Дореляционные базы данных

1. 2. 1 Структура данных

Сети – естественный способ представления отношений между объектами, всевозможных их взаимосвязей. Сетевая модель опирается на математическую структуру, которая называется направленным графом. Направленный граф состоит из узлов, соединенных ребрами. Узлы представляют собой объекты в виде типов записей данных, а ребра – связи между объектами.

В сетевой модели используется несколько различных типовых структур данных, главными из которых являются типы записей и наборы. Для построения этих структур применяются такие конструктивные элементы, как элемент данных и агрегат.

Элемент данных – это наименьшая поименованная информационная единица данных, доступная пользователю. Элемент данных должен иметь свой тип.

Агрегат данных соответствует следующему уровню обобщения – поименованная совокупность элементов данных внутри записи или другого агрегата. Пример агрегата представлен на рис. 3.

Рис. 3 – Агрегат Дата

Запись – конечный уровень агрегации. Каждая запись представляет собой именованную структуру, содержащую один или более именованных элементов данных, каждый из которых обладает свои особым форматом.

Агрегат данных Дата входит в состав записи Сотрудник. (рис. 4 )

Тип записей – это совокупность логически связанных экземпляров записей. Тип записей моделирует некоторый класс объектов реального мира.

В качестве элемента данных могут быть использованы только простые типы, а в качестве агрегатов могут быть использованы сложные типы: вектор и повторяющаяся группа [2].

Рис. 4 – Запись Сотрудник

Агрегат типа вектор соответствует линейному набору элементов данных. Агрегат типа повторяющаяся группа соответствует совокупности векторов данных. Так, например, в заказе может быть указано несколько видов товаров с числом повторений 10 (рис. 5).

Рис. 5 – Запись Заказ

Набор – это поименованная двухуровневая иерархическая структура, которая содержит запись владельца и записи членов. Наборы выражают связи «один ко многим» или «один к одному» между двумя типами записей. Тип набора поддерживает работу с внутренними структурами типов записей.

Набор, приведенный на рис. Определяет тип записи-владельца Отдел и тип записи-члена набор Сотрудник, а также тип связи между ними «один ко многим» –  с именем Работает. Имя набора – это метка, присвоенная стрелке. Связь типа «один ко многим» допускает возможность того, что с данным экземпляром записи-владельца может быть связан ноль, один, или несколько экземпляров записи-члена [2].

Рис. 6 – Диаграмма типа набора Работает

Используя понятия сетевой модели данных, можно получить другое изображение такого набора (рис. 7), где представлены логические типы записей Отдел и Сотрудник, их структура и связь между типами записей Работает.

База данных в сетевой модели данных – это поименованная совокупность экземпляров записей различного типа и экземпляров наборов содержащих связи между ними.

Рис. 7 – Набор Работает между двумя типами записей Отдел и Сотрудник

1. 2. 2 Операции над данными 

Для манипулирования данными в сетевой модели данных определен ряд типичных операций, которые можно подразделить на две группы: навигационные операции и операции модификации.

Навигационные операции осуществляют перемещение по БД путем прохождения по связям, определенным в схеме БД. В результате таких операций определяется запись, которая называется текущей. К подобным операциям относятся:

      Найти конкретную запись в наборе однотипных записей и сделать ее текущей;

      Перейти от записи-владельца к записи-члену в некотором наборе;

      Перейти к следующей записи в некоторой связи;

      Перейти от записи-члена к владельцу по некоторой связи;

Операции модификации осуществляют как добавление новых экземпляров отдельных типов записей, так и экземпляров новых наборов, удаление экземпляров записей и наборов, модификацию отдельных компонентов самой записи. Для реализации этих операций в системе текущее состояние детализируется путем запоминания трех его составляющих: текущего набора, текущего типа записи, текущего экземпляра типа записи. В такой ситуации возможны следующие операции:

      Извлечь текущую запись в буфер прикладной программы для обработки;

      Заменить в извлеченной записи значения указанных элементов данных на заданные новые их значения;

      Запомнить запись из буфера в БД;

      Создать новую запись;

      Уничтожить запись;

      Включить текущую запись из текущего экземпляра набора [1].

1. 2. 3 Ограничение целостности

Как и в иерархической модели обеспечивается только поддержание целостности по ссылкам (владелец отношения - член отношения).

1. 3 БД, основанные на инвертированных списках

К числу наиболее известных и типичных представителей таких систем относятся Datacom/DB компании Applied Data Research, Inc. (ADR), ориентированная на использование на машинах основного класса фирмы IBM, и Adabas компании Software AG.

Организация доступа к данным на основе инвертированных списков используется практически во всех современных реляционных СУБД, но в этих системах пользователи не имеют непосредственного доступа к инвертированным спискам (индексам) [3, 6].

1. 3. 1 Структура данных

В базе данных, организованной с помощью инвертированных списков хранимые таблицы и пути доступа к ним видны пользователям. При этом:

1.                  Строки таблиц упорядочены системой в некоторой физической последовательности.

2.                  Физическая упорядоченность строк всех таблиц может определяться и для всей БД (так делается, например, в Datacom/DB).

3.                  Для каждой таблицы можно определить произвольное число ключей поиска, для которых строятся индексы. Эти индексы автоматически поддерживаются системой, но явно видны пользователям.

1. 3. 2 Манипулирование данными

Поддерживаются два класса операторов:

1.      Операторы, устанавливающие адрес записи, среди которых:

      прямые поисковые операторы (например, найти первую запись таблицы по некоторому пути доступа);

      операторы, находящие запись в терминах относительной позиции от предыдущей записи по некоторому пути доступа.

2.      Операторы над адресуемыми записями.

Типичный набор операторов:

      Найти первую запись таблицы в физическом порядке;

      Выбрать запись с указанным адресом;

      Обновить запись с указанным адресом;

      Удалить запись с указанным адресом;

      Включить запись в указанную таблицу; операция генерирует адрес записи.

1. 3. 3 Ограничение целостности

Общие правила определения целостности БД отсутствуют. В некоторых системах поддерживаются ограничения уникальности значений некоторых полей, но в основном все возлагается на прикладную программу.

1. 4 Достоинства и недостатки дореляционных баз данных

К достоинствам иерархической базе данных относится: достаточно эффективное использование памяти неплохие временные показатели выполнения операций над данными. Однако, удобна эта модель в основном для работы с иерархической организованной информацией. Недостатками иерархической модели являются достаточно сложные логические связи и соответствующая громоздкость в обработке данных. К тому же иерархическая модель достаточно трудно модифиируется, а потому она не может обеспечить должное быстродействие, необходимое для работы в условиях одновременного модифицирования файлов несколькими прикладными программами.

Основное достоинство сетевой модели – это высокая эффективность затрат памяти и оперативность обработки данных. Недостаток – сложность и жесткость схемы базы, а также сложность понимания. Кроме того, в этой модели ослаблен контроль целостности, так как в ней допускается устанавливать произвольные связи между записями [1].

Оценивая не по отдельности, а в общем дореляционные БД можно выделить в совокупности следующие их достоинства и недостатки.

Достоинства:

      Развитые средства управления данными во внешней памяти на низком уровне;

      Возможность построения вручную эффективных прикладных систем;

      Возможность экономии памяти за счет разделения подобъектов (в сетевых системах).

Недостатки:

      Слишком сложно пользоваться;

      Фактически необходимы знания о физической организации;

      Прикладные системы зависят от этой организации;

      Их логика перегружена деталями организации доступа к БД.

Заключение

С ростом популярности СУБД в 70-80-х годах появилось множество различных моделей данных. У каждой из них имелись свои достоинства и недостатки, которые сыграли ключевую роль в развитии реляционной модели данных, появившейся во многом благодаря стремлению упростить и упорядочить первые модели данных.

В классической теории баз данных, модель данных есть формальная теория представления и обработки данных в системе управления базами данных (СУБД), которая включает, по меньшей мере, три аспекта:

1.      аспект структуры: методы описания типов и логических структур данных в базе данных;

2.      аспект манипуляции: методы манипулирования данными;

3.      аспект целостности: методы описания и поддержки целостности базы данных.

Аспект структуры определяет, что из себя логически представляет база данных, аспект манипуляции определяет способы перехода между состояниями базы данных (то есть способы модификации данных) и способы извлечения данных из базы данных, аспект целостности определяет средства описаний корректных состояний базы данных.

В данной курсовой работе были рассмотрены дореляционные базы данных на основе этих трех аспектов. Основное различие между этими моделями данных состоит в способах описания взаимодействий между объектами и атрибутами.

Подводя итоги, можно сказать, что рассмотренные модели обладают двумя фундаментальными недостатками: независимость от данных поддерживается в минимальной степени и для них не разработано общепринятой теоретической основы. Эти модели БД реализованы в качестве моделей данных в системах управления базами данных, работающих на больших ЭВМ. Для персональных компьютеров больше рассмотрены реляционные базы данных, хотя имеются и системы управления базами данных, поддерживающих сетевую модель.

Список использованной литературы

1.      Бородина, А. И. Технологии баз данных и знаний [Текст]: Курс лекций. Мн.: БГЭУ, 2008. – 505 с.

2.      Бураков, П. В., Петров, В. Ю. Введение в системы баз данных [Текст]: Учебное пособие. Спб.: Питер, 2010. – 129 с.

3.      Дейт, К. Дж. Введение в системы баз данных [Текст]: Учебник. – 7-е издание. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. – 1072 с.

4.      Карпова, Т. С. Базы данных: модели, разработка, реализация [Текст]: Учебное пособие. Спб.: Питер, 2001. – 304 с.

5.      Кузнецов, С. Основы современных баз данных [Текст]: Учебное пособие. – 2-е изд., испр. – М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 484 с.

6.      Мишенин, А. И. Теория экономических информационных систем [Текст]: Учебник.– 4-е изд., доп. и перераб. – М.: «Финансы и статистика», 2002.– 240 с.

7.      Ролланд, Ф. Д. Основные концепции баз данных [Текст]: Учебник. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. – 256 с.

16