ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Базы данных
Добавлен: 28.11.2018
Просмотров: 6955
Скачиваний: 46
16
кое представление данных дает ориентированное на пользователя описание
элементов данных, из которых состоит представление данных, и отношений
между ними. Совокупность таких пользовательских представлений данных и
дает внешний уровень.
Концептуальный уровень (уровень проектировщика) – структурный уро-
вень, определяющий логическую схему базы данных, поэтому данный уровень
также часто называют логическим. На данном уровне выполняется концепту-
альное проектирование базы данных, которое включает анализ информацион-
ных потребностей пользователей и определение нужных им элементов данных.
Результатом концептуального проектирования является концептуальная схема,
логическое описание всех элементов данных и отношений между ними.
Внутренний уровень (уровень физических устройств) – это уровень,
определяющий физический вид базы данных, ориентированный на физическое
хранение и связанный со способами сохранения информации на физических
устройствах. С данным уровнем связаны внешние запоминающие устройства,
физические адреса, индексы, указатели и т. д. На этом уровне решается, какие
физические устройства будут хранить данные, какие методы доступа будут ис-
пользоваться для извлечения и обновления данных и какие меры следует при-
нять для поддержания или повышения быстродействия системы управления ба-
зами данных.
Другими словами, можно сказать, что трехуровневая архитектура позво-
ляет взглянуть на каждую конкретную базу данных с трёх различных сторон.
Пользователь видит готовые таблицы и формы, осуществляя операции с базой
данных через свой персональный интерфейс, который может отличаться от ин-
терфейса других пользователей. Разработчик или проектировщик работает со
схемой баз данных и решает, каким образом организовать рациональное хране-
ние данных и обеспечить выдачу необходимых данных пользователю по запро-
су. Третий уровень, по сути, связывает работу СУБД с файловой системой и
аппаратными устройствами.
Независимость от данных. Основным назначением трехуровневой архи-
тектуры является обеспечение независимости от данных, которая означает, что
изменения на одном из уровней не должны оказывать влияние на другие уров-
ни. Различают два типа независимости от данных: логическую и физическую.
Логическая независимость от данных означает полную защищенность
внешних представлений от изменений, вносимых в концептуальную схему. Та-
кие изменения концептуальной схемы, как добавление или удаление новых
17
сущностей, атрибутов или связей, должны осуществляться без внесения изме-
нений в уже существующие внешние представления (схемы) или переписыва-
ния прикладных программ.
Физическая независимость от данных означает защищенность концепту-
альной схемы от изменений, вносимых во внутреннюю схему. Такие изменения
внутренней схемы, как использование различных файловых систем или струк-
тур хранения, разных устройств хранения, модификация индексов, должны
осуществляться без необходимости внесения изменений в концептуальную или
внешнюю схемы. Пользователь может заметить изменения только в общей
производительности системы [8].
1.5 Модели данных
Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру,
т. е. представляют собой набор объектов, определенным образом организован-
ных и связанных друг с другом, а также правила управления этими объектами.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Модель данных (МД) – это совокупность структур данных и
операций над этими структурами, поддерживаемых конкретной
СУБД.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
В качестве основных компонентов моделей данных выделяют: структуры
данных, операции над данными, ограничения модели.
Как уже отмечалось, все СУБД по модели данных можно разделить на
иерархические, сетевые, реляционные, постреляционные, многомерные и объ-
ектно-ориентированные.
1.5.1 Иерархическая модель
Иерархическая модель данных является наиболее простой среди всех мо-
делей. Исторически она появилась первой и была реализована в СУБД IMS
компании IBM – одной из первых зарегистрированных промышленных СУБД.
Появление этой модели связано с тем, что в реальном мире очень многие отно-
шения выстроены иерархическим способом, когда один объект является роди-
тельским, а с ним может быть связано некоторое количество подчиненных объ-
ектов, каждый из которых в свою очередь может выступать родительским для
объектов следующего уровня.
18
Иерархическая древовидная структура данных строится из узлов и вет-
вей. Узел представляет собой совокупность атрибутов данных, описывающих
некоторый объект. Наивысший узел в иерархической древовидной структуре
называется корнем. Зависимые узлы располагаются на более низких уровнях
дерева (рис. 1.2).
Рис. 1.2 – Пример структуры иерархического дерева
Иерархическая МД организует данные в виде иерархической древовид-
ной структуры: каждый экземпляр корневого узла образует начало записи БД,
т. е. иерархическая БД состоит из нескольких деревьев.
Иерархическая древовидная структура всегда удовлетворяет следующим
условиям:
1) иерархия всегда начинается с корневого узла;
2) каждый узел состоит из одного или нескольких атрибутов, которые
описывают объект в данном узле;
3) узел, находящийся на предшествующем уровне, является исходным
для новых зависимых узлов. Зависимые узлы могут добавляться как в
вертикальном, так и в горизонтальном направлении без всяких огра-
ничений (исключение: на первом уровне может находиться только
один узел, называемый корневым);
4) каждый узел, находящийся на нижнем уровне, соединен с одним и
только одним узлом на уровне выше;
5) доступ к каждому узлу, за исключением корневого, происходит через
исходный узел;
6) возможно существование любого числа экземпляров узлов каждого
уровня. Каждый экземпляр некоторого узла В (за исключением корне-
вого) соединен с экземпляром исходного узла, т. е. может существо-
вать много экземпляров узла В. Для каждого экземпляра узла А может
существовать нуль, один или несколько экземпляров порожденного
им узла В и т. д. [8].
A
B
C
D
E
19
Иерархическая модель базы данных, описывающая структуру организа-
ции, представлена на рисунке 1.3.
Рис. 1.3 – Пример иерархической модели БД
Достоинства модели:
1. Наличие хорошо зарекомендовавших себя СУБД, поддерживающих
иерархические модели данных.
2. Простота понимания и удобство работы с иерархически упорядочен-
ной информацией.
Недостатки модели:
1. Из-за строгой иерархической упорядоченности объектов модели зна-
чительно усложняются операции включения и удаления данных.
2. Доступ к любому узлу возможен только через исходный, что снижает
скорость системы при ответах на запросы.
3. Сложность реализации неиерархических структур.
В настоящее время иерархическая модель данных практически не приме-
няется и представляет интерес как одна из первых появившихся на свет моде-
лей.
1.5.2 Сетевая модель
Стандарт сетевой модели данных впервые был разработан в 1975 г. орга-
низацией CODASYL (Conference of Data System Languages), которая определи-
ла базовые понятия модели и формальный язык описания [8].
Сетевая модель данных является развитием иерархической модели, поз-
воляя отображать разнообразные взаимосвязи элементов данных в виде произ-
вольного графа (рис. 1.4).
Организация
Филиалы
Отделы
Сотрудники
Начальник
20
Рис. 1.4 – Вид связей в сетевой модели
В вершинах графа при интерпретации размещаются типы объектов (сущ-
ностей), а ребра графа являются типами связей между типами сущностей. От-
личием сетевой модели от иерархической является то, что любая запись может
входить в любое число именованных связей и фактически здесь нет корневого
узла, т. к. любая запись может быть определена как точка входа.
Основные типы структур данных сетевой модели: элемент данных, агре-
гат, запись, набор, база данных.
Элемент данных – наименьшая поименованная единица данных (аналог
поля в файловых системах).
Элементы данных обычно используются для представления отдельных
элементарных свойств объектов, например <идентификационный_номер>,
<код_студента> и т. п. Имя элемента данных используется для его идентифика-
ции в схеме структуры данного более высокого уровня.
Агрегат данных – поименованная совокупность элементов данных внутри
записи, которую можно рассматривать как единое целое.
Запись – поименованная совокупность элементов данных или элементов
данных и агрегатов.
Набор – поименованная совокупность записей, образующих двухуровне-
вую иерархическую структуру. Этот термин не является аналогом набора фай-
лов. Каждый тип набора представляет собой отношение (связь) между двумя
или несколькими типами записей.
Достоинства модели
Главным достоинством сетевой модели является возможность простой
реализации часто встречающихся в реальном мире взаимосвязей «многие-ко-
многим».