XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

ВВЕДЕНИЕ

Для хранения различных видов данных на персональном компьютере, необходима память. Для того чтобы сортировать, обрабатывать, обновлять или удалять данные, удобнее всего будет использовать базы данных. Базы данных используют многие люди, отдельные крупные организации, компании.

Чтобы работать и обращаться к базам данных, существуют специальные комплексы программ, которые существуют для реализации взаимодействия с базой данных и человека. Система управления базами данных, это неотъемлемая часть любой базы данных.

База данных обязательно должна храниться в вычислительной сети или компьютере. В неё могут входить сущности и объекты из реального мира и обрабатываться в базе данных.

Данные связаны в базе данных по определенным правилам и с определенными свойствами.

Существует несколько типов связей между объектами и таблицами в базах данных, а также несколько видов представлений самих структур баз данных.

Цель данного реферата изучить структуру представления базы данных как иерархическую модель.

Иерархическая модель является самой первой структурой представления базы данных, а самая первая такая модель была создана компанией IBM для исследования космоса.

БАЗА ДАННЫХ

1.1 Схемы данных

База данных это программное обеспечение для работы с данными, используется для обеспечения информационных нужд компании или пользователя, хранящее данные в виде упорядоченных по каким-либо свойствам [1].

Базы данных должны присутствовать в любой компании и на любом предприятии. Данные представлены в виде упорядоченных элементов, что позволяет обеспечить удобные функционал поиска информации.

Для каждого элемента в базе данных соответствует свой тип. Например, для номеров телефонов, тип данных будет числовой, а для описания предмета – текстовый, для цены, денежный, а для массы в килограммах.

В базе данных присутствуют метаданные и схема данных.

Метаданные, это информация о свойствах объекта которая не используется для представления пользователю. Обычно метаданные скрыты, они описывают структуру данных с логической стороны и имеют взаимосвязь со схемой данных.

Схема данных это представление структуры базы данных с описанием внутренней логики и связей [2].

Схема также является объектом базы данных и может хранить в себе различные другие объекты:

Таблицы

Связи

Фото

Типы

В базе данных существуют 4 уровня схемы:

Физическая схема

Логическая

Концептуальная

Объекта

Каждый уровень отвечает за разные объекты: за карту концепции, сущности, реализацию логики.

Модели данных

Системы управления базами данных и базы данных могут строится по нескольким видам моделей данных:

Реляционной

Сетевой

Иерархической

Реляционная модель данных должна представлять, во-первых, отношения между объектами, логику связей, функционал обработки и использования данных внутри базы данных.

В этой модели есть связь многие ко многим, например, в иерархической модели такой быть не может.

Само название реляционной модели, происходит от английского relation, связь. Реляционная база данных состоит из таблиц. Запросы можно производить с помощью языка SQL [3].

Сетевая модель данных похожа на иерархическую, но если в первой объект связи имеет только одного предка, то в сетевой модели, число предков неограниченно.

У объекта сетевой связи, должен быть определен один тип записи и один тип связи.

Как и в иерархической модели, мы можем проследовать от предка к любому потомку, создавать и удалять данные, создавать связи. В сетевой системе управления базами данных (СУБД), сложно создавать и выводить для пользователя отчеты, но зато каждые два объекта могут быть друг с другом связаны [4].

Помимо этих моделей, существуют еще четыре:

Объектно-ориентированная

Многомерная

Гибридная

Объектно-реляционная

Объектно-ориентированная БД, поддерживает языки программирования, которые способны работать с ООП. Такие языки как С++ и Java.

Объекты с одним типом объединяются в класс, а объекты класса являются экземплярами.

Из-за того, что классы работают только при их вызове, данные не смогут исказится, что обеспечивает их сохранность и целостность.

Для обращения между данными используются методы. Благодаря методам ускоряется работа всей БД.

База данных использующая объектно-ориентированную модель может хранить в себе аудио, видео.

Многомерная модель связана с аналитической обработкой данных. С помощью многомерной модели можно получать доступ и просматривать элементы в любых точках БД.

Визуализировать можно в виде кубов данных. Из-за того, что в многомерной модели используется и многомерное индексирования, что ускоряет работы во много раз.

Объектно-реляционная модель, содержит всё лучшее из реляционной и объектно-ориентированной модели.

Гибридная модель позволяет использовать 2 разные базы данных.

Это удобно, когда для выполнения запроса, одной БД недостаточно. При доступе к гибридной модели, память используется оперативная, а не память на жестком диске как у любой другой модели. Это во много раз повышает производительность, но по сравнению с другими, память храниться не долговечно.

Иерархическая модель

Эта модель представляет собой представление базы данных (БД), в виде древовидной структуры, или как звенья графа, каждая вершина которого представляет собой объекты БД.

Связи в иерархической модели представлены следующим образом. Между двумя элементами соседних уровней должна быть связь. От предка к потомку.

Может быть так, что у объекта нет потомков, или же их несколько. Объекты, у которых общий предок, являются близнецами.

Компания IBM в 1955 году разработала вычислительную систему, в которой была иерархическая модель.

Примером иерархической модели, может служить проводник windows. В ней есть корневой каталог, например, рабочий стол, от него можно идти вниз по подкаталогам. Каждый объект связан с предком и потомком.

Информационные единицы иерархической модели, это поле, сегмент. Поле и сегмент взаимосвязаны. Для сегмента необходим определенный тип поля, также нужно создать сам сегмент и его свойства.

Если представить иерархическую структуру в виде графа, то линии связи вершин, это виды связей потомок-предок, а вершины графа, это сегменты БД.

Существуют пять способов доступа к данным:

Индексный

Прямой

Индексно-последовательный

Индексно-прямой

Последовательный

В иерархической СУБД возможно обращаться к данным и манипулировать ими. К операторам манипулирования можно отнести:

Поиск данных

Сами операторы модификации

По сравнению с другими моделями, способов управления данными в иерархической модели меньше всего.

С помощью поиска, возможно обратиться к БД и выполнить следующие функции:

Найти нужный граф

Переход между элементами структуры

Найти нужный сегмент по условию

Переходы внутри сегментов одной иерархии

С помощью функций модификации данных можно:

Создать новый сегмент

Обновить объект

Удалить объект

Такие же операции можно делать в реляционных моделях [5].

К основным понятиям данной модели относят уровень, связь, узел.

Узел, это совокупность данных описывающих какой-либо объект. В графическом представлении структуры в виде графа, можно увидеть, что только у первой вершины первого уровня нет другой вершины, которой она подчиняется. Все оставшиеся вершины подчиняются своему предку, который находится на уровень выше.

Количество связей в графе, определяется числом записей данных в БД [6].

Рассмотрим термины организации данных:

Элемент

Запись

Групповое отношение

БД

Элементом называют поле. Это наименьшая единица структуры данных. У элемента обязательно есть имя, по которому к нему обращаются, изменяют, удаляют.

Запись, это объединение элементов. В одной записи может храниться логическая структура элементов. Чтобы указать тип записи, нужно знать какие типы у элементов данной записи. Если все элементы текстовые, то текстовый тип будет и у записи.

Групповое отношение, это отношение между двумя записями, исходной, родительской и подчиненной. Именно такие виды структур как отношение двух записей и хранит иерархическая модель.

У каждой связи групповых отношений должен быть собственный ключ с разным значением у разных элементов.

При графическом отображении, вершины графа, это типы связей, а дуги, это групповые отношения.

Такие графы называют диаграммой Бахмана.

Связи в групповых отношениях сильные. Если удалить родительскую запись, то все подчиненные ей также удаляются.

Если возникает необходимость дублировать групповые отношения, то в иерархической модели не предусмотрена поддержка сравнения парных отношений.

Если нужно создать еще одну однотипную запись, то не остается ничего другого, кроме как создать копию [7].

Концептуальную модель данных, возможно преобразовать в иерархическую. Но это довольно сложный процесс. Если связь имеет вид один к одному, то переход осуществляется довольно легко. Если же потомок имеет нескольких предков, то для преобразования, необходимо будет создать несколько дополнительных объектов или деревьев. При таких изменениях, обязательно появится переизбыточность однотипными данными.

Примеры известных иерархических СУБД:

IMS (Information Management System) IBM

TDMS (Time Shared Date Management System) Development Corporation

Mark IV ARS – Control Data Corporation

System 2000 – SAS-Institute

LDAP

Active Directory

Реестр windows

Cache

Datastore API - Google

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СУБД начали развиваться с 1970 года. Тогда стали разрабатываться различные модели для реализации БД.

Любым корпорациям необходимо внедрение базы данных, которая будет удовлетворять все требования современности. А именно поддержка актуальности данных, удобство работы с БД.

У каждой модели существуют достоинства и недостатки.

Самой популярной моделью является реляционная.

Иерархическая модель угасает, по сравнению с другими моделями. Её функционал ограничен, а способ представления данных прост.

Связи в иерархической модели данных неудобны, так как нет связи многие ко многим, которая очень важна для современной БД.

БД позволяют описывать логические связи элементов, показывать схемы. Иерархическая схема будет неудобной для представления, так как в ней будет множество повторяющихся элементов, что усложнит понимание БД.

Иерархическая модель БД позволяет отобразить связи в виде древовидной структуры.

Достоинствами такой модели являются удобство работы с простыми данными, высокая производительность, эффективное использование внутренней памяти.

К недостаткам относят сложность в представлении, когда данных достаточно много и трудность в понимании схемы обычным пользователям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 ) База_данных [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: ru.wikipedia.org

2 ) Схема_данных [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: ru.wikipedia.org

3 ) Типы СУБД [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: juice-health.ru

4 ) Сетевая модель [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: ru.wikipedia.org

5 ) Иерархическая модель [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: ru.wikipedia.org

6 ) Структуры [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: www.bibliofond.ru

7 ) Дублирование [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: www.mstu.edu.ru

8 ) Примеры иерархических СУБД [Электронный ресурс] /. — Электрон. журн. — Режим доступа: dic.academic.ru

Код для цитирования: Скопировать