Модели описания данных

Ядро любой БД — модель данных, представляющая собой множе­ство структур данных, ограничений целостности и операций манипу­лирования данных. В настоящее время наибольшее применение полу­чили иерархическая, сетевая и реляционная модели данных.

Модель данных описывает набор базовых признаков, ко­торыми должны обладать все конкретные базы данных. База данных оперирует с различными объектами (сущностями), какими, к примеру, могут быть:

• покупатель (атрибуты: название, адрес, телефон, факс, ИНН, расчетный счет, корреспондентский счет);
• номенклатура (атрибуты: название, единица измерения, группа номенклатуры);
• документ (атрибуты: тип документа, номер документа, дата выписки) и т.д.

Типы объектов предприятия, для управления которыми создается информационная технология, изменяются во вре­мени достаточно редко, поэтому и структура данных для этих объектов достаточно стабильна. По этой причине возможно построение информационной базы с постоянной структурой и изменяемыми значениями данных. Взаимосвязи между логи­ческими записями и элементами базы данных классифицируются по следующим видам:

· «один к одному», когда одна запись может быть связа­на только с одной записью;

· «один ко многим», когда одна запись взаимосвязана со многими другими;

· «многие ко многим», когда одна и та же запись может входить в отношения со многими другими записями в различных вариантах.

Названные варианты взаимосвязей определяют три основ­ные модели баз данных.

Иерархическая модель предполагает использование дляопи­сания базы данных древовидных структур, состоящих из опре­деленного числа уровней. «Дерево» представляет собой иерар­хию элементов, называемых узлами. В качестве примера про­стой иерархической структуры можно привести административную структуру высшего учебного заведения, элементам которой являются: «Университет» — «Факультет» — «Группа». Пример построения иерархической структуры приведен на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Пример построения иерархической структуры

На каждом уровне иерархии данной структуры могут быть использованы различные атрибуты. Например, атрибутами третьего уровня (Группа) могут быть: специализация груп­пы, численный состав, фамилия старосты группы и другие. В данной модели имеется корневой узел или просто корень — «Университет», который находится на самом верхнем уровне иерархии, а потому не имеет узлов, стоящих выше его. Каждый узел модели имеет только один исходный, на­ходящийся по отношению к нему на более высоком уровне корень. На последующих уровнях классификации он может иметь один, два или большее количество узлов, либо не иметь их вообще.

Принципы построения иерархической структуры:

· иерархия всегда начинается с главного узла;

· главный узел называется корневым или просто корнем, причем одно дерево может иметь только один корень;

· узел может содержать один или несколько атрибутов, описывающих находящийся в нем объект;

· порожденные узлы могут встраиваться в «дерево» как в горизонтальном так и в вертикальном направлении;

· доступ к порожденным узлам возможен только через исходный узел, поэтому существует только один путь доступа к каждому узлу.

Достоинством модели является наличие промышленных си­стем управления базами данных, поддерживающих ее, про­стота понимания принципа иерархии. Однако такая система обладает жесткой, заранее задаваемой структурой, что не по­зволяет осуществлять классифицирование объектов по не пре­дусмотренным ее схемой признакам. Иерархия усложняет опе­рации включения информации о новых объектах и удаления устаревшей информации из базы данных, что затрудняет ис­пользование системы.

Сетевая модель описывает данные и отношения между ними в виде ориентированной сети. Такая модель представ­ляется в виде диаграммы связей, когда каждый порожден­ный элемент в отношениях имеет более одного исходного и может быть связан с любым другим элементом структуры. Например, в структуре управления учебным заведением по­рожденный элемент «Студент» может иметь не один, а два исходных элемента: «Студент» — «Учебная группа» и «Сту­дент» — «Комната в общежитии». Взаимосвязь между объек­тами сетевой структуры приведена на рис.3.2.

Рис. 3.2.. Взаимосвязь между объектами сетевой структуры

Сетевые структуры могут быть многоуровневыми и иметь разную степень сложности. База данных, описываемая сете­вой моделью, состоит из областей, каждая из которых состоит из записей, а последние — из полей. Недостатком сетевой модели является ее сложность, возможность потери незави­симости данных при реорганизации базы данных, возмож­ность нарушения логического представления данных при ро­сте базы данных.

Реляционная модель имеет в своей основе понятие «отно­шения», и ее данные формируются в виде таблиц. Реляцион­ная база данных воспринимается ее пользователем как сово­купность таблиц, каждая из которых имеет свое название. Например, одна таблица может представлять номенклатуру поставляемых материалов, вторая — поставщиков соответству­ющих материалов, третья — связывать две таблицы и отра­жать особенности поставки. Минимальным объектом действий, сохраняющим структуру таблицы, является строка таблицы (кортеж), состоящая из ячеек таблицы (полей). Каждый стол­бец таблицы соответствует только одной компоненте этого отношения. С логической точки зрения реляционная база дан­ных представляется множеством двумерных таблиц различ­ного предметного наполнения.

Достоинства реляционной модели: простота построения, до­ступность понимания, возможность эксплуатации базы данных без знания методов и способов ее построения, независимость дан­ных, гибкость структуры и другие. Недостатки модели: низкая производительность по сравнению с иерархической и сетевой моделями, сложность программного обеспечения, избыточность.

В зависимости от содержания отношения реляционной базы данных бывают объектными и связными. Первые хранят дан­ные о каком-либо одном объекте сущности. В них один из атрибутов однозначно определяет объект и называется клю­чом отношения или первичным атрибутом (для удобства он записывается в первом столбце таблицы). Остальные атрибу­ты функционально зависят от этого ключа. В объектном отно­шении не может быть дублирующих объектов и в этом — ос­новное ограничение реляционной базы данных. Вторые хра­нят ключи нескольких объектных отношений, по которым между ними устанавливаются связи.

Ограничения на отношения реляционной базы данных:

· каждый элемент таблицы представляет собой один эле­мент данных;

· в отношении не может быть одинаковых первичных ключей;

• все строки таблицы должны иметь одну и ту же струк­туру, т.е. одно и то же количество атрибутов с соответ­ственно совпадающими именами;
• в таблице не может быть двух или более одинаковых строк;
• столбцам таблицы присваиваются уникальные имена;
• имена столбцов должны быть различными, а их значе­ния — однотипными;
• в операциях с таблицей все строки и столбцы могут просматриваться в любом порядке и в любой последо­вательности.

Нормализация отношений базы данных

Данные, представленные в виде дерева или сети, могут быть свернуты в двумерные таблицы. Такое преобразование называ­ется нормализацией. Задача нормализации отношений состоит в том, чтобы выделить набор отношений, в котором отсутству­ют аномалии, связанные с включением новых записей, их уда­лением и корректировкой. Теория нормализации оперирует с пятью нормальными формами, предназначенными для умень­шения избыточности информации. При этом каждая последу­ющая форма удовлетворяет требованиям предыдущей. При практическом проектировании базы данных четвертой и пятой нормальных форм, как правило, не используются.

Объектно-ориентированные базы данных объединяют в себе две модели данных — реляционную и сетевую и используются для создания крупных баз данных со сложными структурами данных.

Дата добавления: 2014-01-13