Модели данных

Классификация современных СУБД

1. Среда функционирования (платформа).

2. Поддерживаемая модель данных.

3. Возможность встроенного языка, его переносимость и др. приложения.

4. Наличие диалоговых средств конструирования (таблиц, форм запросов, отчетов и т.д.) и средств работы с БД.

5. Возможность работы с нетрадиционными данными (e-mail, video, audio).

6. Используемые концепции для работы с нетрадиционными данными: объектно-реляционные, объектные.

7. Уровень использования: локальные системы, архитектуры “клиент-сервер” с параллельной архитектурой данных.

8. Возможность интеракции данных из разных СУБД.

9. Степень поддержки языка SQL и возможность работы с сервером БД.

10. Наличие средств отчуждаемых приложений, позволяющих не проводить полную инсталляцию СУБД при тиражировании приложений пользователей.

Преимущества СУБД:

1. Благодаря интеграции отдельных файлов, степень избыточности значительно уменьшается. За счет этого можно уменьшить или исключить несогласованность данных характерную для систем, использующих много копий одних и тех же данных.

2. Увеличивается мобильность и гибкость информационной системы.

3. Возможность коллективного использования данных.

4. Централизованное управление обеспечивает жесткую стандартизацию, что очень важно при обмене информации локальных вычислительных систем.

5. Наличие интегрированной БД сокращает затраты на создание, хранение и поддержание данных в актуальном состоянии.

Недостатки СУБД:

1. Может увеличиться опасность несанкционированного доступа к данным.
2. Увеличивается сложность создаваемых систем.
3. Повышаются требования к аппаратным средствам.
4. Увеличивается доля служебной информации в общем объеме хранящихся данных.

Виды взаимосвязей:

1. Один к одному 1:1 означает что в любой момент времени одному значению поля А соответствует только одно значение поля В.

2. Один ко многим 1:M; многие к одному M:1 означает что одному значению поля А соответствует некоторое число (0,1 или несколько) значений, связанного с ним, поля В.

3. Многие ко многим М:М однозначность определения значений полей отсутствует в обоих направлениях.

Иерархическая модель данных (ИМД)

Иерархической называют такую модель данных, в которой записи классифицируются по уровням, причем каждая запись связана только с одной записью более высокого уровня и с несколькими более низшими по уровню записями.

ИМД позволяет организовать наследование некоторых общих свойств, имеющих место в любой предметной области, за счет этого можно уменьшить избыточность хранимых данных.

ИМД накладывает жесткие ограничения на используемые связи между объектами. Допускаются связи 1:1 и 1:М.

Иерархическая БД представляет собой совокупность деревьев, корни которых отображают различные информационные объекты.

Достоинства ИМД:

1. Простота программной реализации.
2. Простота понимания и использования памяти

Недостатки ИМД:

1. Жесткая ограниченность структур данных.
2. Сложность действий при включении или удалении данных.

Примеры СУБД, реализующих данную модель: Data Edge, IMS.

Сетевая модель данных (СМД)

Основной конструкцией СМД является набор.

Набор – именованная совокупность записей, образующая двухуровневую иерархическую структуру. Исходная запись набора называется владельцем набора.

Порожденная запись называется элементом набора.

Сетевая модель данных допускает все возможные типы взаимосвязей, но прямое представление связей М: М невозможно. Для этого используются две связи 1:М.

В отличие от ИМД СМД позволяет осуществлять доступ к данным несколькими путями.

ИМД СМД

Сетевые структуры могут содержать цикл. Связи в сетевых моделях представлены в явном виде в специальных полях связи, следовательно, каждая запись имеет…

Достоинства данной модели:

1. Возможность реализации связи М:М
2. Допустимость образования произвольных связей.

Недостатки:

1. Сложность понимания и обработки информации.
2. Сложность структур данных.
3. Ослаблен контроль целостности

Реляционная модель данных (РМД)

В настоящее время является единственной моделью с хорошо проработанной теоретической БД.

В РМД объекты и связи между ними представляются в виде набора взаимосвязанных двумерных таблиц. Каждая таблица имеет собственное имя и представляет один информационный объект.

Большинство операций над БД сводится к разрезанию и склеиванию по строкам и столбцам таблиц. Связь между таблицами осуществляется за счет наличия общих столбцов (полей).

Достоинства РМД:

1. Простота, эффективность, удобство использования.
2. Легкость развития и дополнения.
3. Высокая степень независимости данных.

Недостатки:

1. Сложность описания иерархических и сетевых связей.
2. Сложность обеспечения высокой производительности.

Пример.

Номер рейса	Пункт отправления	Пункт назначения	Время вылета	Время прибытия
	Волгоград	Ростов	8,15	10,15
	Ростов	Волгоград	14,05	16,05
	Волгоград	Москва	22,15	24,00

Пример СУБД с РМД: Visual Fox Pro, Dracle, Access, Paradox, Clarion, dBase IV.

Объектно-ориентированная модель данных (ООМД)

В ООМД между записями БД и функциями их обработки имеются взаимосвязи.

Стандартизированная модель ООМД описана в следующем стандарте:ODMG-93 object database Management Group.

Структура ООБД представлена в виде дерева, узлами которого являются объекты. Свойства объектов описываются некоторым стандартным типом или пользовательским типом, который имеет идентификатор class. Родовые отношении в БД образуют связанную иерархию объектов.

Логическая структура ООБД похожа на структуру иерархической БД. Основное отличие состоит в методе манипулирования данными.

Достоинства:

- возможность отображения информации о сложных взаимосвязях объекта. ООМД позволяет идентифицировать отдельную запись БД и определять функции обработки для нее.

Недостатки:

- высокая понятийная сложность.

- неудобство в обработке данных.

- низкая скорость выполнения запросов.

Теория реляционных баз данных

РМД была придумана и разработана Э.Кодд в 1970г. Его последователь Дейт.

В основе РМД лежит понятие теоретико-множественного отношения.

Отношение представляет собой двумерную таблицу, содержащую некоторые данные.

Сущность - это объект любой природы, данные о котором хранятся в БД.

Атрибут – это свойство характеризующее сущность.

Пусть дано D₁, D₂,…, D_n –n-множеств,

Тогда отношение R-это множество упорядоченных кортежей <d₁,d₂,..,d_n,> d_i є D_i, где d_i -атрибут, D_i –домен.

Пример:

Арностью отношений (степенью) является общее количество атрибутов в отношении.

Кардинальным числом (мощностью отношений) называют число всех различных кортежей в образующих отношения R.

Отношением называется некоторое подмножество декартового произведения, включающего один или несколько доменов.

Пр: имеется множество

D₁ ={A,2}

D₂ ={B,C}

D₃={3,4,5}

D_1*D_2*D₃={(A,B,3),(A,B,4),(A,B,5),(A,C,3),(A,C,4),(A,C,5),(2,B,3),(2,B,4),(2,B,5),(2,C,3),(2,C,4),

(2, C, 5)}

Схемой отношений называется конечное множество имен атрибутов отношения.

Домен – множество всех возможных значений какого-либо атрибута отношения.

Отношение может иметь несколько комбинаций атрибутов, каждая из которых однозначно определяет все кортежи отношений. Такие комбинации называют возможными ключами отношений (потенциальными ключами).

Подмножество атрибутов Р отношения R называется потенциальным ключом (возможным ключом), если выполняются следующие два условия:

- в отношении R не может быть двух различных кортежей с одинаковым значениям (это называется свойством уникальности).

- никакое подмножество Р не обладает свойством уникальности.

Потенциальные ключи служат единственным средством адресации на уровнях кортежей в отношении. Первичным ключом называется атрибут (или совокупность атрибутов) отношения, однозначно идентифицирующие каждый из кортежей данного отношения.

Каждое отношение обязательно имеет комбинацию атрибутов, которая может служить ключом. Это гарантируется тем фактом, что отношение – это множество, которое не содержит одинаковых кортежей.

Ключи обычно используются для следующих целей:

1. исключение дублирования значений ключевых атрибутов.
2. упорядочивание кортежей.
3. ускорение работы с кортежами отношений.
4. организация связывания таблиц.

Пусть в отношении R1 имеется неключевой атрибут A, значение которого является значением ключевого атрибута B другого отношения R2, тогда говорят, что атрибут A отношения R1 является внешним ключом.

Любое отношение может быть представлено в виде таблицы, но не всякая таблица является отношением. Для того чтобы произвольная таблица являлась отношением, необходимо выполнения четырех условий:

1. все записи должны иметь одинаковую структуру.
2. каждая запись в таблице должна быть уникальна.
3. значение элементов одного столбца должны принадлежать одному и тому же домену.
4. имена столбцов должны быть уникальными.

ADD – данная операция сообщает об ошибках в следующих случаях:

• Добавляемый кортеж не соответствует схеме отношения.
• Некоторое значение кортежа не принадлежит соответствующему домену.
• Кортеж совпадает по ключу с кортежем, уже имеющемся в отношении.

DEL – дляудаления достаточноуказать значение ключаудаленного кортежа. Ошибка возникает только в том случае, если удаляемый кортеж в отношении отсутствует.

CH – дляданной операции все ошибки добавления и удаления имеют место.