит от выбранного варианта физической организации данных.

Преимущества Реляционных СУБД:

1. Мощные возможности реализации запросов к БД.

2. Наличие функций, позволяющих создавать новые связи на основе данных о существующих.

3. «Прозрачность» логической организации для пользователей системы.

Реляционная СУБД требует использования сложной технологии для сокращения объёма избыточных данных и эффективной работы с БД больших объёмов.

Связь «многие ко многим» в реляционной модели обычно не поддерживается стандартными средствами, а при необходимости реализуется только программными методами.

Структура Иерархической БД напоминает перевёрнутое дерево, в узлах которого располагаются описываемые объекты. Связи между объектами определяются соединяющими их дугами. Поэтому направление движения между записями влияет на время доступа и зависит от длины пути, т.е. количество ветвей, которое надо пройти для достижения цели. Иерархические СУБД целесообразно применять когда точно известна интенсивность использования данных в системе. Основной недостаток – невозможность реализации связи «многие ко многим».

Сетевая модель данных представляет собой поля данных и множество связей между ними. В ней порождённый элемент имеет более одного исходного элемента и такое отношение нельзя описать в виде древовидное или иерархической структур. Сетевая структура данных впервые была разработана ассоциацией по разработке языка обработки данных CODASYL. Она обеспечивает дополнительный механизм построения данных, называемый набором. Набор определяет такое отношение между типами записей, когда один тип записей является владельцем других, что позволяет реализовать практически любые сложные структуры данных, в т.ч. связи типа «многие ко многим».

Иерархические и сетевые БД часто называют БД с навигацией по технологии доступа к данным. При этом обрабатывающие программы оказываются жёстко привязанными к текущему состоянию структуры БД и должны переписываться при её изменениях. Операции модификации и удаления данных требуют переустановки указателей, а манипулирование данными является записе-ориентированным.

Сетевые СУБД наиболее эффективны для разработки прикладного ПО и значительно быстрее реляционных. По критерию эффективности использования дисковой памяти сетевые и реляционные системы не имеют безусловного преимущества. Сетевые системы хранят в каждом экземпляре записи ссылки на различную служебную информацию. Реляционные системы требуют создания клячей и индексных файлов и создают скрытые от программиста вспомогательные структуры, оптимизирующие выполнение операторов SQL.

Основные условия эффективного применения реляционных и сетевых СУБД:

Реляционные СУБД	Сетевые СУБД
Прикладная система обработки соответствует стандартным типовым задачам.	Прикладная система обработки данных предъявляет особые требования к среде и режиму функционирования.
Структуры данных и алгоритмы обработки не слишком сложны.	Структура данных сложна, а алгоритмы обработки данных не ограничиваются операциями над таблицами.
ПО может быть реализовано на встроенных языках СУБД.	Требования к реализации функций системы приводят к необходимости использования языков достаточно низкого уровня.
Требования к производительности не слишком жёсткие.	Жёсткие требования к производительности программных средств.
В процессе работы системы не проводится структуризация БД.	Система постоянно развивается.

1. Иерархические БД. Является самой первой моделью представления данных, в которой все записи представлены в виде дерева с отношениями Предок-Потомок. Основной недостаток – необходимость прохождения снизу вверх (или наоборот) всех узлов для поиска требуемых записей. Практически не используется в современных СУБД.

2. Сетевая БД. В которой одна запись может участвовать в нескольких отношениях Предок-Потомок и фактически представляет собой Граф. Физически сетевая модель реализуется за счёт хранящихся внутри самой записи указателей на другие записи, количество которых может быть произвольным.

3. Реляционная БД. В ней вся информация представляется в виде таблиц и операции над данными превращаются в операции над таблицами. Таблицы состоят из строк и столбцов. Строки – это записи, а столбцы представляют структуру записи. При этом каждый столбец имеет определённый тип данных и ограниченный размер. Для структурирования данных вводится понятие «Первичный» ключ – это столбец (поле данных), значения которого во всех строках не повторяются. «Первичный» ключ может состоять из нескольких столбцов, тогда он называется составным «первичным» ключом. Отношения Предок-Потомок в Реляционных БД реализуется при помощи внешних ключей – это столбец таблицы, значение которого совпадают со значениями «первичного» ключа другой таблицы.

4. Объектно-реляционные БД. Сочетают в себе Реляционную модель данных с концепциями объектно-ориентированного программирования (ООП).