Применение сетевой модели данных

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

Во многих сферах, будь то деловая или личная, все чаще приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Хранение информации является одной из важнейших функций компьютера. Одним из распространенных средств хранения данных – базы данных [1].

База данных – это упорядоченное хранение какой-либо информации. То есть, информация хранится в упорядоченном или систематизированном виде. Видов систематизации, упорядочивания и хранения информации может быть множество. Каждый из способов хранения информации отвечает каким-либо специфическим требованиям или предназначен для выполнения каких-либо определенных действий [4].

Основой любой базы данных является модель данных. Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки. С ее помощью могут быть представлены информационные объекты и их взаимосвязи. Выделяют три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

1. Иерархическая модель представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному.

То есть, в иерархической БД каждый объект представляется в виде определенной сущности, то есть, у этой сущности могут быть дочерние элементы, родительские элементы, а у тех дочерних могут быть еще дочерние элементы, но есть один объект, с которого все начинается. Получается своеобразное структурное дерево (граф).

1. Сетевые базы данных, являются своеобразной модификацией иерархических баз данных. Отличаются от иерархических лишь тем, что у дочернего элемента может быть несколько предков, то есть, элементов стоящих выше него. Ниже на рисунке 1 приведен пример структуры сетевых баз данных.
2. Главной особенностью реляционных баз данных является, то, что объекты внутри таких баз данных хранятся в виде набора двумерных таблиц. То есть, таблица состоит из набора столбцов, в котором может указываться: название, тип данных (дата, число, строка, текст и так далее). Еще одной важной особенность реляционных БД является, то, что число столбцов фиксировано, то есть, структурабазы данных известна заранее, а вот число строк или рядов в реляционных базах данных ничем не ограничено, если говорить грубо, то строки в реляционных базах данных и есть объекты, которые хранятся в базе данных [2].

1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ. ОПИСАНИЕ

На разработку этого стандарта большое влияние оказал американский ученый Чарльз Уильям Бахман. Основные принципы сетевой модели данных были разработаны в середине 60-х годов, эталонный вариант сетевой модели данных описан в отчетах рабочей группы по языкам баз данных (COnference on DAta SYstem Languages) CODASYL в 1971г.

Наиболее известной из таких систем была IDMS корпорации Computer Associates International, Inc [7].

Сетевая модель данных — это логическая модель данных, представляющая их сетевыми структурами типов записей и связанные отношениями мощности один-к-одному или один-ко-многим.

Сети – это естественный способ представления отношений между объектами базы данных и связей между этими объектами. Под словом объекты следует понимать таблицы баз данных или сущности.

Сетевые базы данных опираются на математику графов, конкретнее, сетевую модель данных можно представить в виде ориентированного графа. Направленный граф состоит из узлов и ребер. Узлы направленного графа – это ни что иное, как объекты сетевой базы данных, а ребра такого графа показывают связи между объектами сетевой модели данных, причем ребра показывают не только саму связь, но и тип связи (связь один к одному или связь один ко многим).

Рисунок 1 – Пример структуры сетевой базы данных

В отличие от реляционной модели, связи в ней моделируются наборами, которые реализуются с помощью указателей. Сетевые модели данных являются расширенной версией иерархической модели, однако основным отличием является то, что в сетевых моделях данных имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.Сетевую модель можно представить, как граф узлами, которого является запись, а ребрами — набор. Сегменты данных в сетевых БД могут иметь множественные связи с сегментами старшего уровня. При этом направление и характер связи в сетевых БД не являются столь очевидными, как в случае иерархических БД. Поэтому имена и направление связей должны идентифицироваться при описании БД.

Сетевые базы данных имеют достаточно простую структуру. Структура состоит из четырех компонентов, то есть в сетевой модели используют четыре типа структур данных. Два из которых являются главными и два, если можно так сказать, не главными. Главные типы структур сетевых данных – это запись и набор [6]. Вспомогательные типы структур сетевой модели данных, которые используются для построения главных структур – это элемент данных и агрегат данных, на рисунке 2 представлена вся структура сетевых БД:

Рисунок 2 – Пример структуры сетевых баз данных

Рассмотрим каждую структуру более подробно:

1. Элемент данных – это наименьшая информационная именованная единица данных, доступная пользователю, если провести аналогию с файловой системой, то это поле в файловой системе, а если проводить аналогию с реляционной базой данных, то элемент данных – один столбец таблицы реляционной БД. Если говорить точнее, то это подстолбец.
2. Агрегат данных – это именованная совокупность данных внутри одной записи. Аналогию с реляционными БД тут не проведешь, поскольку агрегат данных – это столбец над столбцами, который объединяет элементы данных по логике их содержимого, для наглядности выше сказанного, рассмотрим рисунок 3:

Рисунок 3 – Пример агрегата данных сетевой модели данных

На данном рисунке видно, что дата – это агрегат данных структуры сетевой модели, а день, месяц и год – это элемент данных сетевой БД.

1. Запись в сетевой модели данных – это конечный уровень обобщения данных, что-то наподобие таблицы в реляционной базе данных. Каждая запись в сетевой базе данных должна обладать или содержать в себе, как минимум один именованный элемент данных, если элементов внутри записи более одного, то каждый элемент данных должен обладать уникальным форматом.

Источник

Сетевые базы данных

Базы данных являются моделью реального мира, потому в них находят свое представление объекты реального мира и связи между ними. Основой для сетевой модели данных является понятие ориентированного графа. В математике графом называется модель, состоящая из узлов и ребер.

Узлами являются объекты сетевой базы данных, а ребрами – связи между объектами. В реальном мире связи между объектами делятся на три типа:

Сетевая модель поддерживает только два из этих типов: «один-к-одному» и «один-ко-многим». Ребра направленного графа показывают не только саму связь, то и тип связи.

Сетевая модель данных состоит из следующих структурных элементов:

• Атрибут – минимальная информационная единица данных, к которой пользователь может обратиться по имени. Аналогом атрибута является поле в реляционной модели данных.
• Агрегат данных – именованная совокупность данных, объединенная логикой содержимого и относящаяся к одному объекту. Например, если имеется атрибут «серия паспорта» и «номер паспорта», то их можно объединить в агрегат данных «паспортные данные». Это будет выглядеть как таблица с иерархическим заголовком.

В реляционной модели данных аналогичное понятие отсутствует.

• Запись – совокупность атрибутов и/или агрегатов, соответствующая какому-либо объекту реального мира. Можно сказать, что запись – это агрегат, который не входит в другие агрегаты. В реляционной модели данных этому понятию соответствует таблица.
• Тип записи – совокупность записей с одинаковыми атрибутами.
• Набор записей – структура, моделирующая связь между двумя типами записей. Если набор реализует отношение «один-ко-многим», то один тип записей в наборе называется «владельцем», другой – «подчиненным». Отношение «один-ко-многим» реализуется от владельца к подчиненным. Например, между типами «Специальность» и «Студент» нужно установить связь типа «один-ко-многим», потому что на одной специальности учится много студентов. Тогда набор будет выглядеть, как показано на рисунке. Тип записей «Специальность» является владельцем, тип записей «Студент» — подчиненным. Одной записи типа «Специальность» может соответствовать ноль или несколько записей типа «Студент». Связи устанавливаются за счет добавления в запись указателей на другие записи.
• Сетевая база данных — это совокупность всех записей и наборов, которые достаточны для полного описания какой-либо предметной области.

Сетевая база данных может состоять из любого количества записей и наборов разных типов. Две записи могут быть связаны любым количеством наборов, но в каждом наборе может быть только одна запись-владелец. Один и тот же тип записей может быть владельцем в одном наборе и подчиненным в другом наборе. Типа записи может вообще не входить ни в один набор.

Управление данными в сетевой базе данных

Все операции в сетевых базах производятся с записью, которая является текущей. Текущая запись выбирается путем навигационных операций. Навигационными являются следующие операции:

• Выбрать конкретную запись из совокупности однотипных записей.
• Перейти от записи-владельца к подчиненной записи в определенном наборе.
• Перейти к следующей записи.
• Перейти от подчиненной записи к записи-владельцу.

После выбора текущей записи становятся возможными следующие операции:

• Добавление новой записи с автоматическим включением ее в набор.
• Включение записи в набор, то есть связывание уже существующей записи с записью – владельцем.
• Переключение — связывание подчиненной записи с другим владельцем в том же наборе.
• Обновление – изменение атрибутов существующей записи.
• Исключение из набора позволяет разорвать связь между записью- владельцем и подчиненными записями.
• Удаление позволяет исключить запись из базы данных. Удаление требует предварительного анализа целостности данных. Если удаляется запись-владелец, то все подчиненные записи должны быть исключены из набора.

Достоинства и недостатки модели

Сетевая модель данных достаточно хорошо стандартизирована. В 1969 году консорциум CODASYL предложил спецификацию формального языка для описания сетевой модели. Модель обладает высокой выразительной способностью, так как позволяет устанавливать сложные отношения между данными. Сетевые базы данных отличаются высоким быстродействием и универсальностью.

С другой стороны пользователи сетевых баз данных ограничены использованием той структуры данных, которую определил для них разработчик. Поэтому сетевые базы данных лишены гибкости – любое изменение структуры базы данных влечет перестройку всех записей путем введения новых указателей. Сетевые базы данных требуют сложной структуры памяти. В сетевых базах данных довольно трудно контролировать целостность данных.

Использование сетевой модели в современных информационных технология

Сетевая модель данных предшествовала реляционной и потому долгое время считалась устаревшей. Однако, практика показала, что для структурирования больших объемов трудноформализуемых данных сетевая модель подходит лучше реляционной. Например, сетевая организация данных лежит в основе глобальной сети Интернет, а реляционную модель с этой целью использовать невозможно.

В последние годы на рынке ИТ стали появляться новые программные продукты, основанные на сетевой модели данных. Среди них инструментальная система управления базами данных CronosPRO, сетевая объектно-ориентированная база знаний Cerebrum. Cистема управления базами данных GT.M поддерживает несколько моделей данных одновременно, в том числе и сетевую.

Источник