Сетевая модель данных
Базовые объекты модели: элемент данных, агрегат данных, запись, набор данных.
Элемент данных – это минимальная информационная единица, доступная пользователю. Аналог поля.
Агрегат данных – совокупность элементов данных, имеющих общее имя, которые могут рассматриваться как единое целое. В модели определены агрегаты двух типов: вектор и повторяющаяся группа.
Вектор – линейный набор элементов данных. Пример (Адрес: дом улица кварт. город)
Группа – совокупность векторов Пр: Стипендия – повторяющаяся группа с числом повторения 12.
Запись – совокупность агрегатов или элементов данных моделирующая некоторый класс объектов реального мира. Аналог сегмента или кортежа.
Существует понятие типа записи и экземпляра записи.
Набор – 2х уровневый граф, связывающий 2 типа записей видом 1:M. Набор отражает иерархическую связь между двумя типами записи. Родительский тип записи – владелец набора. Дочерний – член. Для любых 2-х типов записи м. б. задано любое количество наборов, которое их связывает. В рамках набора возможен последовательный просмотр экземпляров членов набора, связанных с одним экземпляром владельца набора. Ограничением набора является то, что один и тот же тип записи не может быть одновременно владельцем и членом набора.
Среди всех наборов определяется сингулярный набор, владелец которого – вся система. Обозначается входящей стрелкой. Он имеет имя набора и имя члена набора, но не определён тип записи: владелец набора. Сингулярные наборы позволяют обеспечить доступ к экземплярам отдельных типов данных.
В общем случае сетевая БД представляет совокупность взаимосвязанных наборов. Язык описания данных в сетевой модели содержит описание БД, описание записи, описание набора. Операции манипулирования данными делятся на навигационные и операции модификации.
(+)Высокие возможности по созданию сложных иерархических структур
Возможность эффективной реализации по затратам памяти и оперативности
(-) Высокая сложность и жесткость схемы БД
Сложность для понимания и обработки информации в БД
Ослаблен контроль целостности
Реляционная модель данных. Элементы модели
Определение. Элементы, информацию о которых сохраняем, называются объектами.
Определение. Совокупность однородных объектов называется набором объектов.
Определение. Свойства, характеризующие объект, называются атрибутами.
Определение. Описание логической структуры базы данных называется схемой.
Схема представляет собой таблицу типов используемых данных. Она содержит имена объектов и их атрибуты и указывает на существующую между ними связь.
Если схема содержит значения элементов данных, её называют экземпляром схемы. Запись — такая структура, в которую можно помещать конкретные значения данных. Экземпляр записи — запись с конкретным значением данных.
Термин схема используется для определения полной таблицы всех типов элементов данных и типов записей, хранимых в базе данных. Термином подсхема определяют описание данных, которое использует прикладной программист. На основе одной схемы можно составить много различных подсхем.
В основе РМД (реляционная модель данных) лежит математическая теория отношений.
Для представления данных математическое отношение используется двояко:
1). Для представления набора объектов,
2). Для представления связей между наборами объектов.
Для представления набора объектов атрибуты интерпретируются столбцами отношения. Множество допустимых значений атрибута интерпретируется соответствующим доменом. Каждый кортеж отношения выполняет роль описания отдельного объекта из набора. Само отношение выполняет роль описания всего набора объектов.
Массив данных, представленный набором реляционных структур, образует реляционную БД. Схема РБД(реляционная база данных) будет представлена набором схем отношений:
где Аi j — имя атрибута, R j — имя отношения.
Одним из основных типов зависимостей, рассматриваемых в РБД, являются функциональные зависимости.
Элементы реляционной модели
IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017
Во многих сферах, будь то деловая или личная, все чаще приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Хранение информации является одной из важнейших функций компьютера. Одним из распространенных средств хранения данных – базы данных [1].
База данных – это упорядоченное хранение какой-либо информации. То есть, информация хранится в упорядоченном или систематизированном виде. Видов систематизации, упорядочивания и хранения информации может быть множество. Каждый из способов хранения информации отвечает каким-либо специфическим требованиям или предназначен для выполнения каких-либо определенных действий [4].
Основой любой базы данных является модель данных. Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки. С ее помощью могут быть представлены информационные объекты и их взаимосвязи. Выделяют три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.
- Иерархическая модель представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному.
То есть, в иерархической БД каждый объект представляется в виде определенной сущности, то есть, у этой сущности могут быть дочерние элементы, родительские элементы, а у тех дочерних могут быть еще дочерние элементы, но есть один объект, с которого все начинается. Получается своеобразное структурное дерево (граф).
- Сетевые базы данных, являются своеобразной модификацией иерархических баз данных. Отличаются от иерархических лишь тем, что у дочернего элемента может быть несколько предков, то есть, элементов стоящих выше него. Ниже на рисунке 1 приведен пример структуры сетевых баз данных.
- Главной особенностью реляционных баз данных является, то, что объекты внутри таких баз данных хранятся в виде набора двумерных таблиц. То есть, таблица состоит из набора столбцов, в котором может указываться: название, тип данных (дата, число, строка, текст и так далее). Еще одной важной особенность реляционных БД является, то, что число столбцов фиксировано, то есть, структурабазы данных известна заранее, а вот число строк или рядов в реляционных базах данных ничем не ограничено, если говорить грубо, то строки в реляционных базах данных и есть объекты, которые хранятся в базе данных [2].
- ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ. ОПИСАНИЕ
На разработку этого стандарта большое влияние оказал американский ученый Чарльз Уильям Бахман. Основные принципы сетевой модели данных были разработаны в середине 60-х годов, эталонный вариант сетевой модели данных описан в отчетах рабочей группы по языкам баз данных (COnference on DAta SYstem Languages) CODASYL в 1971г.
Наиболее известной из таких систем была IDMS корпорации Computer Associates International, Inc [7].
Сетевая модель данных — это логическая модель данных, представляющая их сетевыми структурами типов записей и связанные отношениями мощности один-к-одному или один-ко-многим.
Сети – это естественный способ представления отношений между объектами базы данных и связей между этими объектами. Под словом объекты следует понимать таблицы баз данных или сущности.
Сетевые базы данных опираются на математику графов, конкретнее, сетевую модель данных можно представить в виде ориентированного графа. Направленный граф состоит из узлов и ребер. Узлы направленного графа – это ни что иное, как объекты сетевой базы данных, а ребра такого графа показывают связи между объектами сетевой модели данных, причем ребра показывают не только саму связь, но и тип связи (связь один к одному или связь один ко многим).
Рисунок 1 – Пример структуры сетевой базы данных
В отличие от реляционной модели, связи в ней моделируются наборами, которые реализуются с помощью указателей. Сетевые модели данных являются расширенной версией иерархической модели, однако основным отличием является то, что в сетевых моделях данных имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.Сетевую модель можно представить, как граф узлами, которого является запись, а ребрами — набор. 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.
Сетевые базы данных имеют достаточно простую структуру. Структура состоит из четырех компонентов, то есть в сетевой модели используют четыре типа структур данных. Два из которых являются главными и два, если можно так сказать, не главными. Главные типы структур сетевых данных – это запись и набор [6]. Вспомогательные типы структур сетевой модели данных, которые используются для построения главных структур – это элемент данных и агрегат данных, на рисунке 2 представлена вся структура сетевых БД:
Рисунок 2 – Пример структуры сетевых баз данных
Рассмотрим каждую структуру более подробно:
- Элемент данных – это наименьшая информационная именованная единица данных, доступная пользователю, если провести аналогию с файловой системой, то это поле в файловой системе, а если проводить аналогию с реляционной базой данных, то элемент данных – один столбец таблицы реляционной БД. Если говорить точнее, то это подстолбец.
- Агрегат данных – это именованная совокупность данных внутри одной записи. Аналогию с реляционными БД тут не проведешь, поскольку агрегат данных – это столбец над столбцами, который объединяет элементы данных по логике их содержимого, для наглядности выше сказанного, рассмотрим рисунок 3:
Рисунок 3 – Пример агрегата данных сетевой модели данных
На данном рисунке видно, что дата – это агрегат данных структуры сетевой модели, а день, месяц и год – это элемент данных сетевой БД.
- Запись в сетевой модели данных – это конечный уровень обобщения данных, что-то наподобие таблицы в реляционной базе данных. Каждая запись в сетевой базе данных должна обладать или содержать в себе, как минимум один именованный элемент данных, если элементов внутри записи более одного, то каждый элемент данных должен обладать уникальным форматом.