Kievuz

Содержание

Модели данных

Модели данных

Определение 1

Модель данных является некоторой абстракцией, которая прикладывается к конкретным данным и позволяет трактовать их, как информацию, т.е. сведения содержат не только набор определенных данных, но и связи между ними.

Иначе говоря, моделью данных (МД) описывается определенный набор родовых понятий и признаков, которыми обладают все конкретные системы управления базами данных (СУБД) и управляемые ими базы данных (БД), если они используют эту модель. Наличие модели данных дает возможность сравнить конкретные реализации с помощью одного общего языка.

Классификация моделей данных

Физическая модель данных работает с категориями, которые касаются организации внешней памяти и структур хранения, которые используются в данной операционной среде.

В настоящее время в качестве физических моделей применяют разные методы размещения данных, которые основаны на файловых структурах: организации файлов прямого и последовательного доступов, индексных и инвертированных файлов, файлов, использующих разные способы кэширования, взаимосвязанных файлов.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Помимо этого, современными БД широко используются страничные организации данных. Физические модели данных, которые основаны на страничной организации, наиболее перспективны в наши дни.

На рисунке 1 представлена схема классификации моделей данных.

Максимальный интерес вызван моделями данных, которые используются на концептуальном уровне. По отношению к ним внешние модели называют подсхемами и используют те же абстрактные категории, что и концептуальные модели данных.

Инфологические модели данных используют на ранних стадиях проектирования в целях описания структуры данных в процессе разработки приложения, а даталогические модели уже поддерживаются конкретной СУБД.

Физическими моделями описываются структуры и принципы их хранения во внешней памяти, а также доступ к ним, зависящий от используемых аппаратных средств и программного обеспечения низкого уровня.

Среди разновидностей инфологических моделей наиболее распространена модель Сущность-связь.

Различают даталогические модели двух основных категорий:

  1. Документальные модели данных. Эти модели относятся к слабоструктурированной информации, которая ориентирована, как правило, на свободные форматы документов и текстов на естественном языке.
  2. Модели, которые ориентированы на формат документа. Данные модели основаны на разных языках разметки документов, но связаны со стандартным общим языком разметки – SGML (Standart Generalised Markup Language), утвержденном ISO в качестве стандарта в 80-е годы прошлого столетия. Данный язык используется при создании других языков разметки, им определяются допустимые наборы тегов (ссылок), их атрибуты и внутренняя структура документа. Контроль за правильностью применения тегов возлагается на специальный набор правил, которые называют DTD-описаниями, используемыми программой клиента при разборе документа. Каждому классу документов соответствует свой набор правил грамматики используемого языка разметки. Язык SGML применяется для описания структурированных данных, организации информации, содержащейся в документах, представления этой информации в стандартизованном формате. В связи со сложностью самого SGML его использовали, как правило, при описании синтаксисов других языков (например, HTML), и малое количество приложений работало непосредственно с SGML-документами.

Гораздо более простым и удобным, чем SGML, является язык HTML, позволяющий оформлять элементы документа с помощью некоторого ограниченного набора инструкций (тегов) для осуществления процесса разметки.

Инструкции HTML в основном используются в управлении процессом вывода содержимого документа на экран программы-клиента и определяют таким образом способ представления документа, а не его структуру. Как элемент гипертекстовой БД, описываемой HTML, представлен текстовый файл, легко передаваемый по сети с использованием протокола HTTP.

Данная особенность, а также тот факт, что HTML представляет собой открытый стандарт и большая масса пользователей может применять возможности данного языка при оформлении своих документов повлияли на рост популярности HTML, ставшим на сегодняшний день главным механизмом представления информации в Интернете.

Однако и HTML уже перестает удовлетворять в полном объеме требованиям, которые предъявляются современными разработчиками к языкам такого типа. Поэтому ему на смену пришел новый язык гипертекстовой разметки, более мощный, гибкий и удобный язык XML.

Определение 2

XML (Extensible Markup Language) является языком разметки, описывающим целый класс объектов данных, которые называются XML-документами.

Замечание 1

Кроме того, его используют как средство описания грамматики других языков и как средство контроля за правильностью составления документов. Сам XML не содержит никаких тегов разметки, он лишь определяет порядок их создания.

Тезаурусные модели построены по принципу организации словарей, они включают в себя определенные языковые конструкции и принципы их взаимодействия в заданной грамматике. Данные модели эффективно применяются в системах перевода, особенно многоязыковых. Принцип хранения информации в данных системах именно и подчиняется тезаурусным моделям.

Дескрипторные модели являются самыми простыми из документальных моделей, их широко применяли на ранних стадиях использования документальных БД.

В данных моделях каждому документу соответствовал дескриптор — описатель, который имел жесткую структуру и описывал документ в соответствии с характеристиками, требующимися для работы с документами в разрабатываемой документальной БД.

Хранимые в базе данные представлены определенной логической структурой, т.е. описаны определенной моделью представления данных (моделью данных), которая поддерживается СУБД.

К классическим моделям данных относятся:

  • иерархическая;
  • сетевая;
  • реляционная.

Помимо этого, в последние годы стали появляться и активно внедряться на практике следующие модели данных:

  • постреляционная;
  • многомерная;
  • объектно-ориентированная.

Разрабатывают также всевозможные системы, которые основаны на других моделях данных, расширяющих известные модели. К ним относят; объектно-реляционные, дедуктивно-объектно-ориентированные, семантические, концептуальные и ориентированные модели.

Иерархическая модель

Первая версия СУБД появилась в 1968г. Она содержала модель, представляющую собой упорядоченные наборы деревьев. Данная модель данных построена по принципу иерархии типов объектов (один тип объекта – главный, другие – подчиненные).

Определение 3

Узел дерева – это совокупность атрибутов описания объекта.

Главный и подчиненные объекты связаны по типу “один ко многим”. Для каждого подчиненного типа объекта имеется лишь один исходный тип объекта.

Основной недостаток данной модели – достаточно длительный поиск необходимой информации.

Сетевая модель

В данной модели любой объект может быть как главным, так и подчиненным. Каждый объект имеет возможность участвовать в любом числе взаимодействий. Другими словами, любая информационная единица может иметь множество предков и множество потомков.

В моделях подобного рода связи заложены внутри описаний объектов.

Достоинством является гибкость модели, т.е. имеется возможность повышения быстродействия системы.

Недостатком является нагрузка на информационные ресурсы.

Реляционная модель данных (РМД) свое название получила от английского термина relation, что означает «отношение». При соблюдении определенных условий отношение можно представить в виде двумерной привычной для человека таблицы. Основная масса современных БД для компьютеров являются реляционными.

Определение 4

Достоинства реляционной модели данных – это простота, удобство реализации на ЭВМ, наличие теоретического обоснования и возможность формирования гибкой схемы БД, которая допускает настройку при формировании запросов.

Замечание 2

Подобная модель используется, как правило, в базах данных среднего размера. При увеличении количества таблиц в базе данных снижается скорость работы с ней. Возникают также проблемы при создании систем со сложными структурами данных (например, систем автоматизации проектирования).

Объектно-ориентированные БД включают в свой состав 2 модели данных: реляционную и сетевую, и применяются при создании крупных баз данных со сложными структурами.

По характеру использования СУБД бывают:

  • персональными (СУБДП):
  • многопользова¬тельскими (СУБДМ).

К персональным СУБД относят Visual FoxPro, Paradox, Clipper, dBase, Access и др. К многопользовательским СУБД относят Oracle и Informix.

Многопользовательские СУБД состоят из сервера БД и клиентской части, работают в неоднородной вычислительной среде (разные типы ЭВМ и различные операционные системы).

Поэтому СУБДМ можно использовать для создания информационной системы, функционирующей по технологии «клиент-сервер». Универсальность многопользовательских СУБД отражается на их высокой цене и компьютерных ресурсах, необходимых для их поддержки.

Определение 5

СУБДП – это совокупность языковых и программных средств создания, ведения и использования БД. С их помощью можно создавать персональные БД и недорогие приложения, работающие с ними, и при необходимости приложения, работающие с сервером БД.

Источник: https://spravochnick.ru/bazy_dannyh/bazy_dannyh_i_subd_na_primere_microsoft_access/modeli_dannyh/

Модели данных: особенности, классификация и описание

Модели данных

Прежде чем мы с вами узнаем о таком понятии, как модели данных, изучим их виды, классификации, а также рассмотрим подробное описание, есть необходимость осознать сам смысл информатики, в состав которой эти понятия входят, и всех областей, ею изучаемых. В данной статье нами будут рассмотрены основные термины и столпы данной науки, в частности, мы поговорим о типах структуры данных, связях в них и многом другом.

Что такое информация и информатика?

Чтобы перейти к изучению структуры модели данных, нужно понять, что эти данные и информация представляют из себя в принципе.

Абсолютно в любой момент существования человеческого общества огромную роль играла информация, то есть сведения, получаемые человеком из обширного и разнообразного окружающего нас мира. Например, даже первобытные люди оставляли для нас информацию об их простейшем быте и традициях с помощью наскальных рисунков.

С тех пор люди совершали множественные научные открытия, собирали информацию о своих предшественниках и накапливали сведения из каждодневных новостей, набирая тем самым все больше объемов информации и придавая ей такие качества, как ценность и достоверность.

Со временем количество информации стало настолько обширным и огромным, что человечество было не в состоянии самостоятельно хранить это в своей памяти, заниматься ручной ее обработкой и производить какие-либо действия над ней.

Именно поэтому и возникла потребность в фундаментальной на сегодняшний день науке – информатике, в сферу изучения которой входит область человеческой деятельности, связанная с различными преобразованиями информации.

Информатика охватывает практически каждую область нашей жизни: от проведения простейших математических вычислений до сложного инженерного и архитектурного проектирования, а также создания анимационных и мультипликационных фильмов.

Она ставит перед собой такие основные цели, как автоматизированная обработка, структурирование, хранение и передача информации.

В сегодняшней теме мы затронем конкретно структурирование информации, а именно поговорим о модели данных. Однако перед этим следует прояснить некоторые другие моменты, непосредственно связанные с темой нашего разговора. А именно: базы данных и СУБД.

Базы данных и СУБД

Видом структурированной информации являются базы данных (БД).

Термин означает совместно используемый набор информации, которая логически связана между собой. Базы данных являются структурами, которые активно используются в динамических сайтах, обладающих огромными объемами информации. Например, это ресурсы различных интернет-магазинов, порталов средств массовой информации или других корпоративных источников.

Системами управления базами данных (СУБД) называется совокупность разнообразного программного обеспечения, предназначенного для создания БД, поддержания их в надлежащем виде и организации быстрого поиска требуемой информации в них.

Примером широко используемой СУБД является Microsoft Access, выпускаемая в единой линейке Microsoft Office.

Отличительной особенностью данной СУБД считается то, что благодаря наличию в ней языка VBA предусматривается создание приложений в самом Access, работающих на основе баз данных.

Базы данных можно классифицировать по нескольким различным критериям:

  • По виду модели (о них будет идти речь).
  • По месту хранения (жесткий диск, оперативная память, оптические диски).
  • По типу пользования (локальные, то есть доступ к ней имеет один пользователь; средние, то есть данные в базе могут просматривать несколько человек; общие – такие базы размещены на нескольких серверах и персональных компьютерах, то есть возможность просматривать информацию в них имеет право большое количество людей).
  • По содержанию информации (научные, исторические, лексикографические и другие).
  • По степени определенности базы (централизованная и распределенная).
  • По однородности (неоднородная и однородная, соответственно).

А также по многим другим, менее значимым признакам.

Основной частью такой базы являются модели данных. Они представляют собой множества структур информации и операции по ее обработке, упрощающие и ускоряющие процесс организации поиска требуемой информации.

Модели систем данных: классификация

Существуют самые различные базы данных, но все они создаются на основе более распространенных и фундаментальных моделей. Классификация информационных моделей данных подразделяется также на множество разных видов. Приведем наиболее часто используемые категории:

  • иерархическая модель;
  • сетевая схема;
  • реляционная модель;
  • объектно-ориентированные схемы.

Все эти виды моделей данных различаются между собой по характеру представления и хранения в них информации.

Критерии выбора нужной модели

Пользователь может создать базу данных с любым из вышеописанных видов. Однако стоит отметить, что выбор модели данных определяет зависимость от некоторых факторов.

Самый главный критерий заключается в том, поддерживает ли используемая клиентом СУБД конкретную модель. Большинство СУБД построены так, что пользователю представлена модель данных, которая должна быть использована, однако некоторые из них поддерживают несколько различных аналогов сразу. Давайте рассмотрим их особенности в отдельности.

Иерархическая модель

Является одним из типов моделей представления данных, организуя их в виде совокупности элементов, которые расположены в порядке от общего к частному.

Структура – перевернутое дерево. Для доступа к одному конкретному файлу имеется один путь.

Иерархическая модель должна удовлетворять трем основным условиям:

  • Каждый узел более низкого уровня может быть связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне.
  • В иерархии имеется всего один главный корневой узел, который не подчиняется ни одному другому узлу и находится на самом верхнем уровне.
  • К любому узлу иерархии существует только один путь от корневого узла.

Тип связи – “один ко многим”.

Сетевая модель

Она во многом опирается на иерархическую, имея с ней достаточно много общего. Главным различием между ними служит тип связи, который подразумевает отношение “многие ко многим”, то есть связи могут существовать между различными узлами.

Преимуществом сетевой модели считается то, что она затрачивает меньше ресурсов ПК в плане памяти и оперативности, чем другие модели.

Недостаток такой схемы заключается в том, что если вам понадобится изменить структуру хранимых данных, то придется и изменить все приложения, работающие на основе этой сетевой модели, так как такая структура не является независимой.

Реляционная модель

Является наиболее распространенной на сегодняшний день. Объекты и связи между ними при такой модели данных представлены таблицами, причем связи в них рассматриваются как объекты. Столбцы в такой таблице называются полями, а строки – записями. Каждая таблица реляционной модели должна удовлетворять следующим свойствам:

  • Абсолютно все ее столбцы являются однородными, то есть все элементы, располагающиеся в одном столбце, должны иметь одинаковый тип и максимально допустимый размер.
  • У каждого столбца имеется свое уникальное имя.
  • Одинаковых строк в таблице быть не должно.
  • Порядок, в котором строки и столбцы следуют в таблице, может быть произвольным.

Реляционная модель также учитывает типы связей между этими таблицами, включая отношения «один к одному», «один ко многим» и «многие ко многим».

Базы данных, создаваемые на основе табличной реляционной модели, являются гибкими, адаптируемыми и хорошо масштабируемыми. Каждый объект данных разбивается на самые маленькие и полезные фрагменты.

Объектно-ориентированная модель

В объектно-ориентированной модели построения данных базы определяются совокупностью многократно используемых элементов программного обеспечения со связанными функциями. Существует несколько различных объектно-ориентированных баз данных:

  • Мультимедийная база данных.
  • Гипертекстная база данных.

Первая включает в себя данные средств массовой информации. Она может содержать различные изображения, которые, к примеру, храниться в реляционной модели не могут.

Гипертекстная база данных позволяет любому объекту базы быть связанным с любым другим объектом. Это достаточно удобно для организации связи в множестве разрозненных данных, однако такая модель далека от идеала при проведении численных анализов.

Пожалуй, объектно-ориентированная является самой популярной и используемой моделью, поскольку она может содержать информацию в виде таблиц, как и реляционная, но, в отличие от нее, табличной записью не ограничивается.

Немного дополнительной информации

Впервые в информатике иерархическая модель была использована в 60-х годах прошлого века компанией IBM, но сегодня ее популярность спала из-за низкой эффективности.

Сетевая модель данных пользовалась популярностью уже в 70-х годах, после того как была официально определена Конференцией по языкам систем баз данных.

Реляционные базы данных обычно записываются на языке структурированных запросов (SQL). Такая модель вышла в свет в 1970 году.

Выводы

Таким образом, можно подытожить рассмотренные нами сегодня вопросы с помощью следующих кратких выводов:

  1. Данные на Персональных Компьютерах (ПК) могут храниться структурно в виде специальных баз данных.
  2. Ядро любой базы данных – ее модель.
  3. Существует четыре основных вида моделей данных: иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-ориентированная.
  4. В иерархической модели структурой внешне является перевернутое дерево.
  5. В сетевой модели связи имеются между различными узлами.
  6. В реляционной модели связи между объектами представлены в виде таблиц.
  7. В объектно-ориентированной модели связи между элементами могут быть представлены таблицами, но ими не ограничиваются.

В последнем случае, например, возможно наличие текста и изображений.

Источник: https://FB.ru/article/61926/modeli-dannyih-vyipolnyayuschie-rabotu-so-svyazyami

Урок 40Виды моделей данных

Модели данных

| Информатика и информационно-коммуникационные технологии | Планирование уроков и материалы к урокам | 11 классы | Планирование уроков на учебный год | Виды моделей данных

Изучив эту тему, вы узнаете и повторите:: – что представляет собой модель данных; – в чем особенность иерархической модели данных; – в чем особенность сетевой модели данных; – в чем особенность реляционной модели данных; – как устанавливаются связи в реляционной модели.

Связи между таблицами реляционной модели данных

Реляционная модель данных, как правило, состоит из нескольких связанных между собой таблиц. Если вы связываете два объекта нитью, то к одному концу нити привязан один объект, к другому концу привязан второй объект. Также и между таблицами: один конец связи относится к одной таблице, а второй конец связи — к другой. Таким образом, связь всегда соединяет только две таблицы.

Связи между таблицами имеют один из трех типов: – «один-к-одному»; – «один-ко-многим»;

– «многие-ко-многим».

Как видите, название типа связи состоит из двух слов, которые обозначают два конца связи между таблицами.

Предположим у нас есть две таблицы — ТАБ1 и ТАБ2. 

Связь «один-к-одному» (условное обозначение 1:1) означает, что одной записи в таблице ТАБ1 соответствует только одна запись в таблице ТАБ2, а одной записи в таблице ТАБ2 соответствует только одна запись в таблице ТАБ1. При связи «один-к- одному» обе таблицы, и ТАБ1 и ТАБ2, имеют одинаковое количество записей и между этими записями установлено взаимнооднозначное соответствие.

Например, одна таблица описывает класс Школы. В ней могут быть помещены такие данные, как номер школы, направление (образовательный уклон), адрес, телефон.

Другая таблица описывает класс Директора школ по следующим параметрам: фамилия, имя, отчество, личные данные директора.

Поскольку у любой школы может быть только один директор, и любой человек может быть директором только в одной школе, то между такими двумя таблицами имеет место связь «один-к-одному». Связь «один-к-одному» является довольно редким типом связей.

Связь «один-ко-многим» (условное обозначение 1:М) означает, что одной записи в таблице ТАБ1 (конец связи «один») соответствует много записей в таблице ТАБ2 (конец связи «многие»), но одной записи в таблице ТАБ2 соответствует только одна запись в таблице ТАБ1.

Таблица со стороны связи «один» называется главной, а таблица со стороны связи «многие» называется подчиненной. Эта связь характерна также тем, что записи в главной таблице могут и не иметь подчиненных записей, но для каждой записи в подчиненной таблице обязательно должна быть запись в главной таблице.

Связь «один-ко-многим» является наиболее распространенным типом связей.

Например, пусть таблица Дома содержит сведения об улицах и номерах домов, таблица Квартиры содержит сведения о номере квартиры в доме, количестве комнат, общей жилой площади.

Между таблицами Дома и Квартиры имеет место связь «один- ко-многим» — «один» со стороны таблицы Дома, «многие» со стороны таблицы Квартиры. Это так, потому что один дом мо жет содержать много квартир, но любая конкретная квартира находится только в одном доме.

Когда описывают связь типа «один-ко-многим», то сначала указывают главную таблицу, а затем подчиненную.

Связь «многие-ко-многим» (условное обозначение М:М) означает, что одной записи в ТАБ1 соответствует много записей в ТАБ2, а одной записи в ТАБ2 соответствует много записей в ТАБ1.

Например, в таблице Остановки содержатся адреса остановок для маршрутов городского транспорта, а в таблице Маршруты — перечень маршрутов. Между этими таблицами установлена связь «многие-ко-многим», так как на одну остановку могут прибывать многие маршруты, и наоборот, каждому маршруту соответствует много остановок.

Графическое обозначение реляционной модели

Графически реляционную модель можно представить, как показано на рис. 4.9. Каждая таблица изображается в виде прямоугольника, в верхней части которого записано название таблицы (класса объектов).

Ниже можно указать названия полей. Поля, являющиеся ключом, выделены. Соединительные линии между таблицами обозначают связи.

Над связью в конкретной базе данных можно написать ее смысл, а также тип отношения: «один- ко-многим », «многие-ко-многим».

Рис. 4.9. Реляционная модель

Составим реляционную модель для базы данных Песни. Представим сведения о песнях в виде двух взаимосвязанных классов — Исполнители и Песни. Тогда вместо одной таблицы получится две (табл. 4.3, 4.4).

Будем рассматривать такую модель, где каждую песню исполняет только один исполнитель. Тогда можно сказать, что классы Исполнители и Песни связаны отношением «один-ко-многим». Естественно, что в таблице Исполнители будет меньше записей, чем в таблице Песни.

Таблица 4.3. Исполнители

Таблица 4.4. Песни

Если бы мы приняли условие, что каждая песня может быть исполнена несколькими исполнителями, то отношение между таблицами стало бы «многие-ко-многим», и это была бы уже другая модель.

Ключом в таблице Исполнители можно выбрать поле Исполнитель, так как названия исполнителей не повторяются. Это поле текстовое. При проектировании баз данных часто вводят дополнительное поле числового типа, в котором указывают порядковый номер каждой записи в таблице.

Как правило, это поле имеет имя Код . Это поле вводится в расчете на дальнейшую компьютерную обработку данных. Дело в том, что программной среде «легче» работать с числами, чем с текстом. Порядковые номера не повторяются, поэтому такое поле можно выбрать в качестве ключевого.

Так в таблицу Исполнители можно ввести поле Код исполнителя числового типа, а в таблицу Песни — поле Код песни.

В таблицах, связанных отношением «один-ко-многим», связь между таблицами осуществляется по ключевому полю следующим образом.

В таблицу Песни добавляется поле с названием Код исполнителя и для каждой песни в нем указываются соответствующие номера исполнителей. Такой номер, по сути, несет в себе всю информацию об исполнителе, представленную в соответствующей таблице.

Это и означает, что связь между таблицами осуществлена по ключу Код исполнителя. Реляционная модель этой базы данных представлена на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Реляционная модель базы данных Любимые песни

Возникает закономерный вопрос: зачем нужно было разделять одну таблицу на две? На первый взгляд может показаться, что одна таблица (см. табл. 4.1) удобнее для восприятия информации. Но в такой таблице нам надо было каждый раз полностью указывать название исполнителя и все его характеристики.

Поскольку по свойству реляционных таблиц каждая запись (строка) считается независимой от других записей, то такая таблица не отражает в полной мере связь между песнями и исполнителями. Более того, если в какой-то строке вы записали исполнителя с ошибкой, то это будет восприниматься как новое значение.

Если же исполнители выделены в отдельную таблицу, то такие операции как удаление или изменение данных можно производить намного легче и быстрее.

Надо заметить, что связь «многие-ко-многим» реализуется другим, более сложным, способом.

Преобразование иерархической и сетевой моделей данных к реляционной

Мы познакомились с тремя моделями данных. Реляционная модель является наиболее предпочтительной моделью хранения данных. Большинство компьютерных сред ориентированы на реляционную модель. Иерархическую и сетевую модель можно свести к реляционной.

Мы уже обсуждали, что в этих моделях каждый уровень обозначает один класс объектов. В реляционной модели отдельный класс объектов описывает таблица. Поэтому, чтобы свести иерархическую и сетевую модель к реляционной, надо каждый уровень (класс) описать в виде отдельной таблицы и установить связи между ними.

Рассмотрим пример иерархической модели населенных пунктов планеты Земля (рис. 4.11). В ней выделен корневой уровень — планета Земля, второй уровень обозначает континенты, третий — страны, четвертый — населенные пункты.

Рис. 4.11. Иерархическая модель Планета Земля

Корневой уровень будет служить названием базы данных. Каждый следующий уровень описываем в виде отдельной таблицы. Получаем следующую реляционную модель (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Реляционная модель Планета Земля

Между таблицами установлены связи типа «один-ко-многим». Связь со стороны «один» относится к таблице, описывающей верхний уровень, связи со стороны «многие» относится к таблице, описывающей подчиненный уровень.

Для сетевой модели Увлечения подростков (рис. 4.13) каждый уровень также оформляем в виде отдельной таблицы. Между таблицами установлена связь «многие-ко-многим».

Рис. 4.13. Реляционная модель Увлечения подростков

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое модель данных и для чего она нужна?

2. Приведите определение информационной модели и сопоставьте его с определением модели данных. Найдите у них общие и различающиеся характеристики.

3. Какие вы знаете формы представления информационной модели? Сравните их и сделайте вывод о том, когда лучше использовать ту или иную форму представления.

4. Приведите примеры моделей данных для разных предметных областей.

5. Что представляет собой иерархическая модель данных в общем виде?

6. Что такое узел иерархической модели данных?

7. В чем состоят свойства иерархической модели данных?

8. Приведите примеры иерархических моделей данных.

9. Что представляет собой сетевая модель данных в общем виде?

10. В чем состоят свойства сетевой модели данных?

11. Приведите примеры сетевых моделей данных.

12. Что представляет собой реляционная модель данных в общем виде?

13. Как вы понимаете связь между информационными объектами 1:1? Приведите примеры такого типа связей.

14. Как вы понимаете связь между информационными объектами 1:М? Приведите примеры этого типа связей.

15. Как вы понимаете связь между информационными объектами М:М? Приведите примеры данного типа связей.

16. В чем состоят свойства реляционной модели данных?

17. Приведите примеры реляционных моделей данных.

18. Как графически отображается реляционная модель данных?

19. Приведите примеры преобразования иерархической модели в реляционную.

20. Приведите примеры преобразования сетевой модели в реляционную.

Источник: https://xn----7sbbfb7a7aej.xn--p1ai/informatika_11/informatika_materialy_zanytii_11_40.html

Логические модели данных

Модели данных
В начало

ЛЕКЦИЯ

Логические модели данных.

Иерархические, сетевые, реляционные модели данных.

Принципы построения.

Преимущества и недостатки

В процессе развития теории систем баз данных термин «модель данных» имел разное содержание. Для более глубокого понимания существа отдельных понятий рассмотрим некоторые особенности использования этого понятия в контексте эволюции баз данных.

Первоначально понятие модели данных употреблялось как синоним структуры данных в конкретной базе данных. Структурная трактовка полностью согласовывалась с математическим определением понятия модели как множества с заданными на нем отношениями. Но, следует отметить, что объектом моделирования в данном случае являются не данные вообще, а конкретная база данных. Разработки новых архитектурных подходов, основанных на идеях многоуровневой архитектуры СУБД, показали, что уже недостаточно рассматривать отображение представлений конкретной базы данных. Требовалось решение на метауровне, позволяющее оперировать множествами всевозможных допустимых представлений баз данных в рамках заданной СУБД или, что эквивалентно, инструментальными средствами, используемыми для их спецификации. В этой связи возникла потребность в термине, который обозначал бы инструмент, а не результат моделирования, и соответствовал бы, таким образом, множеству всевозможных баз данных некоторого класса. Т.е. инструмент моделирования баз данных должен включать не только средства структурирования данных, но и средства манипулирования данными. Поэтому модель данных в инструментальном смысле стала пониматься как алгебраическая система – множество всевозможных допустимых типов данных, а также определенных на них отношений и операций. Позднее в это понятие стали включать еще и ограничения целостности, которые могут налагаться на данные. В результате проблема отображения данных в многоуровневых СУБД и системах распределенных баз данных стала рассматриваться как проблема отображения моделей данных

Важно подчеркнуть, что для разработчиков и пользователей СУБД точным определением реализованной в ней модели данных фактически являются языковые средства определения данных и манипулирования данными. Поэтому отождествлять такой язык со схемой базы данных (результатом моделирования) – конкретной спецификацией в этом языке – неправомерно.

Начиная с середины 70-х годов, под влиянием предложенной в тот период концепции абстрактных типов само понятие типа данных в языках программирования стало трансформироваться таким образом, что в него стали вкладывать не только структурные свойства, но и элементы поведения (изменения данных). В дальнейшем это послужило основой для формирования концепции объекта, на которой базируются современные объектные модели.

В связи с этим был предложен новый подход, при котором модель данных рассматривается как система типов.

Такой подход обеспечивал естественные возможности интеграции баз данных и языков программирования, способствовал формированию направления, связанного с созданием так называемых систем программирования баз данных.

Трактовке модели данных как системы типов соответствуют не только уже существующие широко используемые модели, но также объектные модели, завоевывающие все большее влияние.

Итак, модель данных – модель логического уровня проектирования БД. Ее можно рассматривать как сочетание трех компонентов (слайд 2):

1.       Структурный компонент, т.е. набор правил, по которым может быть построена БД.

2.       Управляющий компонент, определяющий типы допустимых операций с данными (сюда относятся операции обновления и извлечения данных, а также операции изменения структуры БД).

3.       Поддержка набора (необязательная) ограничений целостности данных, гарантирующая корректность используемых данных.

11.5. Преимущества и недостатки моделей

Основанные на записях (логические) модели данных используются для определения общей структуры базы данных и высокоуровневого описания ее реализации.

Их основной недостаток заключается в том, что они не дают адекватных средств для явного указания ограничений, накладываемых на данные.

В то же время в объектных моделях данных отсутствуют средства указания их логической структуры, но за счет предоставления пользователю возможности указать ограничения для данных они позволяют в большей мере представить семантическую суть хранимой информации.

Большинство современных коммерческих систем основано на реляционной модели, тогда как самые первые системы баз данных создавались на основе сетевой или иерархической модели. При использовании последних двух моделей от пользователя требуется знание физической организации базы данных, к которой он должен осуществлять доступ.

При работе с реляционной моделью независимость от данных обеспечивается в значительно большей степени. Следовательно, если в реляционных системах для обработки информации в базе данных принят декларативный подход (т.е. они указывают, какие данные следует извлечь), то в сетевых и иерархических системах – навигационный подход (т.е.

они указывают, как их следует извлечь).

Сетевые и иерархические структуры в основном ориентированы на то, чтобы связи между данными хранились вместе с самими данными. Такое объединение реализовалось, например, агрегированием данных (построением сложных понятийных структур и данных) или введением ссылочного аппарата, фиксирующего семантические связи, непосредственно в записи данных.

Табличная форма представления информации является наиболее распространенной и понятной. Кроме того, такие семантически более сложные формы, как деревья и сети, путем введения некоторой избыточности могут быть сведены к табличным. При этом связи между данными также будут представлены в форме двумерных таблиц.

Реляционный подход, в основе которого лежит принцип разделения данных и связей, обеспечивает с одной стороны независимость данных, а с другой – более простые способы реализации хранения и обновления.

Многомерные модели, коммерческие реализации которых появились в начале 90-х годов для поддержки технологий OLAP представляют собой некоторое расширение модели универсальных отношений новыми операционными возможностями, обеспечивающими, в частности, необходимые для OLAP функции агрегирования данных. Таким образом, многомерные модели представляют собой особую разновидность реляционной модели.

11.6. Документальные системы и интеграция моделей

Приведенные выше положения разрабатывались и действительно широко используются для баз данных хорошо структурированной информации.

Однако уже сегодня одной из важнейших проблем становится обеспечение интеграции неоднородных информационных ресурсов, и в частности слабоструктурированных данных. Необходимость ее решения связывается со стремлением к полноценной интеграции систем баз данных в среду Web-технологий.

При этом уже недостаточно простого обеспечения доступа к базе данных традиционным способом “из-под” HTML-форм. Нужна интеграция на модельном уровне.

И в этом случае проблема семантической интероперабельности информационных ресурсов сводится к задаче разработки средств и технологий, предусматривающих явную спецификацию метаданных для ресурсов слабоструктурированных данных на основе традиционных технологий моделирования из области баз данных.

Именно на достижение этой цели направлены интенсивные разработки WWW-консорциумом языка XML и его инфраструктуры (фактически, новой модели данных для этой среды), объектной модели документов и других средств, которые, как можно ожидать, в близкое время станут основой технологий управления информационными ресурсами.

Это направление связано с другой глобальной проблемой – организацией распределенных неоднородных информационных систем на основе построения репозиториев метаданных (этому понятию в классических работах по проектированию баз данных соответствует понятие словарь данных), обеспечивающих возможность семантического отождествления ресурсов и, таким образом, возможность их целенаправленного повторного использования.

Источник: http://bd-subd.ru/lekcii/logicheskie-modeli-dannih.htm

ovdmitjb

Add comment