Проектирование логической структуры данных.

Выбор логической модели данных.

Иерархическая модель данных.

Иерархическая модель данных представляет собой иерархию в виде дерева.(см.рис.7) [17] Данная модель данных базируется на сегменте, который представляет собой совокупность полей, характеризующих данный сегмент.

Рисунок 5

Сегменты различаются по типу, а каждый тип характеризуется фиксированной длиной и конкретным разбиением на поля данных. Два связанных сегмента, расположенных на смежных уровнях называются исходным (более высокого уровня) и порожденным (более низкого). Иерархическая запись – система взаимосвязанных сегментов, в которой каждый порожденный сегмент представлен столько раз, сколько необходимо для полного раскрытия данного сегмента. В иерархической структуре есть сегмент, который не имеет исходного и называется головным или корневым. В этом сегменте обычно располагается идентификатор объекта, свойства которого раскрываются в сегментах второго и более низких уровней иерархии.

Для реализации данной модели на физическом уровне используется ряд стандартных методов размещения данных на запоминающих устройствах, которые могут размещать сегменты следующими иерархическими способами доступа: последовательный, индексно-последовательный, прямой, индексно-прямой. В соответствии со способами размещения сегментов устанавливается порядок доступа к ним. Установленный порядок доступа к сегментам обуславливает процедурность языка запросов и требует от пользователя знания путей доступа к данным, проходящим по ветвям дерева иерархической записи. Что является одним из недостатков данной модели. В качестве других недостатков можно отметить следующие:

§ Сложность реализации “многие ко многим”, требующая избыточности данных на физическом уровне, что приведет к нежелательному и не оправданному увеличению базы данных (БД);

§ требование повышенной корректности к операции удаления, поскольку удаление исходного сегмента влечет за собой удаление порожденных;

§ доступ к любому порожденному сегменту возможен только через исходный, что увеличивает время ответа а запрос к БД.

В связи с тем, что иерархическая модель обладает большим количеством недостатков она не будет применятся для моделирования разрабатываемой системы.

Сетевая модель данных.

Сетевая модель – это структура, у которой любой элемент может быть связан с любым другим элементом.[18]

Сеть – более общая структура в сравнении с иерархией. Узлами сети являются отдельные экземпляры записи. Узлы записи являются единицей доступа к БД. Поскольку отдельный узел может иметь несколько непосредственно старших узлов, так же, как и несколько непосредственно подчиненных, то данная структура обеспечивает прямое представление отношения “многие ко многим”. Для связи между записями-узлами существует связующая запись, все экземпляры которой помещаются в цепочку для связи двух экземпляров.

Основной конструкцией сетевой модели данных является набор. Для каждого типа набора, определяемого в схеме, должен быть указан определенный тип записи владельца набора, а так же произвольное число типов записи членов набора. Каждый экземпляр набора состоит из одного экземпляра-владельца и одного или более экземпляров записей - членов.

Каждый экземпляр записи-набора представляет иерархические связи между экземпляром записи-владельца и соответствующими экземплярами записей-членов. Это является следствием того ограничения, что ни один экземпляр записи-члена из набора не может принадлежать более, чем одному экземпляру набора. Способ, которым каждый экземпляр записи владельца связывается с соответствующими экземплярами записей-членов, определяется в схеме сети. Одним из способов организации таких связей является установление цепочки указателей, выходящих из экземпляра записи-владельца, проходящих через все экземпляры записей-членов и возвращающихся обратно к экземпляру записи-владельца, что обеспечивает высокую скорость обработки запросов.

Главный недостаток сетевой модели заключается в сложности структур памяти. Пользователь должен знать, какие цепочки существуют и какие отсутствуют. В результате язык запросов процедурный и требует программистских навыков.

Реляционная модель данных.

Реляционной моделью называется база данных, в которой все данные, доступные пользователю, организованны в виде таблиц, а все операции над данными сводятся к операциям над этими таблицами.[19] Строки таких таблиц называются кортежами, имена столбцов – атрибутами. Следует отметить, что все кортежи различны, а порядок столбцов произволен, чем упрощается процесс обработки кортежей. В отношении (таблице) выделяется несколько атрибутов, однозначно идентифицирующих кортежи и называемых ключами.

Особенность реляционной модели заключается в том, что в отличии от сетевой и иерархической моделей реальные объекты и взаимосвязи между ними представляются в базе данных единообразно в виде нормализованных отношений.

Достоинства реляционной модели можно разделить на две группы:

1) достоинства для пользователя:

§ реляционная БД представляет собой набор таблиц с которыми пользователь привык работать;

§ не нужно помнить пути доступа к данным и строить алгоритмы и процедуры обработки своего запроса;

§ реляционные языки легки для изучения и освоения, в то время как языки общения с иерархической и сетевой моделями предназначены для программистов и малопригодны для пользователей;

2)  достоинства обработки данных реляционной БД:

§        Связность. Реляционное представление дает ясную картину взаимосвязей атрибутов из различных отношений;

§ Точность. Направленные связи в реляционной БД отсутствуют. Отношения по своей природе обладают более точным смыслом и поддаются манипулированию, что обеспечивает наглядность и гибкость модели данных;

§         Гибкость. Операции проекции и объединения позволяют разрезать и склеивать отношения, так что программист может получать разнообразные файлы в нужной форме;

§ Секретность. Контроль секретности упрощается. Для каждого отношения имеется возможность задания правомерности доступа, засекреченные показатели можно выделить в отдельные отношения с проверкой прав доступа.

§ Простота внедрения. Физическое размещение однородных (табличных) файлов намного проще, чем размещение иерархических и сетевых структур.

§ Независимость данных. БД должна допускать возможность расширения, т.е. добавления новых атрибутов и отношений.

Вывод: поскольку среди перечисленных логических моделей данных реляционная обладает значительными преимуществами и малыми недостатками, то она и будет взята в основу для построения системы управления базой данных  (СУБД).