10.2. Модели данных в субд
Иерархическая, сетевая и реляционная модели, их достоинства и недостатки.
Реляционные базы данных
Базы данных с табличной формой организации называются реляционными БД. Например, такая база может иметь вид:
Одна запись содержит информацию об одном объекте той реальной системы, модель которой представлена в таблице. Поля — это различные характеристики (иногда говорят — атрибуты) объекта. Значения полей в одной строчке относятся к одному объекту. Разные поля отличаются именами.
Распределение данных по таблицам
Информация в таблице должна быть ограниченна отдельной темой. * Таблицы в своих записях не должны содержать дублированную
информацию. * Расчетные поля не включаются в таблицы исходных данных. * Как правило, таблица имеет ключевое поле (ключ).
Главным ключом в базах данных называют поле (или совокупность полей), значение которого не повторяется для разных записей.
Разработка структуры таблиц
Выбор типа поля
От типа величины зависят действия, которые можно с ней производить.
Например, с числовыми величинами можно выполнять арифметические операции, а с символьными и логическими — нельзя.
Структура данных определяет многие атрибуты: языки описания данных, средства запросов, физическую организацию данных, свойства и возможности СУБД. В основе представлений моделей данных лежат: иерархическая – деревья; сетевая – графы; реляционная – таблицы. Существуют всевозможные модели, например на инвертированных списках; семантическая модель, основанная на семантических диаграммах; объектно-ориентированные СУБД.
Сначала стали использовать иерархические даталогические модели. Простота организации, наличие заранее заданных связей между сущностями, сходство с физическими моделями данных позволяли добиваться приемлемой производительности иерархических СУБД на медленных ЭВМ с весьма ограниченными объемами памяти. Но, если данные не имели древовидной структуры, то возникала масса сложностей при построении иерархической модели и желании добиться нужной производительности.
Достоинства иерархической модели:
естественность описания иерархических данных;
высокая эффективность работы, быстродействие.
Недостатки иерархической модели:
жесткость структуры, ограниченная реализация, физическая и
логическая независимость;
ассиметрия представления данных, не являющихся иерархическими;
сложность операций корректировки;
в СУБД ИТ для реализации запроса требуется писать программы (СУБД
для программиста).
Сетевые модели также создавались для мало ресурсных ЭВМ. Это достаточно сложные структуры, состоящие из "наборов" – поименованных двухуровневых деревьев. "Наборы" соединяются с помощью "записей-связок", образуя цепочки и т.д. При разработке сетевых моделей было выдумано множество "маленьких хитростей", позволяющих увеличить производительность СУБД, но существенно усложнивших последние. Прикладной программист должен знать массу терминов, изучить несколько внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру базы данных для осуществления навигации среди различных экземпляров, наборов, записей и т.п. Один из разработчиков операционной системы UNIX сказал "Сетевая база – это самый верный способ потерять данные".
Достоинства сетевой модели:
большая гибкость по сравнению с иерархическими СУБД;
высокая эффективность;
наличие стандартов.
Недостатки сетевой модели:
жесткость структуры;
высокая сложность.
Сегодня наиболее распространены реляционные модели. Основы реляционной модели данных были впервые изложены в статье Е. Кодда в 1970 г. Эта работа послужила стимулом для большого количества статей и книг, в которых реляционная модель получила дальнейшее развитие. Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных принадлежит К. Дейту.
Согласно Дейту, реляционная модель состоит из трех частей:
структурной части.
целостной части.
манипуляционной части.
Структурная часть описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные n-арные отношения.
Целостная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей.
Манипуляционная часть описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное исчисление.
Реляционной называется БД, в которой все данные, доступные пользователю, организованы в виде таблиц и все операции сводятся к операциям над таблицами. Связь между таблицами определяется только значениями данных. Основной оператор – выбор очередной таблицы, строки, столбца. Столбцы – атрибуты; строки – кортежи; значение столбца, строки – домен. Базовые операции – включить кортеж, удалить кортеж, исправить кортеж.
Достоинства реляционной модели:
простота,
наглядность,
развитый математический аппарат,
развитые языковые средства.
Недостатки реляционной модели:
более низкая эффективность по сравнению с сетевыми и иерархическими моделями;
данные представляются на нескольких таблицах:
данные представляются не в естественном виде,
при работе с этими данными требуется их постоянная сборка.
Реляционной называется база данных, в которой все данные, доступные пользователю организованны в виде таблиц и все операции сводятся к операциям над таблицами. Связь между таблицами определяется только значениями данных. Основной операнд – выбор очередной строки таблицы по условию.