4.3.3. Физическое представление с разделением данных и связей

Рассматриваемые ранее структуры в основном ориентированы на то, чтобы связи между данными хранились вместе с самими данны­ми. Такое объединение реализовалось, например, агрегированием данных (построением сложных понятийных структур и данных) или введением ссылочного аппарата, фиксирующего семантические свя­зи, непосредственно в записи данных.

Табличная форма представления информации является наибо­лее распространенной и понятной. Кроме того, такие семантически более сложные формы, как деревья и сети, путем введения некото­рой избыточности могут быть сведены к табличным. При этом свя­зи между данными также будут представлены в форме двумерных таблиц.

Такой реляционный подход, и основе которого лежит принцип разделения данных и связей, обеспечивает с одной стороны независимость данных, а с другой более простые способы реализации хранения и обновления.

На рис. 4.17 и 4.18 приведен пример разделения линейных записей исходной таблицы «Штатное расписание факультета» (рис. 4.16) на связи и собственно данные.

Рис. 4.16. Пример набора записей табличного типа

Рис. 4.17. Пример разделения на связи и данные набора записей табличного типа (данные)

В разделенном варианте получены три таблицы бинарных отношений для трех вторичных ключей и одна таблица отношений в неинвертированной форме, по упорядоченная по первичному ключу. Каждое значение элемента данных представлено в одном экземпля­ре и имеет идентификатор (порядковый номер — ключ). Связи эле­ментов данных также выделены в таблицы отдельно.

Такое представление обладает следующими важными свойствами:

• каждый элемент таблицы — это один элемент данных;

• таблица не содержит одинаковых строк, т. е. содержащих по­парно равных значений элементов данных;

• столбцы таблицы однородны (так как элементы данных каж­дого столбца имеют общую природу) и могут быть однозначно идентифицированы именованием.

Рис. 4.18. Пример разделения на связи и данные набора записей табличного типа (связи)

Для более сложных случаев, например, древовидных структур, для устранения зависимости от путей вводятся дополнительные ключевые элементы данных.

Следует отметить, что дублирование некоторых элементов в таб­лицах является логическим и не обязательно повлечет дублирование на физическом уровне, так как можно воспользоваться указателями.

Однородность реляционных баз данных, построенных на основе бинарных отношений, обеспечивает:

• унифицированность средств работы с базой: необходимы только средства дли работы с бинарными таблицами;

• простоту расширения состава логической записи.

В то же время для получения ответа по комплексному запросу необходимо обращаться к нескольким таблицам.

4.4. Архитектура файловой организации баз данных

Файловая структура и система управления файлами являются пре­рогативой операционной среды, поэтому по отношению к базам данных, ориентированным на работу с элементами данных и высо­кую интенсивность обмена, эффективность операций ввода-вывода будет не оптимальна: стандартный язык СУБД намного богаче, чем набор операций файловой системы.

Прямое использование файловой системы для организации хра­нения и доступа к данным оказывается менее эффективным (отли­чие составляет, по крайней мере, 10 %), поскольку при выполнении каждого обращения к диску со стороны СУБД в работу включается дополнительный слой системного ПО. Хранение данных в файло­вой системе приводит также к определенной потере емкости памя­ти. Файловая система, например Unix, потребляет примерно 10% от форматированной емкости дисков для метаданных о файлах и файловой системе. Более того, файловая система резервирует некоторое пространство, чтобы обеспечить быстрый поиск свободною пространства в случае расширения файлов.

Это послужило причиной того, что СУБД берут на себя непосредственное управление внешней памятью, минимально используя файловую систему ОС.