Модели данных: иерархическая, сетевая, реляционная.
Отношения в иерархической модели данных организованы в виде совокупностей деревьев, где дерево — структура данных, в которой тип сегмента потомка связан только с одним типом сегмента предка.
Иерархическая модель данных, как следует из названия, имеет иерархическую структуру, т.е. каждый из элементов связан только с одним стоящим выше элементом, но в, то, же время на него могут ссылаться один или несколько стоящих ниже элементов
Рисунок 2 — Логическая иерархическая модель
В терминологии иерархической модели используются более конкретные понятия: «элемент» (узел); «уровень» и «связь». Узел чаще всего представляет собой атрибут (признак), описывающий некоторый объект.
Иерархически модель схематически изображается в виде графа, в котором каждый узел является вершиной.
Эта модель представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и образующих граф – дерево с иерархической структурой (рисунок 2,3).
Такой граф имеет единственную вершину, не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Число вершин первого уровня определяет число деревьев в базе данных. Запрещены взаимосвязи на одном уровне.
Рисунок 3 – Пример иерархической модели данных
Сетевая модель.
Сети — естественный способ представления отношений между объектами. Они широко применяются в математике, исследованиях операций, химии, физике, социологии и других областях знаний. Сети обычно могут быть представлены математической структурой, которая называется направленным графом. Направленный граф имеет простую структуру. Он состоит из точек или узлов, соединенных стрелками или ребрами.
Сетевая модель данных — это представление данных сетевыми структурами типов записей и связанных отношениями мощности один-к-одному или один-ко-многим.
Сетевая модель более демократична. В сетевой модели отсутствует понятие главного и подчиненного объекта (рисунок 4,5). Один и тот же объект может выступать как главный и как подчиненный, то есть иметь любое количество взаимосвязей. Здесь допустимы связи на одном уровне. Эта модель использует ту же терминологию, что и иерархическая модель: «узел», «уровень» и «связь».
Рисунок 4 — Логическая сетевая модель
Как известно из теории графов, сетевой граф может быть преобразован в граф-дерево.
Рисунок 5 – Пример сетевой модели данных
Реляционная модель.
В 1970-1971 годах Е.Ф.Кодд опубликовал две статьи, в которых ввел реляционную модель данных и реляционные языки обработки данных — реляционную алгебру и реляционное исчисление.
Реляционная алгебра Процедурный язык обработки реляционных таблиц.
Реляционное исчисление Непроцедурный язык создания запросов.
Все существующие к тому времени подходы к связыванию записей из разных файлов использовали физические указатели или адреса на диске. В своей работе Кодд продемонстрировал, что такие базы данных существенно ограничивают число типов манипуляций данными. Более того, они очень чувствительны к изменениям в физическом окружении. Когда в компьютерной системе устанавливался новый накопитель или изменялись адреса хранения данных, требовалось дополнительное преобразование файлов. Если к формату записи в файле добавлялись новые поля, то физические адреса всех записей файла изменялись. То есть такие базы данных не позволяли манипулировать данными так, как это позволяла бы логическая структура. Все эти проблемы преодолела реляционная модель, основанная на логических отношениях данных.
Существует два подхода к проектированию реляционной базы данных.
Первый подход заключается в том, что на этапе концептуального проектирования создается не концептуальная модель данных, а непосредственно реляционная схема базы данных, состоящая из определений реляционных таблиц, подвергающихся нормализации.
Второй подход основан на механическом преобразовании функциональной модели, созданной ранее, в нормализованную реляционную модель. Этот подход чаще всего используется при проектировании больших, сложных схем баз данных, необходимых для корпоративных информационных систем.
Основная идея реляционной модели данных заключается в том, чтобы представить любой набор данныхв виде двумерного массива – таблицы. В простейшем случае реляционная модель описывает единственную двумерную таблицу (таблица 1), но чаще всего эта модель описывает структуру и взаимоотношения между несколькими различными таблицами.
Обязательным условием построения реляционной модели
является наличие в каждой таблице первичного ключа. Этот вид модели имеет наибольшее распространение при построении баз данных.
Таблица 1 – Структура реляционной таблицы
| Имя файла | |||||
| Поле | Признак ключа | Формат поля | |||
| Имя (обозначение) | Полное наименование | Тип | Длина | Точность (для чисел) | N/NN |
| имя1 | |||||
| … | |||||
| имя n |
Рассмотрим пример реляционной модели данных (таблица 2).
Таблица 2 — Детали приборов
| Код | Расположение поверхностей | Дополнительная характеристика |
| Тела вращения | Валы | |
| Тела вращения | Втулки | |
| Не тела вращения | Плоские | |
| Не тела вращения | Объемные |
На рисунке 6 показано разделение таблицы 2 на две связанные таблицы.
| Код | Дополнительная характеристика |
| 1.1 | Валы |
| 1.2 | Втулки |
| 2.1 | Плоские |
| 2.2 | Объёмные |
| Код | Расположение поверхностей |
| Тела вращения | |
| Не тела вращения |
Реляционные модели данных, или реляционные базы данных, являются в настоящее время основным способом в проектировании и организации информационных систем в производстве и бизнесе.