Модели данных и структура БД

Понятие МД в первую очередь относится к фактографиче­ским или табличным БД. Поскольку в данном случае БД являет­ся информационной моделью определенной предметной облас­ти существенной особенностью всякой БД является структура или, как принято говорить, модель данных (МД).

Рассмотрим некоторые наиболее известные (или «замеча­тельные») модели данных — иерархическую, сетевую, реляционную.

Иерархическая МД (НМД). Впервые реализована в СУБД IBM — IMS (Information Management System), разработанной для поддержки банка данных по программе Apollo. При данном подходе предметная область представляется в виде совокупности структур иерархического типа (граф — «дерево»).

Основные понятия ИМД:

• поле — минимальная единица данных;

• сегмент (узел) — совокупность полей, являющаяся едини­цей обмена между БД и прикладной программой. Сегмент (узел иерархического графа) более высокого уровня назы­вается исходным (родительским) по отношению к ниже расположенному порожденному (отпрыску). Может использо­ваться также терминология «узел, принадлежащий выше­стоящему узлу».

Конкретные данные, входящие в сегмент, называются экзем­пляром сегмента.

В ИМД существуют также следующие понятия:

• брат — узел, имеющий того же родителя, что и другой узел;

• ветвь — узел дерева вместе со всеми его отпрысками, отда­ленными потомками и родительскими источниками;

• лист – узел, у которого нет отпрысков;

• обход дерева — процесс обследования по очереди каждого узла дерева в иерархической модели данных и пр.

Преимущества IMS и реализованной в ней иерархической модели:

• простота модели. Принцип построения IMS легок для по­нимания. Иерархия базы данных напоминает структуру компании или генеалогическое дерево;

• использование отношений предок/потомок. СУБД IMS по­зволяла легко представлять отношения предок—потомок (или часть—целое, причина—следствие), например: «а яв­ляется частью В» или «А владеет В»;

• быстродействие. В СУБД IMS отношения предок/потомок были реализованы в виде физических указателей от одной записи к другой, вследствие чего перемещение по базе дан­ных происходило быстро. Поскольку структура данных в этой СУБД отличалась простотой, IMS могла размещать записи предков и потомков на диске рядом друг с другом, что позволяло свести к минимуму количество операций записи-чтения.

Существенно то, что физическая организация БД в этом случае такова, что выбрать конкретные сведения об объек­тах можно, лишь пройдя всю цепочку групп (сегмен­тов) сверху вниз (путь на иерархическом дереве). Данная схема наиболее проста, но не лишена очевидных недостатков.

В частности, в связи с полииерархичностью связей объектов в реальном мире в подобных БД необходимо создавать и поддер­живать несколько иерархических отношений, что нарушает ос­новную идею модели данных.

Сетевая модель данных (модель CODASYL). В предложенной CODASYL модификации иерархической модели одна запись могла участвовать в нескольких отношениях предок/потомок. В сетевой модели такие отношения называются множествами (set). В 70-е гг. независимые производители программного обеспечения реализовали сетевую модель в таких продуктах, как IDMS компании Cullinet, Total компании Cincom, которые при­обрели большую популярность. Сетевые БД обладали рядом преимуществ:

• гибкость — множественные отношения предок—потомок позволяют сетевой БД хранить данные, структура которых сложнее обычной иерархии;

• стандартизованность — соответствие стандарту CODASYL;

• быстродействие — вопреки своей сложности, сетевые БД достигали быстродействия, сравнимого с быстродействием иерархических БД. Множества были представлены указате­лями на физические записи данных, и в некоторых систе­мах администратор мог задать кластеризацию данных на основе множества отношений.

Недостаток — жесткость БД, наборы отношений и структуру записей приходилось

задавать заранее. Изменение структуры данных означало перестройку всей БД.