В некоторой реляционной БД (РБД) имеются два файла авторов и публикаций, каждый из которых содержит определенное число записей/ состоящих из фиксированного числа полей (соответственно 4 и 5), представляющих данные по соответствующим элементам предметной области (рис. 4). Можно сказать, что определены два отношения (фaйла), имеющие общий элемент — значения поля № п/п. Операции реляцианной алгебры могут объединять два типа записей по этому общему элементу. Например, в результате соединения запись Бухтяк может представится в следующем виде:

Бухтяк....

т.е. к сведениям об авторе добавляются сведения обо всех его публикациях, имеющихся в РБД. Связь между записями допускается по нескольким полям, позволяя образовывать достаточно сложные операции. Поля данных, связывающие вместе две записи, могут быть уникальными для данной пары, но могут дублироваться и во многих других записях. Они могут повторяться неоднократно, связывая между собой записи. Аналогичным образом можно проиллюстрировать выполнение в реляционной модели операций проекции и селекции.

Реляционная СУБД должна четко отслеживать взаимосвязи записей в БД во избежание потери или искажения информации. С этой целью СУБД постоянно пересчитывает число связей для каждой записи БД в прямом и обратном направлениях, что требует существенных временных затрат для больших БД. Простота и стройность реляционной алгебры делают ее весьма привлекательной для организации реляционных БД, что мы и видим, прежде всего, для класса ПК. Однако в действительности реальные данные предметной области не укладываются в указанную модель (например, отношения могут содержать повторяющиеся записи и т.д.). Поэтому наряду с сугубо реляционными существуют и другие даталогические модели СУБД и их различные модификации и сочетания, обеспечивая широкий круг решаемых на их основе информационных, коммерческих, управленческих, финансовых, вычислительных и других типов задач. Из наиболее известных примеров реляционных СУБД можно отметить такие, как: dBase, DB/2, ORACLE, Paradox и ряд других.

Массовое развитие класса ПК оказало весьма существенное влияние на развитие инфотехнологии и БД-технологии в частности, привнося элементы последней в массовую инфотехнологию. Прежде всего, этому способствовало развитие мощной индустрии по созданию разнообразных СУБД для ПК. Если создание СУБД для ЭВМ общего назначения и (в значительной мере) мини-ЭВМ занимало длительный промежуток времени и число таких коммерческих СУБД было невелико — практически весь их перечень был на слуху у специалистов по компьютерной инфотехнологии, то с появлением класса ПК наряду с мощным развитием для них ПС различного назначения начали быстро появляться СУБД. При этом БД-технология начала активно проникать и в ПС другого назначения (электронные таблицы, интегрированные и статистические пакеты и т.д.). К БД-технологии были приобщены широкие круги пользователей ПК. Во многих разработках для ПК начали применяться собственные СУБД различных организации и назначения. На наш взгляд, ряд причин способствовал такому массовому использованию БД-технологии:

— массовое использование ПК в приложениях, предопределяющих работу с БД;

— резкое уменьшение цикла разработки ПС из-за персонального характера работы;

— наличие достаточно развитых системных и инструментальных средств;

• наличие внешней памяти большой емкости на "винчестерах".

Эти и другие причины обеспечили как широкий спрос на СУБД для ПК, так и хорошие предпосылки для его быстрого удовлетворения. Наряду с мощными фирмами, специализирующимися на разработке коммерческих СУБД к разработкам и/или адаптации уже готовых СУБД для ПК приступили и крупные фирмы, ранее ориентированные в этой области на приложения к ЭВМ других классов (Oracle, IBM, Relational Technology и др.). Все это способствовало интенсивному проникновению БД-технологии в массовую инфообработку. С другой стороны, широкое использование ПК в весьма обширном спектре прикладных областей способствовало выдвижению к СУБД целого ряда актуальных требований и, в первую очередь, по повышению уровня интерфейсов с пользователем и другими приложениями.

Разработанное в настоящее время большое число различного назначения СУБД позволяет создавать и эксплуатировать системы БД на всех классах и типах ЭВМ, поддерживая различные даталогические модели и обеспечивая нужды широкого круга приложений

Средства современных СУБД настолько разнообразны, что способны удовлетворить потребности самого широкого круга пользователей — от профессионала в области разработки систем БД различных типа и назначения до пользователя, не обладающего достаточным уровнем компьютерной грамотности. В первую очередь, это относится к СУБД, созданным для класса ПК. Эти СУБД характеризуются не только своим количеством, но и функциональным разнообразием: от простых файловых систем до функционально полных СУБД, в основном реляционного типа. Многие из коммерческих СУБД поддерживают многопользовательскую работу и работу в сетях ЭВМ, как локальных, так и глобальных. К средствам, непосредственно относящимся к СУБД, можно отнести и многочисленные средства их окружения: генераторы и конверторы данных и программ, компиляторы языков программирования БД-приложений, генераторы создания различного назначения и уровня интерфейсов с БД в рамках традиционных ЯВУ и т.д.

Такое многообразие инструментальных и прикладных средств по СУБД позволяет выбирать наиболее адекватные нуждам пользователя, обеспечивая эффективное использование вычислительных ресурсов и существенное сокращение сроков разработки конкретных БД-технологий. В подавляющем большинстве СУБД для ПК ориентированы на интерактивный режим работы с пользователем, широко используя удобные и дружелюбные системы интерфейсов на основе простых и понятных меню. В СУБД, поддерживающих языки программирования БД-приложений, средства такого интерфейса избавляют пользователя от необходимости знания синтаксиса языка для обеспечения требуемых функций. Ряд популярных СУБД предусматривают несколько уровней интерфейса, обеспечивающих работу с ними различной квалификации пользователей (dBase IV, Paradox, др.). Большое внимание уделено эффективной системе Help-информации по СУБД, включающей электронные краткие обучающие курсы с демонстрацией наиболее часто используемых приемов работы с конкретным пакетом.

Интенсивное расширение компьютерной инфотехнологии ставит перед дальнейшим развитием СУБД целый ряд новых требований, во многом связанных с вопросами стандартизации. Это относится не только к СУБД, но и к ПС других типов. В отношении же СУБД это прежде всего относится к стандартизации эталонной модели управления данными, предусматривающей четкую классификацию основных вопросов стандартизации СУБД в зависимости от функциональных особенностей и уровня описания данных на разных стадиях проектирования. Можно предполагать, что последующее развитие СУБД будет ориентироваться на рекомендации международных стандартов относительно языков БД и средств доступа к удаленным БД, а также интерфейсов с системами программирования. Новые интересные аспекты БД-технологии появляются на основе объектно-ориентированной технологии программирования и обработки информации.

3.2. Объектно-ориентированные СУБД (ООСУБД)

В настоящем параграфе рассматриваются основные концепции, понятия, черты и характеристики объектно-ориентированных систем управления БД (ООСУБД) в контексте рассмотренных объектно-ориентированных программирования и технологии. В последние годы в результате проникновения идеологии ООП в СУБД интенсивные разработки теоретического и прикладного характера ведутся по созданию различного назначения ООСУБД. Ввиду не совсем устоявшейся в этом направлении терминологии отметим основные черты и характеристики, определяющие СУБД как объектно-ориентированную. При этом по мере необходимости проводятся сопоставления с рассмотренной выше концепцией ООП.

Характеристики ООСУБД подразделяются на три определяющие группы:

— базовые, определяющие принадлежность СУБД к объектно-ориентированному классу;

— по выбору, позволяющие улучшать ООСУБД, но не являющиеся базовыми;

— открытости, позволяющие пользователю делать осознанный выбор из ряда одинаково приемлемых реализаций ООСУБД.

В первую очередь, ООСУБД должна удовлетворять двум критериям: быть СУБД в ее классическом понимании и быть объектно-ориентированной системой (ООС), т.е. в определенной степени она должна быть совместимой с современными объектно-ориентированными ЯВУ. Первый критерий включает следующие пять характеристик, присущих классической СУБД: сохранность данных, развитое управление внешней памятью, возможность совмещения обработки и поиска данных, поддержка средств восстановления и возможность быстрого доступа к БД по запросу пользователя. Отмеченные характеристики в той или иной мере обсуждались выше. Второй критерий предполагает наличие следующих характеристик, присущих собственно объектно - ориентированной технологии: понятие сложных объектов, идентичность объектов, инкапсуляция, типы или классы, наследование, настройка (сочетающаяся с отложенным присвоением), расширяемость и вычислительная полнота. Характеристики первого критерия хорошо известны пользователям традиционных СУБД (dBase, R-Base, др.)

Сложные объекты строятся из более простых путем применения к ним конструкторов. В качестве простых используются такие объекты. как: целые и действительные числа, символы, символьные строки любой длины, булевы величины и, возможно, другие первичные типы. В качестве конструкторов сложных объектов (объектных конструкторов) могут выступать: кортежи, множества, списки, массивы, таблицы и др. В качестве минимального набора объектных конструкторов от ОООСУБД определяются: множество, кортеж, список или массив. Множество дает естественную возможность представления определенного набора объектов из имеющейся обширной совокупности; тогда как кортеж позволяет представлять определенные свойства объекта. При этом кортежи и множества имеют особое значение, получив широкое применение в качестве объектных конструкторов в реляционных БД (РБД) Список или массив играют важную роль при установлении порядка среди элементов множества. Более того, указанные типы объектных конструкторов играют важную роль во многих приложениях (векторно-матричные задачи, задачи анализа временных рядов и др.).

Объектные конструкторы должны удовлетворять принципу ортогональности: любой конструктор может применяться к любому объекту. Например, конструкторы РБД не обладают данным свойством (так конструктор множества может применяться только к кортежам, а конструктор кортежей — только к первичным типам).

Глава 4

Иерархические стpуктуpы

Дерево представляет собой иерархию элементов, называемую узлами. На самом верхнем уровне иерархии имеется только один узел - корень. Каждый узел, кроме корня, связан с одним узлом на более высоком уровне, называемым исходным узлом для данного узла. Ни один элемент не имеет более одного исходного. Каждый элемент может быть связан с одним или нескольким элементами на более низком уровне. Они называются порожденными. Иерархические структуры относительно просто создаются и поддерживаются. Это важно для ряда приложений, однако множество данных по своей природе не связаны в древовидные структуры. Во многих структурах данных одна запись требует более одного представления (поэтому приходится разрабатывать способы объединения данных, которые по разному представляются различным пользователям, в одну общую схему БД. В результате получаются обычно более сложные структуры по сравнению с древовидными. Поэтому программное обеспечение, сконструированное только для работы с древовидными структурами, имеет ограниченное применение и не редко сильно влияет на возможности увеличения объема и развития БД.

Принципиальным для иерархического представления данных является то, что каждый экземпляр записи приобретает свой смысл только тогда, когда он рассматривается в своем контексте; подчиненный экземпляр записи не может существовать без своего предшественника по иерархии (несимметричность или асимметрия). Асимметрия - основной недостаток иерархического подхода, поскольку она затрудняет работу пользователя. В частности, пользователь вынужден тратить время и усилия на решение проблем, связанных со спецификой модели и никак не следующих из характера задаваемых вопросов. Очевидно, что такие проблемы усугубляются по мере увеличения числа типов записей, представленных в структуре, и по мере роста сложности иерархии. Кроме того, иерархическая модель обладает еще некоторыми нежелательными свойствами аномалии, которые ярко проявляются в связи с выполнением каждой из основных операций запоминания (добавление, удаление, модификация).