Сетевые и иерархические модели данных
Сетевая или иерархическая модели данных реализуют соответствующий метод логической организации базы данных в СУБД, поддерживающей модель, и операции по обработке данных. До массового внедрения ПК СУБД, поддерживающие сетевую модель данных, были наиболее распространенными.
В СУБД, поддерживающих иерархические и сетевые модели данных, как правило, требуется производить настройку на конкретную БД. При этом надо делать описание структуры базы данных – схемы данных средствами языка описания данных (ЯОД). Полученное описание подлежит генерации для формирования специального программного модуля, который используется при всех обращениях к базе данных. Изменения в структуре БД требуют корректировки описания модели и повторной генерации программного модуля 10,12.
Операции обработки данных сетевых и иерархических моделей осуществляются средствамиязыка манипулирования данными. Язык манипулирования данными, который реализует типовые процедуры доступа к данным, специфичен для каждой сетевой или иерархической СУБД.
Структуры данных сетевых и иерархических моделей
К типовым структурам данных относятся: элемент данных, агрегат данных, запись, база данных.
Элемент данных (атрибут)– это наименьшая поименованная структурная единица данных (аналог поля в файловых системах).
Агрегат данных– поименованное подмножество элементов данных или других агрегатов внутри записи. В агрегатах допускается множественный элемент, который содержит несколько значений элемента в одном экземпляре агрегата.
Записьв сетевой или иерархической модели в общем случае является составным агрегатом, который не входит в состав других агрегатов. Она характеризуется структурой взаимосвязей ее элементов и агрегатов. Структура записи может иметь иерархический характер. Все множество экземпляров записи одинаковой структуры образуюттип записи. Запись конкретного типа в иерархической модели являетсяобъектом моделиданных.
На рис.1 приведен пример иерархической записи, в которой имеются названные выше типы структур данных. Тип записи назван “Договор”, так как в записи представлена вся структура информации о договорах с заказчиками на поставку изделий.
Следует отметить, что собственно данные (элементарные данные, имеющие значение) представлены лишь в конечных (терминальных) вершинах записи. Остальные типы структур данных, в том числе агрегаты, являются лишь поименованной совокупностью данных (групповыми данными).
Связи объектов в сетевых и иерархических моделях данных
Модель данных, как правило, включает несколько разных объектов. Между объектами модели данных устанавливаются связи. Совокупность взаимосвязанных конкретных объектов модели для некоторой предметной области образует базу данных.
Связи между любыми двумя объектами модели определяются групповыми отношениями между их экземплярами.
Рис.1. Пример иерархической записи “Договор”.
Групповое отношение(набор) – это строго иерархическое отношение между записями двух типов: главной записью набора и подчиненными записи набора.
Способы организации групповых отношений. Отличия в разных СУБД может иметь и организация связей (групповых отношений) объектов сетевой модели – цепи, логические связи (аналоги набора). При этом могут отличаться и способы реализации групповых отношений, например, с помощью адресных указателей или по ключу связи (атрибуту связи) – одинаковому в связанных объектах (записях, файлах) модели.
Связи в иерархических и сетевых моделях часто реализуются физически и при большом числе объектов преимущества организации базы данных могут резко снижаться из-за трудностей поддержания связей, которые становятся громоздкими.
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.