Ієрархічна, мережна та реляційна моделі даних
Иерархическая модель данных.
Иерархическая модель данных была первой моделью, которую стали поддерживать СУБД.
Наиболее известные СУБД поддерживающие иерархическая модель данных – IMS, СУБД фирмы IBM.
Для представления структур в иерархической МД используется графовая модель с вершинами и таблицами. Объекты и связи между ними представляются в виде древовидной структуры состоящей из узлов и ветвей.
Путь доступа является единственным и для его задания нужно указать вершины которые он проходит. Наиболее простой способ физического хранения – последовательно иерархический метод доступа.
Иерархический порядок обеспечивается здесь физическим следованием отдельных последовательных сегментов.
Иерархическая модель данных наиболее подходит для представления предметных областей, имеющих естественную иерархическую структуру (учережд., состав изделия и т.д.).
В иерархической модели легко представляются связи 1:1 и 1:М. Однако, M:N вызывает сложности.
Рассмотрим предметную область:
Схема базы данных:
Особенности иерархической структуры обуславливают операцией над моделью данных:
Включение данных. Экземпляр порожденного узла не может существовать в отсутствии экземпляра исходного узла.
Удаление данных. При удалении экземпляра исходного узла, автоматически удаляются все порожденные узлы.
Выборка.
Запросы к БД всегда требуют процедурного программирования, и они не симметричны относительно друг к другу.
Сетевая модель данных.
Сеть является более общей структурой чем иерархия. В отличии от иерархической структуры, в сетевой структуре любой элемент может быть связан с любым другим элементом.
Двумя основными категориями для представления структур данных сетевой модели являются записи и наборы.
Записи служат для представления характеристик объектов, а наборы – для представления связей между ними.
В сетевой модели можно представить все виды взаимосвязи 1:1, 1:M и M:N.
Рассмотрим пример реализации запроса сетевой базы данных.
В этой модели избыточности нет. Проблемы с добавлением и удалением отсутствуют.
Реляционная модель данных.
В этой модели избыточности нет. Проблемы с добавлением и удалением отсутствуют.
В отличии от сетевой и иерархической модели данных, у которых прослеживается связь с традиционными файловыми системами.
Наименьшей единицей данных является значение данных.
Доменом называется множество однотипных значений данных, из которых берут свои значения атрибуты (домен имен, домен целых чисел). Пусть d1 = D1 … dn Dn это домен. Тогда декартовым произведением этих множеств (D1 * D2 *…* Dn) является множество всех возможных упорядоченных кортежей (<d1d2 … dn>).
Отношением R называется множество упорядоченных кортежей, являющихся подмножеством декартового произведения домена.
В математике отношение не имеет никакой смысловой окраски. В моделировании данных схема отношения используется для представления типа объекта, сущности а каждый кортеж представляет собой конкретный экземпляр этого объекта.
Домены:
Связь в реляционных моделях можно представить в виде таблицы. Если между объектами связь, то она представляется благодаря существованию общих атрибутов. В иерархических и сетевых системах такая связь явно задается с помощью физического указателя и используется программистом.
В реляционной модели зависимости вида 1:1 и 1:М реализуется с помощью распространения ключа, а в представление М:N необходимо дополнительное соотношение.
Сравнение моделей данных.
Основными критериями, по которым сравниваются модели данных, являются:
Легкость использовывания
Эффективность реализации
Уровень языка запросов
По легкости использования лучшей является реляционная модель, т.к. она оперирует только с одной структурой – таблицей.
Сетевая модель для этого требует понимания типов записей, связей и наборов, а иерархическая – деревьев. В сетевой и иерархических моделях обязательным условием является использование указателей, а представление взаимосвязей N:M вызывает проблему.
С точки зрения эффективности реализации высокие оценки получают сетевая и иерархическая МД, т.к. эффективно использовывание внешней памяти.
В иерархических БД атрибут а1 встречается 1 раз, а в реляционной алгебре МД – 4 раза;
c1 – 1 раз, в РМД – 3 раза ; c2 – 1 раз, в РМД – 3 раза.
Эффективность реализации важна для больших БД (миллион записей). Кроме того постоянно предлагаются новые способы реализации отношения (В-деревья, хеширование), чтобы устранить этот недостаток.
По уровню языков запросов не имеет равных себе реляционная МД (SQL).