ГЛАВА 2. МОДЕЛИ баз ДАННЫХ

Процесс проектирования базы данных начинается с построения модели базы данных, то есть с анализа того, какого рода информация должна быть представлена и каковы взаимосвязи между элементами этой информации.

Существует множество моделей, отражающих различные аспекты реального мира: физические, позволяющие понять физические свойства; математические, представляющие собой абстрактное описание мира с помощью математических знаков; экономические, отображающие тенденции экономики и позволяющие получить прогноз ее развития. Самой обобщенной моделью реального мира может служить естественный язык. Но так как естественный язык пока малопригоден для компьютерной обработки преимущественно вследствие его многозначности, то нам потребуется построить такую модель, которая бы наиболее адекватно отображала некоторую часть реального мира (предметную область) и была пригодна для компьютерной обработки.

В данной главе вводится понятие модели баз данных, рассматриваются ранние типы моделей: иерархическая, сетевая, модель «сущность-связь». Излагается наиболее распространенная реляционная модель данных, которая базируется на понятии отношения и использует эффективные операции реляционной алгебры. Также обсуждаются другие модели баз данных: постреляционная, многомерная, объектно-ориентированная, объективно-реляционная и расширенная модель «сущность-связь».

Понятие модели

База данных является отображением предметной области, поэтому объекты и отношения между ними, имеющиеся в БД и реальном мире, должны быть наиболее адекватным образом представлены в БД. Информационные системы оперируют только с формально определенными объектами области внешнего мира. Для формального описания точек зрения пользователей на предметную область разработано большое количество моделей представления данных.

Модель данных – это средство абстракции, позволяющее отобразить информационное содержание данных. Критерием выбора модели является максимум количества информации, извлекаемой из данных, позволяющей установить соответствие между данными модели и реальным миром.

Хранящиеся в информационной системе данные должны быть доступны в том виде, в каком они нужны для конкретной деятельности человека. Сегодня можно встретить системы обработки данных традиционного типа, в которых служащий вручную заполняет формы и помещает их в скоросшиватель. Электронные системы обработки предполагают другие модели данных. Несмотря на поразительную несхожесть, обе эти системы обязаны предоставить достоверную информацию в определенное время, в определенном месте и с ограниченными затратами.

На первом этапе проектирования БД происходит объединение в концептуальной модели предметной области различных точек зрения пользователей на область внешнего мира.

На втором этапе осуществляется отображение концептуальной модели предметной области в модель БД, которая воспринимается имеющейся в распоряжении СУБД. Не следует смешивать понятия «модель данных» (средство моделирования) и «модель БД» (результат процесса моделирования).

Модель представления данных, или модель данных,— множество допустимых типов данных и отношений между ними, ограничений и операций над этими типами данных и отношениями. Модель представления БД — множество конкретных ограничений над объектами и операциями, которые выполняются с объектами. Множество допустимых типов данных и отношений между ними называют структурой данных.

Таким образом, модель данных представляется комбинацией трех компонентов: 1) множества структур данных, объекты которых составляют содержимое БД; 2) множества операций, применяемых для поиска или модификации данных; 3) множества ограничений целостности, явно или неявно определяющих множество допустимых состояний БД. Указанные компоненты выражаются языковыми и программными средствами описания данных, манипулирования данными и контроля целостности БД, которые СУБД предоставляет пользователю.

В начале 70-х годов были предложены три широко распространенные модели данных: иерархическая, сетевая и реляционная, которые оперировали данными как самостоятельными объектами. Связь этих моделей с внешним миром, т. е. их семантика, не описывалась в ЭВМ. Поэтому дальнейшие исследования положили начало созданию новых, так называемых семантических моделей БД.