Средства организации интерфейса пользователя к базе данных.

Оперирование большими массивами данных

 

Понятие модели данных, предложено в 1969 г. Эдгаром Коддом.

Кодд ввел это понятие для описания конкретного реляционного подхода к организации БД.

 

Однако понятие модели данных оказалось удобным не только для описания реляционного подхода и сравнения реализаций реляционных СУБД, но и для реализационно-независимого представления и сопоставления других подходов к организации баз данных.

Иерархические БД

 

Типичным представителем (наиболее известным и распространенным) является СУБД IMS (Information Management System) компании IBM.

 

Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев;
более точно, из упорядоченного набора нескольких экземпляров одного типа дерева.

 

Тип дерева состоит из

Ä одного «корневого» типа записи

Ä упорядоченного набора из нуля или более типов поддеревьев
(каждое из которых является некоторым типом дерева).

 

Тип дерева в целом представляет собой иерархически организованный набор типов записи.

Здесь тип записи Отдел является предком для типов записи Руководитель и Служащие,

а Руководитель и Служащие – потомки типа записи Отдел.

 

Смысл полей типов записей понятен по их именам.

Например, поле Рук_Отдел типа записи Руководитель содержит номер отдела, в котором работает служащий, являющийся данным руководителем (предполагается, что он работает не обязательно в том же отделе, которым руководит).

 

Между типами записи поддерживаются связи (правильнее сказать, типы связей, поскольку реальные связи появляются в экземплярах типа дерева).

 

Рассмотрим один экземпляр дерева.

Для иерархической базы данных определяется полный порядок обхода дерева:

Ä сверху-вниз,

Ä слева-направо.

 

Примерами типичных операций манипулирования иерархически организованными данными могут быть следующие:

Ä найти указанный экземпляр типа дерева БД (например, отдел 310);

Ä перейти от одного экземпляра типа дерева к другому;

Ä перейти от экземпляра одного типа записи к экземпляру другого типа записи внутри дерева (например, перейти от отдела к первому сотруднику);

Ä перейти от одной записи к другой в порядке обхода иерархии;

Ä вставить новую запись в указанную позицию;

Ä удалить текущую запись.

 

Ограничения целостности

В иерархической модели данных автоматически поддерживается целостность ссылок между предками и потомками.

Основное правило: никакой потомок не может существовать без своего родителя.

 

Сетевые БД

Отношение многие ко многим.

 

Типичным представителем систем, основанных на сетевой модели данных, является СУБД IDMS (Integrated Database Management System), разработанная компанией Cullinet Software, Inc.

В настоящее время IDMS принадлежит компании Computer Associates.

 

Сетевой подход к организации данных является расширением
иерархического подхода.

В иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка;
в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков.

 

Сетевая БД состоит из набора записей и набора связей между этими записями.

Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка.

 

Показаны три типа записи:

Ä Отдел,

Ä Служащие;

Ä Руководитель;

 

Три типа связи:

Ä Состоит из служащих,

Ä Имеет руководителя;

Ä Является служащим.

 

 

В типе связи Состоит из служащих

типом записи-предком является Отдел,

а типом записи-потомком – Служащие
(экземпляр этого типа связи связывает экземпляр типа записи Отдел со многими экземплярами типа записи Служащие, соответствующими всем служащим данного отдела).

 

В типе связи Имеет руководителя

типом записи-предком является Отдел,

а типом записи-потомком – Руководитель

(экземпляр этого типа связи связывает экземпляр типа записи Отдел с одним экземпляром типа записи Руководитель, соответствующим руководителю данного отдела).

 

В типе связи Является служащим

типом записи-предком является Руководитель,

а типом записи-потомком – Служащие

(экземпляр этого типа связи связывает экземпляр типа записи Руководитель с одним экземпляром типа записи Служащие, соответствующим тому служащему, которым является данный руководитель).

Недостатки

 

Ä Сложность реализации БД,

Ä Сами программы остаются весьма чувствительными к модификациям,

Ä Поскольку каждый элемент данных должен содержать ссылки на другие элементы, требуются значительные объемы памяти.

Ä Иерархические и, в особенности, сетевые структуры данных являются навигационными по своей природе.

Ä Ненавигационному использованию таблиц мешает упорядоченность их столбцов и, в особенности, строк.

Кодд предложил использовать в качестве родовой структуры БД «таблицы», в которых и столбцы, и строки не являются упорядоченными

 

Реляционные базы данных

 

Данные представлены в формате таблиц или отношений (relation).

 

Совокупность связанных таблиц составляет БД, при этом таблицы полностью равноправны - между ними не существует никакой иерархии.

 

IBM, Informix, Microsoft, Oracle до 8, Sybase

 

Реляционная модель состоит из трех частей, описывающих разные аспекты реляционного подхода:

Ä структурной части,

Ä манипуляционной части;

Ä целостной части.

 

В структурной части модели данных фиксируются основные логические структуры данных, которые могут применяться на уровне пользователя при организации БД, соответствующих данной модели.

 

Например, в модели данных SQL основным видом структур базы данных являются таблицы,
а в объектной модели данных – объекты ранее определенных типов.

Манипуляционная часть модели данных содержит спецификацию одного или нескольких языков, предназначенных для написания запросов к БД.

 

В целостной части модели данных (которая явно выделяется не во всех известных моделях) специфицируются механизмы ограничений целостности, которые обязательно должны поддерживаться во всех реализациях СУБД, соответствующих данной модели.

 

В принципе при использовании реляционной модели данных можно хранить все данные, соответствующие предметной области в одной таблице.

 

Такой подход приводит к избыточности хранения и усложняет выполнение некоторых операций.

Выделим информацию, относящуюся к отделам в отдельную таблицу.

 

Здесь для хранения информации о служащих и отделах

использовалось два файла,

в одном из которых хранились данные, индивидуальные для каждого служащего,

а во втором – данные об отделах.

 

Для возможности получения полной информации о служащих и отделах, в которых они работают,

в файле СЛУЖАЩИЕ содержалось поле СЛУ_ОТД_НОМЕР,

содержащее для каждого служащего его уникальный номер отдела.

 

 

В то же время, в файле ОТДЕЛЫ имелось поле ОТД_НОМЕР,

являющееся уникальным ключом этого файла.

Это поле может служить для связи обеих таблиц.

 

На самом деле, введя файлы СЛУЖАЩИЕ и ОТДЕЛЫ,

а также обеспечив связь между ними с помощью полей СЛУ_ОТД_НОМЕР и ОТД_НОМЕР, мы смогли обеспечить табличное представление иерархии ОТДЕЛ-СЛУЖАЩИЕ.

 

Если говорить в терминах реляционной модели данных,

то в отношении ОТДЕЛЫ поле ОТД_НОМЕР является первичным ключом, а в отношении СЛУЖАЩИЕ поле СЛУ_ОТД_НОМЕР является

внешним ключом, ссылающимся на отношение ОТДЕЛЫ.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ

 

Таблица

Ä строкам соответствуют записи – полные сведения об одном объекте в таблице;

Ä столбцам – поля – совокупность всех данных столбца;

Ä значение поля в записи – берется из ячейки на пересечении строк и столбцов.

Ä первичный ключ – уникальная характеристика каждой записи.
Может состоять как из значений одного поля – простой ключ,
так и из значений нескольких полей – составной ключ.