Трёхуровневая модель организации баз данных.

Модель данных – это систематизация разнообразной информации и отражение ее свойств по содержанию, структуре, объему, связям, динамике с учетом удовлетворения информационных потребностей всех категорий пользователей. Модель данных является ядром базы данных.

В соответствии с принятой концепцией предлагается выделять три уровня абстракции представления данных: внешний, концептуальный и внутренний. Хотя идеология ANSI/SPARС не стала стандартом, она представляет основу для понимания основных функциональных особенностей баз данных и систем управления базами данных (СУБД).

Фундаментальным моментом в этом подходе является выделение трех уровней абстракции, то есть трех различных уровней абстракции описания элементов данных:

§ внешний уровень – это тот, на котором представляют данные пользователи;

§ концептуальный уровень служит для отображения данных внешнего уровня на внутренний и обеспечивает необходимую независимость данных разных уровней друг от друга;

§ на внутреннем уровне данные воспринимаются СУБД и операционной системой.

Внешний уровень – это самый верхний уровень, который отражает представление конечного пользователя о конфигурации данных (более подробно о типах пользователей баз данных будет изложено в последней лекции).

Концептуальный уровень – это объединяющее представление данных, используемых всеми пользовательскими приложениями, работающими с данной базой. Здесь должны быть отражены:

§ все сущности, включаемые в базу, их атрибуты и связи;

§ накладываемые на данные ограничения;

§ семантическая информация о данных;

§ информация о мерах обеспечения безопасности и поддержки целостности данных.

Внутренний уровень служит для адаптации концептуальной модели к конкретной СУБД. Другими словами, внутренняя уровень – это представление базы данных со стороны СУБД, и на этом уровне описывается, как данные должны храниться в компьютере. А потому на этом уровне требуется, чтобы проектировщик привел свойства и ограничения концептуальной модели в соответствие с выбранной моделью реализации базы данных.

Предложенная архитектура позволяет обеспечить логическую и физическую независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других, работающих с этой же базой данных. А физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с конкретной базой. Логическая независимость устанавливается между 1 и 2 уровнями, а физическая между 2 и 3. Именно этого не хватало при использовании файловых систем.

-2-

Иерархическая модель.

В иерархических моделях основная структура представления данных имеет форму дерева. На самом высшем (первом) уровне иерархии находится только одна вершина, которая называется корнем дерева. Эта вершина имеет связи с вершинами второго уровня, вершины второго уровня имеют связи с вершинами третьего уровня и т.д. Связи между вершинами одного уровня отсутствуют. Следовательно, данные в иерархической структуре не равноправны – одни жестко подчинены другим. Доступ к информации возможен только по вертикальной схеме, начиная с корня, так как каждый элемент связан только с одним элементом на верхнем уровне и с одним или несколькими на низком.

Над иерархически организованными данными определенны следующие операции:

¾ Добавить в базу данных новую запись.

¾ Изменить значение данных предварительно извлеченной записи.

¾ Удалить некоторую запись и все подчиненные ей записи.

¾ Извлечь запись; в этой операции допускается задание условий выборки, например, извлечь сотрудников с окладом более 200 тысяч руб.

К достоинствам иерархической модели данных относится: достаточно эффективное использование памяти и неплохие временные показатели выполнения операций над данными. Однако, удобна эта модель в основном для работы с иерархически организованной информацией. Недостатками иерархической модели являются достаточно сложные логические связи и соответствующая громоздкость в обработке данных.

-3-

Сетевая модель.

Дальнейшим развитием иерархической модели является сетевая. Сетевая модель – это структура, у которой любой элемент может быть связан с любым другим элементом (рис. 1).

Рис. 1. Представление связей в сетевой модели данных

Сетевая база данных состоит из наборов записей, которые связаны между собой так, что записи могут содержать явные ссылки на другие наборы записей. Тем самым наборы записей образуют сеть. Связи между записями могут быть произвольными, и эти связи явно присутствуют и хранятся в базе данных.

Над данными в сетевой базе могут выполняться следующие операции:

¾ Добавить – внести запись в базу данных.

¾ Извлечь – извлечь запись из базы данных.

¾ Обновить – изменить значение элементов предварительно извлеченной записи.

¾ Удалить – убрать запись из базы данных.

¾ Включить в групповое отношение – связать существующую подчиненную запись с записью-владельцем.

¾ Исключить из группового отношения – разорвать связь между записью-владельцем и записью-членом.

¾ Переключить – связать существующую подчиненную запись с другой записью-владельцем в том же групповом отношении.

Основное достоинство сетевой модели – это высокая эффективность затрат памяти и оперативность. 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.

-4-