Страница 1
Тема 7
Лекция № 7
СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ
Информационными конструкциями в сетевой модели данных являются отношения и веерные отношения. Понятие "отношения" уже рассматривалось применительно к реляционной модели данных и будет использоваться здесь без изменений, хотя в некоторых сетевых СУБД допускаются отношения с многоуровневой (три и более) структурой.
Сетевая БД представляется как множество отношений и веерных отношений. Отношения разделяются на основные и зависимые.
Веерным отношением W(R,S) называется пара отношений, состоящая из одного основного R, одного зависимого отношения S и связи между ними при условии, что каждое значение зависимого отношения связано с единственным значением основного отношения.
Названное условие является ограничением, характерным для сетевой модели данных в целом. Способ реализации этого ограничения в памяти ЭВМ неодинаков у различных сетевых СУБД.
Допустимые в сетевой модели данных операции представляют собой различные варианты выборки.
Сетевые базы данных в зависимости от ограничений на вхождение отношений в веерные отношения разделяются на многоуровневые сети и двухуровневые сети.
Ограничение двухуровневых сетей состоит в том, что каждое отношение может существовать в одной из перечисленных ниже ролей:
Вне каких-либо веерных отношений,
В качестве основного отношения в любом количестве веерных отношений,
В качестве зависимого отношения в любом количестве веерных отношений.
Запрещается существование отношения в качестве основного в одном контексте и одновременно в качестве зависимого в другом контексте.
Многоуровневые сети не предусматривают никаких ограничений на взаимосвязь веерных отношений, в некоторых сетевых СУБД разрешены даже циклические структуры сети.
Среди существующих в настоящее время сетевых СУБД наиболее распространены системы, поддерживающие двухуровневую сеть. Операция связывания отношений в реляционных СУБД также приводит к двухуровневым системам отношений. Двухуровневые сети обладают свойством ацикличности, о котором будет сказано ниже, и по этой причине очень часто применяются разработчиками ЭИС и прикладными программистами.
Для двухуровневых сетевых СУБД вводятся еще два ограничения (с теоретической точки зрения необязательные):
Первичный ключ основного отношения может быть только одноатрибутным,
Веерное отношение существует, если первичный ключ основного отношения является частью первичного ключа зависимого отношения.
2. Организация веерного отношения в памяти ЭВМ
В структуру основного и зависимого отношений вводится дополнительный атрибут, называемый адресом связи.
Значения адресов связи совместно обеспечивают в веерном отношении соответствие каждого значения зависимого отношения S с единственным значением основного отношения R.
Значение отношения при хранении в памяти ЭВМ часто называется записью. Адресом связи называется атрибут в составе записи, в котором хранится начальный адрес или номер следующей обрабатываемой записи.
Связь значений зависимого отношения с единственным значением основного отношения в простейшем случае обеспечивается следующим образом. Адрес связи некоторой записи основного отношения указывает на одну из записей зависимого отношения (значением адреса связи основного отношения является начальный адрес этой записи зависимого отношения), адрес связи указанной записи зависимого отношения - на следующую запись зависимого отношения, связанную с той же записью основного отношения и т.д. Последняя запись зависимого отношения в этой цепочке адресует названную выше запись основного отношения. Получается кольцевая структура адресов связи, называемая веером, где роль "ручки" веера играет запись основного отношения. На графических иллюстрациях адрес связи изображается стрелкой, направленной от адреса связи данной записи к той записи, чей начальный адрес (номер) служит значением этого адреса связи. На рис. 2.2 показаны структуры и значения веерных отношений двух простых сетевых двухуровневых БД. Атрибуты первичного ключа во всех случаях помечены #.
Схема сетевой БД содержит следующие компоненты:
Остальные элементы схемы аналогичны тем, которые введены выше для реляционных баз данных. Существуют стандартные соглашения о способах включения и исключения данных в веерном отношении. Способ включения может характеризоваться как автоматический и неавтоматический. Способ автоматический указывает, что при появлении нового значения основного отношения оно сразу же ставится в соответствие некоторому значению зависимого отношения и образует новый элемент веерного отношения. Несоблюдение этого правила характерно для способа неавтоматического. Способ исключения может быть обязательный и необязательный. Способ обязательный означает, что после того, как значение включено в основное отношение, оно становится его постоянным членом. Его можно обновлять, но нельзя удалять из отношения. Способ необязательный означает, что любое значение основного отношения можно удалить.
Из аналогии определений веерного отношения и функциональной зависимости следует утверждение: если существует веерное отношение, то ключ зависимого отношения функционально определяет ключ основного отношения, и наоборот, если ключ одного отношения функционально определяет ключ второго отношения, то первое отношение может быть зависимым, а второе - основным в некотором веерном отношении.
Для доказательства достаточно заметить, что в формулировке: каждое значение зависимого отношения связано с единственным значением основного отношения точным представителем значения отношения является значение его первичного ключа, и отсюда следует приведенная выше формулировка о функциональных зависимостях между ключами. Указанный факт обычно используется для того, чтобы при наличии функциональной зависимости между первичными ключами двух отношений доказать корректность связывания этих отношений в веерное отношение.
В схеме сетевой БД отношения и веерные отношения часто трактуются как файлы и связи, что позволяет рассматривать сетевую структуру как множество файлов
F = {Fl(Xl),F2(X2),...) Fi(Xi),...,Fn(Xn)}, где Xi - атрибуты ключа в файле Fi.
Дополнительно вводится граф сетевой структуры В с вершинами {Xl,X2,...,Xi,...,Xn}. Дуга в графе В существует, если Xi является частью Xj и Fj является подмножеством Fi. Последнее условие имеет тот же смысл, что и синтаксическое включение отношений в реляционной модели данных. Здесь предполагается, что ключ основного файла содержится в зависимом файле. Граф В аналогичен графу соединений для реляционной БД.
Введем определение сетевой ациклической базы данных DBA. База данных DBA называется ациклической, если между любыми двумя вершинами на графе В существует не более одного пути. Двухуровневые сети всегда ациклические.
Для множества файлов F ациклической базы данных DBA вполне применима операция
m(DBA) = F1 & F2 & ... & Fi & ...& Fn,
называемая максимальным пересечением. Ее аналогом может служить последовательность соединений в реляционной БД.
Исходное множество функциональных зависимостей и атрибуты первичного ключа получаются так же, как при формировании множества отношений в ЗНФ.
3. Алгоритм получения двухуровневой структуры сети
1. Для каждой функциональной зависимости вида А -» В создается файл Fi(A,B)- Каждый блок взаимно-однозначных соответствий также порождает файл с ключом, равным старшему по объему понятия атрибуту.
В нашем примере будут созданы следующие файлы (ключи помечены знаком #):
Р1(НИИ #, Директор, Адрес),
Р2(Отдел #, НИИ, Ксотр),
РЗ(Тема #, Датанач, Датакон, Приор),
Р4(ФИО #, Отдел),
Р5(Тема #, Работа #, ФИО #, Прод),
Р6(Тема #, Заказ #, Обфин).
2. У всех пар файлов, полученных на шаге 1, проверяется условие для ключей (Ki является частью Kj). Если оно соблюдаемся, то из соответствующих файлов создается веерное отношение Wij(Fi,Fj). В нашем примере получим W35(F3,F5), W45(F4,F5), W36(F3,F6).
3. Если на шаге 2 будут получены два веерных отношения Wij и Wjk, то все атрибуты файла Fi передаются в файл Fj, и Fi вместе с Wij уничтожаются. В нашем примере таких веерных отношений нет.
4. Атрибуты, не вошедшие в состав веерных отношений на шаге 2, добавляются в те файлы Fn (и содержащие Fn веерные отношения), где они будут неключевыми. При наличии нескольких подходящих файлов предпочтение отдается основным файлам. Если требуемые Fn отсутствуют, то создается новый файл из атрибутов первичного ключа, и повторяются шаги 2, 3,4.
В нашем примере F4 расширяется атрибутами НИИ, Директор, Адрес, Ксотр.
На рис.2.3 показана структура соответствующей двухуровневой БД.
Структуры основных отношений показаны в верхней части рисунка, а структуры зависимых отношений - внизу.
Перед рассмотрением операций в сетевой базе данных следует отметить, что существуют 2 различных подхода к обработке данных средствами СУБД.
Центральным для навигационного принципа доступа является понятие "текущая запись" в отношениях базы данных. Текущей записью в отношениях после выполнения некоторой операции является значение отношения, на котором операция завершилась. Следующая операция начинается с этой текущей записи, а в результате выполнения операции положение текущей записи изменяется (завершение операции может изменить положение текущей записи и в других отношениях).
Рассмотрим операции выборки для двухуровневой сетевой базы данных. Чтобы не пользоваться синтаксисом включающего языка, условимся записывать лишь название операции и условие выборки. Примеры выборки относятся к сетевой структуре, изображенной на рис. 2.4. В этой базе данных на основном отношении Сотрудник и зависимом Зарплата установлены два веерных отношения Оси - основная зарплата и Доп - дополнительная зарплата.
При выборке в зависимом отношении текущей записью становится следующая запись зависимого отношения относительно той, которая раньше была текущей в зависимом отношении. Условие выборки содержит указание на текущую запись в основном отношении, а также на имя зависимого отношения и имя веерного отношения.
Средствами включающего языка может быть организован циклический процесс, и тогда возможны более сложные варианты доступа.
В сетевых СУБД количество операций выборки достаточно велико. Мы рассмотрели минимально необходимое множество вариантов выборки. Остальные варианты выборки создают более удобные для прикладного программиста возможности реализации запросов.
страница 1
В сетевой структуре любой элемент может быть связан с любым другим элементом (рис. 4.3), и каждый из элементов может являться входом в структуру. Данные в сетевой модели представлены в виде совокупностей записей, а связи – в виде наборов. Сетевая модель является обобщением иерархической модели.
рис. 4.3. Сетевая модель данных.
Сетевую структуру также можно описать с помощью исходных и порожденных элементов: каждый элемент может иметь как несколько порожденных, так и несколько исходных элементов. В ней порожденные элементы располагаются ниже исходных. В простых сетевых структурах между парой элементов поддерживается отношение «один – ко – многим». Направление и характер связи между элементами не является очевидным, и поэтому направление связи должно быть указано.
В сетевых БД все данные считаются потенциально взаимосвязанными. Примером может служить Служба поиска информации , которой пользуются члены парламента, где могут быть вызваны документы, относящиеся к какому-либо делу или имеющие определенную ссылку. Существует функция ключевого слова, позволяющая «помечать» некоторые слова в тексте, как ключевые. Операция вызова выведет названия тех документов, в которых присутствуют эти слова.
Пример схемы простейшей сетевой БД показан на рис. 4. Типы связей обозначены надписями на соединяющих линиях.
рис. 4.4. Пример сетевой БД.
Типичные операции в сетевой модели:
Найти следующую запись данного типа и сделать ее текущей;
Извлечь запись в буфер прикладной программы для обработки;
Заменить в записи значения указанных элементов данных;
Запомнить запись из буфера в БД.
Первая сетевая структура появилась в середине 60-х годов прошлого века. Это была система IDS (Integrated Data Store) фирмы General Electric. Сетевая СУБД создавалась для представления более сложных взаимосвязей между данными, чем те, которые можно было моделировать с помощью иерархических структур.
Наибольшее распространение среди сетевых моделей получила модель КОДАСИЛ (CODASYL Conference on Data System Language – Ассоциация по языкам систем обработки данных), предложенная Рабочей группой по БД (DBTG – Data Base Task Group). Эта модель считается наиболее развитой сетевой моделью данных, постоянно развивается, поддерживается и сопровождается, являясь стандартом. Основная цель КОДАСИЛ – создание сетевой модели, позволяющей описывать отношения М:М, т.е. уменьшить недостатки иерархической модели.
Недостатки сетевой модели данных:
1. Обладает ограниченной гибкостью по отношению к изменению требований к данным и методам доступа.
2. Доступ к данным осуществляется путем перемещения (навигации) по структуре.
3. При работе с сетевыми БД прикладной программист должен знать массу терминов, изучить несколько внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру БД для осуществления навигации среди различных экземпляров, наборов, записей и т.п. «Сетевая БД – это самый верный способ потерять данные».
Системы на основе сетевой модели не получили широкого распространения на практике. Наиболее известными сетевыми СУБД являются следующие: DSM (корпорация UNIVAC), IDMS (Cullinane), DBMS (DEC), IDS (Honeywell), db_VistaIII, СЕТЬ, СЕТОР и КОМПАС.
Иерархическая и сетевая модели считаются моделями БД первого поколения . Помимо перечисленных выше их недостатков этим двум моделям присущи общие недостатки :
1. Даже для выполнения простых запросов с использованием переходов и доступом к определенным записям необходимо создавать достаточно сложные программы.
2. Независимость от данных существует лишь в минимальной степени.
3. Отсутствие общепризнанных теоретических основ.
Недостатки иерархической и сетевой модели являются следствием того, что они тесно связаны с концепциями традиционной обработки файлов.
- — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN network database systemNDBS …
сетевая СУБД фирмы Borland Int - — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN Paradox LAN Pack … Справочник технического переводчика
Необходимо перенести в эту статью содержимое статьи Сетевая СУБД и поставить оттуда перенаправление. Вы можете помочь проекту, объединив статьи (cм. инструкцию по объединению). В случае необходимости обсуждения целесообразности объединения,… … Википедия
Иерархическая модель базы данных состоит из объектов с указателями от родительских объектов к потомкам, соединяя вместе связанную информацию. Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней.… … Википедия
Реляционная СУБД (РСУБД; иначе Система управления реляционными базами данных, СУРБД) СУБД, управляющая реляционными базами данных. Понятие реляционный (англ. relation отношение) связано с разработками известного английского специалиста в… … Википедия
Оптимизация запросов это 1) функция СУБД, осуществляющая поиск оптимального плана выполнения запросов из всех возможных для заданного запроса, 2) процесс изменения запроса и/или структуры БД с целью уменьшения использования вычислительных… … Википедия
Целью алгоритма соединения является реализация в конкретной СУБД операции соединения реляционной алгебры. Исходными данными для алгоритма являются два отношения (таблицы) и описание условия соединения. Результатом операции является отношение… … Википедия
Операция соединения (СУБД) реализация в конкретной СУБД операции соединения реляционной алгебры. Исходными данными для операции являются два отношения (таблицы) и описание условия соединения. Результатом операции является отношение… … Википедия
- (РСУБД; иначе Система управления реляционными базами данных, СУРБД) СУБД, управляющая реляционными базами данных. Понятие реляционный (англ. relation отношение) связано с разработками известного английского специалиста в области… … Википедия
Эта статья должна быть полностью переписана. На странице обсуждения могут быть пояснения. Объектно реляционная СУБД (ОРСУБД) реляционная СУБД (РСУБД), поддерживающая неко … Википедия
Сетевая модель данных
- это логическая модель данных, представляющая их сетевыми структурами типов записей и связанные отношениями мощности один-к-одному или один-ко-многим.
В отличие от реляционной модели , связи в ней моделируются наборами, которые реализуются с помощью указателей. Сетевые модели данных являются расширенной версией иерархической модели , однако основным отличием является то, что в сетевых моделях данных имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.
Сетевую модель можно представить как граф узлами, которого является запись, а ребрами - набор. Сегменты данных в сетевых БД могут иметь множественные связи с сегментами старшего уровня. При этом направление и характер связи в сетевых БД не являются столь очевидными, как в случае иерархических БД. Поэтому имена и направление связей должны идентифицироваться при описании БД.
В 1971 группа DTBG (Database Task Group ) представила в американский национальный институт стандартов отчет, который послужил в дальнейшем основой для разработки сетевых систем управления базами данных. Стандарт сетевой модели был создан в 1975 году организацией CODASYL (Conference of Data System Languages ), которая определила базовые понятия модели и формальный язык описания.
Типичным представителем систем, основанных на сетевой модели данных, является СУБД IDMS (Integrated Database Management System ), разработанная компанией Cullinet Software, Inc. и изначально ориентированная на использования на мейнфреймах компании IBM. Архитектура системы основана на предложениях DBTG организации CODASYL. В настоящее время IDMS принадлежит компании Computer Associates .
Реализация групповых отношений в сетевой модели осуществляется с использованием указателей (адресов связи или ссылок), которые устанавливают связь между владельцем и членом группового отношения . Запись может состоять в отношениях разных типов (1:1, 1:N, M:N). Заметим, что если один из вариантов установления связи 1:1 очевиден (в запись – владелец отношения, поля которой соответствуют атрибутам сущности, включается дополнительное поле – указатель на запись – член отношения), то возможность представления связей 1:N и M:N таким же образом весьма проблематична. Поэтому наиболее распространенным способом организации связей в сетевых СУБД является введение дополнительного типа записей, полями которых являются указатели.
Сетевые модели также создавались для мало ресурсных ЭВМ. Это достаточно сложные структуры, состоящие из "наборов" – поименованных двухуровневых деревьев. "Наборы" соединяются с помощью "записей-связок", образуя цепочки и т.д. При разработке сетевых моделей было выдумано множество "маленьких хитростей", позволяющих увеличить производительность СУБД, но существенно усложнивших последние. Прикладной программист должен знать массу терминов, изучить несколько внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру базы данных для осуществления навигации среди различных экземпляров, наборов, записей и т.п. Один из разработчиков операционной системы UNIX сказал "Сетевая база – это самый верный способ потерять данные".
На этом рисунке показаны три типа записи: Отдел , Служащие и Руководитель и три типа связи: Состоит из служащих , Имеет руководителя и Является служащим .
В типе связи Состоит из служащих Отдел , а типом записи-потомком – Служащие Отдел со многими экземплярами типа записи Служащие , соответствующими всем служащим данного отдела).
В типе связи Имеет руководителя типом записи-предком является Отдел , а типом записи-потомком – Руководитель (экземпляр этого типа связи связывает экземпляр типа записи Отдел Руководитель , соответствующим руководителю данного отдела).
Наконец, в типе связи Является служащим типом записи-предком является Руководитель , а типом записи-потомком – Служащие (экземпляр этого типа связи связывает экземпляр типа записи Руководитель с одним экземпляром типа записи Служащие , соответствующим тому служащему, которым является данный руководитель).
