Модели данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Модели данных

реляционный база данные управление

1.1 Общая характеристика моделей данных

Как известно, в естественном языке различаются правила написания текстов (синтаксис языка) и сами тексты (книги, статьи и т.д.). В обработке данных правила описания данных содержатся в моделях данных.

В классической теории баз данных модель данных есть формальная теория представления и обработки данных в системе управления базами данных (СУБД).

По этой теории модель данных - это совокупность трех составляющих (аспектов):

· множества информационных конструкций (структур данных и связей между структурами), допускаемых этой моделью;

· множества допустимых операций над данными;

· множества ограничений, наложенных на информационные конструкции (структуры) для обеспечения целостности базы данных.

Таким образом, модель данных - это инструмент для представления данных в базе данных.

Существуют три основные структуры, которые используются в качестве модели данных в СУБД и определяют тип СУБД: иерархическая, сетевая и реляционная.

На рис. 1.1 структуры этих моделей показаны в виде графов, в которых прямоугольники обозначают объекты (таблицы), а соединительные линии между ними - связи между объектами (таблицами).

Рис. 1.1 Модели данных, используемые в СУБД

В иерархической модели данные (объекты, таблицы) хранятся в виде обращенного дерева (что такое "обращенное дерево" ?), называемого также двоичным деревом (бинарным или В - деревом). Узлы двоичного дерева (объекты, таблицы) могут иметь только по две ветви и связываться только с узлом-родителем двумя узлами-потомками, если таковые имеются. В иерархической модели взаимосвязи между данными (объектами, таблицами) жестко фиксируются при определении структуры базы данных. Изменение связей требует изменения структуры и повторного ввода информации всех данных. Число связей в иерархических моделях ограничено.

Сетевая модель -- это древовидная структура, напоминающая иерархическую, однако не имеющая ограничений на количество ветвей в узле. Иногда ее определяют как модель ориентированных графов, где верх представляют множество однородных объектов (например, объектов по вопросу трудоустройства специалистов, предприятия региона), дуги (связи) -- ассоциации (например, характер работы на предприятии). В сетевой структуре можно задавать гораздо большее число связей, чем в иерархической. Однако модификация связей между объектами в данном случае также связана с большими трудностями.

В реляционной модели данные (объекты) хранятся в двумерных таблицах, которые иногда называются отношениями или плоскими файлами.

Понятие «реляционный» происходит от «Relation» - отношение, связь.

Двумерные таблицы являются независимыми друг от друга. Связи внутри таблиц и между таблицами (классами объектов, узлами) создаются программистом произвольно. При необходимости все связи в модели могут быть изменены (комбинации связей внутри таблиц и между узлами). Доступ к данным осуществляется по соответствующим связям.

Структура этих таблиц с точки зрения теории экономических информационных систем (ТЭИС) называется "схема", а содержимое этих таблиц «состоянием схемы». Каждый столбец таблицы называется "реквизит" или"атрибут", а каждая ее строка - "кортеж", или "запись", или экземпляр файла. Каждый столбец имеет домен, или область значений столбца.

С точки зрения СУБД, поддерживающей реляционную модель данных, каждый столбец таблицы называется либо "поле", либо "столбец", каждая ее строка - "запись", а вся таблица - "файл" (или нормализованный файл, реляционный файл).

Реляционный подход основан на применении следующих правил при представлении информации в виде двумерных таблиц:

1)таблица должна быть поименована;

2)таблица имеет фиксированное количество столбцов (свойств или характеристик реальных событий, фактов, объектов предметной области) и переменное количество строк (значений этих реальных событий, фактов или объектов);

3)столбцы (поля) должны быть поименованы и имя одного столбца конкретной таблицы не может совпадать с именем другого ее столбца (для разных таблиц совпадение таких имен допустимо);

4) нормализованным считается файл, в структуру которого каждый поименованный столбец включен только один раз;

5) порядок столбцов таблицы фиксирован, но это не существенно;

6) данные в пределах одного столбца (поля) однородны, т.е. одного типа;

1) каждая строка в таблице уникальна, т.е. содержимое одной строки отличается от другой (благодаря значению первичного ключа, являющегося единственным значением соответствующего свойства (т.е. столбца);

8)элемент таблицы, находящийся на пересечении строки и столбца, является неделимым элементом данных (ЭД) свойства (столбца);

9)обращение к строкам и столбцам таблицы осуществляется произвольным образом.

Имена таблиц и столбцов (полей) описывают в базе данных объекты предметной области и их атрибуты, т.е. описывают характеристику содержащихся в таблицах и столбцах данных. Поэтому их называют метаданные (данные о данных) или метаинформацией (информацией об информации).

Примечание:

Метаданные - это те данные, которые описывают саму базу данных. Например, при создании в базе данных новой таблицы или представления (что такое "представление"?), создается и сохраняется запись, описывающая эту таблицу. Данный метод реализован в большинстве коммерческих баз данных на основе SQL и баз с открытым исходным кодом. Например, в СУБД SQL Server и СУБД Oracle используются так называемые «системные таблицы», в которых отслеживается вся информация о базах данных, а также таблицах и объектах любой базы данных. В этих СУБД также есть «системные базы данных», в которых отслеживается информация о сервере, на котором инсталлирована и сконфигурирована база.

1.2 Операции над данными в таблицах

Операции над данными в таблицах принято называть операциями над таблицами (отношениями).

Основными операциями над таблицами (отношениями) являются проекция, выборка, соединение.

Операция проекции заключается в том, что исходные двумерные таблицы можно "разрезать" по вертикали для получения отбираемых сведений в новой таблице.

Выборка заключается в том, что позволяет "разрезать" исходные двумерные таблицы по горизонтали также для получения отбираемых сведений в новой таблице.

Операция соединения (интегрирования) выполняется только в том случае, когда пользователь указывает логическую операцию соединения информации, содержащейся в таблицах. Она производится над двумя исходными таблицами и создает одну результирующую таблицу, в состав столбцов которой могут входить все, либо отобранные столбцы из исходных таблиц.

1.3 Ограничения, накладываемые на структуры для обеспечения целостности базы данных

В теории баз данных целостность данных означает корректность данных и их непротиворечивость а также целостность связей между таблицами. Корректность и непротиворечивость данных достигается уже в процессе домашинного проектирования базы данных с помощью определенных теоретических методов, которые получили название методов нормализации отношений. СУБД с помощью своих механизмов поддерживает как корректность и непротиворечивость данных в процессе машинной обработки, так и целостность связей между таблицами. Эти вопросы будут изучаться в специальных темах.

1.4 Преимущества реляционных баз данных

Расширение базы данных производится достаточно просто - путем добавления дополнительных таблиц для новой информации.

Достаточно просто производится и модификация таблиц (изменение их структуры и изменение записей в них).

Реляционная модель требует меньшего времени, затрачиваемого программистом на разработку прикладных программ и пользователем на формулировку запросов при создании баз данных различного объема - как небольших, содержащих несколько десятков тысяч записей, так и больших, содержащих несколько десятков гигабайт записей. Интерфейс пользователя при использовании этой модели реализуется при помощи языка очень высокого уровня, на котором можно формировать запросы без алгоритмических спецификаций.

1.5 Дополнительный материал

Реляционная СУБД - это система, пользователи которой видят данные в форме набора таблиц, связанных друг с другом посредством общих значений. Данные хранятся в таблицах, которые состоят из строк и столбцов. Таблицы, содержащие независимые данные, можно связать (или соотнести) друг с другом, если в каждой из них есть столбец уникальных идентификационных данных (называемых ключами), которые представляют те данные, которые являются общими для таблиц.

Е. F. Codd первым описал теорию реляционных баз данных в своей основополагающей работе «Relational Model of Data for Large Shared Data Banks», опубликованной в журнале Communications оf the АСМ в июне 1910 года. Согласно новой реляционной модели Кодда, данные были структурированными в таблицы, состоящие из строк и столбцов. Данными можно было манипулировать с помощью таких гибких операций, как выборка (selection), проекция (projection) и соединение (join). При этом данные оставались непротиворечивыми в результате действия таких правил их целостности, как целостность ключей и ссылочных данных. Кодд также обозначил правила проектирования баз данных. Процесс применения этих правил сейчас называется нормализацией.

Размещено на Allbest.ru