Виды моделей данных сетевая модель данных

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. Сетевая модель представляет собой структуру, 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.

Особенности сетевой модели данных.

• Связи в сетевой модели данных осуществляются наборами, которые реализуются с помощью указателей. Сетевая модель данных являются особым витком в развитии иерархической модели данных, их основным отличием является то, что в сетевых моделях данных имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.
• Сетевая модель данных предполагает наличие в ней произвольного количества записей и наборов в том числе их различных типов.
• Связь между двумя записями может выражаться произвольным количеством наборов.
• В любом наборе может быть только один владелец.
• Тип записи может быть владельцем в одних типах наборов и членом в других типах наборов, а также не входить ни в какой тип наборов.
• Допускается добавление новой записи в качестве экземпляра владельца, если экземпляр-член отсутствует.
• При удалении записи-владельца удаляются соответствующие указатели на экземпляры-члены, но сами записи-члены не уничтожаются (сингулярный набор).

Управление сетевыми данными.

Операции с сетевыми данными можно разделить на две группы: навигационные операции с данными и операции модификации данных.

Навигационные операции с данными

Навигационные операции сетевых баз данных осуществляют переход по связям, определенных в схеме баз данных, в результате таких переходов определяется запись, которую называют текущей.

• Найти конкретную запись в наборе однотипных записей и сделать ее текущей;
• Перейти от записи-владельца к записи-члену в некотором наборе;
• Перейти к следующей записи в некоторой связи;
• Перейти от записи-члена к владельцу по некоторой связи.

Операции модификации данных

Операций модификации сетевых баз данных осуществляют добавление новых записей данных, добавление новых наборов данных, удаление записей данных и наборов записей, модификация агрегатов и элементов данных.

• извлечь текущую запись в буфер прикладной программы для обработки;
• заменить в извлеченной записи значения указанных элементов данных на заданные новые их значения;
• запомнить запись из буфера в БД;
• создать новую запись;
• уничтожить запись;
• включить текущую запись в текущий экземпляр набора;
• исключить текущую запись из текущего экземпляра набора.

Реляционная модель данных

Реляционная модель — совокупность данных, состоящая из набора двумерных таблиц. В теории множеств таблице соответствует термин отношение (relation), физическим представлением которого является таблица, отсюда и название модели – реляционная. Соответственно теория построения баз данных, которая является приложением к задачам обработки данных таких разделов математики, как теория множеств и логика первого порядка. В сравнении с иерархической и сетевой моделью данных, реляционная модель отличается более высоким уровнем абстракции данных. Реляционная модель является удобной и наиболее привычной формой представления данных, так в настоящее время эта модель является фактическим стандартом, на который ориентируются практически все современные коммерческие СУБД. На реляционной модели данных строятся реляционные базы данных.

При табличной организации данных отсутствует иерархия элементов. Строки и столбцы могут быть просмотрены в любом порядке, поэтому высока гибкость выбора любого подмножества элементов в строках и столбцах. Любая таблица в реляционной базе состоит из строк, которые называют записями, и столбцов, которые называют полями. На пересечении строк и столбцов находятся конкретные значения данных. Для каждого поля определяется множество его значений.

В реляционной модели данных применяются разделы реляционной алгебры, откуда и была заимствована соответствующая терминология.В реляционной алгебре поименованный столбец отношения называется атрибутом, а множество всех возможных значений конкретного атрибута – доменом. Строки таблицы со значениями разных атрибутов называют кортежами. Атрибут, значение которого однозначно идентифицирует кортежи, называется ключевым (или просто ключом). Так ключевое поле – это такое поле, значения которого в данной таблице не повторяется. В отличие от иерархической и сетевой моделей данных в реляционной отсутствует понятие группового отношения. Для отражения ассоциаций между кортежами разных отношений используется дублирование их ключей. Сложный ключ выбирается в тех случаях, когда ни одно поле таблицы однозначно не определяет запись.

Записи в таблице хранятся упорядоченными по ключу. 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.

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.

Индексы позволяют эффективно реализовать поиск и обработку данных, формируя дополнительные индексные файлы. При корректировке данных автоматически упорядочиваются индексы, изменяется местоположение каждого индекса согласно принятому условию (возрастанию или убыванию значений). Сами же записи реляционной таблицы не перемещаются при удалении или включении новых экземпляров записей, изменении значений их ключевых полей.

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.

• Изложение информации в простой и понятной для пользователя форме (таблица).
• Реляционная модель данных основана на строгом математическом аппарате, что позволяет лаконично описывать необходимые операции над данными.
• Независимость данных от изменения в прикладной программе при изменении.
• Позволяет создавать языки манипулирования данными не процедурного типа.
• Для работы с моделью данных нет необходимости полностью знать организацию БД.

• Относительно медленный доступ к данным.
• Трудность в создании БД основанной на реляционной модели.
• Трудность в переводе в таблицу сложных отношений.
• Требуется относительно большой объем памяти.

Источник

Понятие и виды моделей данных. Сетевая модель.

Модель данных — это некоторая абстракция, в которой отражаются самые важные аспекты функционирования выделенной предметной области, а второстепенные — игнорируются. Модель данных включает в себя набор понятий для описания данных, связей между ними и ограничений, накладываемых на данные. В модели данных различают три главные составляющие: 1. структурную часть, определяющую правила порождения допустимых для данной СУБД видов структур данных; 2. управляющую часть, определяющую возможные операции над такими структурами; 3. классы ограничений целостности данных, которые могут быть реализованы средствами этой системы

Три категории модели данных: 1. объектные модели данных; 2. модели данных на основе записей; 3. физические модели данных. Применительно к трехуровневой архитектуре баз данных следует отметить, что первые две категории используются для описания данных на внешнем и концептуальном уровнях, а последняя категория — на внутреннем уровне.

Сетевая модель. Структуры данных сетевой модели. 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». Если говорить более точно, сетевая БД состоит из набора экземпляров каждого типа из заданного в схеме БД набора типов записей и набора экземпляров каждого типа из заданного набора типов связи. Основное отличие графовых форм представления данных в сетевой структуре данных от иерархической структуры данных состоит в том, что потомок в графе может иметь любое число предков.

В технологии, разработанной CODASYL, 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, агрегат. Структуризация данных базируется на концепциях агрегации и обобщения. Агрегация используется для композиции элементов данных в запись. Обобщение используется для объединения однотипных записей файлов. Рассмотрим основные элементы 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. Запись — конечный уровень агрегации. Каждая запись представляет собой именованную структуру, содержащую один или более именованных элементов данных, каждый из которых обладает своим особым форматом. 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. 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. Тип набора — это не аналог файла, он определяет связь между типами записей. Каждый экземпляр типа набора может содержать только один экземпляр записи владельца и сколько угодно экземпляров записей членов. База данных в сетевой модели данных — это поименованная совокупность экземпляров записей различного типа и экземпляров наборов, содержащих связи между ними. Преобразование концептуальной модели в сетевую. Сетевая модель данных может быть без осложнений получена из концептуальной модели. Для этого надо предположить, что в последней используются только бинарные связи. Причем они должны принадлежать к типам «один к одному» или «один ко многим». При этом вместо объектов концептуальной модели необходимо использовать типы записей сетевой модели, где имена объектов становятся именами типов записей, атрибуты объектов становятся полями записей, связь между объектами превращается в связь между типами записей.

Бинарные связи, принадлежащие к типу «один ко многим», переносятся в сетевую модель следующим образом: тип записи со стороны «один» становится владельцем, а тип записи со стороны «много» становится типом записи-члена. Для связи типа «один к одному» выбор типа записи – владельца и типа записи-члена может быть осуществлен произвольно.

Присущие сетевым моделям внутренние ограничения не позволяют напрямую моделировать некоторые реально существующие в предметной области типы связей. К таким типам связей относятся рекурсивные связи и связи типа M:N. Для того, чтобы их отразить в сетевой модели, применяют различные подходы, которые приводят к определенным преобразованиям графа.

Источник