Основные понятия теории баз данных.

Описывая конкретный тип группового отношения, администратор БД определяет, допустимы или нет экземпляры с одинаковыми значениями ключей, а также направление упорядочения (по возрастанию или по убыванию). Если ключом является фамилия, дублирование разрешено, а если – номер паспорта – нет, в таком случае информационная система должна препятствовать размещению в БД тождественных записей.

Таким образом, признак отношения и способ упорядочения позволяют создать ограничение целостности данных; одни и те же записи, являясь подчиненными в разных отношениях, могут быть упорядочены различными способами

В сетевой модели обеспечивается только поддержание целостности по ссылкам (владелец отношения - член отношения). Как уже отмечалось, не обеспечивается автоматическое поддержание соответствия парных записей.

Иерархические базы данных

Типичным представителем (наиболее известным и распространенным) является Information Management System (IMS) фирмы IBM. Первая версия появилась в 1968 г. До сих пор поддерживается много таких баз данных, что создает существенные проблемы с переходом, как на новую технологию БД, так и на новую технику.

Структура данных иерархической модели

Структура данных как и в сетевой модели, определяется терминами: элемент данных, агрегат данных, запись, групповое отношение, база данных.

Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев; более точно, из упорядоченного набора нескольких экземпляров одного типа дерева. Для графического изображения также удобно использовать диаграммы Бахмана. Отличительная черта для иерархических баз данных – ее диаграмма Бахмана будет деревом (рис. 5.1).

Рис. 5.1 Диаграмма Бахмана иерархической базы данных.

Очевидно, что количество деревьев в БД определяется числом корневых записей. Групповые отношения в иерархической модели не именуются, поскольку они определяются парой типов записей. Владелец именуется исходной записью, а член группового отношения – подчиненной.

К любой записи существует единственный путь от корневой записи. Этот путь называется иерархическим.

Для упорядочивания подчиненных записей в экземплярах групповых отношений могут использоваться разные способы (наиболее часто употребляемый - сортировка по возрастающему значению ключа).

Экземпляры корневых записей должны иметь уникальные значения ключей в рамках группового отношения. Каждой записи можно поставить в соответствие полный сцепленный ключ – совокупность всех ключей от корневой записи до данной. Любую сетевую структуру можно представить иерархической моделью, при этом сетевая структура подвергается преобразованию (рис. 5.2).

Рис. 5.2 Преобразование сетевой модели в иерархическую.

Все сведения о жителе, хранящиеся в одной записи “житель”, распределены по трем записям. Запись “Пациент” - содержит медицинские сведения, “Работник” - производственные данные, “Вкладчик” -банковские данные. Часть данных обязательно дублируется. Пример: паспортные данные, такие записи называют парными. Ответственность за поддержание соответствия между парными записями ложиться на пользователя, модель данных этого не обеспечивает. Для внесения группового отношения в иерархическую модель должен быть включен режим автоматического включения.

Операции над данными в иерархической модели

• Запомнить – позволяет занести в БД новые записи. Для корневой записи необходим уникальный ключ. Система не допускает хранение в БД двух корневых записей с идентичными значениями ключей. Запись можно запомнить только при наличии экземпляра исходной записи.
• Обновить – изменение значений элементов предварительно извлеченной записи, ключевые значения обновляться не должны.
• Удалить – операция служит для исключения из БД некоторой записи и всех подчиненных ей.
• Извлечь Эта операция имеет несколько модификаций:

1. извлечь корневую запись по ключу;
2. извлечь корневую запись последовательно.

Всякая обработка БД начинается с какой-либо корневой записи. Дальнейшая обработка некорневых записей осуществляется по иерархическому пути.

Для движения по структуре служит операция извлечь следующего, т.е. понимается в смысле левостороннего обхода дерева.

Пример: для дерева изображенного на рисунке 5.3, левосторонний обход вершин следующий: A, B, C, D, E, F. Операция извлечь допускает задание условий выборки.

Пример: выбрать только мужчин в картотеке поликлиники.

Рис. 5.3 Левосторонний обход дерева.

Ограничения целостности в иерархической мо дели.

Для групповых отношений в иерархической модели обеспечивается автоматический режим включения и фиксированное членство. Это означает, что для запоминания любой некорневой записи в БД должна существовать ее родительская запись

Поддерживается только целостность связей между владельцами и членами группового отношения (никакой потомок не может существовать без предка). Как уже отмечалось, не обеспечивается автоматическое поддержание соответствия парных записей, входящих в разные иерархии.

Реляционные базы данных

Реляционная модель предложена сотрудником компании IBM Е.Ф.Коддом в 1970 г. В настоящее время эта модель является фактическим стандартом, на который ориентируются практически все современные коммерческие СУБД.

В реляционной модели достигается гораздо более высокий уровень абстракции данных, чем в иерархической или сетевой. Представление данных не зависит от способа их физической организации. Это обеспечивается за счет использования математической теории отношений (само название “реляционная” происходит от английского relation – “отношение”).

Домен - это семантическое понятие, которое можно рассматривать как подмножество значений некоторого типа данных имеющих определенный смысл. Домен характеризуется следующими свойствами:

• Домен имеет уникальное имя (в пределах базы данных).
• Домен определен на некотором простом типе данных или на другом домене.
• Домен может иметь некоторое логическое условие, позволяющее описать подмножество данных, допустимых для данного домена.
• Домен несет определенную смысловую нагрузку.

Например, домен D, имеющий смысл “возраст сотрудника” можно описать как следующее подмножество множества натуральных чисел:

Основное значение доменов состоит в том, что домены ограничивают сравнения. Некорректно, с логической точки зрения, сравнивать значения из различных доменов, даже если они имеют одинаковый тип. В этом проявляется смысловое ограничение доменов.

Кортежи – это упорядоченная совокупность элементов доменов.

Математическое описание отношения :

пусть даны множества D1,D2,…,Dn – домены и существует ряд кортежей вида <d1, d2,…,dn>; diÌ D, тогда декартовым произведением

D = D1•D2•D3•…•Dn называется множество всех возможных кортежей.