Обзор моделей данных

История создания и развития СУБД насчитывает около сорока лет. За этот период были разработаны многочисленные модели данных, прежде всего это сетевые, иерархические, реляционные и объектные модели данных.

Существует три способа структурирования информации (модели данных): иерархическая модель, сетевая модель, реляционная модель.

При разработке прикладных программ для пользователей БД используют заранее проработанные и рекомендованные типовые мо­дели данных, к которым относятся:

• иерархическая;

• сетевая;

• реляционная.

Иерархическая модель

Иерархическая модель - это модель, в которой связи между данными имеют вид иерархии.

Первая иерархическая СУБД появилась в середине 60-х годов. Причиной послужила необходимость управления миллионами записей, связанных друг с другом иерархическим образом, при информационной поддержке лунного проекта Аполлон. Среди реализуемых на практике СУБД этого типа преобладает система IMS (Information Management System компании IBM). На данный момент это самая распространенная СУБД из всех данного типа.

Иерархическая модель данных - это модель, имеющая древо­видную графовую структуру, представляющую собой иерархию эле­ментов, называемых вершинами (или узлами), соединенных между собой дугами (или ветвями). На верхнем уровне иерархии, называе­мом первым, находится единственный узел, называемый корнем. Уз­лы следующего более низкого уровня порождаются предыдущими уз­лами. Каждый узел более высокого уровня может породить один или несколько узлов следующего уровня. Узлы, не имеющие порожденных, называются листьями.

К недостаткам иерархической модели данных можно отнести:

• отсутствие явного разделения логических и физических характеристик модели,

• представление неиерархических отношений требует дополнительных манипуляций,

• непредвиденные запросы могут требовать реорганизации базы данных.

Сетевая модель

Сети - способ представления отношений между объектами. Широко применяются в математике, исследованиях операций, химии, физике, социологии и других областях знаний. Обычно представляются математической структурой - направленным графом.

Направленный граф состоит из точек (узлов), соединенных стрелками (ребрами).

Сетевая модель данных - это представление данных в виде сетевых структур, в которых узлы хранят данные, а ребра - отношения между ними.

Примечание. В конце 60-х конференция по языкам систем данных (Conference on Data Systems Languages, CODASYL) поручила подгруппе, названной Database Task Group (DBTG), разработать стандарты систем управления базами данных. На DBTG оказывала сильное влияние архитектура, использованная в одной из самых первых СУБД, Integrated Data Store (IDS), созданной ранее компанией General Electric. Это привело к тому, что была рекомендована сетевая модель.

Документ DTBG от 1971 г. остается основной формулировкой сетевой модели, на него ссылаются как на модель CODASYL DBTG. Она послужила основой для разработки сетевых систем управления базами данных нескольких производителей. IDS (Honeywell) и IDMS (Computer Associates) - две наиболее известных коммерческих реализации.

Сетевой моделью данных называется структура, в которой по­рожденный элемент может иметь больше одного исходного элемента.

Сетевые и иерархические модели в настоящее время считаются устаревшими, но существует множество баз данных созданных на их основе и требующих поддержания их работы.

Одним из крупнейших достижений в этой области является создание реляционной модели данных и базирующейся на ней теории реляционных баз данных, которая позволила получить важные результаты для развития теории баз данных.

По оценкам специалистов, примерно 99% мирового рынка баз данных занимают в настоящий момент реляционные СУБД.

Как отмечают многие исследователи, своим успехом реляционная модель данных во многом обязана, в первую очередь тому, что опиралась на строгий математический аппарат теории множеств, отношений и логики первого порядка. Разработчики любой конкретной реляционной системы считали своим долгом показать соответствие своей конкретной модели данных общей реляционной модели, которая выступала в качестве меры "реляционности" системы. Существует широкий спектр реляционных СУБД для приложений различного масштаба. Разработан международный стандарт языка запросов SQL, ставший универсальным интерфейсом коммерческих реляционных СУБД.