1. Типы баз данных

Наиболее широко распространенными являются иерархические, сетевые и реляционные модели данных, каждая из которых имеет свою внутреннюю схему построения. Соответствующим образом называют и СУБД, поддерживающие перечисленные модели.

В иерархических БД данные представляются в виде древовидной структуры (см. рис.1). Дерево представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. На самом верхнем уровне иерархии имеется только один узел - корень. Каждый узел, кроме корня, связан с одним узлом на более высоком уровне, называемом исходным узлом для данного узла. Ни один элемент не имеет более одного исходного. Каждый элемент может быть связан с одним или несколькими элементами на более низком уровне. Они называются порож­денными. Иерархическая база данных, как правило, состоит из совокупности таких «деревьев», которые образуют множество деревьев, или «лес».

Иерархические БД обладают высокой скоростью доступа к требуемой информации в направлении от основания дерева к его вершинам, однако, с другой стороны, затрудненным доступом к информации в обратном направлении - от периферии к основанию дерева.

Рис.1. Схематическое изображение иерархической БД

Если порожденный элемент в отношении между данными имеет более чем один исходный элемент, то это отношение, очевидно, уже нельзя описать как древовидную структуру. Его описывают в виде сетевой структуры (см. рис. 2).

Рис. 2. Схематическое изображение сетевой БД

Каждый элемент в сетевой структуре может быть связан с любым другим элементом. Такие структуры используются для представления данных в сетевых СУБД. В сетевых моделях снимается указанный выше недостаток иерархических БД, однако, с другой стороны, язык манипулирования данными для таких моделей всегда является гораздо более сложным, так как содержит большое число разнотипных команд и слабо формализуется.

В настоящее время на персональных компьютерах наиболее распространены т.н. реляционные модели БД. В основе реляционной модели данных лежит понятие отношения, или реляции (relation – отношение, англ., отсюда и происходит термин реляционные БД). Отношение удобно и наглядно представляется в виде двумерной (плоской) таблицы при соблюдении опреде­ленных ограничивающих условий. Данные в таблицах могут быть связанными, а сама реляци­онная база данных представляет собой набор таких взаимосвязанных таблиц.

В реляционных БД (РБД) все объекты разделяются на типы, т.е. каждый объект относится к некоторому типу. Объекты одного и того же типа имеют свой, соответствующий их типу, набор атрибутов. Поэтому объекты одного типа в РБД представляются записями с одинаковым количеством полей, а каждый экземпляр объекта можно представить как вектор с соответствующим количеством измерений. Например, если n – количество атрибутов объекта данного типа, то i-й экземпляр объекта можно представить как вектор А_i=(A_i1,A_i2,…,A_in). Вся совокупность из m экземпляров объектов данного типа может быть представлена в виде матрицы или таблицы размерностью m*n вида

М ножество строк в таблице R_ij, т.е. экземпляров объекта данного типа, и называется отношением, а совокупность всех возможных значений таблицы R_ij называется схемой отношений.

В зависимости от содержания в РБД различают два типа отношений: объектные и связные. Объектное отношение хранит данные об объектах и отражает зависимости между атрибутами объекта, связное отношение отражает зависимости между отдельными таблицами в РБД.

В объектном отношении один из атрибутов однозначно идентифицирует объект в таблице, т.е. запись в таблице, а именно каждому конкретному значению такого атрибута будет соответствовать одна и только одна запись (строка) в таблице. Понятно, что значения такого атрибута в столбце таблицы должны быть уникальны и никогда не повторяться. Такой атрибут называется первичным ключом отношения. Для удобства первичный ключ обычно размещают в первом столбце таблицы. Для обеспечения уникальности значения первичного ключа, если в таблице нет одного атрибута с неповторяющимися значениями, такой ключ может состоять из нескольких атрибутов, и тогда он называется составным ключом.

В связном отношении атрибуты-признаки разных таблиц используются для организации связей между таблицами. Благодаря наличию таких связей обеспечивается целостность БД и взаимодействие данных, содержащихся в различных таблицах БД.

Реляционную модель данных предложил в 1969 году Э.Ф. Кодд – сотрудник фирмы IBM. Основной принцип реляционного подхода заключается в использовании операций над таблицами, а не над отдельными записями, что имеет место в иерархических и сетевых БД. Можно выделить следующие важные преимущества РБД:

• отношения (таблицы) не зависят от способа хранения данных в компьютере;

• теория отношений является областью математической логики, т.н. реляционной алгебры, и поэтому хорошо формализована;

• имеется простой и единообразный способ представления данных в виде таблиц;

• осуществляется надежное обеспечение целостности и защиты данных и некоторые другие.

Важным достоинством реляционной модели данных является то, что на основе уже имеющихся схем отношений можно получать новые схемы, которые ра­нее в файле базы данных не были представлены. Таким способом соответствующая СУБД позволяет по­лучать ответы на незапланированные прикладными программами информационные за­просы.

Необходимо отметить, что РБД не лишены и определенных недостатков: медленность работы для больших БД, жесткость структуры данных и некоторые другие. Однако для персональных компьютеров и не очень больших БД в настоящее время используются исключительно реляционные модели БД.

Итак, перечислим исходные компоненты реляционной модели данных, основанной на совокупности отношений:

• все множество объектов (записей) предметной области, которую описывает БД, разделяется на несколько типов, каждый из которых представляется своей таблицей;

• каждому типу объектов соответствует определенный набор атрибутов, который определяет содержание соответствующей данному типу объектов таблице;

• каждый тип объектов имеет свои признаки или характеристики – атрибуты, значения которых содержатся в полях – в столбцах таблицы;

• каждому конкретному объекту данного типа соответствует определенный набор значений этих атрибутов, соответствующий строке в таблице;

• атрибут (или набор атрибутов), однозначно определяющий объект в таблице (т.е. строку в таблице), называется первичным ключом объекта;

• в таблицах имеются также атрибуты, являющиеся первичными ключами в других таблицах, т.н. внешние ключи, которые обеспечивают связь между таблицами в РБД.