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.
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.
4.2. Сетевая модель
Сети — естественный способ представления отношений между объектами, всевозможных их взаимосвязей. Сетевая модель опирается на математическую структуру, которая называется направленным графом. Направленный граф состоит из узлов, соединенных ребрами. В контексте моделей данных узлы представляют собой объекты в виде типов записей данных, а ребра — связи между объектами со степенью кардинальности «один к одному» или «один ко многим.
Иерархическая модель данных является частным случаем сетевой модели.
4.2.1. Структуры данных сетевой модели
В сетевой модели используются несколько различных типовых структур данных, главными из которых являются типы записей и наборы. Для построения этих структур применяются такие конструктивные элементы, как элемент данных и агрегат (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Основные структуры сетевой модели данных
Элемент данных — это наименьшая поименованная информационная единица данных, доступная пользователю (аналог — поле в файловой системе). Элемент данных должен иметь свой тип (не структурный, простой).
Агрегат данных соответствует следующему уровню обобщения — поименованная совокупность элементов данных внутри записи или другого агрегата (рис. 4.2).
Запись — конечный уровень агрегации. Каждая запись представляет собой именованную структуру, содержащую один или более именованных элементов данных, каждый из которых обладает своим особым форматом.
Агрегат данных Дата входит в состав записи Сотрудник (рис. 4.3).
Тип записей — это совокупность логически связанных экземпляров записей. Тип записей моделирует некоторый класс объектов реального мира.
В качестве элемента данных могут быть использованы только простые типы, а в качестве агрегатов могут быть использованы сложные типы: вектор и повторяющаяся группа.
Рис. 4.3. Запись Сотрудник
Агрегат типа вектор соответствует линейному набору элементов данных (рис. 4.2). Агрегат типа повторяющаяся группа соответствует совокупности векторов данных. Так, например, в заказе может быть указано несколько видов товаров с числом повторений 10 (рис. 4.4).
Набор — это поименованная двухуровневая иерархическая структура, которая содержит запись владельца и записи членов. Наборы выражают связи «один ко многим» или «один к одному» между двумя типами записей. Тип набора поддерживает работу с внутренними структурами типов записей.
Набор, приведенный на рис. 4.5, определяет тип записи-владельца Отдел и тип записи-члена набора Сотрудник, а также тип связи между ними «один ко многим» — с именем Работает. Имя набора — это метка, присвоенная стрелке. Связь типа «один ко многим» допускает возможность того, что с данным экземпляром записи-владельца может быть связан ноль, один, или несколько экземпляров записи-члена.
Рис. 4.5. Диаграмма типа набора Работает
Используя понятия сетевой модели данных, можно получить другое изображение такого набора (рис. 4.6), где представлены логические типы записей Отдел и Сотрудник, их структура и связь между типами записей Работает.
База данных в сетевой модели данных — это поименованная совокупность экземпляров записей различного типа и экземпляров наборов, содержащих связи между ними.
Рис. 4.6. Набор Работает между двумя типами записей Отдел и Сотрудник