Разработка сетевой модели данных

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.

Источник

Сетевая модель

Большое влияние при разработке стандарта сетевой модели оказал американский ученый Ч. Бахман. Разработка основных принципов сетевой модели данных началась в середине 1960-х гг., а ее эталонный вариант в 1971 г. описала CODASYL (COnference on DAta SYstem Languages) – рабочая группа по языкам баз данных.

Сетевую модель данных определяют те же термины, что и иерархическую. Сетевая модель включает множество записей, которые являются владельцами или членами групповых отношений. Владелец и член связаны между собой отношением типа 1:n.

Основным различием иерархической и сетевой модели является то, что в сетевой модели запись может являться членом более одного группового отношения. Каждое групповое отношение в сетевой модели имеет имя и различается его тип и экземпляр. Типом группового отношения определяются свойства, которые являются общими для всех экземпляров данного типа. Экземпляром группового отношения является запись-владелец и множество подчиненных записей, которое может быть пустым. При этом существует ограничение: экземпляр записи не может являться членом 2-х экземпляров групповых отношений одного типа (например, сотрудник не может быть работником двух отделов).

При организации сетевой структуры:

• запись СОТРУДНИК содержится в двух групповых отношениях;
• для отображения связи типа m:n вводят запись СОТРУДНИК_КОНТРАКТ, которая не содержит полей и существует лишь с целью связать записи КОНТРАКТ и СОТРУДНИК (рисунок 1). Следует отметить, что данная запись может хранить и полезную информацию (например, долю сотрудника в общем вознаграждении по заданному контракту).

У каждого экземпляра группового отношения имеются определенные признаки:

1. Способ упорядочивания подчиненных записей:
   • произвольный;
   • сортированный;
   • хронологический (очередь);
   • обратный хронологический (стек).

Если запись является подчиненной и содержится в нескольких групповых отношениях, то в каждом из отношений можно назначить свой способ упорядочивания.

• ручной, при котором подчиненная запись может быть запомнена в БД и не включена немедленно в экземпляр группового отношения. Эту операцию позже инициирует пользователь;
• автоматический, при котором не представляется возможным занесение в БД записи без того, чтобы ее сразу же не закрепили за определенным владельцем.

• Обязательное. Переключение подчиненной записи на другого владельца допускается, но она не может существовать без владельца. Для того, чтобы удалить запись-владелец необходимо, чтобы она не имела подчиненные записи с обязательным членством. Такое отношение существует между записями СОТРУДНИК и ОТДЕЛ. В случае расформирования отдел всех его сотрудников необходимо перевести в другие отделы или уволить.
• Необязательное. Исключение записи из группового отношения возможно при сохранении ее в базе данных без прикрепления к другому владельцу. При удалении записи-владельца происходит сохранение в базе ее подчиненных записей (необязательных членов), которые больше не участвуют в групповом отношении этого типа. Пример необязательного группового отношения: ВЫПОЛНЯЕТ между записями СОТРУДНИКИ и КОНТРАКТ, т.к. на предприятии могут работать сотрудники, которые не выполняют какие-либо договорные обязательства перед заказчиками.
• Фиксированное. Жесткая связь подчиненной записи с записью-владельцем и ее возможно исключить из группового отношения лишь при удалении. При удалении записи-владельца происходит автоматическое удаление всех ее подчиненных записей. Пример фиксированного членства: групповое отношение ЗАКЛЮЧАЕТ между записями КОНТРАКТ и ЗАКАЗЧИК, т.к. контракт не существует без заказчика.

Операции над данными в сетевой модели

Добавление – внесение записи в базу данных и, в зависимости от режима включения, или включение ее в групповое отношение, где она является подчиненной, или не включение ни в какое групповое отношение.

Включение в групповое отношение – связывание существующей подчиненной записи с записью-владельцем.

Переключение – связывание существующей подчиненной записи с другой записью-владельцем в том же групповом отношении.

Обновление – изменение значения элементов предварительно извлеченной записи.

Извлечение – извлечение записи последовательно по значению ключа и при использовании групповых отношений:– от записи-владельца можно перейти к записям-членам, а от подчиненной записи – к владельцу.

Удаление – удаление записи из базы данных. Если запись – это владелец группового отношения, то происходит анализ класса членства подчиненных записей. Обязательные члены необходимо предварительно исключить из группового отношения, фиксированные – удалить вместе с владельцем, необязательные останутся в базе данных.

Исключение из группового отношения – разрыв связи между записью-владельцем и записью-членом.

Ограничения целостности

Подобно иерархической модели обеспечивается только поддержание целостности по ссылкам (владелец – член).

Источник