Типичным представителем является Integrated Database Management System (IDMS) появилась в 70-х годах. Среди отечественных СУБД , основанных на сетевой модели, следует отметить CronosPRO компании Кронос-Информ , представленную в начале 90-х годов.
Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического.
Сетевая БД состоит из набора записей и набора связей между этими записями. На формирование связи особых ограничений не накладывается. В иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных потомок может иметь любое число предков.
Достоинством сетевой модели данных является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности. В сравнении с иерархической моделью сетевая модель предоставляет большие возможности в смысле допустимости образования произвольных связей. В рамках сетевых СУБД легко реализуются и иерархические даталогические модели. Сетевые СУБД поддерживают сложные соотношения между типами данных, что делает их пригодными в различных приложениях. Таким образом, к основным преимуществам сетевых СУБД относятся следующие:
Пользователи сетевых СУБД ограничены связями, определенными для них разработчиками БД-приложений. Подобно иерархическим, сетевые СУБД предполагают разработку БД приложений опытными программистами и системными аналитиками.
Также к недостаткам сетевой модели данных относится высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе, а также сложность для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем. Кроме того, в сетевой модели данных ослаблен контроль целостности связей вследствие допустимости установления произвольных связей между записями.
Связь между записью-владельцем и записью-членом также имеет вид 1:N.Основное различие этих моделей состоит в том, что в сетевой модели запись может быть членом более чем одного группового отношения. Согласно этой модели каждое групповое отношение именуется и проводится различие между его типом и экземпляром. Тип группового отношения задается его именем и определяет свойства общие для всех экземпляров данного типа. Экземпляр группового отношения представляется записью-владельцем и множеством (возможно пустым) подчиненных записей. При этом имеется следующее ограничение: экземпляр записи не может быть членом двух экземпляров групповых отношений одного типа (т.е. сотрудник из примера в п..1, например, не может работать в двух отделах).
Рис.
4.3.
Каждый экземпляр группового отношения характеризуется следующими признаками:
Способ упорядочения подчиненных записей:
Если запись объявлена подчиненной в нескольких групповых отношениях, то в каждом из них может быть назначен свой способ упорядочивания.
Режим включения подчиненных записей:
Режим исключения.
Принято выделять три класса членства подчиненных записей в групповых отношениях:
| Добавить | - внести запись в БД и, в зависимости от режима включения, либо включить ее в групповое отношение, где она объявлена подчиненной, либо не включать ни в какое групповое отношение. |
| Включить в групповое отношение | - связать существующую подчиненную запись с записью-владельцем. |
| Переключить | - связать существующую подчиненную запись с другой записью-владельцем в том же групповом отношении. |
| Обновить | - изменить значение элементов предварительно извлеченной записи. |
| Извлечь | - извлечь записи последовательно по значению ключа, а также используя групповые отношения - от владельца можно перейти к записям - членам, а от подчиненной записи к владельцу набора. |
| Удалить | - убрать из БД запись. Если эта запись является владельцем группового отношения, то анализируется класс членства подчиненных записей. Обязательные члены должны быть предварительно исключены из группового отношения, фиксированные удалены вместе с владельцем, необязательные останутся в БД. |
| Исключить из группового отношения | - разорвать связь между записью-владельцем и записью-членом. |
Как и в иерархической модели обеспечивается только поддержание целостности по ссылкам (владелец отношения - член отношения).
Достоинства ранних СУБД:
Недостатки ранних СУБД:
Как иерархическая, так и сетевая модель данных предполагает наличие высококвалифицированных программистов. И даже в таких случаях реализация пользовательских запросов часто затягивается на длительный срок.
Появление объектно-ориентированных СУБД вызвано потребностями программистов на ОО-языках, которым были необходимы средства для хранения объектов, не помещавшихся в оперативной памяти компьютера. Также важна была задача сохранения состояния объектов между повторными запусками прикладной программы. Поэтому, большинство ООСУБД представляют собой библиотеку, процедуры управления данными которой включаются в прикладную программу. Примеры реализации ООСУБД как выделеного сервера базы данных крайне редки.
Сразу же необходимо заметить, что общепринятого определения " объектно-ориентированной модели данных " не существует. Сейчас можно говорить лишь о неком "объектном" подходе к логическому представлению данных и о различных объектно-ориентированных способах его реализации.
Мы знаем, что любая модель данных должна включать три аспекта: структурный, целостный и манипуляционный. Посмотрим, как они реализуются на основе объектно-ориентированная парадигмы программирования .
Структура объектной модели описывается с помощью трех ключевых понятий:
| инкапсуляция | - каждый объект обладает некоторым внутренним состоянием (хранит внутри себя запись данных), а также набором методов - процедур, с помощью которых (и только таким образом) можно получить доступ к данным, определяющим внутреннее состояние объекта, или изменить их. Таким образом, объекты можно рассматривать как самостоятельные сущности, отделенные от внешнего мира; |
| наследование | - подразумевает возможность создавать из классов объектов новые классы объекты, которые наследуют структуру и методы своих предков, добавляя к ним черты, отражающие их собственную индивидуальность. Наследование может быть простым (один предок) и множественным (несколько предков); |
| полиморфизм | - различные объекты могут по разному реагировать на одинаковые внешние события в зависимости от того, как реализованы их методы. |
Для поддержания целостности объектно-ориентированный подход предлагает использовать следующие средства:
К сожалению, в объектно-ориентированном программировании отсутствуют общие средства манипулирования данными, такие как реляционная алгебра или реляционное счисление. Работа с данными ведется с помощью одного из объектно-ориентированных языков программирования общего назначения, обычно это SmallTalk, C++ или Java.
В объектно-ориентированных базах данных, в отличие от реляционных, хранятся не записи, а объекты. ОО-подход представляет более совершенные средства для отображения реального мира, чем реляционная модель, естественное представление данных. В реляционной модели все отношения принадлежат одному уровню, именно это осложняет преобразование иерархических связей модели "сущность-связь" в реляционную модель. ОО - модель можно рассматривать послойно, на разных уровнях абстракции. Имеется возможность определения новых типов данных и операций с ними.
В то же время, ОО - модели присущ и ряд недостатков :
Очевидно, что оба эти недостатка связаны с отсутствием развитых средств манипулирования данными. Эта задача решается двумя способами - расширение ОО-языков в сторону управления данными (стандарт ODMG), либо добавление объектных свойств в реляционные СУБД (SQL-3, а также так называемые объектно-реляционных СУБД).
Вопрос 1. Модели представления данных. Иерархическая, сетевая, реляционная модели данных. Привести примеры.Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Графическим способом представлен ия ие рархической структуры является дерево (см. рис. 2.1).
Дерево представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. Под элементами понимается совокупность атрибутов, описывающих объекты. В модели имеется корневой узел (корень дерева), который находится на самом верхнем уровне и не имеет узлов, стоящих выше него. У одного дерева может быть только один корень. Остальные узлы, называемые порожденными, связаны между собой следующим образом: каждый узел имеет только один исходный, находящийся на более высоком уровне, и любое число (один, два или более, либо ни одного) подчиненных узлов на следующем уровне.
Примером простого иерархического представления может служить административная структура высшего учебного заведения: институт – отделение – факультет – студенческая группа (см. рис. 2.2).
Рис. 2.2. Пример иерархической структуры
К достоинствам иерархической модели данных относятся эффективное использование памяти ЭВМ и неплохие показатели времени выполнения операций над данными.
Недостатком иерархической модели является ее громоздкость для обработки информации с достаточно сложными логическими связями.
На иерархической модели данных основано сравнительно ограниченное количество СУБД, в числе которых можно назвать зарубежные системы IMS , PC / Focus , Team - Up и Data Edge , а также отечественные системы Ока, ИНЭС и МИРИС.
Сетевая модель данных
Отличие сетевой структуры от иерархической заключается в том, что каждый элемент в сетевой структуре может быть связан с любым другим элементом (см. рис. 2.3). Пример простой сетевой структуры показан на рис. 2.4.
Достоинством сетевой модели данных является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности.
Недостатком сетевой модели данных являются высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе.
Наиболее известными сетевыми СУБД являются IDMS , db _ VistaIII , СЕТЬ, СЕТОР и КОМПАС.
Реляционная модель данных
Реляционная модель данных была предложена Е.Ф. Коддом, известным исследователем в области баз данных, в 1969 году, когда он был сотрудником фирмы IBM. Впервые основные концепции этой модели были опубликованы в 1970.
Реляционная база данных представляет собой хранилище данных, организованных в виде двумерных таблиц (см. рис. 2.5). Любая таблица реляционной базы данных состоит из строк (называемых также записями) и столбцов (называемых также полями).
Строки таблицы содержат сведения о представленных в ней фактах (или документах, или людях, одним словом, - об однотипных объектах). На пересечении столбца и строки находятся конкретные значения содержащихся в таблице данных.
Данные в таблицах удовлетворяют следующим принципам:
1. Каждое значение, содержащееся на пересечении строки и столбца, должно быть атомарным.
2. Значения данных в одном и том же столбце должны принадлежать к одному и тому же типу, доступному для использования в данной СУБД.
3. Каждая запись в таблице уникальна, то есть в таблице не существует двух записей с полностью совпадающим набором значений ее полей.
4. Каждое поле имеет уникальное имя.
5. Последовательность полей в таблице несущественна.
6. Последовательность записей в таблице несущественна.
Поле или комбинацию полей, значения которых однозначно идентифицируют каждую запись таблицы, называют возможным ключом (или просто ключом ).
Если таблица имеет более одного возможного ключа, тогда один ключ выделяют в качестве первичного . Первичный ключ любой таблицы обязан содержать уникальные непустые значения для каждой строки.
Поле, указывающее на запись в другой таблице, связанную с данной записью, называется внешним ключом .
Подобное взаимоотношение между таблицами называется связью . Связь между двумя таблицами устанавливается путем присвоения значений внешнего ключа одной таблицы значениям первичного ключа другой.
Группа связанных таблиц называется схемой базы данных . Информация о таблицах, их полях, первичных и внешних ключах, а также иных объектах базы данных, называется метаданными .
Достоинство реляционной модели данных заключается в простоте, понятности и удобстве физической реализации на ЭВМ. Именно простота и понятность для пользователя явились основной причиной ее широкого использования.
Рис. 2.5. Схема реляционной модели данных
К основным недостаткам реляционной модели относятся отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей и сложность описан ия ие рархических и сетевых связей.
Примерами зарубежных реляционных СУБД для ПЭВМ являются: DB 2, Paradox , FoxPro , Access , Clarion , Ingres , Oracle .
К отечественным СУБД реляционного типа относятся системы ПАЛЬМА и HyTech .
Негосударственное образовательное учреждение
Среднего профессионального образования
«Колледж предпринимательства и социального управления»
Контрольная по информатике
Студентка 3 курса заочного отделения
специальность 0603 «Финансы»
Шагабутдинова Альбина
ВАРИАНТ 7
1) Сетевые и иерархические модели данных. Структуры данных в моделях. Особенности и сравнение моделей.
2) Накопители на жестких магнитных дисках. Назначение. История развития.
3) Компьютерные вирусы. Вирусы в сети. Способы проникновения. Механизмы обнаружения вирусов.
4) Средства мультимедиа. Назначение. Дисковод для компакт дисков. Колонки.
Вопрос № 1
Сетевые и иерархические модели данных . Структуры данных в моделях . Особенности и сравнение моделей .
Сетевая модель
В 1971 группа DTBG (Database Task Group) представила в американский национальный институт стандартов отчет, который послужил в дальнейшем основой для разработки сетевых систем управления базами данных. Стандарт сетевой модели впервые был определен в 1975 году организацией CODASYL (Conference of Data System Languages), которая определила базовые понятия модели и формальный язык описания.
Сетевая модель данных опирается на математическую теорию направленных графов. Базовыми элементами сетевой модели являются : Элемент данных – минимальная информационная единица доступная пользователю. Агрегат данных – именованная совокупность элементов данных внутри записи или другого агрегата. Агрегат бывает двух видов – агрегат типа вектор и агрегат типа повторяющаяся группа . Например, агрегат <город, улица, дом, квартира>, которому можно присвоить имя Адрес, является агрегатом типа вектор. Примером, агрегата типа повторяющаяся группа может служить агрегат <месяц, сумма> с названием Зарплата. Агрегат повторяющаяся группа характеризуется числом повторений. В данном примере это число повторений равно 12. Запись - совокупность агрегатов или элементов данных, отражающих некоторую сущность предметной области. Например, записью будет <Фамилия, Зарплата>, где Фамилия – это элемент данных, а Зарплата – агрегат. Данную запись можно назвать Зарплата сотрудника. Тип записей – эта совокупность подобных записей. Например, в предыдущем случае типом записи будет совокупность всех записей Зарплата сотрудника, выражающая множество сотрудников некоторого отдела. Тип записей представляет (моделирует) некоторый класс реального мира. Набор - именованная двухуровневая иерархическая структура, которая содержит запись владельца и запись (или записи) членов. Наборы отражают связи «один ко многим» и «один к одному» между двумя типами записей. На рисунке 1. представлен пример набора. Здесь Отдел – запись–владелец, сотрудник - запись-член. Тип набора определяет связь между двумя типами записей. Каждый экземпляр типа набора содержит один экземпляр записи владельца и произвольное количество записей-членов. Среди всех наборов в сетевой модели допускается существование наборов, не имеющих владельцев. Такие наборы называются сингулярными . Владельцами сингулярных наборов формально считается система. Сингулярные наборы предназначены для доступа к экземплярам отдельных записей.
Рис .1. Набор в сетевой модели данных
Резюмируя выше сказанное, будем говорить, что структура базы данных в сетевой модели задается типами записей и типами наборов.
Отметим некоторые особенности построения сетевой модели .
База данных может состоять из произвольного количества записей и наборов различных типов.
Связь между двумя записями может выражаться произвольным количеством наборов.
В любом наборе может быть только один владелец.
Тип записи может быть владельцем в одних типах наборов и членом в других типах наборов.
Тип записи может не входить ни в какой тип наборов.
Для управления сетевой базой данных используется специальный язык , который можно разбить на следующие разделы .
Язык описания данных в сетевой модели.
· Описание базы данных (размещение).
· Описание элементов, агрегатов и записей.
· Описание наборов.
Язык манипулирования данными.
· Навигационные операции. С помощью операций навигации (группа операций FIND) двигаясь по связям можно переходить от одной текущей записи к другой. Соответственно операции модификации осуществляются над текущей записью.
· Операции модификации. Операции модификации осуществляют:
· Добавление новых экземпляров отдельных типов записей.
· Экземпляров новых наборов.
· Удаление экземпляров записей и наборов.
· Модификацию отдельных составляющих внутри конкретных экземпляров записей.
Иерархическая модель .
Исторически иерархическая модель появилась раньше сетевой. Она наиболее проста из всех моделей данных. Самой известной иерархической системой позволяющей создавать иерархические базы данных является система IMS (Information Management System) фирмы IBM, используемая в свое время для поддержки лунного проекта «Аполлон». Появление иерархической модели связано с тем, что в реальном мире очень многие связи соответствуют иерархии, когда один объект выступает как родительский, а с ним может быть связано множество подчиненных объектов.
Основными информационными единицами в иерархической модели являются : база данных ( БД ) , сегмент и поле . Поле данных определяется как минимальная, неделимая единица данных, доступная пользователю с помощью СУБД. Выделяют также тип поля , представляющий собой совокупность полей одного типа. Сегмент состоит из конкретных экземпляров полей. Тип сегмента - совокупность входящих в него типов полей. Иерархическая модель представляет собой неориентированный граф, в вершинах которого располагаются сегменты (или типы сегмента). Особенностью такой модели является то, что каждый сегмент может иметь не более одного предка, произвольное количество потомков и, по крайней мере, одно поле. Сегмент, который не имеет потомков, называют листовым сегментом . Иерархическое дерево начинается с одного сегмента, называемого корневым сегментом . Очень важно, что каждый сегмент должен иметь свое уникальное имя или идентификатор.
На рисунке 1.1 схематически представлена иерархическая структура. Узлы (сегменты) соединены друг с другом связующими дугами. Сегмент A является корневым сегментом. Сегменты B, E, H, J, I являются листовыми сегментами. Каждый сегмент, при этом, может содержать произвольное количество полей.
Для иерархической модели данных выделяют два языковых средства:
· язык описания данных
· язык модификации данных
Описание базы данных предполагает описание всех ее сегментов и установление связей между ними.
Рис .1.1. Иерархическая структура
Пример иерархической структуры. Иерархическая модель довольно удобна для представления предметных областей, так как иерархические отношения довольно часто встречаются между сущностями реального мира. Но иерархическая модель не поддерживает отношения «многие ко многим», когда множество объектов одного типа связаны с множеством объектов другого типа. Предположим, что требуется построить модель отношения между множеством собственников жилья и множеством квартир. Если основной вопрос будет заключаться в определении того, каким жильем владеет тот или иной собственник, то естественно взять в качестве родительских узлов данные о собственнике. При этом каждый сегмент - собственник будет связан с N узлами – квартирами. Таким образом, по собственнику мы легко найдем все квартиры, которые находятся в его собственности. Однако проблема заключается в том, что у одной и той же квартиры может быть несколько собственников. Т.е. одна и та же квартира может встречаться в разных деревьях. В результате решения таких задач, как получение списка всех квартир, или получения всех собственников конкретной квартиры, будут уже не столь очевидными. Кроме того, сложной выглядит даже операция удаления из базы конкретной квартиры, поскольку для этого придется просматривать все деревья. Можно, конечно, построить параллельно деревья, в которых родительскими сегментами будут данные о квартирах, а порождаемыми сегментами – данные о владельцах, но в результате мы получим еще избыточность данных, что породит дополнительную проблему их согласованности.
