Типы моделей данных (мд), используемых при построении бд

До недавнего времени существовали 3 основные МД:

1. иерархическая, или древовидная;

2. сетевая;

3. реляционная.

В настоящее время все большее распространение получает объектная МД, используемая для описания таких сложных типов данных как географические карты, видеоинформация, временные ряды и т.д. Однако в этом курсе эта МД рассматриваться не будет.

Иерархическая МД

Рис.3. Иерархическая МД

Элементы данных связаны отношением «отец-сын», причем у сына может быть только один "отец". Преимущество иерархической МД состоит в том, что явным образом указываются отношения между элементами. Недостаток заключается в том, что существуют ограничения на типы этих отношений - они могут быть только иерархическими. При наличии других типов отношений, например, у какого-то элемента есть два предшественника, следует выбрать другую модель данных.

Сетевая МД

Рис.4. Сетевая МД

Если в отношении между данными порожденный элемент имеет более одного исходного элемента, то это отношение нельзя описать посредством древовидной структуры. На рис.4 представлен пример простой реализации сетевой МД. В сетевой структуре любой элемент может быть связан с любым другим элементом.

Недостаток сетевой структуры состоит в том, что в некоторых случаях сетевая структура может иметь очень сложный вид. С такой структурой сложно разбираться, в том числе и модифицировать ее.

Сетевая структура эффективна для стабильных условий работы. В более динамичных условиях, когда БД предполагается существенно расширять или вносить в нее новые параметры и отношения, сетевая МД может быть неэффективна.

Реляционная МД

Реляционная МД обладает многими преимуществами по сравнеию с сетевой и иерархическими моделями. Реляционная БД состоит из так называемых отношений (relations). На рис.5 представлен пример фрагмента такой БД.

Рис.5. Пример реляционной МД

Каждая конкретная строка называется кортежом, которые упорядочиваются по первичному ключу. В качестве этих ключей используются значения первого поля каждого кортежа.

Любой столбец отношения называется доменом.

Кортежи, входящие в отношение, должны быть уникальными, т.е. различаться по первичному ключу, однако конкретные значения атрибутов могут быть одинаковы для различных кортежей. Число доменов в отношении определяет степень данного отношения. Отношения 2-й степени называются бинарными, 3-й степени - тернарными, n-й степени - n-арными.

Операцию по выделению столбцов называют проекцией, операцию комбинирования таблиц - соединением.

По сравнению с иерархической и сетевой моделями реляционная модель (РМ) базы данных имеет многие преимущества:

1. Табличное представление данных, используемое в РМ, делает ее простой для понимания пользователей и реализации ее физической модели.

2. Иерархический и сетевой типы данных можно относительно легко превратить в реляционный тип. Таким образом, эта схема представления данных носит универсальный характер. Процесс представления данных в виде двумерных таблиц, выполняемый для любой связи между данными в БД, называется процессом нормализации; при этом таблицы могут быть построены таким образом, что не будет утеряна информация о связях между элементами данных.

3. Операции проекции и соединения легко реализовать.

4. Весьма просто реализуется управление доступом к секретным данным: такие данные помещают в отдельные отношения, доступ к которым контролируется.

5. Поиск необходимых данных осуществляется гораздо быстрее, чем в схемах, где поиск осуществляется по цепочке указателей.

6. Реляционные структуры гораздо проще модифицировать, чем иерархические и сетевые.

В то же время реляционная МД не лишена и некоторых недостатков:

1. Часто полагают, что одним из таких недостатков является неэффективное использование ЭВМ при выполнении операции соединения больших файлов. Для преодоления этого недостатка указанную операцию обычно реализуют на логическом уровне путем использования указателей и индексов.

2. Эффективность СУБД реляционного типа более сильно зависит от физической организации данных, чем при использовании иерархической и сетевой МД. Поэтому процессу физической организации данных в этом случае должно быть уделено соответствующее внимание.

Лекция N 11