16. Иерархические, сетевые и реляционные модели представления данных. Иерархическая модель данных

ИМД основана на понятии деревьев, состоящих из вершин и ребер. Вершине  дерева  ставится в соответствие совокупности атрибутов данных, характеризующих некоторый объект. Вершины и ребра  дерева  как бы образуют иерархическую древовидную структуру, состоящую из n уровней.

Структура записей имеет иерархический характер. Все множество экземпляров записи единицы структуры образует тип записи. Объектом модели данных является запись определенного типа. На схеме агрегат – прямоугольник, элемент – окружность. Корнем иерархической модели является тип записи (договор).

Первую вершину называют корневой вершиной.

Она  удовлетворяет условиям:

1. Иерархия начинается с корневой вершины.

2. Каждая вершина  соответствует одному или нескольким атрибутам.

3. Hа уровнях с большим номером находятся зависимые вершины. Вершин  предшествующего уровня является начальной для новых зависимых вершин.

4. Каждая вершина, находящаяся на уровне i, соединена с одной и только одной вершиной уровня i-1, за исключением корневой вершины.

5. Корневая вершина  может быть связана с одной или несколькими зависимыми вершинами.

6. Доступ к каждой вершине происходит через корневую по единственному пути

7. Существует произвольное количество вершин каждого уровня.

Иерархическая модель данных состоит из нескольких деревьев, т.е. является лесом. Каждая корневая вершин  образует начало записи логической базы данных. В ИМД вершины, находящиеся на уровне i, называют порожденными вершинами на уровне i-1.

Основные достоинства ИМД: простота построения и использования, обеспечение определенного уровня независимости данных, простота  оценки операционных характеристик.

Основные недостатки: отношение "многие ко многим" реализуется очень сложно, дает громоздкую структуру и требует хранения избыточных данных, что особенно нежелательно на  физическом уровне, иерархическая упорядоченность усложняет операции удаления и включения, доступ к любой вершине возможен только через корневую, что увеличивает время доступа.

В иерархической модели выполняются следующие операции над данными:

• Добавление новой записи (при добавлении новой записи должен быть организован уникальный ключ, значение которого однозначно характеризует ее).

• Изменение значения предварительно извлеченной записи (значение ключа при этом не должно изменяться).

• Удаление некоторых записей, при этом удаляются все записи, находящиеся с ней в групповом отношении.

• Извлечение

• Конкретной записи по значению ключа

• Следующей записи (эта операция выполняется в порядке левостороннего обхода дерева)

Сетевая модель данных

В СМД элементарные данные и отношения между ними представляются в виде ориентированной сети (вершины - данные, дуги - отношения).

В 1971 году на конференции по языкам систем данных был опубликован официальный стандарт сетевых баз данных, который известен как модель CODASYL.

Сетевые базы данных обладали рядом преимуществ:

• Гибкость. Множественные отношения предок/потомок позволяли сетевой базе данных хранить данные, структура которых была сложнее простой иерархии.

• Стандартизация. Появление стандарта CODASYL популярность сетевой модели, а такие поставщики мини-компьютеров, как Digital Equipment Corporation и Data General, реализовали сетевые СУБД.

• Быстродействие. Вопреки своей большой сложности, сетевые базы данных достигали быстродействия, сравнимого с быстродействием иерархических баз данных. Множества были представлены указателями на физические записи данных, и в некоторых системах администратор мог задать кластеризацию данных на основе множества отношений.

Конечно, у сетевых баз данных были недостатки. Как и иерархические базы данных, сетевые базы данных были очень жесткими. Наборы отношений и структуру записей приходилось задавать наперёд. Изменение структуры базы данных обычно означало перестройку всей базы данных.

Как иерархическая, так и сетевая база данных были инструментами программистов. Реализация пользовательских запросов часто затягивалась на недели и месяцы, и к моменту появления программы информация, которую она предоставляла, часто оказывалась бесполезной.

Над данными сетевой модели можно выполнять следующие действия:

• внести запись в БД (в зависимости от типа включения запись может быть внесена в групповое отношение или нет);

• включить запись в групповое отношение (связать запись с каким-либо владельцем);

• переключить (связать подчиненную запись с записью владельца в том же групповом отношении);

• изменить значение элементов предварительно извлеченной записи;

• извлечь запись либо по значению ключа, либо последовательно в рамках группового отношения;

• удалить – при удалении записи необходимо учитывать классы членства;

• исключить из группового отношения (разорвать связь между записью владельца и подчиненной записью).