7.3. Типи моделей даних
Дані, які зберігаються в базі даних мають певну логічну структуру, тобто представлені певною моделлю, що підтримується СУБД. Ядром будь-якої СУБД є модель. Модель даних являє собою множину структур даних обмеженої цілісності й операцій маніпулювання. За допомогою моделі можуть бути подані об’єкти предметної області і взаємозв’язки між ними.
Модель даних – сукупність структур даних і операцій їх обробки.
СУБД засновуються на використанні:
ієрархічної моделі;
мережної моделі;
реляційної моделі;
об’єктно-орієнтованої моделі;
комбінаціях цих моделей на певній їх підмножині.
7.3.1. Ієрархічна модель даних
Ієрархічна структура являє собою сукупність елементів, пов’язаних між собою за визначеними правилами. В ієрархічній моделі дані подаються у вигляді деревовидної (ієрархічної) структури. Вона зручна для роботи з ієрархічно упорядкованою інформацією і громіздка для інформації зі складними логічними зв’язками.
Об’єкти, пов’язані ієрархічними відносинами, утворюють орієнтований граф (перевернуте дерево), вигляд якого представлений на рис. 7.3.
1
-й
рівень _____________
2-й
рівень _____________
3-й рівень _____________
Рис. 7.3. Ієрархічна структура БД
До основних понять ієрархічної структури відносяться: рівень, елемент (вузол), зв'язок. Вузол – це сукупність атрибутів даних, що описують певний об’єкт. На схемі ієрархічного дерева вузли представляються вершинами графа. Кожний вузол на більш низькому рівні пов'язаний тільки з одним вузлом, що знаходиться на більш високому рівні. Ієрархічне дерево має тільки одну вершину (корінь дерева), яка не підпорядковується жодній іншій вершині і яка знаходиться на самому верхньому (першому) рівні. Залежні (підлеглі) вузли знаходяться на другому, третьому тощо рівнях. Кількість дерев у базі даних визначаються кількістю кореневих записів.
Для кожного запису бази даних існує тільки один (ієрархічний) шлях від кореневого запису. Наприклад, як видно з рис. 7.3, для запису С4 шлях проходить через А і В3.
Достоїнством ієрархічної моделі даних є можливість ефективної реалізації показників витрат пам’яті й оперативності.
7.3.2. Мережна модель даних
Мережна модель означає подання даних у вигляді довільного графа. У мережній структурі при тих же основних поняттях (рівень, вузол, зв'язок) кожний елемент може бути пов’язаний будь-яким іншим елементом. На рис. 7.4. зображена мережна структура бази даних у вигляді графа.
Рис. 7.4. Графічне зображення мережної структури
Позитивною якістю мережних моделей даних є можливість їх ефективної реалізації показників витрат пам’яті і оперативності.
Недоліком мережної моделі даних є висока складність і жорсткість схеми БД, яка побудована на її основі.
7.3.3. Реляційна модель даних
Реляційна модель даних подає дані у вигляді множини таблиць. Поняття реляційної бази даних пов’язано з розробками відомого американського спеціаліста в галузі систем баз даних Е. Коддом.
Таблиця являє собою набір рядків та стовпців, де рядки називаються записами, а кожний елемент стовпчика – полем, або пояснювальним написом. Подання інформації у вигляді таблиці, яка складається зі стовпців (колонок), розташованих у певному порядку зліва направо, в математиці називається відношенням. Звідси і назва моделі – реляційна (англ. „relation” – відношення). Структуровані таким чином дані, можуть зберігатися у вигляді баз даних. У кожному рядку таблиці міститься дані про один об’єкт даних (наприклад, про товар на складі, успішність навчання студента тощо).
У базі даних кожна таблиця визначається сукупністю її стовпців і рядків. Кожен рядок таблиці має тільки одне значення зі стовпця.
Структура бази даних визначається встановленням зв’язків між таблицями. Стовпець (поле) відповідає певному елементу даних – атрибуту, який є найпростішою структурою даних і відображає властивість певної суті. Наприклад, прізвище, ім’я, по-батькові студента, номер залікової книжки, оцінка з дисциплін „обчислювальна техніка та програмування”, історії України, БЖД тощо є атрибутами суті „студент”. Кожний стовпець повинен мати ім’я відповідного елемента даних (атрибута).
Один або декілька атрибутів, значення яких однозначно ідентифікують рядок таблиці, називаються ключем таблиці.
Реляційною таблицею можна подати, наприклад, відомості про студентів, які навчаються у ВНЗ (табл. 7.1)
Таблиця 7.1
№ п/п |
Прізвище |
Ім’я |
По батькові |
Дата народження |
Група |
Номер залікової книжки |
ОТП
|
Історія України |
БЖД |
1 |
Сухарик |
Олександра |
Федорівна |
01.01.87 |
ГІС-051 |
01102 |
5 |
5 |
5 |
2 |
Кошмарик |
Оксана |
Леонідівна |
15.03.86 |
ВВ-051 |
01231 |
3 |
4 |
5 |
3 |
Комарик |
Станіслав |
Васильович |
19.03.86 |
ЗВ-061 |
25645 |
5 |
5 |
5 |
4 |
Крендель |
Тетяна |
Йосипівна |
13.05.87 |
ГІС-061 |
11225 |
3 |
3 |
3 |
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n-1 |
Шпиндель |
Аристарх |
Віленович |
20.04.89 |
ЗВ-051 |
32561 |
5 |
5 |
5 |
n |
Рейсфедер |
Нестор |
Богданович |
11.01.85 |
ГІС-041 |
01076 |
4 |
4 |
4 |
Отже, реляційні таблиці будують за певним критерієм структурування. Необхідність такого структурування зумовлена прагненням систематизувати величезні масиви даних й автоматизувати пошук і селекцію їх компонентів.
Для кожної таблиці можна створити декілька індексів. Індекси дозволяють впорядкувати записи, виконувати швидкий пошук потрібних даних та встановлювати зв’язки між таблицями. Поля, які використовуються в індексах, називаються ключами записів. Ключ може бути простим та складеним. Простий ключ містить ім’я одного поля, а складений може містити декілька полів. Первинний ключ повинен однозначно ідентифікувати запис, тобто він може приймати тільки одне, унікальне значення, наприклад, поле „Прізвище” (табл. 7.1).
База даних може включати декілька таблиць, які пов’язані поміж собою ключовими полями.