Организация данных в бд

В базе данных выделяют следующие элементы:

• данные;

• объекты;

• связи;

• свойства.

Данные

В БД данные обычно называют постоянными, хотя они конечно не являются таковыми в общепринятом понимании. Так их назвали в сравнении с изменчивыми данными – транзитными (промежуточные результаты, входные, выходные данные).

Входные данные – это информация, передаваемая системе с терминала или рабочей станции. Когда эта информация сохранена в таблицах, она становится частью постоянных данных или влечет за собой изменения постоянных данных.

Выходные данные – это сообщения и результаты, выдаваемые системой на экран, печать и иное устройство вывода.

Объекты

В реляционных БД это таблицы (другое название – отношения), описывающие некоторые объекты реального мира. Реляционные базы данных хранят все данные только в таблицах.

Связи

Связи отображают зависимости между объектами. Как правило, они бывают двусторонними. Допустим, есть два объекта Students и Groups, по связи между ними можно ответить на два вопроса:

1. какой группе принадлежит данный студент;

2. какие студенты входят в данную группу.

Схема, на которой представлены объекты и их связи, называется Схема объект-отношение или Диаграмма объект-отношение (рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Связь между таблицами Students и Groups

В схеме могут быть связи, указывающие на один и тот же тип объекта. Например, преподаватель является наставником молодого преподавателя. В конкретном наборе объектов может быть любое количество связей. Между двумя таблицами может быть более одной связи.

Свойства

Все объекты и связи имеют определенные свойства. Свойства объектов выражаются полями таблицы. Свойства связей выражаются в их характеристиках при формировании.

Виды моделей данных

Ядром любой БД является модель данных. Модель данных – это совокупность структуры данных и операций их обработки.

Кратко рассмотрим основные виды моделей данных и выявим их основные преимущества и недостатки, при этом будем учитывать факторы, характеризующие принципиальные особенности моделей, а также факторы, связанные с реализацией этих моделей на ЭВМ.

1. Иерархическая модель данных. Представляет собой совокупность элементов, связанных по строго определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями образуют ориентированный граф. Основными понятиями иерархической модели данных являются: уровень, узел (или элемент) и связь. Такая модель данных обладает следующими свойствами:

• каждый узел связан только с одним вышестоящим узлом, кроме вершины;

• иерархическая модель данных имеет только одну вершину, узел не подчинен более никаким узлам;

• от каждого узла существует единственный путь к вершине;

• связь не может быть установлена между объектами, находящимися через уровень;

• связь между узлами первого уровня не определяется.

Примеры.

1. Файловая структура организации информации.

2. Структура организации (директор, заместитель, руководители отделов, сотрудники) (рис.1.3).

Рис. 1.3. Иерархическая структура данных

Преимущества:

1. Простота.

2. Минимальный расход памяти.

Недостатки:

1. Отсутствие универсальности – не всякую информацию можно выразить в иерархической модели данных.

2. Исключительно навигационный принцип доступа к данным.

3. Доступ к данным только через корневой элемент.

2. Сетевая модель данных. Элементами этой модели являются: уровень, узел, связь. Отличия в том, что элемент одного уровня может быть связан с любым количеством элементов соседнего уровня, и не существует подчиненности уровней друг другу.

Свойства сетевой модели:

• связь не может быть установлена между объектами, находящимися через уровень;

• связь между узлами первого уровня не определяется.

Пример. Рассмотрим работу над проектами: можно выделить три вида объектов – сотрудники, проекты, заказчики (рис.1.4).

Рис. 1.4. Сетевая структура данных

Преимущества:

1. Универсальность.

2. Возможность доступа к данным через значения нескольких отношений.

Недостатки:

1. Сложность – обилие понятий, вариантов их взаимосвязей и способов реализации.

2. Допустимость только навигационного принципа доступа к данным.

3. Реляционная модель данных (табличная). Это способ представления данных в виде таблиц. Элементы: поле (столбец), запись (строка) и таблица (отношение). В дальнейшем мы будем рассматривать именно реляционную модель данных, которая используется в реляционных системах. Под реляционной системой понимается система, основанная на следующих принципах:

• данные пользователя представлены только в виде таблиц;

• пользователю предоставляются операторы, генерирующие новые таблицы из старых (для выборки данных).

Пример. Рассмотрим отношения Студенты и Группы:

Students:

StudentID	LastName	FirstName	MiddleName	GroupID
1	Казаков	Петр	Владимирович	1
2	Васильев	Иван	Аркадьевич	2
4	Шишкина	Дарья	Сергеевна	1

Groups:

GroupID	Supervisor
1	Царев С.М.
2	Пестов Д.Н.

Преимущества:

1. Простота. В такой модели всего одна информационная конструкция, формализующая табличное представление. Она наиболее привычна для пользователя.

2. Теоретическое обоснование. Существуют строгие методы нормализации данных в таблицах (будет подробно рассмотрено в лекциях 10-11).

3. Независимость данных. При изменении БД, ее структуры необходимы бывают лишь минимальные изменения прикладных программ.

Недостатки:

1. Низкая скорость, т.к. требуются операции соединения.

2. Большой расход памяти в силу организации всех данных в виде таблиц.

4. Система инвертированных списков – система индексов. Систему инвертированных списков можно рассматривать как частный случай сетевой модели данных, которая имеет два уровня. Основные элементы: основной файл, инвертированный список (файл), список связей. В такой системе имеется несколько основных файлов, имеющих единую сквозную нумерацию.

Пример. Рассмотрим объекты Сотрудники и Зарплата.

Сотрудники:

Сотрудник	Должность
01 Иванов	программист
02 Сидоров	лаборант
03 Шишкин	преподаватель
04 Васильев	преподаватель

Зарплата:

Сотрудник	Дата	Сумма
05 Иванов	1.10.2008	5000
06 Сидоров	5.10.2008	7500
07 Иванов	3.12.2008	10000
08 Шишкин	3.12.2008	8000
09 Васильев	25.01.2009	5000
10 Васильев	27.01.2009	8750

Инвертированный список может быть сформирован по любому полю основных списков, в нем каждому значению сопоставляется список номеров (индексов).

Пример: инвертированный список Должность:

• программист – 01;

• лаборант – 02;

• преподаватель – 03, 04

Список связей составляется только по основным столбцам.

Пример: рассмотрим два списка связей:

• Сотрудники – Зарплата:

• 01 – 05, 07

• 02 – 06

• 03 – 08

• 04 – 09, 10

• Зарплата – Сотрудники:

• 05 – 01

• 06 – 02

• 07 – 01

• 08 – 03

• 09 – 04

• 10 – 04

Инвертированные списки являются основой для создания информационно-поисковых систем (ИПС). В ИПС ключевые атрибуты соответствуют ключевым словам, определяющим тематику поиска.

Так как недостатки реляционной модели данных компенсируются ростом быстродействия и ресурсов современных компьютеров, то в настоящее время именно такие модели получили наибольшее распространение.