К/р 2

К/р 3

К/р 1

К/р 2

К/р 3

К/р 1

Рис. а)

Экзамен 1

Экзамен 2

Физика

Математика

Информатика

К/р 1

К/р 2

К/р 3

К/р 1

К/р 2

К/р 3

К/р 1

К/р 2

Рис. б)

Рис. 3. Структура иерархической (а) и сетевой (б) СУБД

Для описания такой логической организации данных ЯОД достаточно предусматривать для каждого сегмента данных только идентификацию входного для него сегмента. Так как в иерархической модели каждому входному сегменту данных соответствует N выходных, то такие модели весьма удобны для представления отношений типа 1:N в предметной области. Следует отметить, что в настоящее время не разрабатываются СУБД, поддерживающие на концептуальном уровне только иерархические модели. Как правило, использующие иерархический подход системы допускают связывание древовидных структур между собой и/или установление связей внутри них. Это приводит к сетевым даталогическим моделям СУБД. К основным недостаткам иерархических моделей следует отнести: неэффективность реализации отношений типа N:N, медленный доступ к сегментам данных нижних уровней иерархии, четкая ориентация на определенные типы запросов и др. В связи с этими недостатками ранее созданные иерархические СУБД подвергаются существенным модификациям, позволяющим поддерживать более сложные типы структур и, в первую очередь, сетевые и их модификации. Сетевая даталогическая модель СУБД во многом подобна иерархической: если в иерархической модели (рис. 3а) для каждого сегмента записи допускается только один входной сегмент при N выходных, то в сетевой модели для сегментов допускается несколько входных сегментов наряду с возможностью наличия сегментов без входов с точки зрения иерархической структуры. На рис. 3б представлен простой пример сетевой структуры, полученной на основе модификации иерархической структуры (рис. 3а). Графическое изображение структуры связей сегментов такого типа моделей представляет собой сеть. Сегменты данных в сетевых БД могут иметь множественные связи с сегментами старшего уровня. При этом направление и характер связи в сетевых БД не являются столь очевидными, как в случае иерархических БД. Поэтому имена и направление связей должны идентифицироваться при описании БД средствами ЯОД.

Таким образом, под сетевой СУБД понимается система, поддерживающая сетевую организацию: любая запись, называемая записью старшего уровня, может содержать данные, которые относятся к набору других записей, называемых записями подчиненного уровня. Возможно обращение ко всем записям в наборе, начиная с записи старшего уровня. Обращение к набору записей реализуется по указателям. В рамках сетевых СУБД легко реализуются и иерархические даталогические модели. Сетевые СУБД поддерживают сложные соотношения между типами данных, что делает их пригодными во многих различных приложениях. Однако пользователи таких СУБД ограничены связями, определенными для них разработчиками БД-приложений. Более того, подобно иерархическим сетевые СУБД предполагают разработку БД приложений опытными программистами и системными аналитиками.

Среди недостатков сетевых СУБД следует особо выделить проблему обеспечения сохранности информации в БД, решению которой уделяется повышенное внимание при проектировании сетевых БД.

Глава 3

Реляционные структуры

Реляционный подход стал широко известен благодаря первым работам Е.Кодда, которые появились около 1970г. В течение долгого времени реляционный подход рассматривался как удобный формальный аппарат анализа баз данных, не имеющий практических перспектив, так как его реализация требовала слишком больших машинных ресурсов. Только с появлением персональных ЭВМ реляционные и близкие к ним системы неожиданно стали распространяться, практически не оставив места другим моделям. Один из самых естественных способов представления данных для пользователей - это двумерная таблица. Она привычна для пользователя, понятна и обозрима, ее легко запомнить. Поскольку любая сетевая структура может быть разложена в совокупность древовидных структур, то и любое представление данных может быть сведено к двумерным плоским файлам. Связи между данными могут быть представлены в форме двумерных таблиц.

Таблица обладает следующими свойствами:

Каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных. Повторяющиеся группы отсутствуют.

Все столбцы в таблице однородные. Это означает, что элементы столбца имеют одинаковую природу.

Столбцам присвоены уникальные имена.

В таблице нет двух одинаковых строк.

Порядок расположения строк и столбцов в таблице безразличен. Таблица такого рода называется отношением. База данных, построенная с помощью отношений, называется реляционной базой данных.

Чем же принципиально отличаются реляционные модели от сетевых и иерархических? Вкратце на это можно ответить следующим образом: иерархические и сетевые модели данных - имеют связь по структуре, а реляционные - имеют связь по значению. Проектирование баз данных традиционно считалось очень трудной задачей. Реляционная технология значительно упрощает эту задачу в трех различных направлениях:

Разделением логического и физического уровней системы она упрощает процесс отображения "уровня реального мира", в структуру, которую система может прямо поддерживать. Поскольку реляционная структура сама по себе концептуально проста, она позволяет реализовывать небольшие и/или простые (и поэтому легкие для создания) базы данных, такие как персональные, сама возможность реализации которых никогда даже бы не рассматривалась в старых более сложных системах.

Теория и дисциплина нормализации может помочь, показывая, что случается, если отношения не структурированы естественным образом.

Реляционная модель данных особенно удобна для использования в базах данных распределенной архитектуры - она позволяет получать доступ к любым информационным элементам, хранящимся в узлах сети ЭВМ. Необходимо обратить особое внимание на высокоуровневый аспект реляционного подхода, который состоит в множественной обработке записей. Благодаря этому значительно возрастает потенциал реляционного подхода, который не может быть достигнут при обработке по одной записи, и прежде всего это касается оптимизации. У системы управления базами данных появляется возможность влиять на эффективность реализации. В настоящее время на рынке программно-математического обеспечения для ПЭВМ представлено более сотни различных СУБД. Они сильно различаются по стоимости, по эффективности работы, по функциональной мощности, по сложности изучения и использования.

Наиболее широкое распространение получили СУБД, использующие реляционную модель данных, теоретической основой которой является логика предикатов первого порядка и теория отношений. Одной из важнейших характеристик как с точки зрения разработчика информационно-управляющих систем, так и их пользователей является быстродействие СУБД, в силу чего практически все фирмы мира-производители СУБД работают над проблемой увеличения реактивности. Большинство известных коммерческих СУБД страдают существенным недостатком : при работе с большими и сверхбольшими базами данных резко снижается время реакции системы при выполнении процедур поиска информации. Кроме того, появляющиеся в периодической печати результаты тестирования коммерческих СУБД не всегда позволяют сделать вывод об эффективности того или иного программного продукта, поскольку почти всегда оцениваемым по времени результатом поиска является первая найденная запись, а время ответа на сложные многоключевые запросы не оценивается, в то время как время поиска всех записей, удовлетворяющих некоторому критерию, линейно зависит от числа записей в базе, от числа записей-целей, от размеров записи, и, следовательно, для больших баз измеряется значительным интервалом времени.

Таким образом проведенный анализ систем управления базами данных, ориентированных на различные модели данных, позволяет сделать вывод: в распределенной интегрированной информационной системе возможно использование СУБД реляционного типа.

3.1. Реляционные даталогические модели СУБД

СУБД реляционного типа являются наиболее распространенным на всех классах ЭВМ, а на ПК занимают доминирующее положение. Данная модель позволяет определять: (1) операции по запоминанию и поиску данных; (2) ограничения, связанные с обеспечением целостности данных. Для увеличения эффективности работы во многих СУБД реляционного типа приняты ограничения, соответствующие строгой реляционной модели.

Многие реляционные СУБД представляют файлы БД для пользователя в табличном формате — с записями в качестве строк и их полями в качестве столбцов. В табличном виде информация воспринимается значительно легче. Однако в БД на физическом уровне данные хранятся, как правило, в файлах, содержащих последовательности записей. Основным преимуществом реляционных СУБД является возможность связывания на основе определенных соотношений файлов БД. Со структурной точки зрения реляционные модели являются более простыми и однородными, чем иерархические и сетевые. В реляционной модели каждому объекту предметной области соответствует одно или более отношений. При необходимости определить связь между объектами явно, она выражается в виде отношения, в котором в качестве атрибутов присутствуют идентификаторы взаимосвязанных объектов. В реляционной модели объекты предметной области и связи между ними представляются одинаковыми информационными конструкциями, существенно упрощая саму модель.

СУБД считается реляционной при выполнении следующих двух условий, предложенных еще Э. Коддом : (1) поддерживает реляционную структуру данных и (2) реализует по крайней мере операции селекции, проекции и соединения отношений. В последующем был создан целый ряд реляционных СУБД, в той или иной мере отвечающих данному определению. Многие СУБД представляют собой существенные расширения реляционной модели, другие являются смешанными, поддерживая несколько даталогических моделей.

Суть реляционной СУБД можно пояснить на следующем простом примере (рис. 4).

Файл авторов публикаций БД
№ п/п	Автор	Адрес	Телефон	Число публ.
	…	…	…	…
6	Купцов	Москва	635-6078	140
7	Бухтяк	Томск	637-2050	140
8	Терпугов	Томск	538-584	250

Файл публикаций РБД
№ п/п	Назв. Публикации	Тип публ.	Дата	Объём в п. л.
6	Основы …	Статья	2.95	2.5
7	Проблема …	Книга	3.97	35
8	Теория …	Статья	6.96	3.8
	…	…	…	…

Рис. 4 Простой пример, иллюстрирующий принцип реляционной модели