Сетевая модель баз данных

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Сетевая модель баз данных

Колпакова Е.В.

ВВЕДЕНИЕ

Во многих сферах, будь то деловая или личная, все чаще приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Хранение информации является одной из важнейших функций компьютера. Одним из распространенных средств хранения данных - базы данных [1].

База данных - это упорядоченное хранение какой-либо информации. То есть, информация хранится в упорядоченном или систематизированном виде. Видов систематизации, упорядочивания и хранения информации может быть множество. Каждый из способов хранения информации отвечает каким-либо специфическим требованиям или предназначен для выполнения каких-либо определенных действий [4].

Основой любой базы данных является модель данных. Модель данных - это совокупность структур данных и операций их обработки. С ее помощью могут быть представлены информационные объекты и их взаимосвязи. Выделяют три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

Иерархическая модель представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному.

То есть, в иерархической БД каждый объект представляется в виде определенной сущности, то есть, у этой сущности могут быть дочерние элементы, родительские элементы, а у тех дочерних могут быть еще дочерние элементы, но есть один объект, с которого все начинается. Получается своеобразное структурное дерево (граф).

Сетевые базы данных, являются своеобразной модификацией иерархических баз данных. Отличаются от иерархических лишь тем, что у дочернего элемента может быть несколько предков, то есть, элементов стоящих выше него. Ниже на рисунке 1 приведен пример структуры сетевых баз данных.

Главной особенностью реляционных баз данных является, то, что объекты внутри таких баз данных хранятся в виде набора двумерных таблиц. То есть, таблица состоит из набора столбцов, в котором может указываться: название, тип данных (дата, число, строка, текст и так далее). Еще одной важной особенность реляционных БД является, то, что число столбцов фиксировано, то есть, структура базы данных известна заранее, а вот число строк или рядов в реляционных базах данных ничем не ограничено, если говорить грубо, то строки в реляционных базах данных и есть объекты, которые хранятся в базе данных [2].

1.ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ. ОПИСАНИЕ

На разработку этого стандарта большое влияние оказал американский ученый Чарльз Уильям Бахман. Основные принципы сетевой модели данных были разработаны в середине 60-х годов, эталонный вариант сетевой модели данных описан в отчетах рабочей группы по языкам баз данных (COnference on DAta SYstem Languages) CODASYL в 1971г.

Наиболее известной из таких систем была IDMS корпорации Computer

Associates International, Inc [7].

Сетевая модель данных - это логическая модель данных, представляющая их сетевыми структурами типов записей и связанные отношениями мощности один-к-одному или один-ко-многим.

Сети - это естественный способ представления отношений между объектами базы данных и связей между этими объектами. Под словом объекты следует понимать таблицы баз данных или сущности.

Сетевые базы данных опираются на математику графов, конкретнее, сетевую модель данных можно представить в виде ориентированного графа. Направленный граф состоит из узлов и ребер. Узлы направленного графа - это ни что иное, как объекты сетевой базы данных, а ребра такого графа показывают связи между объектами сетевой модели данных, причем ребра показывают не только саму связь, но и тип связи (связь один к одному или связь один ко многим).

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 1 - Пример структуры сетевой базы данных

В отличие от реляционной модели, связи в ней моделируются наборами, которые реализуются с помощью указателей. Сетевые модели данных являются расширенной версией иерархической модели, однако основным отличием является то, что в сетевых моделях данных имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию. Сетевую модель можно представить, как граф узлами, которого является запись, а ребрами - набор. Сегменты данных в сетевых БД могут иметь множественные связи с сегментами старшего уровня. При этом направление и характер связи в сетевых БД не являются столь очевидными, как в случае иерархических БД. Поэтому имена и направление связей должны идентифицироваться при описании БД.

2. СТРУКТУРА СЕТЕВЫХ БАЗ ДАННЫХ

Сетевые базы данных имеют достаточно простую структуру. Структура состоит из четырех компонентов, то есть в сетевой модели используют четыре типа структур данных. Два из которых являются главными и два, если можно так сказать, не главными. Главные типы структур сетевых данных - это запись и набор [6]. Вспомогательные типы структур сетевой модели данных, которые используются для построения главных структур - это элемент данных и агрегат данных, на рисунке 2 представлена вся структура сетевых БД:

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 2 - Пример структуры сетевых баз данных

Рассмотрим каждую структуру более подробно:

Элемент данных - это наименьшая информационная именованная единица данных, доступная пользователю, если провести аналогию с файловой системой, то это поле в файловой системе, а если проводить аналогию с реляционной базой данных, то элемент данных - один столбец таблицы реляционной БД. Если говорить точнее, то это подстолбец.

Агрегат данных - это именованная совокупность данных внутри одной записи. Аналогию с реляционными БД тут не проведешь, поскольку агрегат данных - это столбец над столбцами, который объединяет элементы данных по логике их содержимого, для наглядности выше сказанного, рассмотрим рисунок 3:

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

На данном рисунке видно, что дата - это агрегат данных структуры сетевой модели, а день, месяц и год - это элемент данных сетевой БД.

Запись в сетевой модели данных - это конечный уровень обобщения данных, что-то наподобие таблицы в реляционной базе данных. Каждая запись в сетевой базе данных должна обладать или содержать в себе, как минимум один именованный элемент данных, если элементов внутри записи более одного, то каждый элемент данных должен обладать уникальным форматом.

Разберемся со структурой сетевых баз данных на примере, поскольку так будет более понятно и доступно. Допустим, что мы хотим создать запись в сетевую базу данных, назовем ее «Сотрудник», в которую обязательно должен входить агрегат данных, который представлен на рисунке выше, его мы назовем «Дата». В эту запись нам необходимо будет добавить: табельный номер, ФИО и адрес сотрудника. Выглядеть такая запись в сетевой модели данных будет таким образом, как на представлено на рисунке 4:

Рисунок 4 - Пример записи сетевой базы данных

Прежде, чем переходить к набору записей, нужно разобраться с тем, что такое тип записи и для чего нужен тип записи в сетевой базе данных. И так, тип записей - это совокупность логически связанных экземпляров записей. Проще сказать - это все записи, которые связаны между собой по смыслу и, которые дополняют друг друга. Если переложить термин тип записей на реальный мир, то это информационная модель (иначе, полное описание) какого-либо объекта из реального мира, например сотрудника фирмы.

Как видно из рисунка 4: в качестве элементов данных сетевой модели могут быть использованы только простые типы, если хотите данных, но это не совсем так. Потому что в качестве агрегатов данных можно использовать сложные типы. Сложные типы в структуре сетевых баз данных бывают двух видов: вектор и повторяющаяся группа. Агрегат типа вектор соответствует линейному набору элементов данных, такой агрегат уже был представлен, как «Дата» (рисунок 3).

Агрегат типа повторяющаяся группа - это совокупность векторов данных (то есть несколько векторов). Для большей ясности представим новый агрегат данных на рисунке 5, который назовем «Товар»:

Рисунок 5 - Пример агрегата типа повторяющаяся группа

Товары обычно хранятся на складе или их продают, обычно по нескольку штук. То есть имеется в виду, что агрегат типа повторяющаяся группа - это несколько агрегатов типа вектор, объединенных вместе. Предположим, у нас покупают 5 товаров, значит, если наш агрегат «Товар» будет иметь тип повторяющаяся группа, то он будет состоять из 5 агрегатов типа вектор.

Перейдем к дальнейшему рассмотрению структуры сетевой модели данных.

4.Набор записей - это именованная двухуровневая иерархическая структура, которая содержит управляемую и управляющую записи. При помощи наборов указывается тип связи между записями. Что это означает? Проще говоря, набор - это две записи, между которыми есть связь: один-комногим или один-к-одному. Допустим, что у нас имеется две записи в сетевой базе данных: запись «Сотрудник», структуру которой приведена выше на рисунке 4 и запись «Отдел», структура которой в данном контексте нам не важна.

Перед нами стоит задача: осуществить логическую связь между двумя этими записями, то есть определить какая запись будет управляемой, а какая управляющей. Логично предположить, что запись «Отдел» должна быть управляющей, поскольку сотрудник работает в отделе, а не отдел в сотруднике. И понятно, что связь между этими записями должна быть одинко-многим, потому что отдел один, а сотрудников много, назовем эту связь «Работа». И так, мы приходим к выводу, что набор записей сетевой модели данных определяет: управляющую запись, в нашем случае это «Отдел», подчиненную запись, которую мы назвали «Сотрудник», а так же тип связи между этими записями, которую мы обозвали «Работа». «Работа» -- это не только имя связи, но еще и метка, которая именует сам набор данных сетевой модели. Впрочем, рисунок должны внести ясность в мои несколько путаные пояснения:

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 6 - Пример набора записей сетевой модели данных

В данном случае связь один-ко-многим говорит нам о том, что с одним экземпляром записи «Отдел» может быть связано ноль, один или несколько экземпляров записи «Сотрудник». Экземпляр записи - это что-то наподобие кортежа (строки таблицы) из реляционной БД. Используя понятия сетевой модели данных, приведенные выше, можно нарисовать набор записей подругому. На рисунке можно отобразить логические типы данных для обеих записей, структуру записей сетевой модели данных и указать связь между записями, которую мы назвали «Работа»:

Теперь обобщим все то, что было написано выше про структуру сетевой базы данных, собственно обобщает все база данных.

5. База данных сетевой модели данных - это именованная совокупность экземпляров записей различного типа и экземпляров наборов, хранящих в себе типы связей между записями. Проще говоря, это все записи и все связи между записями [3].

Таким образом мы познакомились со структурой сетевой модели данных, рассмотрели несколько примеров и ознакомились с самыми простыми основами проектирования сетевых баз данных.

3.ОПЕРАЦИИ НАД ДАННЫМИ

Навигационные операции сетевых баз данных осуществляют переход по связям, определенных в схеме баз данных, в результате таких переходов определяется запись, которую называют текущей (запись сетевой модели, с которой мы будем работать). К навигационным операциям можно отнести:

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.

При помощи операций модификации сетевых баз данных осуществляется добавление новых записей данных, добавление новых наборов данных, удаление записей данных и наборов записей, модификация агрегатов и элементов данных. 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 в текущий экземпляр набора;

Исключить текущую запись из текущего экземпляра набора.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ В СЕТЕВУЮ МОДЕЛЬ ДАННЫХ

Сетевую модель данных можно легко получить из концептуальной модели, причем нужно соблюсти всего лишь одно условие: в концептуальной модели данных должны использоваться только бинарные связи, которые принадлежат к типам: «один-к-одному» или «один-ко-многим». При этом вместо сущностей концептуальной модели данных следует использовать типы записей сетевой базы данных, собственно, имена сущностей из одной будут являться именами типов записей другой модели данных. Атрибуты, которые есть у сущностей (иначе столбцы таблицы) превращаются в поля записей сетевой модели данных, а связи между сущностями становятся связями между типами записей.

Бинарные связи концептуальной модели данных без затруднений переносятся на сетевую модель данных. Связь один-ко-многим переносится следующим образом: тип записи со стороны один становится управляющей записью, а тип записи со стороны многим становится подчиненной записью. Для связи один-к-одному запись владелец и подчиненная запись определяется произвольно.

ОГРАНИЧЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ

Механизмы поддержания целостности данных в базах данных любой СУБД нужны для того, чтобы избежать всевозможных ошибок, связанных с манипуляцией данными, эти ошибки называются аномалиями:

Аномалия добавления данных в таблицу;

Аномалия модификации данных таблицы;

Аномалия удаления данных из таблицы.

С аномалиями баз данных можно бороться по-разному, например, привести базу данных к третьей нормальной форме или воспользоваться механизмами поддержания целостности данных, реализованными в СУБД. На самом деле, ни одна СУБД в мире не знает о том, что такое нормальная форма, поэтому за нормализацию отвечает разработчик баз данных [5].

6.ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ

Достоинством сетевой модели данных является ее быстродействие в отличие от иерархической БД, гибкость в хранении данных, универсальность в сравнении с другими моделями, а также возможность доступа к данным через значения нескольких отношений.

Среди недостатков сетевых СУБД следует особо выделить проблему обеспечения сохранности информации в БД, а также достаточно сложную структуру памяти.

Еще один немаловажный недостаток сетевой модели данных - высокая жесткость схемы БД. При изменении структуры БД ведет за собой перестройку всей базы данных. То есть, при изменении структуры данных нужно изменять и приложение.

сетевой база данные

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С ростом популярности СУБД появилось множество различных моделей данных. У каждой из которых есть как плюсы, так и минусы, которые сыграли ключевую роль в развитии реляционной модели данных, появившейся благодаря стремлению упростить и упорядочить первые модели данных.

Современные базы данных ориентированы на определенную предметную область и организованы на основе некоторого подмножества данных. Модели данных используются, как для концептуального, так и для логического и физического представления данных.

Основное различие между этими моделями данных состоит в способах описания взаимодействий между объектами и атрибутами.

Возможности баз данных полезны в областях, связанных с долговременным управлением информацией, таких как электронные библиотеки и хранилища данных, и так далее.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Акулов О.А. Информатика: базовый курс: Учеб. пособие для студентов вузов / О.А. Акулов, Н.В. Медведев.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Омега-Л, 2005.

Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных

информационных систем. -М: "Финансы и статистика", 2009.

Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Информатика: учебник - Саранск:

Морд. гос. ун-т, 2009.

Золотова С.И. Практикум по Access. / С.И. Золотова - М.: Финансы и статистика, 2003.

Голосов А.О. Аномалии в реляционных базах данных // СУБД. - 1986. - №3.

Дж. Ульман, Дж. Видом. Введение в системы баз данных. - М.: Лори.- 2000.

Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация. - СПб.: Питер, 2002.

Размещено на Allbest.ru