Понятие модели данных. Основные компоненты модели данных.

Модель данных – совокупность допустимых структур, ограничений целостности и операций.

Допустимые структуры описывают состав объектов и допустимые взаимосвязи между ними.

Основные компоненты МД:

Ограничения целостности – это правила, которые контролируются при выполнении любой операции над данными.

Помимо контроля над допустимыми значениями разные модели предлагают поддержку различных видов ограничений целостности. Чем больше явных ограничений целостности может поддерживать СУБД, тем более семантически мощной она считается.

Внутренние и явные ОЦ:

Внутренние ограничения целостности зашиты в саму структуру и их нельзя преодолеть. Явные ограничения целостности декларируются пользователем при описании схемы БД и автоматически контролируются самим процессором СУБД при выполнении любой операции над данными. Чем меньше внутренних ограничений целостности в МД, тем больше явных ограничений она может поддерживать.

Семантические СУБД могут явным образом контролировать ограничения целостности на тип связей между объектами, но в некоторых традиционных СУБД этот тип соответствия является внутренним ограничением, например, в иерархической модели поддерживается только отношения 1-1 и 1-М.

Основные виды явных ОЦ:

1.Ограничения на диапазон допустимых значений — присутствуют во всех моделях данных и обычно задаются как минимум посредством указания типов данных и всевозможных отрезков, масок, границ диапазона

2.Ограничения на значения, но без учета величины этих значений (обычно задаются на некотором подмножестве языка исчисления предикатов первого порядка или в виде логических выражений) Например, ограничения: два типа самолетов не могут быть назначены на один рейс

3.Ссылочная целостность — характерна для реляционной модели, заключается в том, что система автоматически контролирует отсутствие висячих ссылок, то есть для любого внешнего ключа таблицы гарантированно должна присутствовать соответствующая запись в соответствующей таблице.

4.Уникальность первичного ключа — имеет место во всех моделях данных и означает контроль за отсутствием дубликатов.

5.Контроль по существованию. Имеется несколько типовых ограничений целостности, связанных с контролем по существованию значений отдельных полей, с контролем по существованию объектов в контексте некоторой связи.

6.Типы соответствия накладываемые на связи между объектами: 1-1, 1-М, М-М.

7.Агрегатные ограничения целостности — ограничения, которые проверяются не на одном значении атрибута, а для каждого атрибута на всем множестве значений этого атрибута таблицы. Контроль такого ограничения является дорогостоящим, если велик размер БД.

8.Интерпретируемые домены (только в семантических МД). Интерпретируемые домены позволяют указать принадлежность некоторого атрибута некоторой абстрактной категории, построить на этих абстрактных категориях иерархию и контролировать целостность данных посредством проверки принадлежат ли разные атрибуты одному и тому же промежуточному уровню абстракции.

Хранимыми процедурами называются процедуры, контролирующие состояния данных, причем эти процедуры будут обрабатываться не как прикладные, пользовательские, а как настоящие ОЦ — хранятся не в программных файлах, а в самой структуре БД.

Хранимые процедуры можно вызывать из любой прикладной программы и диалога и даже из структуры таблицы явным образом.

Триггер — такая хранимая процедура, которую нельзя вызвать явным образом, она вызывается автоматически при возникновении определенных ситуаций (вставка, удаление, изменение)

Ограничения целостности создаются при описании структур данных, а контролируются в динамике, причем внутренние контролируются всегда, а явные только при запросе.

Допустимые структуры и ограничения целостности описывают статические свойства модели данных, которые не должны изменяться при выполнении любых операций над данными

(вставка, удаление, изменение).

Третья компонента – операции – описывает динамические свойства модели.

В результате выполнения любой операции БД должна быть переведена из одного непротиворечивого согласованного состояния, удовлетворяющего допустимым структурам и ограничениям целостности, в другое.

Различают навигационные и спецификационные операции.

Навигационные операции предполагают, что перед выполнением заявленного действия необходимо выполнить навигацию по БД к нужной записи, то есть установить указатель текущей на нужной запись.

Спецификационные операции не требуют предварительной навигации по БД, а позволяют в простой и наглядной форме на некотором подмножестве естественного языка специфицировать то, что требуется сделать, не указывая как это сделать. Примерами таких языков является язык SQL, QBE (Query By Example)

В реляционной МД в отличие от других МД имеются специальные языки манипулирования данными — язык реляционной алгебры и язык реляционного исчисления.

Иерархическая модель данных: структуры, ограничения целостности, операции. Достоинства и недостатки иерархической МД.

Иерархическая модель данных

Допустимые структуры

Допустимая структура — дерево, ацикличный граф, удовлетворяющий следующим свойствам:

1. Доступ к узлу возможен только средством указания полного пути, поэтому так же как и в традиционном программировании задается некоторым обходом дерева (например, вглубь, левосторонний)

2. Любой узел имеет любое число порожденных и лишь один родительский узел. Таким образом, на уровне экземпляров, БД представляет собой «лес».

Присутствуют аномалии как при 1NF. Если нужно отобразить связь типа М:М то придется либо не использовать ИМД, либо дублировать данные и отказаться от минимальной избыточности + спец. утилиты для синхронизации дублированных данных.

Негибкость прямых-обратных запросов: например, дерево - сверху факультет, от него курсы, от курсов группы, от групп студенты.

Прямой запрос: перечислить всех студентов группы 1 по производительности сильно отличается от запроса:" на каком факультете учится студент1" (в худшем случае полный перебор).

Ограничения целостности

Внутренним ограничением целостности в иерархической МД является поддержка связи только 1-М.

Явные ограничения целостности:

1. Уникальность первичного ключа.

2. Ограничения на диапазон допустимых значений.

Допустимые операции

В традиционной ИМД все операции являются навигационными. Для выполнения какой-либо операции необходимо предварительно осуществить операцию навигации до нужного места в БД. В последствии в модель был встроен язык спецификационного типа - SQL.

Ввиду того, что порядок обхода вершины значим, в модель встроены операции «взять предыдущий», «взять следующий».

Преимущества: -min надстройка над функциями ОС по обработке взаимосвяз. файлов гарантирует самую высокую эффективность по сравнению с другими типами СУБД;

- на уровне структуры контролируется связь 1:М;

-..Поддержка определенного уровня независимости данных...

Недостатки:

- не поддерживается связь М:М;

- негибкость прямых-обратных запросов;

- не такая простая модель с точки зрения пользователя и недостаточно высокий уровень интерфейса.