Сетевая модель данных
Сетевая модель данных — логическая модель данных, являющаяся расширением иерархического подхода, строгая математическая теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в сетевых базах данных. Сетевая модель представляет собой структуру, у которой любой элемент может быть связан с любым другим элементом.Сетевая база данных состоит из наборов записей, которые связаны между собой так, что записи могут содержать явные ссылки на другие наборы записей. Тем самым наборы записей образуют сеть. Связи между записями могут быть произвольными, и эти связи явно присутствуют и хранятся в базе данных.
Особенности сетевой модели данных.
- Связи в сетевой модели данных осуществляются наборами, которые реализуются с помощью указателей. Сетевая модель данных являются особым витком в развитии иерархической модели данных, их основным отличием является то, что в сетевых моделях данных имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.
- Сетевая модель данных предполагает наличие в ней произвольного количества записей и наборов в том числе их различных типов.
- Связь между двумя записями может выражаться произвольным количеством наборов.
- В любом наборе может быть только один владелец.
- Тип записи может быть владельцем в одних типах наборов и членом в других типах наборов, а также не входить ни в какой тип наборов.
- Допускается добавление новой записи в качестве экземпляра владельца, если экземпляр-член отсутствует.
- При удалении записи-владельца удаляются соответствующие указатели на экземпляры-члены, но сами записи-члены не уничтожаются (сингулярный набор).
Управление сетевыми данными.
Операции с сетевыми данными можно разделить на две группы: навигационные операции с данными и операции модификации данных.
Навигационные операции с данными
Навигационные операции сетевых баз данных осуществляют переход по связям, определенных в схеме баз данных, в результате таких переходов определяется запись, которую называют текущей.
- Найти конкретную запись в наборе однотипных записей и сделать ее текущей;
- Перейти от записи-владельца к записи-члену в некотором наборе;
- Перейти к следующей записи в некоторой связи;
- Перейти от записи-члена к владельцу по некоторой связи.
Операции модификации данных
Операций модификации сетевых баз данных осуществляют добавление новых записей данных, добавление новых наборов данных, удаление записей данных и наборов записей, модификация агрегатов и элементов данных.
- извлечь текущую запись в буфер прикладной программы для обработки;
- заменить в извлеченной записи значения указанных элементов данных на заданные новые их значения;
- запомнить запись из буфера в БД;
- создать новую запись;
- уничтожить запись;
- включить текущую запись в текущий экземпляр набора;
- исключить текущую запись из текущего экземпляра набора.
Реляционная модель данных
Реляционная модель — совокупность данных, состоящая из набора двумерных таблиц. В теории множеств таблице соответствует термин отношение (relation), физическим представлением которого является таблица, отсюда и название модели – реляционная. Соответственно теория построения баз данных, которая является приложением к задачам обработки данных таких разделов математики, как теория множеств и логика первого порядка. В сравнении с иерархической и сетевой моделью данных, реляционная модель отличается более высоким уровнем абстракции данных. Реляционная модель является удобной и наиболее привычной формой представления данных, так в настоящее время эта модель является фактическим стандартом, на который ориентируются практически все современные коммерческие СУБД. На реляционной модели данных строятся реляционные базы данных.
При табличной организации данных отсутствует иерархия элементов. Строки и столбцы могут быть просмотрены в любом порядке, поэтому высока гибкость выбора любого подмножества элементов в строках и столбцах. Любая таблица в реляционной базе состоит из строк, которые называют записями, и столбцов, которые называют полями. На пересечении строк и столбцов находятся конкретные значения данных. Для каждого поля определяется множество его значений.
В реляционной модели данных применяются разделы реляционной алгебры, откуда и была заимствована соответствующая терминология.В реляционной алгебре поименованный столбец отношения называется атрибутом, а множество всех возможных значений конкретного атрибута – доменом. Строки таблицы со значениями разных атрибутов называют кортежами. Атрибут, значение которого однозначно идентифицирует кортежи, называется ключевым (или просто ключом). Так ключевое поле – это такое поле, значения которого в данной таблице не повторяется. В отличие от иерархической и сетевой моделей данных в реляционной отсутствует понятие группового отношения. Для отражения ассоциаций между кортежами разных отношений используется дублирование их ключей. Сложный ключ выбирается в тех случаях, когда ни одно поле таблицы однозначно не определяет запись.
Записи в таблице хранятся упорядоченными по ключу. Ключ может быть простым, состоящим из одного поля, и сложным, состоящим из нескольких полей. Сложный ключ выбирается в тех случаях, когда ни одно поле таблицы однозначно не определяет запись.
Кроме первичного ключа в таблице могут быть вторичные ключи, называемые еще внешними ключами, или индексами. Индекс – это поле или совокупность полей, чьи значения имеются в нескольких таблицах и которое является первичным ключом в одной из них. Значения индекса могут повторяться в некоторой таблице. Индекс обеспечивает логическую последовательность записей в таблице, а также прямой доступ к записи.
По первичному ключу всегда отыскивается только одна строка, а по вторичному – может отыскиваться группа строк с одинаковыми значениями первичного ключа. Ключи нужны для однозначной идентификации и упорядочения записей таблицы, а индексы для упорядочения и ускорения поиска.
Индексы можно создавать и удалять, оставляя неизменным содержание записей реляционной таблицы. Количество индексов, имена индексов, соответствие индексов полям таблицы определяется при создании схемы таблицы.
Индексы позволяют эффективно реализовать поиск и обработку данных, формируя дополнительные индексные файлы. При корректировке данных автоматически упорядочиваются индексы, изменяется местоположение каждого индекса согласно принятому условию (возрастанию или убыванию значений). Сами же записи реляционной таблицы не перемещаются при удалении или включении новых экземпляров записей, изменении значений их ключевых полей.
С помощью индексов и ключей устанавливаются связи между таблицами. Связь устанавливается путем присвоения значений внешнего ключа одной таблицы значениям первичного ключа другой. Группа связанных таблиц называется схемой данных. Информация о таблицах, их полях, ключах и т.п. называется метаданными.
- Изложение информации в простой и понятной для пользователя форме (таблица).
- Реляционная модель данных основана на строгом математическом аппарате, что позволяет лаконично описывать необходимые операции над данными.
- Независимость данных от изменения в прикладной программе при изменении.
- Позволяет создавать языки манипулирования данными не процедурного типа.
- Для работы с моделью данных нет необходимости полностью знать организацию БД.
- Относительно медленный доступ к данным.
- Трудность в создании БД основанной на реляционной модели.
- Трудность в переводе в таблицу сложных отношений.
- Требуется относительно большой объем памяти.
7.3. Основные понятия о сетевых, распределенных и объектных бд. Классификация субд
При работе в компьютерной сети все объекты централизованной БД размещаются в одном узле сети – на одном центральном компьютере, являющимся сервером БД. Все другие компьютеры сети – это рабочие станции, с которых пользователи отправляют запросы к серверу БД.
При использовании архитектуры файл-сервер сервер БД обеспечивает функционирование части сетевой СУБД и содержит совместно используемую БД. В соответствии с пользовательскими запросами с рабочих станций файлы базы данных передаются на рабочие станции, где в основном и производится их обработка. Это приводит к большому сетевому трафику, что отрицательно сказывается на производительности и надежности системы.
При использовании архитектуры клиент-сервер на сервере БД размещаются БД и многопользовательская версия СУБД, параллельно обрабатывающая запросы, поступившие со всех рабочих станций. Рабочая станция в ответ на пользовательский запрос получает не файлы БД для последующей обработки, а готовые результаты. Это позволяет уменьшить сетевой трафик, сократить время на ожидание блокированных ресурсов и использовать для рабочих станций более дешевое оборудование. Именно эта архитектура в настоящий момент получила наибольшее распространение.
Централизованная БД позволяет обеспечить безопасность, целостность и непротиворечивость информации. Однако с ростом объема информации и количества запросов к БД возникают трудности, связанные с большим потоком обменов данными, низкой надежностью и низкой общей производительностью. При децентрализации данных в принципе можно ожидать ускорения обработки данных, упрощения управления и меньших затрат на создание сети с распределенной БД.
Распределенная БД (РБД) – это набор файлов (таблиц), хранящихся в разных узлах информационной сети и логически связанных таким образом, чтобы составлять единую совокупность данных. При этом связь может быть функциональной или через копии одного и того же файла.
РБД предполагает хранение и выполнение функций управления данными в нескольких узлах и передачу данных между этими узлами в процессе выполнения запросов. Разбиение данных может быть таким, что на разных компьютерах могут храниться разные таблицы или разные части одной таблицы (части столбцов или строк). Это не должно иметь значения для пользователей или приложений, т.е. работа с распределённой БД для пользователей или приложений не должна отличаться от работы с централизованной БД.
Для РБД необходима схема, определяющая местонахождение данных в сети, чтобы не нужно было указывать, куда переслать запрос, для получения требуемых данных. При этом нужен сложный механизм управления одновременной обработкой, обеспечивающий синхронизацию при каждом обновлении информации.
Современные СУБД могут быть классифицированы по ряду признаков:
1. По типу поддерживаемой в субд модели данных: реляционная или объектно–ориентированная.
Основными на данный момент остаются реляционные СУБД. Однако постоянное усложнение данных, которые должны храниться и обрабатываться, выявило присущие реляционной модели ограничения. Это, в первую очередь, пассивность данных, для описания поведения которых необходимы прикладные программы. А во вторую – ограниченные возможности для описания сложных объектов с большим количеством семантической информации таких, как:
— мультимедийные БД, в которых хранятся связанные друг с другом упорядоченным образом звуковые и текстовые фрагменты, а также элементы изображений;
— географические информационные системы, хранящие картографические и статистические данные с возможностью их группирования;
Объектно-ориентированные СУБД (ООСУБД) – это системы баз данных, которые позволяют хранить объекты и совместно использовать их различными приложениями.
ОСУБД должна, как минимум, содержать следующие компоненты:
— язык баз данных, позволяющий декларировать классы объектов, а затем создавать, сохранять, извлекать и удалять объекты;
— хранилище объектов, в котором каждому объекту присваивается уникальный идентификатор, и по этому идентификатору к объекту могут получать доступ различные приложения.
В настоящее время ООСУБД находятся в процессе развития. Широкого распространения они не получили не только из-за отсутствия унифицированной теории и формально определенной методологии проектирования (в отличие от реляционных СУБД, в которых четко определены понятия «реляционный» и «нормализация»). В этих СУБД отсутствуют специальные средства создания запросов, т.е. «рядовой» пользователь не может получить доступ к данным для выбора необходимой ему информации. Кроме того, запросы, осуществляемые путем программирования методов, имеют навигационную форму (в отличие от SQL запросов). Существенным недостатком является также то, что целостность данных зависит от способности программиста написать соответствующе методы, а ссылочная целостность ООСУБД не поддерживается вообще.
Что касается других моделей данных, то многомерная модель используется для оперативной обработки информации из хранилищ данных, а иерархические и сетевые СУБД после появления реляционной модели не разрабатываются вообще.