Сетевая модель данных

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".

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.

2.4.3. Реляционная модель данных

Недостатки иерархической и сетевой моделей привели к появлению новой, реляционной модели данных, созданной Коддом в 1970 году и вызвавшей всеобщий интерес. Реляционная модель была попыткой упростить структуру базы данных. В ней отсутствовали явные указатели на предков и потомков, а все данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы.

Именно реляционная модель является результатом более развитых представлений о формировании и ведении баз данных, на которые наложен строгий математический аппарат. Реляционные модели наиболее логично и наглядно отражают структуру хранимой информации и внутренних связей, что позволяет более полно анализировать структуру базы данных при разработке. Это привело к тому, что именно реляционные модели баз данных наиболее распространены в настоящее время и являются стандартом, на который переводятся все существовавшие ранее базы данных с иерархической и сетевой моделью. Ещё одним веским доводом в пользу выбора реляционной модели является тот факт, что подавляющее большинство предоставляемых средств для разработки баз данных ориентированы исключительно на реляционную модель. Кроме того, реляционные базы данных в последствии легче расширять и интегрировать, что является неотъемлемой частью дальнейшего развития баз данных, с увеличением возлагаемых на них задач.

Реляционной называется база данных, в которой все данные, доступные пользователю, организованны в виде таблиц, а все операции над данными сводятся к операциям над этими таблицами.[7]

Приведенное определение не оставляет места встроенным указателям, имеющимся в иерархических и сетевых СУБД. Несмотря на это, реляционная СУБД также способна реализовать отношения предок/потомок, однако эти отношения представлены исключительно значениями данных, содержащихся в таблицах.

Достоинства реляционной модели можно разделить на две группы.

Достоинства для пользователя:

реляционная БД представляет собой набор таблиц, с которыми пользователь привык работать;

не нужно помнить пути доступа к данным и строить алгоритмы и процедуры обработки своего запроса;

реляционные языки легки для изучения и освоения, в то время как языки общения с иерархической и сетевой моделями предназначены для программистов и мало пригодны для пользователей;

Достоинства обработки данных реляционной БД:

Связность. Реляционное представление дает ясную картину взаимосвязей атрибутов из различных отношений;

Точность. Направленные связи в реляционной БД отсутствуют. Отношения по своей природе обладают более точным смыслом и поддаются манипулированию с использованием таких средств, как алгебра и исчисление отношений, обеспечивающих наглядность и гибкость модели данных;

Гибкость. Операции проекции и объединения позволяют разрезать и склеивать отношения, так что программист может получать разнообразные файлы в нужной форме;

Секретность. Контроль секретности упрощается. Для каждого отношения имеется возможность задания правомерности доступа, засекреченные показатели можно выделить в отдельные отношения с проверкой прав доступа;

Простота внедрения. Физическое размещение однородных (табличных) файлов намного проще, чем размещение иерархических и сетевых структур;

Независимость данных. БД должна допускать возможность расширения, т.е. добавления новых атрибутов и отношений.[7]

Поскольку среди рассмотренных логических моделей данных реляционная обладает значительными преимуществами и малыми недостатками, то она и будет взята в основу для построения СУБД. Рассмотрим ее более подробно.

Таблицы

Таблицы – фундаментальные объекты реляционной базы данных, в которых хранится основная часть данных приложения. Информация в таблице организуется в строки (записи) и столбцы (поля). Таблице присущи два компонента: структура таблицы и данные таблицы.

Структура таблицы (также называется определением таблицы) специфицируется при создании таблицы. Структура таблицы должна быть спроектирована и создана перед вводом в таблицу каких-либо данных. Она определяет, какие данные таблица будет хранить, а также правила, ассоциированные с вводом, изменением или удалением данных (бизнес-правила, или ограничения).

Структура таблицы включает следующую информацию:

Имя таблицы - это имя, по которому к таблице можно обратиться в свойствах, методах и операторах SQL;

Столбцы таблицы - это колонка таблицы, содержащая все данные, относящиеся к заданному полю таблицы. Каждый столбец имеет имя и тип данного;

Табличные и столбцовые ограничения - ограничения целостности, определенные на уровне таблицы или на уровне столбца;

Данные таблицы – информация, которая сохранена в таблице. Все данные таблицы хранятся в строках, каждая из которых содержит порции информации в столбцах, определенных в структуре таблицы. Данные – та часть таблицы, к которой обычно должны иметь доступ пользователи приложения. На пересечении каждой строки с каждым столбцом таблицы содержится в точности одно значение данных.

Все значения, содержащиеся в одном и том же столбце, являются данными одного типа. Множество значений, которые могут содержаться в столбце, называется доменом этого столбца.

У каждого столбца в таблице есть своё имя, которое обычно служит заголовком столбца. Все столбцы в одной таблице должны иметь уникальные имена, однако разрешается присваивать одинаковые имена столбцам, расположенным в различных таблицах. Столбцы таблицы упорядочены слева направо, и их порядок определяется при создании таблицы. В любой таблице всегда есть как минимум один столбец. В стандарте ANSI/ISO не указывается максимально допустимое число столбцов в таблице, однако почти во всех коммерческих СУБД этот предел существует и обычно составляет примерно 255 столбцов.

В отличие от столбцов, строки таблицы не имеют определённого порядка. Это значит, что если последовательно выполнить два одинаковых запроса для отображения содержимого таблицы, нет гарантии, что оба раза строки будут перечислены в одном и том же порядке.

В таблице может содержаться любое количество строк. Вполне допустимо существование таблицы с нулевым количеством строк. Такая таблица называется пустой. Пустая таблица сохраняет структуру, определённую её столбцами, просто в ней не содержится данные. Стандарт ANSI/ISO не накладывает ограничений на количество строк в таблице, и во многих СУБД размер таблиц ограничен лишь свободным дисковым пространством компьютера. В других СУБД имеется максимальный предел, однако он весьма высок – около двух миллиардов строк, а иногда и больше.

Ключевые поля

Мощь реляционных баз данных заключается в том, что с их помощью можно быстро найти и связать данные из разных таблиц при помощи запросов, форм и отчетов. Для этого каждая таблица должна содержать одно или несколько полей, однозначно идентифицирующих каждую запись в таблице. Эти поля называются ключевыми полями таблицы. Ключевые поля ещё также называют первичным ключом. Можно выделить три типа ключевых полей: счетчик, простой ключ и составной ключ.

Поскольку строки в реляционной таблице не упорядочены, нельзя выбрать строку по ее номеру в таблице. В таблице нет "первой", "последней" или "тринадцатой" строки.

Ключевое поле можно задать таким образом, чтобы при добавлении каждой записи в таблицу в это поле автоматически вносилось порядковое число, т.е. организовать счётчик. Это наиболее простой способ создания ключевых полей.

Составной ключ применяется в случаях, когда невозможно гарантировать уникальность значений каждого отдельного поля. Чаще всего такая ситуация возникает для таблицы, используемой для связывания двух таблиц в отношении "многие ко многим".

Первичный ключ для каждой строки таблицы является уникальным, поэтому в таблице с первичным ключом нет двух совершенно одинаковых строк. Таблица, в которой все строки отличаются друг от друга, в математических терминах называется отношением. Именно этому термину реляционные базы данных и обязаны своим названием, поскольку в их основе лежат отношения.

Индексы

Индексы– объекты базы данных, которые обеспечивают быстрый доступ к отдельным строкам в таблице. Индекс создается с целью повышения производительности операций запросов и сортировки данных таблицы. Индексы также используются для поддержания в таблицах некоторых типов ключевых ограничений; эти индексы часто создаются автоматически при определении ограничения.

Индекс – независимый объект, логически отдельный от таблицы; создание или удаление индекса никак не воздействует на определение или данные индексированной таблицы. Он хранит высоко оптимизированные версии всех значений одного или больше столбцов таблицы. Когда значение запрашивается из индексированного столбца, процессор (ядро) базы данных использует индекс для быстрого нахождения требуемого значения. Индексы должны постоянно поддерживаться, чтобы отражать последние изменения индексированных столбцов таблицы. Процедуры обновления индекса при вставке, модификации или удалении значения в индексированный столбец автоматически выполняются процессором базы данных. Хотя эти операции не требуют никаких действий со стороны пользователя, они, однако, снижают эффективность некоторых операций манипулирования данными (кроме запросов на выборку). Однако уменьшение производительности, ассоциированное с поддержанием индекса, в большинстве случаев компенсируется преимуществами повышения быстродействия доступа к данным, которое обеспечивает индекс. Индексы обеспечивают наибольшие выгоды для относительно статичных таблиц, по которым часто выполняются запросы.