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.
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:
- Документальные модели данных. Эти модели относятся к слабоструктурированной информации, которая ориентирована, как правило, на свободные форматы документов и текстов на естественном языке.
- 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.
XML (Extensible Markup Language) является языком разметки, описывающим целый класс объектов данных, которые называются XML-документами.
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).
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.
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.
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.
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.
