Модели данных

Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру, то есть представлены некоторой моделью, поддерживаемой СУБД. К числу важнейших относятся следующие модели данных.

1. иерархическая;

2. сетевая;

3. реляционная;

В иерархической модели данные представляются в виде древовидной (иерархической) структуры и является реализацией логических связей: родовидовых отношений или отношений «целое-часть». Графическим способом представления иерархической структуры является дерево. Дерево представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. Под элементами понимается список (совокупность, набор) атрибутов, описывающих объекты. В иерархической модели имеется корневой узел или просто корень дерева. Корень находится на самом верхнем уровне и не имеет узлов, стоящих выше него. У одного дерева может быть только один корень. Остальные узлы, называемые порожденными, связаны между собой следующим образом: каждый узел имеет исходный, находящийся на более высоком уровне. Если каждый узел может быть связан только с одним исходным узлом, то на последующем уровне он может иметь один, два и большее количество узлов либо не иметь ни одного. В последнем случае узлы, не имеющие порожденных, называются листьями. В иерархии рассматривают уровни, на которых расположен тот или иной узел.

Между исходным узлом и порожденными узлами существует отношение ОДИН – КО – МНОГИМ (МНОГИЕ –К – ОДНОМУ). Таким образом, иерархическую структуру можно преобразовать к виду, изображающему иерархическую базу данных. Таким представлением более удобно пользоваться при рассмотрении сложных структур данных.

В общем случае иерархия должна удовлетворять следующим условиям:

1. Исходный узел, из которого строится дерево, называется корневым узлом, или просто корнем, причем одно дерево может иметь только один корень.

2. Узел содержит один или несколько атрибутов, описывающих объект в данном узле.

3. Порожденные узлы могут добавляться в горизонтальном и в вертикальном направлениях. Некоторые СУБД накладывают ограничения на количество уровней иерархии, поэтому при отображении концептуальной модели в логическую модель данных (иерархическую) следует учитывать технические возможности используемой СУБД.

4. Доступ к порожденным узлам возможен только через исходный узел, поэтому существует только один путь доступа к каждому узлу.

5. Теоретически возможно существование неограниченного числа экземпляров узла каждого уровня. При этом каждый экземпляр исходного узла начинает логическую запись.

К основным недостаткам такого вида модели можно отнести следующие: сложность отображения связей МНОГИЕ – КО – МНОГИМ; иерархия в значительной степени усложняет операции включения информации о новых объектах в базе данных и удаления устаревшей; доступ к любому узлу возможен только через корневой. Она удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией и громоздка для информации со сложными логическими связями.

Сетевая модель означает представление данных в виде произвольного графа. Отличительная черта сетевой структуры от иерархической заключается в том, что любой элемент в сетевой структуре может быть связан с любым другим элементом. Примером является сетевая структура, в которой между объектами присутствуют два вида взаимосвязей: ОДИН – КО – МНОГИМ и МНОГИЕ – К –ОДНОМУ. Этот вид связей заложен в иерархических структурах при условии, что данные связи существуют соответственно между исходными и порожденными, а связь МНОГИЕ К ОДНОМУ – между порожденными и исходными узлами. В случае выполнения этого условия для соответствующих узлов сетевой схемы имеем простую сетевую структуру, которую необходимо отличать от сложной. Сложной сетевой структурой называют схему, в которой присутствует хотя бы одна связь МНОГИЕ – КО – МНОГИМ.

Разделение сетевых структур на два типа (сложные и простые) необходимо хотя бы потому, что структуры, построенные с использованием связи МНОГИЕ – КО – МНОГИМ, требуют для их реализации использования более сложных методов. Некоторые системы управления базами данных могут обрабатывать простые сетевые структуры, но не могут обрабатывать сложные.

иерархическая модель данных является частным случаем сетевой модели. Существенное различие между сетевой и иерархической моделями данных состоит в том, что в сетевой модели каждая запись может участвовать в любом числе наборов.

Достоинством сетевой и иерархической моделей данных является возможность их эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности. Недостатком этих моделей данных является высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе. Другим недостатком является возможная потеря независимости данных при реорганизации базы данных.

Реляционная модель данных (РМД) название получила от английского термина relation — отношение. Ее предложил в 70-е годы сотрудник фирмы IBM Эдгар Кодд. При соблюдении определенных условий отношение представляется в виде двумерной таблица, привычной для человека. Большинство современных БД для персональных ЭВМ являются реляционными.

Достоинствами реляционной модели данных являются ее простота, удобство реализации на ЭВМ, наличие теоретического обоснования и возможность формирования гибкой схемы БД, допускающей настройку при формировании запросов.

Реляционная модель данных используется в основном в БД среднего размера. При увеличении числа таблиц в базе данных заметно падает скорость работы с ней. Определенные проблемы использования РМД возникают при создании систем со сложными структурами данных, например, систем автоматизации проектирования.