Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру - иными
словами, описываются некоторой моделью представления данных
(моделью данных), поддерживаемой СУБД. К числу классических относятся
следующие модели данных:
иерархическая,
сетевая,
реляционная.
Кроме того, в последние годы появились и стали более
активно внедряться на практике следующие модели данных:
постреляционная,
многомерная,
объектно-ориентированная.
Разрабатываются также всевозможные системы, основанные на
других моделях данных, расширяющих известные модели. В их числе можно
назвать объектно-реляционные, дедуктивно-объектно-ориентированные,
семантические, концептуальные и ориентированные модели. Некоторые из
этих моделей служат для интеграции баз данных, баз знаний и языков
программирования.
В некоторых СУБД поддерживается одновременно несколько
моделей данных. Например, в системе ИНТЕРБАЗА для приложений применяется
сетевой язык манипулирования данными, а в пользовательском интерфейсе
реализованы языки SQL и QBE.
Иерархическая модель
В иерархической модели связи между данными можно описать с помощью
упорядоченного графа (или дерева). Упрощенно представление связей между
данными в иерархической модели показано на рис. 2.1.
Для описания структуры (схемы) иерархической БД на
некотором языке программирования используется тип данных "дерево".
Тип "дерево" схож с типами данных "структура" языков
программирования ПЛ/1 и Си и "запись" языка Паскаль. В них допускается
вложенность типов, каждый из которых находится на некотором уровне.
Тип "дерево" является составным. Он включает в себя подтипы
("поддеревья"), каждый из которых, в свою очередь, является типом
"дерево". Каждый из типов "дерево" состоит из одного "корневого" типа и
упорядоченного набора (возможно пустого)
Рис. 2.1. Представление связей в иерархической модели
подчиненных типов. Каждый из элементарных типов, включенных в тип
"дерево", является простым или составным типом "запись". Простая
"запись" состоит из одного типа, например, числового, а составная
"запись" объединяет некоторую совокупность типов, например, целое,
строку символов и указатель (ссылку).
Корневым называется тип, который имеет подчиненные
типы и сам не является подтипом. Подчиненный тип (подтип)
является потомком по отношению к типу, который выступает для него
в роли предка (родителя). Потомки одного и того же типа являются близнецами
по отношению друг к другу.
В целом тип "дерево" представляет собой иерархически
организованный набор типов "запись".
Иерархическая БД представляет собой упорядоченную
совокупность экземпляров данных типа "дерево" (деревьев), содержащих
экземпляры типа "запись" (записи). Часто отношения родства между типами
переносят на отношения между самими записями. Поля записей хранят
собственно числовые или символьные значения, составляющие основное
содержание БД. Обход всех элементов иерархической БД обычно производится
сверху вниз и слева направо.
В иерархических СУБД может использоваться терминология,
отличающаяся от приведенной. Так, в системе IMS понятию "запись"
соответствует термин "сегмент", а под "записью БД" понимается вся
совокупность записей, относящаяся к одному экземпляру типа "дерево".
Для организации физического размещения иерархических
данных в памяти ЭВМ могут использоваться следующие группы методов:
представление линейным списком с последовательным распределением памяти
(адресная арифметика, левосписковые структуры);
представление связными линейными списками (методы, использующие
указатели и справочники).
К основным операциям манипулирования иерархически
организованными данными относятся следующие:
поиск
указанного экземпляра БД (например, дерева со значением 10 в поле
Отд_номер);
переход от
одного дерева к другому;
переход от
одной записи к другой внутри дерева (например, к следующей записи типа
Сотрудники);
вставка
новой записи в указанную позицию;
удаление
текущей записи и т. д.
В соответствии с определением типа "дерево", можно
заключить, что между предками и потомками автоматически поддерживается
контроль целостности связей. Основное правило контроля целостности
формулируется следующим образом: потомок не может существовать без
родителя, а у некоторых родителей может не быть потомков. Механизмы
поддержания целостности связей между записями различных деревьев
отсутствуют.
К достоинствам иерархической модели данных относятся
эффективное использование памяти ЭВМ и неплохие показатели времени
выполнения основных операций над данными. Иерархическая модель данных
удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией.
Недостатком иерархической модели является ее
громоздкость для обработки информации с достаточно сложными логическими
связями, а также сложность понимания для обычного пользователя.
На иерархической модели данных основано сравнительно
ограниченное количество СУБД, в числе которых можно назвать зарубежные
системы IMS, PC/Focus, Team-Up и Data Edge, а также отечественные
системы Ока, ИНЭС и МИРИС.
Реляционная модель
Реляционная модель данных
предложена сотрудником фирмы IBM Эдгаром Коддом и основывается на
понятии отношение (relation).
Отношение представляет собой множество элементов,
называемых кортежами. Подробно теоретическая основа реляционной модели
данных рассматривается в следующем разделе. Наглядной формой
представления отношения является привычная для человеческого восприятия
двумерная таблица.
Таблица имеет строки (записи) и столбцы (колонки). Каждая
строка таблицы имеет одинаковую структуру и состоит из полей. Строкам
таблицы соответствуют кортежи, а столбцам - атрибуты отношения.
С помощью одной таблицы удобно описывать простейший вид
связей между данными, а именно: деление одного объекта (явления,
сущности, системы и проч.), информация о котором хранится в таблице, на
множество подобъектов, каждому из которых соответствует строка или
запись таблицы. При этом каждый из подобъектов имеет одинаковую
структуру или свойства, описываемые соответствующими значениями полей
записей. Например, таблица может содержать сведения о группе обучаемых, о
каждом из которых известны следующие характеристики: фамилия, имя и
отчество, пол, возраст и образование.
Поскольку в рамках одной таблицы не удается описать более
сложные логические структуры данных из предметной области, применяют связывание
таблиц.
Физическое размещение данных в реляционных базах на внешних
носителях легко осуществляется с помощью обычных файлов.
Достоинство реляционной модели данных заключается в
простоте, понятности и удобстве физической реализации на ЭВМ. Именно
простота и понятность для пользователя явились основной причиной их
широкого использования. Проблемы же эффективности обработки данных этого
типа оказались технически вполне разрешимыми.
Основными недостатками реляционной модели являются
следующие: отсутствие стандартных средств идентификации отдельных
записей и сложность описания иерархических и сетевых связей.
Примерами зарубежных реляционных СУБД для ПЭВМ являются
следующие:
dBaseIII
Plus и dBase IY (фирма Ashton-Tate)
DB2 (IBM)
R:BASE
(Microrim)
FoxPro
ранних версий и FoxBase (Fox Software)
Paradox и
dBASE for Windows (Borland)
FoxPro
более поздних версий
Visual
FoxPro и Access (Microsoft)
Clarion
(Clarion Software)
Ingres (ASK
Computer Systems)
Oracle
(Oracle).
К отечественным СУБД реляционного типа относятся системы:
ПАЛЬМА (ИК АН УССР), а также система HyTech (МИФИ).
Заметим, что последние версии реляционных СУБД имеют
некоторые свойства объектно-ориентированных систем. Такие СУБД часто
называют объектно-реляционными. Примером такой системы можно считать
продукты Oracle 8.x. Системы предыдущих версий вплоть до Oracle 7.x
считаются "чисто" реляционными.
Типы данных
Первоначально СУБД применялись преимущественно для решения
финансово-экономических задач. При этом, независимо от модели
представления, в базах данных использовались следующие основные типы
данных:
числовые.
Примеры значений данных: 0.43, 328, 2Е+5;
символьные
(алфавитно-цифровые). Примеры значений данных: "пятница", "строка",
"программист";
даты,
задаваемые с помощью специального типа "Дата" или как обычные символьные
данные. Примеры значений данных: 1.12.97, 23/2/1999.
В разных СУБД эти типы могли несущественно отличаться друг
от друга по названию, диапазону значений и виду представления.
Впоследствии в новых областях применения стали появляться
специализированные системы обработки данных, например,
геоинформационные, обработки видеоизображений и т. д. В связи с этим
разработчики стали вводить в традиционные СУБД новые типы данных. К
числу сравнительно новых типов данных можно отнести следующие:
временные и
дата-временные, предназначенные для хранения информации о времени и/или
дате. Примеры значений данных: 31.01.85 (дата), 9:10:03 (время),
6.03.1960 12:00 (дата и время);
символьные
переменной длины, предназначенные для хранения текстовой информации
большой длины, например, документа;
двоичные,
предназначенные для хранения графических объектов, аудио- и
видеоинформации, пространственной, хронологической и другой специальной
информации. Например, в MS Access таким типом является тип данных "Поле
объекта OLE", который позволяет хранить в БД графические данные в
формате BMP (Bitmap) и автоматически их отображать при работе с БД;
гиперссылки
(hyperlinks), предназначенные для хранения ссылок на различные ресурсы
(узлы, файлы, документы и т. д.), находящиеся вне базы данных, например,
в сети Internet, корпоративной сети intranet или на жестком диске
компьютера. Примеры значений данных: http:\\www.chat.ru,
ftp:\\chance4u.teens.com.
В современных СУБД с различными моделями данных могут
использоваться все перечисленные типы данных.
иерархическая,
