Уровни и типы моделей БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Любая БД отражает информацию об определенной предметной области. В зависимости от уровня абстракции, на котором представляется предметная область, существуют различные уровни моделей данных. Под информационной моделью данных подразумевается способ описания информации, содержащейся в предметной области. В дальнейшем будут рассматриваться структурированные модели данных. Для этих моделей существует четыре основных уровня моделей: инфологический (концептуальный), даталогический или логический, физический и уровень внешних моделей.
На первом уровне описание предметной области строится так, чтобы оно было как можно более общим, не зависело от особенностей выбираемой впоследствии СУБД, а информация была бы доступна широкой категории пользователей: от заказчиков до системных программистов, которые будут заниматься проектированием БД на основе этой модели. Для этого исходная информация о предметной области анализируется и представляется в некотором формализованном виде. Это формализованное описание предметной области должно отражать ее специфику и использоваться на следующих этапах проектирования структуры БД в контексте особенностей выбранной конкретной СУБД. Такое формализованное описание предметной области называется инфологической или концептуальной моделью.
Затем строится модель в терминах конкретной СУБД, выбранной для проектирования БД. Этот уровень называется даталогической (логической) моделью. Описание даталогической структуры БД на языке выбранной СУБД называется ее схемой.
Следующим уровнем является физическая модель данных. В рамках этой модели определяются способы физического размещения данных в среде хранения, разрабатывается так называемая схема хранения данных. Поскольку в разных СУБД имеются различные возможности и особенности физической организации данных, то физическое моделирование проводится только после разработки даталогической модели.
Ряд современных СУБД обладают возможностями описания структуры БД с точки зрения конкретного пользователя. Такое описание называется внешней моделью. Для каждого типа пользователей внешнее моделирование позволяет разработать подсхему БД исходя из потребностей различных категорий пользователей. Этот подход является удобным с точки зрения облегчения работы пользователей с БД, поскольку пользователь при этом может, не зная о всей структуры БД, работать только с той ее частью, которая имеет к нему непосредственное отношение. Кроме того, механизм создания подсхем служит дополнительным средством защиты информации, хранимой в БД.
Таким образом, если СУБД поддерживает возможность создания подсхем, то архитектура БД становится трехуровневой: уровень схемы хранения, уровень схемы и уровень подсхем.
Рассмотрим теперь основные типы моделей данных.
Иерархическая модель БД является одной из первых моделей БД. Это обусловлено прежде всего тем, что именно такая модель наиболее естественным образом отражает множественные связи между объектами реального мира, когда один объект выступает в качестве родительского, с которым связано большое количество подчиненных объектов.
Принцип иерархической модели БД заключается в том, что все связи между данными описываются с помощью построения упорядоченного графа (дерева). Дерево является упорядоченным в соответствии с иерархией наборов элементов, которые называются узлами. Все узлы связаны между собой ветвями. При этом для описания схемы иерархической БД понятие "дерево" используется как определенный тип данных. Этот тип данных является составным и может включать в себя подтипы или поддеревья. БД является совокупностью деревьев, каждое из которых на языке иерархической модели называется физической базой данных. Каждое дерево состоит из единственного корневого (главного, родительского) типа и связанного с ним упорядоченного множества подчиненных (дочерних) типов. Корневой тип - это такой тип, который имеет подчиненные типы и не имеет родительских. Дочерние типы, имеющие один и тот же родительский тип, называются близнецами. Каждый из подчиненных типов для данного корневого типа может являться как простым, так и составным типом "запись".
Различают три вида деревьев - сбалансированные, несбалансированные и двоичные деревья. В сбалансированном дереве каждый узел имеет одно и то же количество ветвей. Такая организация данных физически является наиболее простой, однако часто логическая структура данных требует переменного количества ветвей в каждом узле, что соответствует несбалансированному дереву. Двоичные деревья допускают наличие не более двух ветвей для одного узла.
Таким образом, иерархическая модель БД может быть интерпретирована как упорядоченная совокупность экземпляров деревьев, каждое из которых содержит экземпляры записей. Собственно содержание БД хранится в полях записей. Под полем записи понимается минимальная, неделимая единица данных.
При построении иерархической модели БД всегда необходимо помнить о поддержке целостностей связей, подразумевая под этим, что:
- - всегда имеется по крайней мере один родительский тип, который может иметь произвольное количество подчиненных типов; - дочерние типы не могут существовать без наличия родительского типа, причем для каждого подчиненного типа в БД имеется единственный корневой тир; - у корневого типа не обязательно должны иметься подчиненные типы.
Необходимо отметить, что в ряде нотаций может использоваться иная терминология. Так, в нотации Американской Ассоциации по базам данных DBTG (Data Base Task Group) термину "запись" соответствует термин "сегмент", а записью называется все множество записей, которые относятся к одному экземпляру типа "дерево".
Основным достоинством иерархической модели БД является относительно высокая скорость обработки информации при обращении к данным. К недостаткам следует отнести ее громоздкость при наличии сложных логических связей между данными.
Сетевая модель БД является в некотором смысле обобщением иерархической модели. Основное отличие сетевой модели от иерархической заключается в том, что в сетевой модели подчиненный тип может иметь произвольное количество родительских типов. Основными понятиями сетевой модели являются набор, агрегат, запись и элемент данных. Под элементом данных в данном случае следует подразумевать то же самое, что и в иерархической модели - минимальную единицу данных. Агрегаты данных бывают двух типов: агрегат типа вектор и агрегат типа повторяющаяся группа. Агрегат типа вектор соответствует набору элементов данных. Агрегат типа повторяющаяся группа соответствует совокупности векторов данных. Записью называется совокупность агрегатов данных. Каждая запись имеет определенный тип и состоит из совокупности экземпляров записи. Набором называется граф, связывающий два типа записи. Таким образом, набор отражает иерархическую связь между двумя типами записей. Родительский тип записи в данном наборе называется владельцем набора, а дочерний тип записи -- членом того же набора. Для каких-либо любых двух типов записей может быть задано любое количество связывающих их наборов. При этом между двумя типами записей может быть определено различное количество наборов. Однако один и тот же тип записи не может быть одновременно владельцем и членом набора.
Несомненным достоинством сетевой модели данных является возможность более гибкого отображения множественных связей между объектами. Один из наиболее существенных недостатков заключается в высокой сложности схемы построения БД, что усугубляется ослаблением контроля за целостностью связей ввиду их многочисленности.
В основе реляционной модели данных лежит понятие отношения, которое является двумерной таблицей, содержащей множество строк (кортежей) и столбцов (полей или атрибутов). Таблица соответствует определенному объекту предметной области, ее поля описывают свойство данного объекта, а строки - конкретным экземплярам объекта. В каждом отношении всегда должен присутствовать атрибут или набор атрибутов, однозначно определяющий единственный кортеж этого отношения - первичный ключ. Для отражения связи между объектами используется связывание таблиц по определенным правилам с использованием так называемых внешних ключей, которые будут подробно рассмотрены в следующих разделах.
Основное достоинство реляционной модели заключается в ее простоте и логической замкнутости, а недостатком является сложность системы описания различных связей между таблицами.
Развитие реляционной модели привело к появлению так называемой постреляционной модели данных, основным отличием которой является допустимость многозначных полей (полей, значения которых состоят из множества подзначений). Многозначные поля можно интерпретировать как самостоятельные таблицы, встроенные в исходную таблицу. Кроме того, в постреляционной модели поддерживаются множественные ассоциированные поля, в совокупности образующих ассоциацию: в каждой строке первое значение одного столбца ассоциации соответствует первым значениям всех остальных столбцов ассоциации.
Основное достоинство постреляционной модели заключается в том, что она позволяет более эффективно хранить данные, а количество таблиц в этой модели заметно меньше по сравнению с реляционной. Недостатком является сложность обеспечения поддержания логической согласованности данных.
Теория многомерных моделей данных активно развивается в последнее время. Понятие многомерной модели означает многомерность логического представления структуры информации. Основными понятиями многомерной модели являются измерение и ячейка.
Измерением называется множество данных одного типа, которые образуют грань n-мерного куба. Ячейкой является поле, значение которого определяется всей совокупностью измерений. Значение ячейки может быть переменной или формулой.
Для работы с многомерными моделями данных используются специальные многомерные СУБД, в основе которых лежат понятия агрегируемости, историчности и прогнозируемости. Под агрегируемостью данных подразумеваются различные уровни обобщения информации. Историчность данных означает высокий уровень статичности как самих данных, так и связей между ними, а также упорядочение данных во времени в процессе их обработки и представления пользователям. Обеспечение прогнозируемости задается использованием специальных функций прогнозирования.
Многомерные СУБД используют две схемы организации данных - поликубическую и гиперкубическую. В поликубической модели n-мерные кубы могут иметь как различные размерности, так и различные измерения-грани. В гиперкубической модели все размерности кубов одинаковы, а измерения различных кубов совпадают.
Срезом называется некоторое подмножество n-мерного куба, задаваемое фиксацией заданного количества измерений. Срез имеет размерность, меньшую n, и используется, в частности, для представления информации пользователям в виде читаемых двумерных таблиц. Вращение также часто используется для двумерного представления данных и заключается в изменении порядка измерений. Операции агрегации и детализации означают более общее или более детальное представление информации.
Многомерные модели данных особенно удобны для работы с большими БД, поскольку позволяют эффективно обрабатывать значительные объемы информации, и это является их несомненным достоинством.
Основным отличием объектно-ориентированной модели от рассмотренных выше является использование объектно-ориентированных методов манипулирования данными - инкапсуляции, наследования и полиформизма.
Инкапсуляция означает возможность разграничения доступа различных программ, приложений, методов и функций (в более широком смысле и доступа различных категорий пользователей) к различным свойствам объектов данных. В контексте термина "инкапсуляция" часто используется понятие видимости - степень доступности отдельных свойств объекта. В современных объектно-ориентированных системах программирования (таких как Delphi или С++ Builder) имеются следующие уровни инкапсуляции (видимости), которые принято называть разделами:
- 1. Разделы Public, Published и Automated - с незначительными отличительными особенностями свойства объекта, описанные как принадлежащие к данным разделам, полностью доступны. 2. Раздел Private - этот раздел накладывает наиболее жесткие ограничения на видимость свойств объекта. Как правило, такие свойства оказываются доступными только владельцу данного объекта (программному модулю, в котором этот объект создан). 3. Раздел Protected - в отличие от раздела Private свойства объекта становятся доступными наследникам владельца объекта.
В отличие от инкапсуляции наследование предполагает полную передачу всех свойств родительского объекта дочерним объектам. При необходимости наследование свойств одного объекта можно распространить и на объекты, не являющиеся по отношению к нему дочерними.
Полиморфизм означает возможность одного и того же приложения манипулировать с данными разных типов - приложения (методы, процедуры и функции), обрабатывающие объекты различных типов, могут иметь одно и то же имя.
Основным достоинством объектно-ориентированых моделей является возможность моделировать разнообразные сложные взаимосвязи между объектами.
Похожие статьи
-
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ ИМД основана на понятии деревьев, состоящих из вершин и ребер. Вершине дерева ставится в соответствие совокупности атрибутов...
-
Инфологическое моделирование - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Инфологическое проектирование является вторым этапом проектирования БД, который следует непосредственно после анализа предметной области. Эта стадия...
-
Определение и типология банков данных - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
В основе решения практически любой задачи лежит обработка определенной информации. Система обработки информации, в том числе и автоматизированная с...
-
Защита информации в БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Целью защиты информации является обеспечение безопасности ее хранения и обрабатывания. Процесс построения эффективной защиты начинается на начальных...
-
Этапы проектирования и создания БД - Система управления базами данных
При разработке БД можно выделить следующие этапы работы. I этап. Постановка задачи. На этом этапе формируется задание по созданию БД. В нем подробно...
-
Сетевая модель данных, Реляционная модель данных - Система управления базами данных
Отличие сетевой структуры от иерархической заключается в том, что каждый элемент в сетевой структуре может быть связан с любым другим элементом (рис. 8)....
-
Информационно-логические модели данных, Иерархическая модель - Система управления базами данных
Иерархическая модель Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Графическим способом...
-
Модели транзакций - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Под транзакциями понимаются действия, производимые над базой данных и переводящие ее из одного согласованного состояния в другое согласованное состояние....
-
Даталогическое проектирование - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Даталогической моделью БД называется модель логического уровня, построенная в рамках конкретной СУБД, в среде которой проектируется БД. Описание...
-
Распределенная обработка данных - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
В современных условиях работа пользователя с небольшой по объему БД, расположенной на одном компьютере, в монопольном режиме является нехарактерной....
-
Физические модели БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Под физической моделью БД понимается способ размещения данных на устройствах внешней памяти и способ доступа к этим данным. Каждая СУБД по-разному...
-
Этапы жизненного цикла БД включают: -Планирование БД - определяются принципы, задачи создания БД. -Проектирование БД. -Материализация БД -...
-
Информационные объекты и их связи - Система управления базами данных
Понятие информационного объекта Информационный объект - описание некоторой сущности (реального объекта, явления, события) в виде совокупности логически...
-
Многомерная модель - Система управления базами данных
Многомерный подход к представлению данных появился практически одновременно с реляционным, но интерес к многомерным СУБД стал приобретать массовый...
-
Структура SQL - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Широкое развитие информационных систем и связанная с этим унифицированность информационного пространства привело к необходимости создания стандартного...
-
Концептуальный уровень, Внутренний уровень - Система управления базами данных
Концептуальное представление - представление всей информации БД в несколько более абстрактной форме по сравнению с физическим способом хранения данных....
-
Базы данных - Система управления базами данных
Предметная область АИС "материализуется" в форме, хранимой в памяти ЭВМ структурированной совокупности данных, которые характеризуют состав объектов...
-
Причины возникновения систем баз данных Основой решения большинства задач является обработка информации. Информация - это совокупность фактов,...
-
Целостность БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Банк база данный case технология Понятие целостности является одним из основополагающих в теории БД. Любая БД содержит в себе информацию об объектах...
-
Структура и процесс функционирования системы управления базами данных - Разработка базы данных
СУБД является прикладным программным обеспечением, предназначенным для решения конкретных прикладных задач и выполнения системных функций, расширяющих...
-
1. Связь таблицы "Заказчики" с таблицей "АвансПоОстаткамС2004Года". Поле: "КодЗаказчика" в таблице "Заказчики" с полем "Заказчик" в таблице...
-
Назначение и функции программной системы Разработанная база данных "Библиотека" предназначена для использования в учреждениях библиотек. Основной...
-
2.1 Процесс проектирования БД на основе принципов нормализации представляет собой последовательность переходов от неформального словесного описания...
-
Запросы на выборку - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Запросы используются для получения пользователем информации, содержащейся в БД, в удобном для него виде. Результат запроса отображается для пользователя...
-
Введение - Система управления базами данных
Развитие средств вычислительной техники обеспечило для создания и широкого использования систем обработки данных разнообразного назначения....
-
Объектно-ориентированная модель - Система управления базами данных
В объектно-ориентированной модели при представлении данных имеется возможность идентифицировать отдельные записи базы данных. Между записями и функциями...
-
Пользовательский интерфейс должен позволять заводить в базе данных информацию о новых охранниках, обслуживаемых объектах, автоматизировать составление...
-
Инфологические и даталогические модели данных - Теория экономических информационных систем
СУБД должна предоставлять доступ к данным любым пользователям, включая и тех, которые практически не имеют и (или) не хотят иметь представления о: -...
-
И программа, и базы данных расположены на одном компьютере. В такой архитектуре работает большинство настольных приложений. Файл - серверная архитектура...
-
Система управления БД - Система управления базами данных
Система управления базами данных - комплекс символьных и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного доступа к БД. Первые...
-
Оценка стоимости разработки программного обеспечения, или, в частности информационной системы, - один из самых важных, сложных и в то же время неизбежных...
-
Строгое определение протокола выглядит как формализованный набор правил, используемый ПК для коммуникаций. Из-за сложности коммуникаций между системами и...
-
Построение реляционной схемы БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
В основе реляционной модели БД лежит понятие отношения. Под отношением в этой модели понимается двумерная таблица данных. Строки таблицы называются...
-
Сетевой уровень - Принципы построения открытых графических систем
Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать...
-
Описание предметной области ООО ИСК "Волгастройинвест" является официальным представителем ряда отечественных и зарубежных фирм, предлагающих на...
-
Заключение - Система управления базами данных
В современном мире роль баз данных достаточна высока. Многие предприятия, фирмы используют такой метод хранения информации в компьютере, будь то данные о...
-
CASE-технологии - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
В последнее время широкое распространение получила технология автоматизированного проектирования информационных систем (ИС) и программных продуктов,...
-
Для упрощения работы с трехмерной моделью на любом этапе проектирования и повышения ее наглядности в SolidWorks используется Дерево Построений (Feature...
-
В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляются...
-
Архитектура СУБД, Архитектура ANSI/SPARC, Внешний уровень - Система управления базами данных
Архитектура ANSI/SPARC Архитектура ANSI/SPARC включает три уровня: внутренний, концептуальный и внешний. В общих чертах они представляют собой следующее:...
Уровни и типы моделей БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных