66 Уровни представления данных:концептуальный,логический,физический,внешний.

На каждом уровне присутствует модель данных информации, которая специфицируется с помощью языка описания данного уровня. Модель каждого уровня, представленную на языке описания, принято называть СХЕМОЙ. Перевод моделей (описаний моделей) из одного уровня в другой осуществляется с помощью трансляции или интерпретации. Архитектура представлена тремя уровнями: внутренним, концептуальным и внешним.Внутренний уровень наиболее близок к физическим структурам хранимой информации. Именно внутренний уровень учитывает методы доступа операционной системы для манипулирования данными на физическом уровне, что в некоторой степени снижает независимость операций обработки данных от технических средств, однако, в идеале СУБД может располагать внутренним уровнем, который бы не опирался на средства ОС.Внешний уровень является уровнем пользователей СУБД, т.к. он является уровнем восприятия каждого пользователя. В принципе для каждого пользователя создается свой внешний уровень (схема - модель с соответствующим языком описания данных). Типичным воплощением внешнего уровня является использование представлений (VIEW) в языке SQL [3].Концептуальный уровень является обобщением локальных представлений пользователей, т.е. является общим глобальным описанием предметной области в терминах (концептах) конкретной СУБД. Важно отметить, что концептуальный уровень исполняет роль некоторого стандарта пользователей, согласуя их представление о предметной области в единое целое.

67 Модели баз данных.

В большинстве коммерческих СУБД используются ставшими классическими реляционная модель, сетевая модель данных CODASYL и иерархическая модель. ИМД строится по принципу иерархии типов объектов, т.е. один тип объекта является главным, а остальные, находясь на низших уровнях иерархии — подчиненными. Mежду главным и подчиненными типами объекта устанавливается взаимосвязь "Один ко многим" ("1:m"). Иными словами, для данного главного типа объекта существует несколько подчиненных типов объекта. В то же время для каждого экземпляра главного объекта может быть несколько экземпляров подчиненных типов объектов. Таким образом, взаимосвязи между объектами напоминают взаимосвязи в генеалогическом дереве, за исключением того, что для каждого порожденного (подчиненного) типа объекта может быть только один исходный (главный) тип объекта. Основные достоинства ИМД:Простота построения и использования, обеспечение определенного уровня независимости данных, простота оценки операционных характеристик.Недостатки ИМД:Отношение "многие ко многим" реализуются очень сложно, дает громоздкую структуру и требует хранения избыточных данных, иерархическая упорядоченность усложняет операции включения и удаления. Доступ к любой вершине возможен только через корневую, что увеличивает время доступа.Иерархическая древовидная структура строится из узлов и ветвей. Узел представляет собой совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. Наивысший узел в иерархической древовидной структуре называется корнем. Каждый экземпляр корневого узла образует начало записи логической БД, т.е. Иерархическая БД состоит из нескольких деревьев. В сетевой модели данных (СМД) элементарные данные и отношения между ними представляются в виде ориентированной сети (вершины — данные, дуги — отношения). БД, описываемая сетевой моделью состоит из нескольких областей. Область — это поименованная часть базы данных, в которой могут содержаться экземпляры записей и наборов или части наборов. Каждая область может обладать собственными уникальными физическими характеристиками. Области могут обрабатываться как по отдельности, так и вместе с другими областями. Набор — это поименованная совокупность связанных записей. Набор может размещаться в одной или нескольких областях. Запись состоит из полей. Существенное отличие СМД от ИМД состоит в том, что в СМД запись может быть в любом числе наборов и может находиться как на верхнем, так и на нижнем иерархическом уровне, т.е. играет роль как владельца, так и члена набора. Основные достоинства:Наличие реализованных СУБД, обеспечивающих эту модель, простота реализации связи "многие ко многим".Основные недостатки:Основной недостаток — сложность реализации. Кроме того, при реорганизации БД возможна потеря независимости данных. В СМД представление, используемое прикладными программами, сложнее, чем в ИМД. Поэтому и соответствующее программное обеспечение оказывается сложнее. Концепция реляционной модели данных (РМД) была предложена Е.Ф.Коддом в 1970 году. В основе РМД лежит понятие ОТНОШЕНИЯ (от англ. RELATION).Отношение удобно представляется в виде двумерной таблицы. Набор отношений (таблиц) может быть использован для хранения данных об объектах реального мира и моделирования связей между ними.Таблица состоит из слов и столбцов. Каждый столбец в таблице называют АТРИБУТОМ, и ему присваивается имя. Значения в таблице выделяются из ДОМЕНА, т.е. ДОМЕН суть множество значений, которые может принимать некоторый АТРИБУТ.Строки таблицы называют КОРТЕЖАМИ. Список имен атрибутов отношения называется СХЕМОЙ ОТНОШЕНИЯ. Например, для хранения сущности "студент" используется отношение СТУДЕНТ, в котором свойства сущности располагаются в столбцах таблицы СТУДЕНТ (Таблица 1). 

Таблица 1
Фамилия И.О.	Дата рождения	Факультет	Шифр специальности	Шифр группы

 Схема отношения СТУДЕНТ для данного примера запишется следующим образом: СТУДЕНТ (Фамилия И.О., Дата рождения, Факультет, Шифр специальности, Шифр группы).Столбец (или ряд столбцов) называется возможным ключом (или просто ключом) отношения, если его (или их) значения однозначно идентифицируют отдельный объект (строки таблицы). Для нашего примера на роль ключа может претендовать атрибут "Фамилия И.О." или совокупность двух столбцов: "Фамилия И.О." и "Шифр группы". Для удобства ключ записывают в первом столбце таблицы.Любому отношению РМД присущи следующие свойства:

• отсутствуют одинаковые строки;

• порядок следования строк не существенен;

• порядок следования столбцов не существенен, т.к. каждый столбец имеет уникальное имя;

• все отношения должны быть нормализованы, т.е. каждый кортеж должен содержать лишь атомарные (неделимые) элементы. Это означает, что отношения не могут быть элементами отношений.

Реляционная база данных — это набор взаимосвязанных отношений. Каждое отношение (таблица) представляется в ЭВМ в виде файла. Между введенными понятиями существуют следующие соответствия (Таблица 2):Оригинальность подхода Кодда состоит в том, что он предложил применять к отношениям (таблицам) систему операций, позволяющую получать (выводить, вычислять подобно арифметическим операциям) одни отношения из других. Это дает возможность делить информацию на хранимую и вычисляемую (нехранимую) части и экономить память.Основными операциями над отношениями в реляционной БД являются следующие:--традиционные операции над множествами, такие как объединение, пересечение, разность (вычитание), декартово произведение и деление; --специальные реляционные операции проекции, соединения и выбора (селекции,ограничения). Эффективность конкретной СУБД, поддерживающей РМД, определяется наличием и удобством использования средств выполнения этих операций. Операции над отношениями выполняются методами реляционного исчисления и реляционной алгебры.