Сетевая модель, ее достоинства и недостатки
Представлени сетев.структурами типа запись данных, связ.отношениями «один-к-одному» и «один-ко-многим». Это структура, у которой любой элемент может быть связан с любым другим элементом. 1 или неск. элементов имеют более 1 исх. элемента. Более универсальны, так как взаимосвязи большинства предметных областей имеют сетевой характер.
Технология работы удобна для пользователя: возможен непоср. доступ к элементам данных. Сетевая БД состоит из наборов записей, которые связаны между собой так, что записи могут содержать явные ссылки на другие наборы записей. Так они образуют сеть. Связи между записями могут быть произвольными, и эти связи явно присутствуют и хранятся в базе данных. Достоинство: высок эфф-ть затрат памяти;оперативность обработки данных. Недостаток – сложность и жесткость схемы базы;сложность понимания;ослаблен контроль целостности, тк в ней допускается устанавливать произвольные связи между записями. Исп.связей «мног-ко-многим» позвол.устанить недост. иерархич.модели: низк.приспосабливаемость к описанию данных иерархич.структуры и слабую гибкость при развитии системы.
10. Реляционная модель. Ее базовые понятия, реляционная целостность. Связь между таблицами, первичный и внешний ключи, их отличия. Операции реляционной алгебры. Достоинства и недостатки
Объекты и взаимосвязи представляются в виде таблиц. Взаимосвязи рассматриваются в качестве объектов. Каждая таблица представляет объект. Таблица должна иметь первичный ключ — поле или комбинацию полей, которые единственным образом идентифицирует каждую строку в таблице. Эта модель получила наибольшее распространение в СУБД для персонального компа. Отношен – таблица; Столбец – атрибут; строка – кортеж. Схема отношения – это именованное множество пар (имя атрибута, имя домена). Сов-ть схем от-ний, использ-мых для представления инфы наз-ся схемой реляц БД, а текущие значения соответствующих отношений — реляц БД. В реляционной алгебре поименованный столбец отношения называется атрибутом, а множество всех возможных значений конкретного атрибута – доменом.
Отн-ния обладают св-ми:- не содержат картежей дубликатов; -атрибуты не упорядоч-ны; картежи неупоряд-ны; -знач всех атриб-ов атомарны; — послед-ть картежей и атрибутов не существенна; все картежи орган-ны по 1-й стр-ре.+: — простота схемы данных для польз-ля;- повышение лог и физ нез-сти; — предоставление польз-лю языков выс ур-ня;-оптимизация доступа к БД; — улучшение целостности и защ дан.; — возмож-ть раз-х применений; — строг. мат. основа: -все дан хран-ся в виде отно-й, состоящих из простых атрибутов; — для описания их провед-ния треб-ся создать прикл. Программы; — БД состоит из большего кол-ва таблиц, что затрудняет процесс выборки и хран-ся много лишней инф; — возможностей недостаточно, когда объекты данных сложны.
Сущ-ет 2 мех-ма манип-ния данными: 1. реляц алгебра, 2. мат логика
Степень отн-ния- число атрибутов, Кардинальное число или мощность отношений — число его картежей.
Один или несколько атрибутов, значения которых однозначно определяют картеж отношения, называется его ключом, или первичным ключом, или ключевым полем. То есть ключевое поле – это такое поле, значения которого в данной таблице не повторяется. Записи в таблице хранятся упорядоченными по ключу. Правила выбора первичного ключа: наименьшее количество атрибутов; наименьшее по длине; несимвольный. 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. Для каждого внешнего ключа необходимо решить 3 проблемы: — возможность принятия неопределенного значения (Null); — что должно происходить при удалении кортежа главной таблицы, на которую ссылаются внешние ключи. Существует 3 возможности: — каскадирование; — ограничение на обновление или удаление; — установка в Null-значение.
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. 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. Связь один к одному (1:1): A(U/U)B означает, что каждому элементу объекта А может соответствовать только один элемент объекта В и наоборот, например: универ – ректор, студ. – зачетка. Связь один ко многим (1:N): А(N/U)B означает, что могут существовать экземпляры объекта А, которым соответствует более одного экземпляра объекта В. Но при этом каждому экземпляру объекта В может соответствовать только один экземпляр объекта А, например: Университет — Факультеты; Группа — Студенты. Связь многие к одному (N:1): A(U/N)B означает, что каждому экземпляру объекта А может соответствовать только один экземпляр объекта В, но среди экземпляров объекта В могут быть такие, которым соответствует несколько экземпляров объекта А, например: Университет — Факультеты; Покупатели — Продавец. Очевидно, что если 1:N – тип связи между А и В, то N:1 – тип связи между В и А. Связь многие ко многим (N:M), или групповое: A(N/M)B означает, что может существовать экземпляр объекта А, которому соответствует несколько экземпляров объекта В и наоборот. Например: Преподаватели — Предметы; Покупатели — Продавцы.
Выделяют 3 группы правил целостности: — целостность сущностей (ни один атрибут, входящий в ПК, не может иметь неопределенное значение); — целостность ссылок/согласований (значения атрибутов внешнего ключа должны быть равны значениям ПК в некотором картеже другого отношения или должны быть не определены); — целостность, определяемая пользователем. Можно использовать следующие типы условий целостности данных: — обязательность данных; — проверка на правильность; — целостность таблицы (существование первичного ключа, отсутствие повторяющихся значений); — ссылочная целостность; — применение деловых правил. В Реляционной Модели Данных должны выполняться два условия целостности данных: -)Условие целост-ти таблиц, накладыв. ограничения на знач-я первич ключа, кот должны быть уникальными и непустыми. –)условие ссылочной цел-ти предполагает, что каждое знач-е внеш ключа должно совпадать с одним из значений первич ключа.
Теоретической основой реляционной БД является реляционная алгебра, основанная на теории множеств и рассматривающая специальные операции над отношениями, и реляционное исчисление, базирующееся на математической логике. Операция Выборка позволяет выбрать из отношения только те кортежи, которые удовлетворяют заданному условию. При Проекции отношения на заданный набор его атрибутов получается новое отношение, создаваемое посредством извлечения из исходного отношения кортежей, содержащих указанные атрибуты. При Умножении (декартовом произведении) двух отношений получается новое отношение, кортежи которого являются сцеплением (конкатенацией) кортежей первого и второго отношений. В результате Объединения двух отношений получается третье, включающее кортежи, входящие хотя бы в одно отношение, то есть содержащее все элементы исходных отношений. При Вычитании выдаются лишь те кортежи первого отношения, которые остались от вычитания второго отношения, то есть из первого отношения выбрасываются все кортежи второго. Операция Соединение применяется к двум отношениям, имеющим общий атрибут. Результат этой операции для двух отношений по некоторому условию есть отношение, состоящее из кортежей, которые являются сочетанием первого и второго отношений, удовлетворяющих указанному условию. Результатом операции Пересечение двух отношений является отношение, включающее все кортежи, входящие в оба отношения. Операция Деления предполагает, что имеется два отношения: одно – бинарное (содержащее два атрибута), другое – унарное (содержащее один атрибут). В результате получается отношение, состоящее из кортежей, включающих значения первого атрибута кортежей первого отношения, но только таких, для которых множество значений второго атрибута первого отношения совпадает с множеством значений атрибутов второго отношения.
7. Сетевая модель данных: понятие, достоинства, недостатки.
Сетевая модель – это структура, 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. Над данными в сетевой базе могут выполняться следующие операции: -Добавить – внести запись в базу данных. -Извлечь – извлечь запись из базы данных. -Обновить – изменить значение элементов предварительно извлеченной записи. -Удалить – убрать запись из базы данных. -Включить в групповое отношение – связать существующую подчиненную запись с записью-владельцем. -Исключить из группового отношения – разорвать связь между записью-владельцем и записью-членом. -Переключить – связать существующую подчиненную запись с другой записью-владельцем в том же групповом отношении. Первоначально сетевая модель замышлялась как инструмент для программистов. В качестве базового языка программирования был выбран Cobol. Одна из первых сетевых моделей данных, разработанная группой CODASYL, была предложена в 1969 г. и развивалась до 80-х годов. К известным сетевым системам управления базами данных относятся: DBMS, IDMS, TOTAL, VISTA, СЕТЬ, СЕТОР, КОМПАС и др. Основное достоинство сетевой модели – это высокая эффективность затрат памяти и оперативность. Недостаток – сложность и жесткость схемы базы, а также сложность понимания. Кроме того, в этой модели ослаблен контроль целостности, так как в ней допускается устанавливать произвольные связи между записями.
8. Реляционная модель данных: понятие, достоинства, недостатки.
Реляционная модель представляет собой совокупность данных, состоящую из набора двумерных таблиц. Реляционная модель является удобной и наиболее привычной формой представления данных. Реляционная модель данных представляет собой комплекс взаимосвязанных простейших двумер-ных таблиц-отношений. Отношение – реляционная таблица. Столбцы отношений – домены, а строки – кортежи. Ключ – один или несколько полей, однозначно определяющих записи. Ключ главного называется первичным, а подчиненного – вторичным. Целостность отношений (таблиц) – накладывает ограничения на значения первичного ключа (они должны быть уникальны и не пусты). Ссылочная целостность – каждое значение внешнего ключа должно совпадать с одним из значений первичного ключа. Достоинства реляционной модели: простота для понимания и наглядна; имеет строгое математическое обоснование. Недостатки: не допускает представления объектов со сложной структурой, поскольку в ее рамках возможно моделирование лишь с помо-щью двумерных таблиц; данные об объектах содержатся, как правило, во многих таблицах. Из-влечение информации об объекте требует выполнения многих операций соединения с помощью первичных и внешних ключей, что значительно замедляет обработку данных. Достоинства реляционных баз данных можно сформулировать так: -Упрощенная схема представления данных – в виде таблицы. -Простота инструментальных средств поддержки реляционной модели. -Оптимизация доступа к базе данных, поскольку системы сами выбирают наиболее эффективную последовательность действий. -Улучшение целостности и защиты, поскольку реляционная модель позволяет улучшить выражение требований целостности путем использования языка высокого уровня. -Возможности различных применений, в том числе и рассчитанных на не специалистов в области программирования. -Обеспечение пользователя языками высокого уровня при работе с базой данных. -Обеспечение методологического подхода, поскольку главной целью модели базы данных является возможность описания реального мира, что проще всего осуществляется в реляционной модели. Недостаток реляционной модели – в жесткости структуры данных, например, невозможно задать строку таблицы произвольной длины, а также сложность описания иерархических и сетевых связей.
В настоящее время многие известные системы управления базами данных используют именно реляционную модель представления данных.