1.3 Модель данных

Модель данных – это самодостаточное, абстрактное, логическое определение операторов, объектов прочих элементов, в совокупности составляющих абстрактную машину, с которой взаимодействует пользователей. Все упомянутые объекты позволяют моделировать структуру данных, а операторы – поведение данных.

Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность.

Реализация заданной модели данных – это физическое воплощение на реализованной машине компонентов абстрактной машины в совокупности составляют эту модель.

Цель инфологического моделирования – это обеспечение наиболее естественных для человека способов представления и сбора нужной информации, которую нужно хранить в создаваемой БД. Вот поэтому инфологическую модель данных пытаются строить по аналогии с естественным языком. Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются связи, сущности между ними и их атрибуты (свойства).

Атрибут – это поименованная характеристика сущности. Наименование атрибута должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но и может быть одинаковым для определенного типа сущностей. Атрибуты используются для определения какая информация должна быть собрана о сущности. Различие между типами атрибутами и сущностями отсутствует. Атрибут является тактовым только в связи с типом сущности, а контексте атрибут может выступать как самостоятельная сущность.

Связь – это ассоциирование двух и более сущностей. Если бы значением БД было только хранение отдельных не связанных между собой данных, то структура могла быть простой. Однако одно из основных требований к организации БД является обеспечение возможности отыскания одних сущностей по значениям других. Для этого необходимо установить между ними определенные типы связей. А в реализованных БД нередко содержатся сотни или даже тысячи сущностей. Наличие такого множества связей и определяет сложность инфологических моделей.

Иерархическая модель данных представляется в виде деревьев, то есть элемент связывается только с одним стоящим выше элементом, и этот элемент может ссылаться на один или несколько стоящих ниже элементов. Между подчинённым и главным типами объекта устанавливается взаимосвязь «один ко многим». Для данного главного типа объекта существует несколько подчинительных типов объекта.

Достоинства иерархической модели данных:

1. обеспечение определенного уровня независимости данных;

2. простота понимания и использования;

3. простота оценки операционных характеристик благодаря заранее заданным взаимосвязям.

Недостатки иерархической модели данных:

1. удаление исходных объектов влечёт удаление порождённых;

2. корневой тип узла является главным, доступом к любому порождённому узлу возможен только через исходный;

3. избыточно хранение;

4. процедурность операций манипулирования данными;

5. из-за строгой иерархической упорядоченности объектов модели значительно усложняются операции включения и удаления.

Рисунок 1 - Пример иерархической модели данных

В сетевой модели данных понятие главного и подчинённых объектов несколько расширены. Подчинённый объект обозначается термином «член набора», а главный объект «владелец набора». Один и тот же объект может одновременно выступать и в роли члена набора. Это означает, что каждый объект может участвовать в любом случае взаимосвязей.

В сетевой модели данных объекты объединяются в «сеть», и каждый тип записи может содержать нуль, один или несколько атрибутов.

Достоинства сетевой модели:

1. Простота реализации часто встречающихся в реальном мире взаимосвязей «многие ко многим»;

2. Возможность экономии памяти за счет разделения подобъектов;

3. Возможность построения вручную эффективных прикладных систем.

Недостатки сетевой модели данных:

1. Возможная потеря данных при реорганизации базы данных;

2. Сложность модели.

Рисунок 2 - Пример сетевой модели данных

Реляционные системы основаны на формальной теории, называемой реляционной моделью данных, которая предполагает следующее:

1. для обработки строк данных предоставляются операторы, которые напрямую поддерживают процесс логического получения дополнительных истинных высказываний из существующих высказываний;

2. данные представлены посредством строк в таблице, и эти строки могут быть непосредственно интерпретированы как истинные высказывания.

Достоинства реляционной модели:

1. наличие простого и мощного математического аппарата, опирающего главным образом на теорию множеств и математическую логику, обеспечивающего теоретический базис реляционного подхода к организации баз данных;

2. возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти;

3. наличие небольшого набора абстракций, которые позволяют сравнительно просто моделировать большую часть распространенных предметных областей и допускают точные формальные определения, оставаясь интуитивно понятными.

Недостатки:

1. самый медленный доступ к данным;

2. трудоемкость разработки.