Характеристика моделей базы данных

К основным недостаткам иерархических моделей следует отнести: неэффективность реализации отношений типа N:N, медленный доступ к сегментам данных нижних уровней иерархии, четкая ориентация на определенные типы запросов и др. В связи с этими недостатками ранее созданные иерархические СУБД подвергаются существенным модификациям, позволяющим поддерживать более сложные типы структур и, в первую очередь, сетевые и их модификации.

 

2.3.  Сетевая модель данных

 

В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

 

 

Сетевая модель СУБД во многом подобна иерархической: если в иерархической модели для каждого сегмента записи допускается только один входной сегмент при N выходных, то в сетевой модели для сегментов допускается несколько входных сегментов наряду с возможностью наличия сегментов без входов с точки зрения иерархической структуры.

Графическое изображение структуры связей сегментов такого типа моделей представляет собой сеть. Сегменты данных в сетевых БД могут иметь множественные связи с сегментами старшего уровня. При этом направление и характер связи в сетевых БД не являются столь очевидными, как в случае иерархических БД. Поэтому имена и направление связей должны идентифицироваться при описании БД.

Таким образом, под сетевой СУБД понимается система, поддерживающая сетевую организацию: любая запись, называемая записью старшего уровня, может содержать данные, которые относятся к набору других записей, называемых записями подчиненного уровня. Возможно обращение ко всем записям в наборе, начиная с записи старшего уровня. Обращение к набору записей реализуется по указателям.

В рамках сетевых СУБД легко реализуются и иерархические даталогические модели.

Сетевые СУБД поддерживают сложные соотношения между типами данных, что делает их пригодными во многих различных приложениях. Однако пользователи таких СУБД ограничены связями, определенными для них разработчиками БД-приложений.

Более того, подобно иерархическим сетевые СУБД предполагают разработку БД приложений опытными программистами и системными аналитиками.

Среди недостатков сетевых СУБД следует особо выделить проблему обеспечения сохранности информации в БД, решению которой уделяется повышенное внимание при проектировании сетевых БД.

2.3.  Реляционная модель

 

Понятие реляционный (англ. relation — отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных, сотрудника фирмы IBM д-ра Е. Кодда  , которым впервые был применен термин "реляционная модель данных".

В течение долгого времени реляционный подход рассматривался как удобный формальный аппарат анализа баз данных, не имеющий практических перспектив, так как его реализация требовала слишком больших машинных ресурсов. Только с появлением персональных электронно-вычислительных машин реляционные и близкие к ним системы стали распространяться, практически не оставив места другим моделям.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

• каждый элемент таблицы - один элемент данных; повторяющиеся группы отсутствуют;
• все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;
• каждый столбец имеет уникальное имя;
• одинаковые строки в таблице отсутствуют;
• порядок следования строк и столбцов может быть произвольным. Таблица такого рода называется отношением.

База данных, построенная с помощью отношений, называется реляционной базой данных.

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы - атрибутам отношений, доменам, полям.

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей); в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы.

 

 

 

 

(Столбец «Ответственный» таблицы «Мероприятия» является внешним ключом для таблицы «Сотрудники» (первичный ключ – столбец «Фамилия»)).

 

Предложив реляционную модель данных, Э.Ф. Кодд создал и инструмент для удобной работы с отношениями – реляционную алгебру. Каждая операция этой алгебры использует одну или несколько таблиц (отношений) в качестве ее операндов и продуцирует в результате новую таблицу, т.е. позволяет "разрезать" или "склеивать" таблицы.

       Проектирование баз данных традиционно считалось очень трудной задачей. Реляционная технология значительно упрощает эту задачу.

Разделением логического и физического уровней системы она упрощает процесс отображения "уровня реального мира", в структуру, которую система может прямо поддерживать. Поскольку реляционная структура сама по себе концептуально проста, она позволяет реализовывать небольшие и/или простые (и поэтому легкие для создания) базы данных, такие как персональные, сама возможность реализации которых никогда даже бы не рассматривалась в старых более сложных системах.

Теория и дисциплина нормализации может помочь, показывая, что случается, если отношения не структурированы естественным образом.

Реляционная модель данных особенно удобна для использования в базах данных распределенной архитектуры - она позволяет получать доступ к любым информационным элементам, хранящимся в узлах сети ЭВМ. Необходимо обратить особое внимание на высокоуровневый аспект реляционного подхода, который состоит во множественной обработке записей. Благодаря этому значительно возрастает потенциал реляционного подхода, который не может быть достигнут при обработке по одной записи и, прежде всего, это касается оптимизации.

Данная модель позволяет определять:

• операции по запоминанию и поиску данных;
• ограничения, связанные с обеспечением целостности данных.

Для увеличения эффективности работы во многих СУБД реляционного типа приняты ограничения, соответствующие строгой реляционной модели.

Многие реляционные СУБД представляют файлы БД для пользователя в табличном формате — с записями в качестве строк и их полями в качестве столбцов. В табличном виде информация воспринимается значительно легче. Однако в БД на физическом уровне данные хранятся, как правило, в файлах, содержащих последовательности записей.

Основным преимуществом реляционных СУБД является возможность связывания на основе определенных соотношений файлов БД.

Со структурной точки зрения реляционные модели являются более простыми и однородными, чем иерархические и сетевые. В реляционной модели каждому объекту предметной области соответствует одно или более отношений.

      Выявлены и недостатки рассмотренной модели баз данных:

• так как все поля одной таблицы должны содержать постоянное число полей заранее определенных типов, приходится создавать дополнительные таблицы, учитывающие индивидуальные особенности элементов, при помощи внешних ключей. Такой подход сильно усложняет создание сколько-нибудь сложных взаимосвязей в базе данных;
• высокая трудоемкость манипулирования информацией и изменения связей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ВЫВОД

Проектирование базы данных представляет собой длительный и трудоемкий процесс. Качество созданной базы данных зависит от анализа предметной области и выбранной методологии проектирования. При неполном анализе предметной области в процессе эксплуатации созданной базы данных может возникать избыточное дублирование данных, а так же различные аномалии, что, скорее всего, приведет к потере необходимых данных и повторному проектированию базы данных.

      По способу установления связей  между  данными  СУБД  основывается  на использовании  трёх  основных  видов  модели:  иерархической,  сетевой   или реляционной; на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве.

      Различия  между  этими  моделями  постепенно  стираются,   что обусловлено прежде всего интенсивными работами в области баз знаний  (БЗ)  и объектно-ориентированной инфотехнологией, о которой будет идти речь ниже.

      Каждая из  указанных моделей обладает  характеристиками,  делающими  ее наиболее удобной для конкретных приложений. Одно из основных  различий  этих моделей состоит в том, что для иерархических и  сетевых  СУБД  их  структура часто не может быть изменена после ввода данных, тогда как  для  реляционных СУБД структура может  изменяться  в  любое  время.  С  другой  стороны,  для больших БД,  структура  которых  остается  длительное  время  неизменной,  и постоянно работающих с ними приложений с интенсивными потоками  запросов  на БД-обслуживание  именно  иерархические  и  сетевые  СУБД   могут   оказаться наиболее эффективными решениями, ибо они могут  обеспечивать  более  быстрый  доступ к информации БД, чем реляционные СУБД.

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

 

 

1. Марков А.С. Базы данных. Введение  в теорию и методологию / Лисовский  К. Ю., Москва, 2004

2. Когаловский М.Р. Технология баз данных на персональных ЭВМ. / М.: Финансы и статистика, 1992

3. Ревунков Г.И., Самохвалов Э.Н., Чистов В.В. Базы и банки данных  и знаний: Учеб. для вузов / Под  ред. Четверикова В.Н. - М.: Высш. шк., 1992.

4. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование  структур баз данных : В 2-х кн. Пер. с англ. / М.: Мир, 1985

5. Голицина О. Л. Базы данных / Голицина  О. Л., Максимов Н. В., Попов И. И. - М.: Форум, 2003

6. Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация / Питер, 2002

7. Бемер С., Фратер Г. Microsoft Access для пользователя / Микап, Москва 1994

8. Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение / Москва, Питер, Киев, 2003

9. Мейер, М. Теория реляционных баз  данных / М. Мейер - М.: Мир, 2008

10. Хаббард, Дж. Автоматизированное проектирование баз данных / Хаббард Дж. - М.: Мир, 2005

11. Бойко, В. В. Проектирование баз  данных информационных систем / Бойко  В.В., Савинков В.М. - М.: Финансы и статистика, 2007