3.2.2 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.
Разница между иерархической моделью данных и сетевой состоит в том, что в иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков.
В сетевой структуре при тех же понятиях уровень, узел, связь, каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.
Сетевая модель СУБД во многом подобна иерархической: если в иерархической модели для каждого сегмента записи допускается только один входной сегмент при N выходных, то в сетевой модели для сегментов допускается несколько входных сегментов наряду с возможностью наличия сегментов без входов с точки зрения иерархической структуры.
Графическое изображение структуры связей сегментов такого типа моделей представляет собой сеть. 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.
Таким образом, под сетевой БД понимается система, поддерживающая сетевую организацию: любая запись, называемая записью старшего уровня, может содержать данные, которые относятся к набору других записей, называемых записями подчиненного уровня. Возможно обращение ко всем записям в наборе, начиная с записи старшего уровня. Обращение к набору записей реализуется по указателям.
Сетевые БД поддерживают сложные соотношения между типами данных, что делает их пригодными во многих различных приложениях. Однако пользователи таких БД ограничены связями, определенными для них разработчиками БД-приложений. Среди недостатков сетевых СУБД следует особо выделить проблему обеспечения сохранности информации в БД, решению которой уделяется повышенное внимание при проектировании сетевых БД.
Достоинства сетевой модели данных:
1)эффективное использование памяти;
Недостатки сетевой модели данных:
1) сложность доступа к элементам (навигационный принцип доступа);
2) сложно отследить смысл такой модели данных.
Сетевая модель данных изображена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Сетевая модель данных
3.2.3 Реляционная модель данных
Реляционная модель данных — логическая модель данных, прикладная теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в реляционных базах данных. Понятие реляционный связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных, сотрудника фирмы IBM Е. Кодда, которым впервые был применен термин «реляционная модель данных».
Термин «реляционный» означает, что теория основана на математическом понятии отношение (relation). В качестве неформального синонима термину «отношение» часто встречается слово таблица
В течение долгого времени реляционный подход рассматривался как удобный формальный аппарат анализа баз данных, не имеющий практических перспектив, так как его реализация требовала слишком больших машинных ресурсов. Только с появлением персональных ЭВМ реляционные и близкие к ним системы стали распространяться, практически не оставив места другим моделям.
Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.
Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:
- каждый элемент таблицы — один элемент данных; повторяющиеся группы отсутствуют;
- все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;
- каждый столбец имеет уникальное имя;
- одинаковые строки в таблице отсутствуют;
- порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.
- каждый экземпляр типа записи P является предком только в одном экземпляре типа связи L;
- каждый экземпляр типа записи C является потомком не более чем в одном экземпляре типа связи L
- Возможность отображения информации о сложных взаимосвязях объектов. Объектно-ориентированная модель данных позволяет идентифицировать отдельную запись базы данных и определять функции их обработки.
- Высокая понятийная сложность
- Неудобство обработки данных
- Низкая скорость выполнения запросов
- Должны отсутствовать записи-дубликаты
- Столбцы реляционной таблицы поименованы, поэтому их порядок не важен.
- Порядок записей может быть произвольным
- Каждая запись уникальна и однозначно определяется значением ключа.
- Каждый элемент таблицы называется полем, может быть однозначно определен.
- В столбце записываются данные одного типа
- Избыточность по полям (из-за создания связей)
- В качестве основного и, часто, единственного механизма, обеспечивающего быстрый поиск и выборку отдельных строк таблице (или в связанных через внешние ключи таблицах), обычно используются различные модификации индексов, основанных на B-деревьях. Такое решение оказывается эффективным только при обработке небольших групп записей и высокой интенсивности модификации данных в базах данных.
Таблица такого рода называется отношением.
База данных, построенная с помощью отношений, называется реляционной базой данных.
Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют записям, а столбцы – полям.
Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется ключевым. Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.
Достоинства реляционной модели:
1) простота и доступность понимания конечным пользователем — единственной информационной конструкцией является таблица;
2) при проектировании реляционной БД применяются строгие правила, базирующие на математическом аппарате;
3) полная независимость данных. При изменении структуры реляционной изменения, которые требуют произвести в прикладных программах, минимальны.
Недостатки реляционной модели:
1) относительно низкая скорость доступа и большой объем внешней памяти;
2) трудность понимания структуры данных из-за появления большого кол-ва таблиц в результате логического проектирования;
3) далеко не всегда предметную область можно представить в виде совокупности таблиц.
В последнее время всё большее количество БД основываются на РМ в виду её простоты и удобства, а также большого количества программных продуктов для разработки этой СУБД. И даже недостатки реляционной модели компенсируются ростом быстродействия и ресурсов памяти современных ЭВМ.
Для курсового проекта была выбрана реляционная модель данных. Для данной предметной области она является оптимальной, поскольку обладает такими свойствами, как удобство реализации, простота. Сетевая модель не подходит из-за сложного доступа к элементам и является довольно громоздкой, что затрудняет отслеживание смысла связей между объектами. В реляционной модели связи легко определимы. В иерархической модели данных отсутствует механизм, поддерживающий связи между элементами различных поддеревьев, что также может затруднить работу.
Реляционная модель данных представлена на рисунке 3.5. Таблица Аптека содержит название аптеки, № аптеки, адрес, телефон, лицензию. Таблица Изготовитель содержит название изготовителя, телефон, адрес. В таблице Тип хранится информация о названии типа медикамента. Таблица Препараты хранит названия препаратов дату изготовления, рецепт. Таблица Медикамент хранит информацию о названии медикамента и цену. Таблица Владелец хранит Ф.И.О. владельца, дату рождения, страховку. Таблица Поступает хранит информацию о дате поступления медикамента и количестве.
Рисунок 3.5 – Реляционная модель данных
Проанализировав типы моделей данных, я пришла к выводам, что удобнее реализовывать базу данных на основе реляционной модели.
Реляционная модель данных проста и удобна для понимания, в отличии от сетевой, где очень легко запутаться в связях между объектами и не так громоздка, как иерархическая модель.
Данные в реляционной модели не зависимы и при изменении структуры не требуется переделывать всю базу, как в иерархической и сетевой моделях. Также реляционная модель рассчитана на разнообразные типы запросов, в отличии от иерархической, ориентированной на конкретные запросы.
В настоящее время для разработки реляционной СУБД существует множество программных продуктов и систем поддержки. Все это делает разработку именно такой модели данных наиболее удобной.
2.2.2 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. Разница между иерархической моделью данных и сетевой состоит в том, что в иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков. Сетевая БД состоит из набора экземпляров определенного типа записи и набора экземпляров определенного типа связей между этими записями. Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа записи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка. Для данного типа связи L с типом записи предка P и типом записи потомка C должны выполняться следующие два условия:
Плюсы сетевой модели данных:
Минусы сетевой модели данных:
П ример сетевой модели приведен на рисунке 6:
Рисунок 6 – Сетевая модель данных
2.2.3 Объектно-ориентированная модель данных
В объектно-ориентированной модели при представлении данных имеется возможность идентифицировать отдельные записи базы данных. Между записями и функциями их обработки устанавливаются взаимосвязи с помощью механизмов, подобных соответствующим средствам в объектно-ориентированных языках программирования.
Логическая структура объектно-ориентированной БД внешне похожа на структуру иерархической БД. Основное различие между ними состоит в методах манипулирования данными. Для выполнения действий над данными в рассматриваемой модели БД применяются логические операции, усиленные объектно-ориентированными механизмами инкапсуляции, наследования и полиморфизма.
Плюсы объектно-ориентированной модели:
Минусы объектно-ориентированной модели:
Пример объектно-ориентированной модели приведен на рисунке 7:
Рисунок 7 – Объектно-ориентированная модель данных
2.2.4 Реляционная модель данных
Недостатки иерархической и сетевой моделей привели к появлению новой, реляционной модели данных, созданной Коддом в 1970 году и вызвавшей всеобщий интерес. Реляционная модель была попыткой упростить структуру базы данных. В ней отсутствовали явные указатели на предков и потомков, а все данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы. Реляционной называется база данных, в которой все данные, доступные пользователю, организованны в виде таблиц, а все операции над данными сводятся к операциям над этими таблицами. Представление данных не зависит от способа их физической организации. Это обеспечивается за счет использования математической теории отношений (само название «реляционная» происходит от английского relation — «отношение»).
Реляционная СУБД также способна реализовать отношения предок/потомок, однако эти отношения представлены исключительно значениями данных, содержащихся в таблицах.
Ограничения реляционной модели:
Недостатки традиционных реляционных моделей:
П ример реляционной модели приведен на рисунке 8:
Рисунок 8 – Реляционная модель данных