ТЕМА № 2
Моделі даних. Реляційна модель даних

Модель даних – це деяка абстракція, в якій знаходять своє відображення найбільш важливі аспекти функціонування визначеної предметної області, а другорядні – ігноруються.

Модель даних являє собою деяку цільову модель предметної області. У моделі даних розрізняють три головні складові:

- структурна частина, яка визначає правила породження допустимих для даної СУБД видів структур даних;

- управляюча частина, яка визначає можливі операції над такими структурами;

- класи обмежень цілісності даних, які можуть бути реалізовані засобами цієї системи.

Моделювання даних – це процес створення логічного представлення структури бази даних.

Кожному рівню представлення інформації відповідає певна модель (рис.2.1).

            Рис. 2.1 – Класифікація моделей даних

 

Інфологічна модель ­– відображає інформацію про предметну область у вигляді, незалежному від СУБД, що використовується. Ця модель відображає інформаційно-логічний рівень абстрагування, який пов’язаний з описом об’єктів предметної області, їх властивостей та взаємозв’язків.

Часто ці моделі ототожнюють з концептуальними моделями предметної області і називають концептуальними інфологічними моделями (внутрішня і зовнішня концептуальні інфологічні моделі).

Даталогічна модель – модель логічного рівня, яка відображає логічні зв’язки між елементами даних незалежно від їх змісту і середовища збереження. Часто ці моделі ототожнюють з логічними моделями.

Фізична модель – описує те, як дані зберігаються в комп’ютері, представляючи інформацію про структуру записів, їх впорядкованість і про існуючі шляхи доступу до даних.

Модель „сутність-зв’язок” (ER-модель) –описує модель предметної області і складається з множини сутностей, множини зв’язків між сутностями, а також з атрибутів сутностей і зв’язків. В модель входить обмеження цілісності даних, що пов’язано з двома множинами сутностей і називається залежністю по існуванню. ER-моделі дозволяють графічно представляти моделі предметних областей. Вони є складовою частиною CASE-продуктів.

Ієрархічна модель – модель даних, в основі якої використовується ієрархічна, деревоподібна структура даних. Вершинами цієї структури є записи, які складаються з простих елементів даних різних типів. Батьківському запису відповідає довільне число екземплярів підлеглих записів кожного типу (рис.2.2).

Рис. 2.2 – Приклад ієрархічної деревоподібної структури БД

 

Семантична об’єктна модель – описує модель предметної області і являє собою модель даних. Ця модель складається з семантичних об’єктів, що містять сукупність атрибутів. Атрибути групуються у класи. Модель даних володіє більш розвиненими засобами відображення семантики у порівняні з теоретико-множинними і теоретико-графовими моделями.

Теоретико-графова модель – модель даних, в якій дозволені структури даних можуть бути представлені у вигляді графа загального або спеціалізованого виду, наприклад дерева. Необхідну групу операцій на мові маніпулювання даними, що засновані на цій моделі, представляють навігаційні операції. Операції над даними мають поза описовий характер.

Теоретико-множинна модель – модель даних, в якій використовується математичний апарат реляційної алгебри, реляційного обчислення, а операції над даними маніпулюють таблицями.

Фактографічні моделі – містять відомості, які представлені у вигляді спеціалізованим чином організованих сукупностей формалізованих записів даних.

Документальні моделі – передбачають, що в якості одиничного елемента інформації виступає неподільний на менші складові частини документ, а інформація про документ, як правило, не структурується в обмеженому вигляді. В цих моделях в основному розглядаються тексти на природній мові, формати документів є вільними.

Мережна модель – модель даних, в якій дозволені структури даних можуть бути представлені у вигляді графа загального вигляду. Вершинами такого графа можуть бути дані різних типів – від атомарних елементів даних до записів складної структури. На відміну від ієрархічної моделі наступник в цій моделі може мати довільне число батьків (рис.2.3).

Рис. 2.3 – Приклад мережевої структури

Реляційна модель – модель даних яка заснована на математичному понятті відношення і представлення відношень у формі таблиць.

Постреляційна модель – розширена реляційна модель, яка знімає обмеження неподільності даних, що зберігаються в записах таблиць. Ця модель допускає багатозначні поля – поля, значення яких складається з позначень. Набір значень багатозначних полів вважається самостійною таблицею, яка вбудована в основну таблицю. Часто ці методи ототожнюють з об’єктно-реляційними моделями.

Об’єктно-орієнтована модель – модель даних, яка базується на понятті об’єкта, тобто сутності, що володіє станом і поведінкою. Стан об’єкта визначається його атрибутами, а поведінка визначається сукупністю операцій, що визначені для цього об’єкта. Також передбачається можливість підтримки зв’язків між типами об’єктів.

Багатомірна модель – модель даних, яка оперує багатомірним представленням даних (у вигляді гіперкубу) і орієнтована на підтримку аналізу даних. Передбачається конструювання різноманітних агрегацій даних у межах гіперкубу, побудова різних його проекцій – підмножини гіперкубу, деталізація і обертання даних, а також цілий ряд інших операцій.

Десктипторна модель – описує кожен документ за допомогою дескриптора. Дескриптор має жорстку структуру і являє собою набори деяких лексичних одиниць (слів, словосполучень, термінів), які потрібні для роботи з документами. Дескриптори між собою не зв’язані.

Тезаурусна модель – описує кожен документ за допомогою дескрипторів, а також змістовних відношень між лексичними одиницями (ціле-частина, рід-вид, клас-підклас і т.д.). Ці моделі дозволяють підвищити ефективність дескриптор них моделей за рахунок більш ефективного відображення предметної області.

Гіпертекстова модель – модель, що заснована на розмітці документа за допомогою спеціальних навігаційних конструкцій, які відповідають змістовим зв’язкам між різними документами, або окремими фрагментами одного документа. Такі конструкції утворюють деяку семантичну мережу в базі документів.

Ієрархічна модель даних

Ієрархічна модель даних уперше була задіяна в системі IMS (Information Management System - інформаційна керуюча система) у межах проекту висадки на Місяць. У першій ієрархічній системі були повністю реалізовані функції СУБД, а саме: мови визначення та маніпулювання даними, опис і підтримка обмежень цілісності, паралелізм, відновлення, а також механізми ефективної обробки запитів. Варто сказати, що IMS і досі використовується на мейнфреймах.

Згодом було розроблено ще декілька ієрархічних СУБД, і кожна з них привносила в модель свою специфіку, зумовлену способом реалізації системи.

 

Рис. 2.4 – Графічне зображення схеми ієрархічної структури даних: а – з уточненням; б – без уточнень

 

Ієрархічна структура інколи має розгалуження, коли батьківський елемент може зв’язуватися з кількома дочірніми сегментами .

Рис.2.5 – Ієрархічна схема з розгалуженням

 

Мережна модель даних

Мережна модель даних є розширенням ієрархічної моделі й призначена для адек­ватного моделювання зв'язків між сутностями типу «багато-до-багатьох».

Мережна структура даних є сукупністю схеми та екземпляра схеми. У свою чергу мережна схема формується з полів даних, типів записів і наборів, які також мають свої екземпляри. Власне з екземплярів полів, записів та наборів складається ек­земпляр схеми.

Елементарною одиницею даних мережної (так само, як ієрархічної) структури є пойменоване поле даних.

      

Рис. 2.6 –Трирівнева ієрархічна структура                       Мережна структура

 

Принциповою відмінністю мережної структури від ієрархічної є можливість безпосередньо відображати складніші типи зв’язків. Натомість ієрархічні системи простіш в реалізації та експлуатації.