32. Модель данных: иерархическая, сетевая, реляционная модели. Физический указатель. Потомок, предок.

Модель предметной области состоит, как правило, из описания конкретных фактов, а также некоторых общих понятий и закономерностей. Первые образуют базу данных, вторые - базу знаний (БЗ).

К знаниям относят информацию о логике решения задач, а к данным - информацию, которая должна быть проанализирована в соответствии с этой логикой.

Первые системы управления базами данных использовали иерархическую модель данных, и по времени их появление предшествует появлению сетевой модели. Основными информационными единицами в иерархической модели данных являются сегмент и поле. Поле данных определяется как наименьшая неделимая единица данных, доступная пользователю. Для сегмента определяются тип сегмента и экземпляр сегмента. Экземпляр сегмента образуется из конкретных значений полей данных. Тип сегмента — это поименованная совокупность входящих в него типов полей данных. иерархическая модель данных базируется на графовой форме построения данных, и на концептуальном уровне она является просто частным случаем сетевой модели данных. В иерархической модели данных вершине графа соответствует тип сегмента или просто сегмент, а дугам — типы связей предок — потомок. В иерархических структуpax сегмент — потомок должен иметь в точности одного предка. Иерархическая модель представляет собой связный неориентированный гpaф древовидной структуры, объединяющий сегменты. Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев.

Сетевая модель данных — логическая модель данных, являющаяся расширением иерархического подхода, строгая математическая теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в сетевых базах данных. Разница между иерархической моделью данных и сетевой состоит в том, что в иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков. Сетевая БД состоит из набора экземпляров определенного типа записи и набора экземпляров определенного типа связей между этими записями. Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа записи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка. Для данного типа связи L с типом записи предка P и типом записи потомка C должны выполняться следующие два условия:каждый экземпляр типа записи P является предком только в одном экземпляре типа связи L;каждый экземпляр типа записи C является потомком не более чем в одном экземпляре типа связи L. Достоинством сетевой модели данных является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности.

Примерный набор операций манипулирования данными:

найти конкретную запись в наборе однотипных записей; перейти от предка к первому потомку понекоторой связи; перейти к следующему потомку в некоторой связи; перейти от потомка к предку по некоторой связи; создать новую запись; уничтожить запись; модифицировать запись; включить в связь; исключить из связи; переставить в другую связь и т. д.

Реляционная модель данных (РМД) — логическая модель данных, прикладная теория построения баз данных, которая является приложением к задачам обработки данных таких разделов математики как теории множеств и логика первого порядка. На реляционной модели данных строятся реляционные базы данных. Реляционная модель данных включает следующие компоненты: Структурный аспект (составляющая) — данные в базе данных представляют собой набор отношений. Аспект (составляющая) целостности — отношения (таблицы) отвечают определенным условиям целостности. РМД поддерживает декларативные ограничения целостности уровня домена (типа данных), уровня отношения и уровня базы данных.Аспект (составляющая) обработки (манипулирования) — РМД поддерживает операторы манипулирования отношениями (реляционная алгебра, реляционное исчисление). Термин «реляционный» означает, что теория основана на математическом понятии отношение (relation). В качестве неформального синонима термину «отношение» часто встречается слово таблица. Необходимо помнить, что «таблица» есть понятие нестрогое и неформальное и часто означает не «отношение» как абстрактное понятие, а визуальное представление отношения на бумаге или экране. Некорректное и нестрогое использование термина «таблица» вместо термина «отношение» нередко приводит к недопониманию. Наиболее частая ошибка состоит в рассуждениях о том, что РМД имеет дело с «плоскими», или «двумерными» таблицами, тогда как таковыми могут быть только визуальные представления таблиц. Отношения же являются абстракциями, и не могут быть ни «плоскими», ни «неплоскими». Для лучшего понимания РМД следует отметить три важных обстоятельства: модель является логической, то есть отношения являются логическими (абстрактными), а не физическими (хранимыми) структурами; для реляционных баз данных верен информационный принцип: всё информационное наполнение базы данных представлено одним и только одним способом, а именно — явным заданием значений атрибутов в кортежах отношений; в частности, нет никаких указателей (адресов), связывающих одно значение с другим; наличие реляционной алгебры позволяет реализовать декларативное программирование и декларативное описание ограничений целостности, в дополнение к навигационному (процедурному) программированию и процедурной проверке условий.

Сложность данных СУБД объясняется тем, что они построены с использованием внутренних физических указателей, связывающих записи между собой. иерархия отношений между клиентами, счетами и строками счетов. Клиенту «подчинены» счета, которым, в свою очередь, «подчинены» строки. В иерархической базе данных эти три файла будут связаны между собой физическими указателями, или полями данных, добавленными к отдельным записям. Указатель - это физический адрес, означающий, где запись находится на диске. Каждая запись о клиенте будет содержать указатель первой записи счета этого клиента. В свою очередь, записи счетов будут содержать указатели на другие записи счетов и на записи строк счетов. Таким образом, система легко сможет извлечь все записи счетов и строк счетов, относящихся к данному клиенту.Указатель - физический адрес, обозначающий место хранения записи на диске.

Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй — объекты второго уровня и т. д.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможно, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами. Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического. В иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка; в сетевой структуре данных потомок может иметь любое число предков. Связь - это ассоциация между сущностями, при которой, как правило, каждый экземпляр одной сущности, называемой родительской сущностью, ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров второй сущности, называемой сущностью-потомком, а каждый экземпляр сущности-потомка ассоциирован в точности с одним экземпляром сущности-родителя.