4. Модели данных. Классификация моделей

Модель данных – это математическое средство абстракции, позволяющее отделить факты от их интерпретации и вместе с тем обеспечить развитые возможности представления соотношения данных.

Модель данных – это комбинация трех составляющих:

1. Набора типов структур данных.

2. Набора операторов или правил вывода, которые могут быть применены к любым правильным примерам типов данных, чтобы находить, выводить или преобразовывать информацию, содержащуюся в любых частях этих структур в любых комбинациях.

3. Набора общих правил целостности, которые прямо или косвенно определяют множество непротиворечивых состояний БД и/или множество изменений её состояния. Ограничения делятся на явные и неявные. Неявные ограничения определяются самой структурой данных. Явные ограничения задаются в схеме базы данных с помощью средств языка описания данных (DDL, Data Definition Language). В качестве явных ограничений чаще всего выступают условия, накладываемые на значения данных.

Классификация моделей данных:

Инфологические модели данных используются на ранних стадиях проектирования для описания структур данных в процессе разработки приложения, а даталогические модели уже поддерживаются уже конкретными СУБД.

Документальные модели данных соответствуют представлению о слабоструктурированной информации, ориентированной в основном на свободные форматы документов, текстов на естественном языке.

Тезаурусные модели основаны на принципе организации словарей, содержат определенные языковые конструкции и принципы их взаимодействия в заданной грамматике. Эти модели эффективно используются в системах-переводчиках, особенно многоязычных переводчиках. Принцип хранения информации в этих системах и подчиняется тезаурусным моделям.

Дескрипторные модели – самые простые из документальных моделей, они широко использовались на ранних стадиях использования документальных баз данных. В этих моделях каждому документу соответствовал дескриптор – описатель. Этот дескриптор имел жесткую структуру и описывал документ в соответствии с теми характеристиками, которые требуются для работы с документами в разрабатываемой документальной БД. Обработка информации в таких базах данных велась исключительно по дескрипторам, то есть по тем параметрам, которые характеризовали документ, а не по самому тексту документа. Теоретико-графовые модели данных отражают совокупность объектов реального мира в виде графа взаимосвязанных информационных объектов. В зависимости от типа графа выделяют иерархическую или сетевую модели. Исторически эти модели появились раньше, и в настоящий момент они используются реже, чем более современная реляционная модель данных. Однако до сих пор существуют системы, работающие на основе этих моделей, а одна из концепций развития объектно-ориентированных баз данных предполагает объединение принципов сетевой модели с концепцией реляционной. Иерархическая модель - В основе иерархическая древовидная структура данных. Существуют первичные ключи. Сегменты объединяются в ориентированный древовидный сетевой граф.

Сетевая модель - Элемент данных – единица данных в поле. Набор данных – двухуровневый граф связанный отношением один ко многим 2 типа записей. Модель данных, допустимые структуры данных в которой могут быть представлены в виде графа.  Реляционная модель данных была разработана Коддом в 1970 году. Реляционной считается такая база данных, в которой все данные представлены для пользователя в виде прямоугольных таблиц значений данных, и все операции над базой данных сводятся к манипуляциям с таблицами.  

Объектно-ориентированные модели данных

Ещё один подход к построению БД – использование объектно-ориентированных моделей данных (ООМД). Моделирование данных в ООМД базируется на понятии объекта. Для ООМД, как и в случае с ОРМД, не существует общепризнанной модели данных.

При создании объектно-ориентированных СУБД (ООСУБД) используются разные методы, а именно: встраивание в объектно-ориентированный язык средств для работы с базами данных; создание объектно-ориентированных библиотек функций для работы с СУБД; расширение существующего языка работы с базами данных объектно-ориентированными функциями; создание нового языка и новой объектно-ориентированной модели данных.

К достоинствам ООМД можно отнести широкие возможности моделирования предметной области, выразительный язык запросов и повышенную производительность. Эти модели обычно применяются для сложных предметных областей, для моделирования которых не хватает функциональности реляционной модели (например, систем автоматизации проектирования, издательских систем и т.п.).

Среди недостатков ООМД следует отметить отсутствие универсальной модели, недостаток опыта создания и эксплуатации ООБД, сложность использования и недостаточность средств защиты данных.

Объектно-реляционные модели данных

Расширению возможностей реляционных баз данных (РБД) способствует применение в концепции баз данных понятия объекта, аналогичного понятию объекта в объектно-ориентированном программировании. Это расширение достигается за счёт использования таких объектно-ориентированных компонентов, как пользовательские типы данных, инкапсуляция, полиморфизм, наследование, переопределение методов и т.п.

К сожалению, до настоящего времени (2003 г.) разработчики не пришли к единому мнению о том, как следует определять ОРМД. Модели, поддерживаемые различными производителями СУБД, существенно отличаются по своим функциональным характеристикам, поэтому о включении объектов в РМД можно говорить только как об общем направлении развития баз данных. О перспективах этого направления свидетельствует тот факт, что ведущие фирмы–производители СУБД, в числе которых Oracle, Informix и INGRES, расширили возможности своих продуктов до объектно-реляционной СУБД (ОРСУБД).

В большинстве реализаций ОРМД объектами признаются агрегат и таблица (отношение), которая может входить в состав другой таблицы. Методы обработки данных представлены в виде хранимых процедур и триггеров, которые являются процедурными объектами базы данных, и связаны с таблицами. На внутреннем (физическом) уровне все данные ОРБД хранятся в виде отношений, и ОРСУБД поддерживают язык SQL.