2. Моделі баз даних
З ростом популярності СУБД у 70-80-х роках з'явилася безліч різних моделей даних. У кожної з них були свої переваги і недоліки, які зіграли ключову роль у розвитку реляційної моделі даних, що з'явилася завдяки прагненню спростити й упорядкувати перші моделі даних.
Залежно від способу організації даних розрізняють наступні основні моделі представлення даних в БД:
ієрархічну;
мережну;
реляційну;
об’єктно-орієнтовану.
Ієрархічна модель даних
Однією з найбільш важливих сфер застосування перших СУБД було планування виробництва для компаній, що займаються випуском продукції. Наприклад, якщо автомобільна компанія хотіла випустити 10000 машин однієї моделі і 5000 машин іншої моделі, їй необхідно було знати, скільки деталей варто замовити у своїх постачальників. Щоб відповісти на це питання, необхідно визначити, з яких деталей складаються ці частини і т.д. Наприклад, машина складається з двигуна, корпуса і ходової частини; двигун складається з клапанів, циліндрів, свіч і т.д. Робота зі списками складових частин була начебто спеціально призначена для комп'ютерів.
С
Рис. 2. Ієрархічна
база даних, що містить інформацію про
складові частини
Записи
писок
складових частин виробу по своїй природі
є ієрархічною структурою. Для збереження
даних, що мають таку структуру, була
розроблена ієрархічна
модель даних, що ілюструє рис.2.
Графічним способом представлення ієрархічної структури є «дерево». «Дерево» являє собою ієрархію елементів, які називаються вузлами. Під елементами розуміється список (сукупність, набір) атрибутів, які характеризують об'єкт. У наведеному прикладі такими атрибутами на третьому рівні можуть бути: розмір дверей, колір дверей і т. п.
У ієрархічній моделі є кореневий вузол або просто «корінь дерева». «Корінь» знаходиться на найвищому рівні: (рівень 1) і не має вузлів, що знаходяться вище нього. У одного «дерева» може бути тільки один «корінь». Інші вузли, які називаються породженими, зв'язані між собою в такий спосіб: кожний із них має вихідний вузол, що знаходиться на більш високому рівні. Якщо кожний вузол може бути зв'язаний тільки з одним вихідним вузлом, то на наступному рівні він може мати один, два і більшу кількість вузлів або не мати жодного. Між вихідним вузлом і породженими вузлами існує відношення один-до-багатьох.
Мережна модель даних
Відзначимо, що перевагою ієрархічної моделі даних є простота тлумачення принципу ієрархії. Водночас така модель має серйозний недолік, який полягає в складності виконання операцій додавання інформації про нові об'єкти в базу даних і знищення застарілої.
Припустимо, що необхідно графічно зобразити відношення між об'єктами „студентський колектив” і „студентська група”, „кімната в гуртожитку” і „студент”. Взаємозв'язок між об'єктами показано на рис. 3, з якого видно, що дана схема не є ієрархічною, тому що породжений елемент студент має два вихідних. Такі відношення між об'єктами, у яких породжений елемент має більше одного вихідного, описуються у вигляді мережної моделі даних.
Рис. 3. Мережна база даних.
Мережні бази даних мають ряд переваг:
Гнучкість. Множинні відносини дозволяють мережній базі даних зберігати дані, структура яких була складніша ніж проста ієрархія.
Швидкодія. Всупереч своїй великій складності мережні бази даних досягають більшої швидкодії ніж ієрархічні баз даних.
Звичайно, мережні та ієрархічні моделі мають недоліки, а саме – структура даних задається на етапі проектування БД і не може бути змінена при організації доступу до даних.
Об’єктно-орієнтована модель даних
В об’єктно-орієнтованій моделі окремі записи баз даних представляються у вигляді об’єктів. Об’єктно-орієнтовані моделі об’єднують особливості мережної та реляційної моделей і використовуються для створення великих БД зі складними структурами даних.
Реляційна модель даних
Недоліки ієрархічної і мережної моделей привели до появи нової, реляційної моделі даних, запропонованої у 1970 році працівником фірми IBM Едгардом Коддом. Свою назву вона отримала від англійського терміну relation (відношення). Перевагами реляційної моделі даних є простота, гнучкість структури, зручність реалізації на комп’ютері, наявність теоретичного опису. Більшість сучасних БД для персональних комп’ютерів є реляційними.
Реляційна база даних являє собою сукупність таблиць, зв’язаних відношеннями. Кожна таблиця містить інформацію про об’єкти одного типу, а сукупність всіх таблиць утворює єдину базу даних. Таблиці, які утворюють БД, знаходяться в каталозі на диску.
Кожна таблиця БД складається з рядків і стовпців і призначена для зберігання даних про однотипні об’єкти інформаційної системи. Рядок таблиці називається записом, стовпець таблиці – полем (рис.4.). Кожен стовпець таблиці має своє ім'я, що звичайно служить заголовком стовпця. Усі стовпці в одній таблиці повинні мати унікальні імена, однак дозволяється присвоювати однакові імена стовпцям, розташованим у різних таблицях. Порядок розміщення стовпців визначається при створенні таблиці. Кожна таблиця повинна мати як мінімум один стовпець. Максимально припустима кількість стовпців у таблиці - 255.
У таблиці може міститися будь-яка кількість рядків. Цілком припустиме існування таблиці з нульовою кількістю рядків. Така таблиця називається порожньою. Порожня таблиця зберігає структуру, визначену її стовпцями, просто в ній не містяться дані.
Поле містить дані одного з допустимих типів, наприклад, символьного, числового або дати. При вводі значення в поле таблиці автоматично здійснюється перевірка відповідності типу значення і типу поля. У випадку, коли ці типи не співпадають, генерується виняткова ситуація.
Рис.4. Таблиця БД
Поняття структури таблиці включає в себе: опис полів, ключ, індекси, обмеження на значення полів.
З таблицею в цілому можна виконувати наступні операції:
Створення (визначення структури);
Зміна структури (реструктуризація);
Перейменування;
Знищення.
При створенні таблиці задається структура та ім’я таблиці. При збереженні на диску створюються всі необхідні файли, що відносяться до таблиці. Їх імена співпадають з іменем таблиці.
При зміні структури таблиці в ній можуть змінюватися назва і характеристика полів, склад і назва ключа та індексів, обмеження. Однак назва таблиці та її файлів залишається незмінною.
При перейменуванні таблиця отримує нове ім’я, в результаті чого нове ім’я отримують всі її файли. Для цього використовуються відповідні програми (утиліти), призначені для роботи з таблицями БД.