Головна Образотворче мистецтво Актуальні проблеми історії, теорії та практики художньої культури ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД)
joomla
ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД)
Образотворче мистецтво - Актуальні проблеми історії, теорії та практики художньої культури

Людмила Іванівна Титова

Кандидат педагогічних наук, доцент,

Професор Державної академії керівних

Кадрів культури і мистецтв

У роботі представлено аналіз та методи використання моделей даних в системах управління базами даних; визначені їх переваги та недоліки при проектуванні баз даних.

Ключові слова: Моделі даних, СУБД, бази даних, ієрархічна, мережна, реляційна моделі.

In work an analysis and methods of the use of models given is presented in the control the bases of information; systems; their advantages and failings are certain at planning of bases given. Key words: models of data, SUBD, database, hierarchical, network, relyatsiyna a model.

В епоху інформатизації суспільства бази даних (БД) та інформаційні сис-теми стають невід’ємною складовою професійної діяльності спеціалістів. Елек-тронна форма подання інформації дозволяє зробити студента, як майбутнього фахівця, активним учасником процесу навчання, стимулювати його пізнавальну діяльність, ефективніше здійснювати пошук релевантної інформації в БД, необ-хідної для забезпечення навчального процесу. Внаслідок цього актуальним стає засвоєння принципів побудови та ефективного використання відповідних тех-нологій і програмних продуктів, таких як систем управління БД, CASE – систем автоматизації і проектування, засобів адміністрування захисту БД та викорис-тання моделей даних. Від правильного вибору інструментальних засобів ство-рення інформаційних систем, використання моделей даних, обґрунтування раціональної схеми побудови БД залежить ефективність її функціонування.

Ядром БД є модель даних. Модель представлення даних – логічна струк-тура даних, яка зберігається в БД. В моделях даних об’єктом дослідження ви-ступають самі дані, їхня структурна композиція, правила побудови. До класичних відносяться ієрархічна, мережна, реляційна моделі даних.

В даний час також активно використовуються постреляційна, багатовимірна, об’єктно-орієнтована моделі даних, розробляються різні системи, засновані на інших моделях даних, які розширюють вже відомі моделі: об’єктно-реляційні, дедуктивно-об’єктно-орієнтовані, семантичні, концептуальні та орієнтовані. Деякі із цих моделей слугують для інтеграції БД, баз знань і мов програмування. Сис-теми управління БД (СУБД) засновуються на використанні ієрархічної, мережної, реляційної моделей, на комбінації цих моделей або на деякій їх підмножині.

Однією із характеристик БД є наявність зв’язків між її елементами. За спосо-бом встановлення таких зв’язків БД поділяють на ієрархічні, мережні та реляційні.

Зв’язок

Ієрархічна модель Будується за принципом ієрархії типів об’єктів, тобто один об’єкт є головним, а решта, які перебувають на нижчих рівнях ієрархії, – підлеглими. Між головним і підлеглими об’єктами встановлюється

316


“один – до – багатьох”, тобто для даного головного об’єкта існує декілька під-леглих. Таким чином, взаємозв’язки між об’єктами нагадують генеалогічне де-рево за єдиним винятком: для кожного породженого (підлеглого) елемента може бути тільки один вихідний (головний), наприклад організація каталогів на диску, різного роду класифікації, структура державної влади тощо. Розглянемо приклад ієрархічної структури БД (мал. 1).

082800

Менеджмент організацій

Сідоров Л. К.

Група (номер, староста)


ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД)


ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД)


112 Петрова Р. В.

113 Назаров К. Л.


Студент (номер залікової книжки, прізвище, ім’я, по-батькові)

95795

Корнєв Андрій

Петрович

97695 Ніколаєва

Юлія Петрівна

98795

Альошин

Кирило

Олександрович

Мал. 1. Приклад ієрархічної структури БД

На малюнку показано, що даний приклад ілюструє використання ієрархічної структури моделі БД. Для нього ієрархічна структура є правомірною, оскільки кожен студент навчається у визначеній (тільки одній) групі, котра відноситься до визначеного (тільки одного) вузу.

До переваг ієрархічної моделі відноситься ефективне використання пам’яті ЕОМ і добрі показники часу виконання основних операцій над даними. Ця модель даних зрyчна для роботи з ієрархічно-упорядкованою інформацією. Її недолік полягає у громіздкості для оброблення інформації з достатньо склад-ними логічними зв’язками, а також трудність розуміння для користувачів.

На ієрархічній моделі даних заснована порівняно обмежена кількість СУБД, до яких можна віднести зарубіжні системи IMS, PC/Focus, Team-Up і Data Edge, та вітчизняні системи Ока, ИНЭС, МИРИС тощо.

У Мережній моделі Поняття головного і підлеглих об’єктів дещо розши-рені. Один і той самий об’єкт може одночасно виступати в ролі як головного, так і підлеглого елемента. Це означає, що кожен об’єкт може брати участь в до-вільній кількості зв’язків. Тут може існувати зв’язок кожного елемента даних з усіма іншими (зв’язок “багато – до – багатьох”).

317


Прикладом складної мереженої структури може слугувати структура БД, що вміщує відомості про студентів, котрі беруть участь у науково-дослідній роботі студентів (НДРС). Допустимою є участь одного студента в декількох НДРС, а також декількох студентів у розробці однієї НДРС. Приклад мереженої структури БД показано на мал. 2.

Студент (номер залікової книжки, прізвище, група)


ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД)




Робота

(шифр, керівник, галузь)



ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД) ВИКОРИСТАННЯ МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ ДАНИХ У СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ БАЗИ ДАНИХ (СУБД)1006

Титова Л. І.

Інформатика

1009

Підкуйко Н. Д.

Економіка

1008 Шевченко В. І.

1005

Гончарук П. С.

Історія


Мал. 2. Приклад мережної структури БД

На малюнку видно, що мережна БД складається із набору записів та на-бору зв’язків. В ній об’єкти предметної сфери об’єднані в мережу і кожний із них може бути як головним, так і підпорядкованим, тобто мережна модель не є строгою по відношенню до зв’язків між об’єктами.

Перевагою мережної моделі даних є можливість ефективної реалізації відповідно до показників затрат пам’яті та оперативності. Порівняно з ієрархічною моделлю мережна модель надає більші можливості щодо створення довільних зв’язків. Недоліком мережної моделі даних є висока складність і жорсткість схеми БД, побудованій на її основі, а також складність для розуміння та вико-нання оброблення інформації в БД звичайним користувачам. Крім того, в мере-жній моделі даних послаблений контроль цілісності зв’язків через допустимість встановлення довільних зв’язків між записами. Як свідчить досвід використан-ня, системи на основі мережної моделі не набули широкого розповсюдження.

У Реляційній моделі Даних об’єкти і взаємозв’язки між ними представля-ються за допомогою прямокутних таблиць. У теорії множин вид таблиці визна-чається відношеннями між елементами. Поняття реляційний (англ. relation – відношення) пов’язано з розробленням відомого американського спеціаліста в галузі систем БД – Е. Кодда.

Ці моделі характеризуються простотою структури даних, зрyчним для ко-ристувача зображення у вигляді таблиці і можливістю використання формального апарата алгебри відношень та реляційного обчислювання для оброблення даних.

318


Реляційна модель орієнтована на організацію даних, у вигляді двовимірних таблиць. Кожна реляційна таблиця являє собою двовимірний масив і має такі властивості:

– кожний елемент таблиці – один елемент даних;

– всі стовпчики в таблиці є однорідними, тобто всі елементи в стовпці мають однаковий тип (числовий, символьний тощо) і довжину;

– кожний стовпчик має унікальне ім’я;

– однакові рядки в таблиці відсутні;

– порядок послідовності рядків і стовпців може бути довільним.

Прикладом реляційної таблиці може бути інформація про студентів, які навчаються у вузі (табл. 1):

Номер

Особистої

Справи

Прізвище

Ім’я

По-батькові

Дата на-Родження

Група

15403

Геращенко

Юлія

Вікторівна

02.05.86

МІС-32/5

15503

Єлисєєва

Ольга

Олександрівна

15.03.86

МІС-32/5

15603

Гусєва

Євгенія

Ігорівна

23.05.86

МІС-32/5

Таблиця 1

У табл. 1 рядки відповідають кортежам або записам, а стовпці – атрибутам відношень, доменам, полям.

Поле, кожне значення, якого однозначно показує відповідний запис, на-зивається – ключовим полем. Якщо запис однозначно визначається значенням декількох полів, то така таблиця БД має складний ключ. Наприклад, в табл. 1 ключовим полем буде номер особистої справи студента. Щоб пов’язані дві ре-ляційні таблиці, необхідно ключ першої таблиці ввести до складу ключа другої таблиці (можливий збіг ключів); в іншому випадку необхідно ввести до струк-тури першої таблиці зовнішній ключ – ключ другої таблиці.

Розглянемо приклад реляційної моделі, побудованої на основі відношень студент – сесія – стипендія (мал. 3).

Студент (номер)

Студент (результат)

(ном

Ер)

Результат

Сесія (номер) (результат)

Мал. 3. Приклад реляційної моделі

Студент (номер, прізвище, ім’я, по-батькові, дата народження, група); Сесія (номер, оцінка 1, оцінка 2, оцінка 3, оцінка 4, результат); Стипендія (результат, відсоток).

319


Таблиці Студент І Сесія Мають ключі, які збігаються (номери), що дає можливість легко організувати зв’язок між ними. Таблиця Сесія Має первинний ключ Номер І вміщує зовнішній ключ Результат, який забезпечує її зв’язок з таблицею Стипендія.

Таким чином, для реляційної моделі даних характерним є те, що основ-ним засобом структуризації в ній є відношення, а дані в ній зберігаються у ви-гляді таблиць. Перевагами цієї моделі є її простота, поняттєвість і зручність фізичної реалізації на ЕОМ, тому її ефективно використовують на практиці, ос-новними недоліками – відсутність стандартних засобів ідентифікації окремих записів та складність опису ієрархічних і мережених зв’язків.

Прикладами зарубіжних реляційних СУБД для ПЕОМ є: в Base III Plus і dBase IV (фірма Ashton – Tate), DB2 (IBM), R: Base (Microrim), Fox Pro ранніх версій і Visual Fox Pro і Access (Microsoft), Clarion Soft Ware), Ingres (ASK Com­puter Systems) і Oracle (Oracle). До вітчизняних СУБД реляційного типу відно-сяться системи ПАЛЬМА, Ну Tech (МИФИ) та інші.

Останні версії реляційних СУБД мають деякі властивості об’єктно-орієнтованих систем, тому вони називаються об’єктно-реляційними. Прикладом такої системи можна вважати продукти Oracle 8.x.

Класична реляційна модель передбачає неподільність даних, які зберігаються в полях записів таблиць. Це означає, що інформація в таблиці подається в першій нормальній формі. Але є випадки, коли це обмеження заважає ефективній реа-лізації додатків.

Постреляційна модель Даних являє собою розширену реляційну модель, яка знімає обмеження нерозподілення даних, що зберігаються в записах таблиць.

Постреляційна модель даних допускає багатозначні поля, значення яких складаються із підзначень. Набір значень багатозначних полів вважається само-стійною таблицею, вбудованою в основну таблицю.

Порівняно з реляційною моделлю в постреляційній моделі дані зберігаються ефективніше, а при обробленні не вимагають виконувати операцію об’єднання даних із двох таблиць.

Окрім забезпечення вбудованості полів постреляційна модель підтримує асоційовані багатозначні поля (численні групи). На довжину і кількість полів в записах таблиці не накладаються вимоги постійності. Це означає, що структура даних і таблиць має більшу гнучкість.

Оскільки постреляційна модель допускає зберігання в таблицях ненорма-лізованих даних, виникає проблема щодо забезпечення цілісності та непротирі-чності даних. Ця проблема розв’язується вміщенням в СУБД механізмів, подібних до процедур, що зберігаються в клієнт-серверних системах.

Для описування функцій контролю значень в полях є можливість створю-вати процедури (коди конверсії і коди кореляції), що автоматично викликаються до або після звернення до даних. Коди кореляції виконуються одразу після читання даних, перед їх обробленням. А коди конверсії, навпаки, виконуються після об-роблення даних.

Переваги постреляційної моделі полягають у представленні сукупності пов’язаних реляційних таблиць однією постреляційною таблицею. Це забезпечує

320


Більшу наочність подання інформації та підвищення її оброблення. Недоліком постреляційної моделі є складність розв’язання проблеми забезпечення цілісності та непротирічності даних, що зберігаються. До СУБД, заснованих на постреля-ційній моделі даних, відносяться: СУБД uni Vers, системи Bubba, Dasdb та інші.

Багатовимірний підхід До представлення даних в базі з’явився практично одночасно з реляційним. А в 1993 році в програмній статті одного із засновників реляційного підходу Е. Кодда були сформульовані 12 основних вимог до систем OLAP, найважливіші із яких пов’язані з можливостями концептуального пред-ставлення та оброблення багатовимірних даних. Багатовимірні системи дозволяють оперативно обробляти інформацію для проведення аналізу та прийняття рішень.

Реляційні СУБД призначені для інформаційних систем оперативного об-роблення інформації і в цій сфері вони є ефективними. В системах аналітичного оброблення, як свідчить досвід, вони показали себе недостатньо гнучкими. Більш ефективними в цьому напрямку є багатовимірні СУБД.

Багатовимірні СУБД є вузькоспеціалізованими СУБД, призначеними для інтерактивного аналітичного оброблення інформації. В цих СУБД використо-вують такі основні поняття: агрегатування, історичність та прогнозованість даних; вимір, комірка.

Багатовимірна модель даних означає не багатовимірність візуалізації циф-рових даних, а багатовимірне логічне представлення структури інформації під час описування і в операціях маніпулювання даними.

Порівняно з реляційною моделлю багатовимірна організація даних має ефективнішу наочність та інформованість.

У табл. 2 наведено реляційне (А) і багатовимірне (В) представлення даних і тих же даних про кількість екземплярів використання підручників в бібліотеці.

Назва

Місяць

Кількість екз.

Інформатика

Вересень

15

Інформатика

Жовтень

22

Інформатика

Листопад

8

Психологія

Вересень

7

Психологія

Жовтень

19

Історія

Жовтень

20

В

Назва

Вересень

Жовтень

Листопад

Інформатика

15

22

8

Психологія

7

19

Історія

20

Перевагою багатовимірної моделі даних є зрyчність і ефективність аналі-тичного оброблення великих обсягів даних, пов’язаних з часом.

При організації оброблення аналогічних даних на основі реляційної мо-делі нелінійно зростає трудомісткість операцій залежно від розмірності БД і

321


Збільшення витрат оперативної пам’яті на індексацію. Недоліком цієї моделі даних є її громіздкість для простих задач звичайного оперативного оброблення інформації.

Прикладами систем, що підтримують багатовимірні моделі даних, є: Ess-base (Arbor Software), Media Multimatrix (Speedware), Oracle Express Server (Oracle), Cache (Inter Systems) та ін.

В об’єктно-орієнтованій Моделі при представленні даних є можливість ідентифікувати окремі записи бази: між записами БД і функціями – ідентифіку-вати окремі записи бази, між записами БД і функціями їх оброблення встановити взаємозв’язки за допомогою механізмів, подібних відповідним засобам в об’єктно-орієнтованих мовах програмування.

Стандартизована об’єктно-орієнтована модель описана в рекомендаціях стандарту ODMG-93. Прикладом логічної структури об’єктно-орієнтованої БД може бути БД “Бібліотека”. Об’єкт типу “Бібліотека” є “батьківським” для об’єктів-екземплярів класів Абонент, КАТАЛОГ, Видача. Різні об’єкти типу КНИГА можуть мати одного або різних “батьків”. Об’єкти типу КНИГА, що мають од-ного і того самого “батька”, повинні різнитися інвентарним номером, але вони мають однакові значення властивості ISBN, УДК, назву, автора.

Логічна структура об’єктно-орієнтованої БД зовнішньо схожа на структуру ієрархічної БД. Основна відмінність між ними – в методах маніпулювання да-ними. Для виконання дій над ними в моделі БД, що розглядається, використо-вуються логічні операції, посилені об’єктно-орієнтовані механізми інкапсуляції, наслідування і поліморфізму. Створення і модифікація БД супроводжується ав-томатичним формуванням і наступним коригуванням індексів (індексних таблиць), що містять інформацію для ефективного пошуку даних. Пошук в об’єктивно-орієнтованих БД полягає в уточненні схожості між об’єктом, що задається ко-ристувачем, і об’єктом, що зберігається в БД. Визначений користувачем об’єкт називається об’єктом-ціллю.

Основною перевагою об’єктно-орієнтованої моделі даних порівняно з ре-ляційною є можливість відображення інформації про складні взаємозв’язки об’єктів. Ця модель дозволяє ідентифікувати окремий запис БД і визначає функції їх об-роблення. Недоліком – понятійна складність, незручність оброблення даних і низька швидкість виконання запитів.

Таким чином, аналіз наведених моделей даних БД свідчить, що найпоши-ренішою завдяки своїй простоті і природності подання даних є реляційна модель.

Література

1. Глушков В.С. Базы даных / В. С. Глушков. - Харьков: Филио; М: ООО “Издательство АСТ”, 2002. - 504 с.

2. Пономаренко В.С. Проектування баз даних / В. С. Пономаренко. - К.: ІЗМН, 2003. - 172 с.

3. Титова Л.І. Організація та управління базами даних: навч. посібник / Л. І. Титова. -ДАКККіМ, 2007. - 175 с.

322


УДК 78.03