База данных (БД) — это программа, которая позволяет хранить и обрабатывать информацию в структурированном виде.
Базы данных понадобились тогда, когда возникла потребность хранить большие объёмы однотипной информации, уметь её оперативно использовать. Базами данных (в широком понимании этого слова) пользовались на протяжении всей истории жрецы, чиновники, купцы, ростовщики, алхимики.
База данных представляет собой совокупность массивов и файлов данных, организованная по определённым правилам, предусматривающим стандартные принципы описания, хранения и обработки данных независимо от их вида.
Основное требование к базам данных – удобство доступа к данным, возможность оперативно получить исчерпывающую информацию по любому интересующему вопросу.
Наборы принципов, которые определяют организацию логической структуры хранения данных в базе, называютсямоделями данных.
Ядром любой БД является модель данных. Модель данных – это совокупность структуры данных и операций их обработки.
Основные виды моделей данных:
1. Иерархическая модель данных.
2. Сетевая модель данных;
3. Реляционная модель данных;
4. Система инвертированных списков.
Иерархическая модель данных
Данная модель данных представляет собой совокупность элементов, связанных по строго определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями образуют ориентированный граф (см. Рис.1). Основными понятиями иерархической модели данных являются:уровень,узел(илиэлемент) исвязь. Такая модель данных обладает следующими свойствами:
1. Каждый узел связан только с одним вышестоящим узлом, кроме вершины;
2. Иерархическая модель данных имеет только одну вершину, узел не подчинен более никаким узлам;
3. От каждого узла существует единственный путь к вершине;
4. Связь не может быть установлена между объектами, находящимися через уровень;
5. Связь между узлами первого уровня не определяется.
Рисунок 1 – Пример иерархической структуры данных
Преимущества:
1. Простота.
2. Минимальный расход памяти.
Недостатки:
1. Отсутствие универсальности – не всякую информацию можно выразить в иерархической модели данных.
2. Исключительно навигационный принцип доступа к данным.
3. Доступ к данным только через корневой элемент.
Сетевая модель данных
Элементами этой модели являются: уровень, узел, связь. Отличия в том, что элемент одного уровня может быть связан с любым количеством элементов соседнего уровня, и не существует подчиненности уровней друг другу(см. Рис.2).
Свойства сетевой модели:
1. Связь не может быть установлена между объектами, находящимися через уровень;
2. Связь между узлами первого уровня не определяется.
Рисунок 2 – Пример сетевой структуры данных
Преимущества:
1. Универсальность.
2. Возможность доступа к данным через значения нескольких отношений.
Недостатки:
1. Сложность – обилие понятий, вариантов их взаимосвязей и способов реализации.
2. Допустимость только навигационного принципа доступа к данным.
Реляционная модель данных
Это способ представления данных в виде таблиц (см. Рис.3).
Элементы: поле (столбец), запись (строка) и таблица (отношение).
Под реляционной системой понимается система, основанная на следующих принципах:
1. данные пользователя представлены только в виде таблиц;
2. пользователю предоставляются операторы, генерирующие новые таблицы из старых (для выборки данных).
Рисунок 3 – Пример реляционной модели данных
Преимущества:
1. Простота. В такой модели всего одна информационная конструкция, формализующая табличное представление. Она наиболее привычна для пользователя.
2. Теоретическое обоснование. Существуют строгие методы нормализации данных в таблицах.
3. Независимость данных. При изменении БД, ее структуры необходимы бывают лишь минимальные изменения прикладных программ.
Недостатки:
1. Низкая скорость, т.к. требуются операции соединения.
2. Большой расход памяти в силу организации всех данных в виде таблиц.
Система инвертированных списков
Система инвертированных списков – система индексов. Систему инвертированных списков можно рассматривать как частный случай сетевой модели данных, которая имеет два уровня.
Основные элементы: основной файл, инвертированный список (файл), список связей. В такой системе имеется несколько основных файлов, имеющих единую сквозную нумерацию (см. Рис.4).
Рисунок 4 – Пример системы инвертированных списков