Лекции по курсу "Управление данными". Автор Владислав Лавров (vlavrov.com)

1. 1
Управление данными.
Часть 2.
Основные модели данных
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

2. 2
2.1. Классификация моделей данных
Модель данных
- это некоторая абстракция, которая, будучи
применима к конкретным данным, позволяет
пользователям и разработчикам трактовать их
уже как информацию, то есть сведения,
содержащие не только данные, но и
взаимосвязь между ними.
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

3. 3
Классификация моделей данных
Модели данных
Инфологические Даталогические Физические
Модель
«сущность-
связь» (ER)
Документальные Фактографические Основаны на
файловых
структурах
Основаны на
странично-
сегментной
организации
Дескрипторные
Тезаурусные
Иерархические
Сетевые
Реляционные
Объектно-
ориентированные
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

4. 4
Уровни моделей данных
(последовательность разработки БД)
Предметная область
(часть реального мира, отражаемая в БД)
Пользователи АБД
ИНФОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Обобщенное, не привязанное к
какой-либо СУБД, описание
предметной области (набор
данных, типов, связей и др.)
ДАТАЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Описание на языке конкретной
СУБД
ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Описание хранимых данных
База данных
Модели,
используемые
СУБД
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

5. 5
2.2. Взаимосвязи в моделях данных
Связь
- это ассоциирование двух или более объектов
Основное назначение связей
- это возможность организации поиска данных
в базе данных
Типы связей
• один к одному;
• один ко многим;
• многие ко многим.
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

6. 6
Связь «один-к-одному»
А
Работник
B
Табельный номер
1 1
1 1
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

7. 7
Связь «один-ко-многим»
А
Цех
B
Технологический
агрегат
1 ∞
1 ∞
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

8. 8
Связь «многие-ко-многим»
А
Изделие
B
Технологическая
операция
∞
∞
∞
∞
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

9. 9
Сегмент (запись) данных
- более высокий уровень абстракции, объединение полей данных.
2.3. Иерархическая модель данных
Поле данных
- минимальная информационная единица, доступная пользователю
с использованием СУБД
Тип сегмента
- поименованная совокупность типов полей (элементов) данных,
которые в него входят
Экземпляр сегмента
- состоит из конкретных значений полей, которые его образуют
(!) Особенность модели - сегменты объединяются в ориентированный
древовидный граф
Пример: СУБД Information Management System (IMS) фирмы IBM (1968 г.)
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

10. 10
Пример иерархии между сегментами
Сегмент
типа B
Сегмент
типа C
Сегмент
типа D
Сегмент
типа E
Сегмент
типа А
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
Логически исходный
(корневой) сегмент
Логически
подчиненные
сегменты
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

11. 11
Ограничения иерархической структуры данных
• В каждой физической БД существует один корневой сегмент, т.е.
сегмент, у которого нет логически исходного (родительского) типа
сегмента. Уровень, на котором находится данный сегмент,
определяется расстоянием от корневого сегмента;
• Каждый логически исходный сегмент может быть связан с
произвольным числом логически подчиненных сегментов;
• Каждый логически подчиненный сегмент может быть связан только
с одним логически исходным (родительским) сегментом.
Основное правило – никакой потомок не может существовать без
своего родителя.
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

12. 12
Пример структуры иерархического дерева
Компьютерная фирма
Адрес Руководитель
Филиал фирмы
Адрес Руководитель
Типовые модели
Имя Стоимость Количество на складе
Индивидуальные модели
Номер заказа Стоимость Количество
Название сегмента
Названия полей
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

13. 13
Пример иерархии экземпляров дерева
КЛОСС
Адрес Руководитель
Филиал 1
Ленина, 2 Иванов И.И.
Модель 21
Brand 1540 2
Brand 1
Заказ 21
8 2
Филиал 2
Малышева, 4 Петров П.П.
900
2 700 4
Заказ 22
2800
Модель 22
Заказ 11
18 4500
12 1500 4
Заказ 12
Модель 11
Brand 2500 4
Brand 13500
Модель 12
Экземпляр сегмента
Экземпляр поля
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

14. 14
Преимущества иерархической структуры данных
• Простота понимания и использования, быстрота
доступа к данным.
• Простота оценки операционных характеристик
благодаря заранее заданным взаимосвязям и
тому, что операции манипулирования данными
являются навигационными, т.е. разработчик
приложения явным образом описывает всю
процедуру обработки.
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

15. 15
Недостатки иерархической структуры данных
• Трудность реализации взаимосвязей «многие-ко-многим». При этом
искусственно созданная структура иерархической модели становится
громоздкой, может потребоваться хранение избыточных данных на
физическом уровне.
• Из-за строгой иерархической упорядоченности объектов модели
значительно усложняются операции включения и удаления. Удаление
исходных объектов влечёт удаление порождённых, поэтому выполнение
команды «удалить» требует особой осторожности.
• Язык манипулирования данными в иерархической модели поддерживает
в явном виде навигационные операции. Эти операции связаны с
перемещением указателя, который определяет текущий экземпляр
конкретного сегмента.
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

16. 16
2.4. Сетевая модель данных
Элемент данных
- минимальная информационная единица, доступная пользователю
с использованием СУБД
Агрегат данных
- более высокий уровень обобщения в модели. Агрегат имеет
имя, по которому в системе допустимо обращение к нему.
КвартираДомУлицаГородИндекс
Адрес
КвартираДомУлицаГородИндекс
Адрес
Разработана рабочей группой по базам данных (Data Base Task
Group, DBTG) Ассоциации КОДАСИЛ (Conference on Data Systems
Languages, CODASYL)
Пример: СУБД Integrated Database Management System (IDMS)
компании Cullinet Software, Inc. (1972 г.)
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

17. 17
Сетевая модель данных
Запись типа А Владелец набора N
Запись типа B
Тип набора N
Член набора N
Запись
- совокупность агрегатов или элементов данных,
моделирующая некоторый класс объектов реального
мира. Различают тип записи и экземпляр записи
Набор
- двухуровневый граф, связывающий отношением
«один ко многим» два типа записи .
(!) Особенности модели - наборы объединяются в сетевой граф, потомок
может иметь любое число предков !!!
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

18. 18
Пример типа набора
Преподаватель Запись-владелец
Занятие
Преподаватель провел занятие
Запись-член
Пример экземпляра набора
Иванов Экземпляр записи-владельца
1 пара
Доцент
12.10.2007 …СУБД… Группа Мт
1 пара13.10.2007 …СУБД… Группа Мт
2 пара13.10.2007 …СУБД… Группа Мт
Экземпляры
записи-члена
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

19. 19
Пример связи типов объектов «многие-ко-многим»
Группа Мт-1
(член набора)
Группа Мт-2
(член набора)
Группа Мт-3
(член набора)
Иванов
Сидоров
Юзеров
Группа Мт-1
(член набора)
(экз.набора)
Ведет занятия в
Петров
(член набора)
(член набора)
(член набора)
(член набора)
Занимается у
(экз.набора)
Иванов
(владелец набора)
Преподаватель
Группа
Занимается у Ведет занятия в
Пример взаимосвязей экземпляров объектов «многие-ко-многим»
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

20. 20
Преимущества сетевой структуры данных
• Простота реализации взаимосвязей «многие ко
многим», часто встречающихся в реальном мире
• Наличие успешных реализации СУБД,
поддерживающих сетевую модель
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

21. 21
Недостаток сетевой структуры данных
• Сложность разработки.
В частности, прикладной программист должен
детально знать логическую структуру базы данных,
поскольку ему необходимо осуществляя навигацию
среди различных экземпляров наборов и
экземпляров записей. Другими словами,
программист должен представлять «свое» текущее
положение в экземплярах наборов при
«продвижении» по базе данных.
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

22. 22
Преимущества дореляционных моделей данных
• Развитие средства управления данными во внешней
памяти на низком уровне
• Возможность построения вручную эффективных
прикладных систем;
Недостатки дореляционных моделей данных
• Слишком сложно пользоваться
• Фактически необходимы знания о физической
организации
• Прикладные системы зависят от этой организации
(логическая и физическая зависимости данных);
• Логика построения приложений перегружена деталями
организации доступа к БД
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com