Модели данных. Методы организации данных памяти эвм
1. Модели данных
Модели данных – набор принципов, определяющих организацию логической структуры хранения данных в БД.
Модели БД определяются 3-мя компонентами:
1) допустимые организации данных;
2) ограничения целостности;
3) множество допустимых операций.
В теории СУБД выделяют модели 3-х основных типов:
1) иерархическую;
2) сетевую;
3) реляционную.
2. Иерархическая, сетевая и релячционная модели бд
Терминологической основой для иерархической и сетевой моделей являются понятия атрибут, агрегат и запись.
Под атрибутом (элементом данных) понимается наименьшая наименованная структурная единица данных.
Наименованное множество атрибутов может образовывать агрегат данных.
Запись – составной агрегат, который не входит в состав других агрегатов.
В иерархической модели все записи, агрегаты и атрибуты БД образуют иерархически организованный набор, т.е. такую структуру, в которой все элементы связаны отношениями подчиненности и при этом каждый элемент может подчинять только одному какому-нибудь элементу.
Для пояснения логической структуры основных моделей БД рассмотрим задачу.
Необходимо разработать логическую структуру БД для хранения данных о 3-х поставщиках П1, П2, П3, которые могут поставлять товары Т1, Т2, Т3 в следующих комбинациях:
П1 – все товары
П2 – товары Т1 и Т3
П3 – товары Т2 и Т3
Сначала построим логическую модель БД, основанную на иерархическом подходе.
Иерархическая модель представляется в виде древовидного графа, в котором объекты выделяются по уровню соподчиненности.
Иерархическая модель БД
На верхнем уровне находится информация об объекте «поставщике» (П), на втором уровне – о конкретных поставщиках П1, П2, П3. На 3-м уровне о товарах, которые могут поставлять конкретные поставщики.
Должно соблюдаться правило: каждый порожденный узел не может иметь больше одного порождающего узла (только одна входящая стрелка).
В структуре может быть только один порождающий узел (без входящей стрелки) – корень. Узлы, не имеющие выходных стрелок наз. листьями. Узел интерпретируется как запись. Для поиска необходимой записи нужно двигаться от корня к листьям, т.е. сверху вниз, что значительно упрощает доступ.
Достоинство иерархической модели: позволяет описать структуру данных как на логическом, так и на физическом уровне.
Недостатки иерархической модели: 1) жесткая фиксированность взаимосвязей между элементами данных, вследствие чего каждая изменяемая связь требует изменения структуры, а также жесткая зависимость логической и физической организации данных.
2) быстрота доступа в иерархической модели достигнута за счет потери информационной гибкости (применительно к рассматриваемому примеру, за один проход не возможно получить информацию, например, о том, какие поставщики поставляют товар Т1).
Указанные недостатки ограничивают применение иерархической модели.
В этой модели используется вид связи между элементами «один ко многим». Если применяется взаимосвязь «многие ко многим», то приходят к сетевой модели данных.
Сетевая модель данных для поставленной задачи представляется в идее диаграммы связей следующего вида.
На диаграмме указаны независимые (осн.) типы данных П1, П2, П3, т.е. информация о поставщиках и зависимые – информация о товарах Т1, Т2, Т3.
В сетевой модели данных допустимы все типы связей между записями и отсутствуют ограничения на число обратных связей, но должно выполняться одно правило: связь включает основную и зависимые записи.
Достоинства сетевой модели данных: большая информационная гибкость по сравнению с иерархической моделью данных;
Сохраняется общий для обеих моделей недостаток: достаточно жесткая структура, что препятствует развитию информационной базы системы управления.
При необходимости частой реорганизации информационной базы (например, при использовании настраиваемых информационных технологий0 применяют наиболее совершенную модель Бд – реляционную модель, в которой отсутствуют различия между объектами и взаимосвязями.
В реляционной модели БД взаимосвязи между элементами данных представляются в виде двумерных таблиц, называемых отношениями.
Отношения обладают следующими свойствами:
1) каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных (повторяющиеся группы отсутствуют);
2) элементы столбца имеют одинаковую природу и столбцам однозначно присвоены имена;
3) в столбце нет двух одинаковых строк;
4) строки и столбцы могут просматриваться в каждом порядке, не зависимо от их информационного содержания.
Преимущества реляционной модели БД:
1) простота логической модели (таблицы привычны для представления информации);
2) гибкость системы защиты (для каждого отношения может быть задана правомерность доступа);
3) независимость данных;
4) возможность построения простого языка манипулирования данными с помощью математически строгой теории реляционной алгебры (алгебры отношений). Наличие строгого математического аппарата для реляционной модели БД и обуславливает ее наибольшее распространение и перспективность в современных информационных технологиях.
Для приведенной задачи реляционная модель БД будет содержать 3 таблицы 9отношения) Р1, Р2, Р3, состоящих соответственно из записей о поставщиках, о товарах и о поставках товаров поставщиками.
Р1 (поставщики) Р2 (товары) Р3 (поставки товаров)
П |
П1 |
П2 |
П3 |
Т |
Т1 |
Т2 |
Т3 |
П1 |
Т1 |
П1 |
Т2 |
П1 |
Т3 |
П2 |
Т1 |
П2 |
Т3 |
П3 |
Т2 |
П3 |
Т3 |
Учитывая ширину применения реляционной модели в информационных технологиях, дадим более подробное описание этой модели.