1.3 Моделі даних
Інфологічна модель відображає реальний світ деякі зрозумілі людині концепції, повністю незалежні від параметрів середовища зберігання даних. Існує безліч підходів до побудови таких моделей: графові моделі, семантичні мережі, модель "сутність-зв'язок" тощо. Найбільш популярною з них виявилася модель "сутність-зв'язок".
Інфологічна модель має бути відображена в комп'ютерно-орієнтовану датологічну модель, "зрозумілу" СУБД. У процесі розвитку теорії та практичного використання баз даних, і навіть засобів обчислювальної техніки створювалися СУБД, підтримують різні даталогічні моделі.
Спершу почали використовувати ієрархічні даталогічні моделі. Простота організації, наявність заздалегідь заданих зв'язків між сутностями, подібність до фізичних моделей даних дозволяли домагатися прийнятної продуктивності ієрархічних СУБД на повільних ЕОМ з дуже обмеженими обсягами пам'яті. Але, якщо дані не мали деревоподібної структури, то виникала маса складнощів при побудові ієрархічної моделі та бажанні домогтися потрібної продуктивності.
Мережеві моделі також створювалися мало ресурсних ЕОМ. Це досить складні структури, що складаються із "наборів" – поіменованих дворівневих дерев. "Набори" з'єднуються за допомогою "записів-зв'язок", утворюючи ланцюжки тощо. При розробці мережевих моделей було вигадано безліч "маленьких хитрощів", що дозволяють збільшити продуктивність СУБД, але ускладнили останні. Прикладний програміст повинен знати масу термінів, вивчити кілька внутрішніх мов СУБД, детально представляти логічну структуру бази даних здійснення навігації серед різних екземплярів, наборів, записів тощо. Один із розробників операційної системи UNIX сказав "Мережева база– це найвірніший спосіб втратити дані.
Складність практичного використання ієрархічних та мережевих СУБД змушувала шукати інші способи представлення даних. Наприкінці 60-х років з'явилися СУБД на основі інвертованих файлів, що відрізняються простотою організації та наявністю дуже зручних мов маніпулювання даними. Однак такі СУБД мають ряд обмежень на кількість файлів для зберігання даних, кількість зв'язків між ними, довжину запису та кількість її полів.
Фізична організація даних надає основний вплив на експлуатаційні показники БД. Розробники СУБД намагаються створити найбільш продуктивні фізичні моделі даних, пропонуючи користувачам той чи інший інструментарій для налаштування моделі під конкретну БД. Різноманітність способів коригування фізичних моделей сучасних промислових СУБД не дозволяє розглянути їх у цьому розділі.
2.Реляційний підхід
2.1 Реляційна структура даних
Будучи математиком за освітою Е.Кодд запропонував використовувати для обробки даних апарат теорії множин (об'єднання, перетин, різницю, декартове твір). Він показав, що будь-яке подання даних зводиться до сукупності двовимірних таблиць особливого виду, відомого в математиці як відношення - relation (англ.).
Найменша одиниця даних реляційної моделі – це окремеатомарне(нерозкладне) для даної моделі значення даних. Так, в одній предметній області прізвище, ім'я та по батькові можуть розглядатися як єдине значення, а в іншій – як три різні значення.
Доменомназивається безліч атомарних значень одного й того ж типу. Сенс доменів полягає в наступному. Якщо значення двох атрибутів беруться з того самого домену, то, ймовірно, мають сенспорівняння, що використовують ці два атрибути (наприклад, для організації транзитного рейсу можна надати запит "Видати рейси, в яких час вильоту з Москви до Сочі більше часу прибуття з Архангельська до Москви"). Якщо значення двох атрибутів беруться з різних доменів, то їх порівняння, ймовірно, позбавлене сенсу: чи варто порівнювати номер рейсу з вартістю квитка? Відношення на доменах D1, D2, . Dn (не обов'язково, щоб усі вони були різні) складається із заголовка та тіла. На рис. 3 наведено приклад відношення для розкладу руху літаків.
Заголовокскладається з такої фіксованої множини атрибутів A1, A2, . An, що існує взаємно однозначна відповідність між цими атрибутами Ai та визначальними доменами Di (i=1,2. n).
Малюнок 2. Відношення з математичної точки зору (Ai - атрибути, Vi - значення атрибутів)
Тілоскладається з мінливої в часі множиникортежів, де кожен кортеж складається у свою чергу з множини пар атрибут-значення (Ai:Vi), (i=1,2. n), по одній такій парі для кожного атрибуту Ai у заголовку. Для будь-якої заданої пари атрибут-значення (Ai:Vi) Vi є значенням єдиного домену Di, який пов'язаний з атрибутом Ai.
Ступінь відносини– це число його атрибутів. Ставлення ступеня один називають унарним, ступеня два – бінарним, ступеня три – тернарним, . а ступеня n - n-арним.
Кардинальне числоабопотужність відносини- це його кортежів. Кардинальна кількість відносини змінюється у часі на відміну його ступеня.
Оскільки відношення - це безліч, а безліч за визначенням не містять збігаються елементів, то жодні два кортежі відносини не можуть бути дублікатами один одного в будь-який довільно-заданий момент часу.Нехай R - Відношення з атрибутами A1, A2, . An. Кажуть, що безліч атрибутів K=(Ai, Aj, . Ak) відносини R є можливим ключем R тоді і лише тоді, коли задовольняються дві незалежні від часу умови:
1. Унікальність: у довільний заданий момент часу жодні два різні кортежі R не мають одного й того ж значення для Ai, Aj, . Ak.
2. Мінімальність: жоден із атрибутів Ai, Aj, . Ak не може бути виключено з K без порушення унікальності.
Кожне відношення має хоча б один можливий ключ, оскільки щонайменше комбінація всіх його атрибутів задовольняє умову унікальності. Один із можливих ключів (вибраний довільним чином) приймається за його первинний ключ. Інші можливі ключі, якщо вони є, називаються альтернативними ключами.