Основные структуры данных

                                                   Поле                         Запись

Рис.3  Основные структурные элементы БД

Поле — элементарная единица логической организации данных, которая соответст­вует неделимой единице информации — реквизиту. Для описания поля используются сле­дующие характеристики:

имя, например, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения;

тип, например, символьный, числовой, календарный;

длина, например, 15 байт, причем будет определяться максимально возможным ко­личеством символов;

точность для числовых данных, например два десятичных знака для отображения дробной части числа.

Запись — совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи — отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

Файл (таблица) — совокупность экземпляров записей одной структуры.

Описание логической структуры записи файла содержит последовательность располо­жения полей записи и их основные характеристики, как это показано в таблице 2:

Таблица 2.  Описание логической структуры записи файла

В структуре записи файла указываются поля, значения которых являются  ключами  первичными   (ПК), которые идентифицируют экземпляр записи, и вторичными (ВК), которые выполняют роль поисковых или группировочных признаков (по значению вторичного ключа можно найти несколько записей).

В таблице 3 приведен пример описания логической структуры записи файла (таблицы) СТУДЕНТ, содержимое которого приводится в таб.1. Структура записи файла СТУДЕНТ линейная, она содержит записи фиксированной длины. По­вторяющиеся группы значений полей в записи отсутствуют. Обращение к значению поля производится по его номеру.

Таблица 3.  Описание логической структуры записи файла СТУДЕНТ

2. Виды моделей данных

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Модель данных — совокупность структур данных и операции их обработки.

СУБД основывается на использовании  иерархической, сетевой или реляционной моде­ли, на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве.

Рассмотрим три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

2.1. Иерархическая модель данных

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по Определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево), вид которого представлен на рисунке 4:

Рис.4 Графическое изображение иерархической структуры БД

К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел — это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи. Например, как видно из рисунка, для записи С4 путь проходит через записи А и В3.

На представленном ниже рисунке 5 мы наблюдаем использование иерархической модели базы данных.

Рис.5  Пример иерархической структуры БД

Для рассматриваемого примера иерархическая структура правомерна, так как каждый студент учится в определенной (только одной) группе, которая относится к опреде­ленному (только одному) институту.

Достоинствами иерархической модели являются наличие промышленных СУБД, поддерживающих данную модель, просто­та понимания используемого принципа иерархии, обеспечение определенного уровня независимости данных.

К основным недостаткам такого вида модели можно отнести следующие: сложность отображения связей «многие ко многим»; иерархия в значительной степени усложняет операции включения информации о новых объектах в базу данных и удаления устарев­шей; доступ к любому узлу возможен только через корневой.

2.2             Сетевая модель данных

В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

              На рисунке 6 изображена сетевая структура базы данных в виде графа.

Рис.6  Графическое изображение сетевой структуры

Примером сложной сетевой структуры может служить структура базы данных, содержащей сведения о студентах, участвующих в научно-исследовательских работах (НИРС). Возможно участие одного студента в нескольких НИРС, а также участие нескольких студентов в разработке одной НИРС. Графическое изображение описанной в примере сетевой структуры, состоящей только из двух типов записей, показано на рисунке 7. Единственное отношение представляет собой сложную связь между записями в обоих направлениях.

Рис.7  Пример сетевой структуры БД

Основной недостаток сетевой модели состоит в ее сложности. Прикладной программист должен детально знать логическую структуру базы данных, поскольку ему необходимо осуществлять навигацию среди различных экземпляров наборов и записей, т.е. программист должен представлять «свое» текущее состояние в экземплярах наборов при «продвижении» по базе данных. Дру­гим недостатком является возможная потеря независимости дан­ных при реорганизации базы данных. Кроме того, в сетевой мо­дели данных представление, используемое прикладной програм­мой, сложнее, чем в иерархической модели, поэтому и процедура составления прикладных программ может оказаться сложнее.

2.3.      Реляционная модель данных

Табличная форма — наиболее простая и распрост­раненная форма организации баз данных, получившая название реляционной.

Понятие реляционный (англ. relation — отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц

Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обла­ет следующими свойствами:

— каждый элемент таблицы — один элемент данных;

— все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый

— тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

— каждый столбец имеет уникальное имя;

— одинаковые строки в таблице отсутствуют;

— порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе.

Таблица 4.  Пример реляционной таблицы