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.
2.2. Сетевая модель данных
СМД позволяет отображать разнообразные взаимосвязи элементов данных в виде произвольного графа, обобщая тем самым ИМД (рис. 2.4). Наиболее полно концепция сетевых БД впервые была изложена в Предложениях группы КОДАСИЛ (KODASYL).
Рис. 2.4. Представление связей в сетевой модели
Для описания схемы сетевой БД используется две группы типов: «запись» и «связь». Тип «связь» определяется для двух типов «запись»: предка и потомка. Переменные типа «связь» являются экземплярами связей.
Сетевая БД состоит из набора записей и набора соответствующих связей. На формирование связи особых ограничений не накладывается. Если в иерархических структурах запись-потомок могла иметь только одну запись-предка,то в сетевой модели данных запись-потомок может иметь произвольное число записей-предков (сводных родителей).
Пример схемы простейшей сетевой БД показан на рис. 2.5. Типы связей здесь обозначены надписями на соединяющих типы записей линиях.
Рис. 2.5. Пример схемы сетевой БД
В различных СУБД сетевого типа для обозначения одинаковых по сути понятий зачастую используются различные термины. Например, такие как элементы и агрегаты данных, записи, наборы, области и т. д. (см. п. 1.1.3).
Физическое размещение данных в базах сетевого типа может быть организовано практически теми же методами, что и в иерархических базах данных.
К числу важнейших операций манипулирования данными баз сетевого типа можно отнести следующие:
переход от предка к первому потомку;
переход от потомка к предку;
обновление текущей записи;
исключение записи из связи;
Достоинством сетевой модели данных является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности. В сравнении с иерархической моделью сетевая модель предоставляет большие возможности в смысле допустимости образования произвольных связей.
Недостатком сетевой модели данных является высокая сложность ижесткость схемы БД, построенной на ее основе, а также сложность для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем. Кроме того, в сетевой модели данных ослаблен контрольцелостности связей вследствие допустимости установления произвольных связей между записями.
Системы на основе сетевой модели не получили широкого распространения на практике. Наиболее известными сетевыми СУБД являются следующие: IDMS, db_VistaIII, СЕТЬ, СЕТОР и КОМПАС.
2.3. Реляционная модель данных
Реляционная модель данных предложена сотрудником фирмы IBMЭдгаром Коддом и основывается на понятии «отношение» (relation).
Отношение представляет собой множество наборов элементов, называемых кортежами. Подробно теоретическая основа реляционной модели данных рассматривается в следующем разделе. Наглядной формой представления отношения является привычная для человеческого восприятия двумерная таблица.
Таблица имеет строки (записи) и столбцы (колонки). Каждая строка (запись) таблицы имеет одинаковую структуру и состоит из полей. Строкам таблицы соответствуют кортежи, а столбцам — атрибуты отношения (имена полей).
С помощью одной таблицы удобно описывать простейший вид связей между данными, а именно деление одного объекта (явления, сущности, системы и проч.), информация о котором хранится в таблице, на множество под объектов, каждому из которых соответствует строка или запись таблицы. При этом каждый из подобъектов имеет одинаковую структуруили свойства, описываемые соответствующими значениями полей записей. Например, таблица может содержать сведения о группе обучаемых, о каждом из которых известны следующие характеристики: фамилия, имя и отчество, пол, возраст и образование. Поскольку в рамках одной таблицыне удается описать более сложные логические структуры данных из предметной области, применяют связывание таблиц.
Физическое размещение данных в реляционных базах на внешних носителях легко осуществляется с помощью обычных файлов.
Достоинство реляционной модели данных заключается в простоте, понятности и удобстве физической реализации на ЭВМ. Именно простота и понятность для пользователя явились основной причиной их широкого использования. Проблемы же эффективности обработки данных этого типа оказались технически вполне разрешимыми.
Основными недостатками реляционной модели являются:отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей и сложность описания иерархических и сетевых связей.
Примерами зарубежных реляционных СУБД для ПЭВМ являются следующие: dBaseIII Plus и dBase IV (фирма Ashton-Tate), DB2 (IBM), R:BASE (Microrim), FoxPro ранних версий и FoxBase (Fox Software), Paradox и dBASE for Windows (Borland), FoxPro более поздних версий, Visual FoxPro и Access (Microsoft), Clarion (Clarion Software), Ingres (ASK Computer Systems) иOracle(Oracle).
К отечественным СУБД реляционного типа относятся системы: ПАЛЬМА (ИК АН Украины), а также система HyTech (МИФИ, РФ).
Заметим, что последние версии реляционных СУБД имеют некоторые свойства объектно-ориентированных систем. Такие СУБД часто называют объектно-реляционными. Примером такой системы можно считать продукты Oracle 8.x. Системы предыдущих версий вплоть до Oracle 7.x считаются «чисто» реляционными.