Ієрархічна модель даних, що собою являє?

В сучасний час побудова розподільних інформаційних систем безпосередньо пов'язане з об'єктно-орієнтованими реляційними СУБД. Останні затвердилися в якості основних засобів для оперативної обробки даних у різних інформаційних системах, мають різні масштаби: від персональних систем на РС до великих додатків по обробці транзакцій переважно у банківських системах.




Сьогодні існують різні моделі баз даних, інших програм, які виконують аналогічні функції.

Класифікація СУБД з точки зору архітектури

Відомо, що вони бувають:

Локальними . Всі частини розміщуються на 1-му комп'ютері.

Розподільні. Всі елементи розподілені на декількох комп'ютерах.

Протягом кількох десятиліть послідовно виникали системи, в основі яких були 3 моделі баз даних:

мережева;

ієрархічна;

реляційна.

Основні визначення розглянутої сфери

Для зручності вони зведені в таблицю нижче.

Основний термін



Трактування



СУБД – система управління базами даних



Ряд програмних засобів для створення, оновлення, видалення, наповнення баз даних.



СУБЗ – система управління базами знань



Комплекс програмних засобів створення, оновлення, видалення, наповнення баз знань.



БД – база даних



Електронні сховища певної інформації, доступ до них здійснюється за допомогою 1-го (декількох) комп'ютерів.



БЗ – база знань



Сховища знань, які представлені в спеціальному форматизированном вигляді.

Ієрархічна модель даних: історія створення, приклад

Перші мережеві та ієрархічні СУБД з'явилися в 60-х роках. Причиною цьому послужила потреба в управлінні мільйонами записів, які були пов'язані один з одним визначеному ієрархічним чином, зокрема, при підтримці (інформаційної) місячного проекту під назвою «Аполлон». Приклад ієрархічної моделі даних - система IMS компанії IBM. В сучасний час вона виступає самої поширеною СУБД серед всіх інших даного типу. Інший приклад ієрархічної моделі даних – TDMS компанії Development Corporation, а також Mark IV Multi компанії Control Data Corporation і інших




Далі необхідно приділити увагу графічному представленню даної моделі.

Що являє собою ієрархічну модель представлення даних?

Тут відносини організовані таким чином, що формують сукупність дерев. Кожне дерево виступає як структури даних, тип сегмента нащадка в якій пов'язаний виключно з 1-м типом сегмента предка. Якщо розглядати графічно, то ієрархічна модель даних являє собою стрілку, де точка на кінці – це предок, а точка на її вістрі – нащадок. Відомо, що в БД встановлено, що точками є типи записів, стрілками ж – взаємозв'язок «один-до-багатьох», «один-до-одного».

Сукупність обмежень розглянутої моделі даних

Сюди можна віднести наступне:

Якщо необхідно представити неієрархічні стосунки даних, то будуть потрібні додаткові маніпуляції.

Немає чіткого розмежування фізичних і логічних характеристик моделі.

У випадку з непередбаченими запитами може знадобитися реорганізація бази даних.

Тепер для порівняння варто розглянути всі інші моделі.

Мережева модель

Саме мережі виступають єдиним способом представлення взаємозв'язку між об'єктами. Їх широко застосовують у таких наук, як математика, хімія, соціологія, фізика, а також у дослідженнях операцій і в інших сферах. Мережі найчастіше представляються математичною структурою, іменованої як направляється граф. Він оснащений простий структурою: складається з вузлів або точок, які з'єднані ребрами або стрілками. В рамках контексту моделей даних точки можуть бути представлені у вигляді типів записів даних, вищезазначені ребра – взаємозв'язків «один-до-багатьох», «один-до-одного». Графічна структура дозволяє провести прості подання відносин ієрархії.

Реляційна модель

Всі раніше існуючі підходи до об'єднання записів з різних файлів застосовували фізичні покажчики (адреси на диску). Е. Ф. Кодд виділив значне обмеження числа типів даних маніпуляцій в такого роду базах. Більше того, він довів їх надмірну чутливість по відношенню до змін у фізичному оточенні. У ситуації, коли комп'ютерна система оснащувалася новим накопичувачем, або змінювалися адреси зберігання певних даних, завжди виникала необхідність додаткового перетворення файлів. При додаванні у файлі формату запису нових полів їх фізичні адреси змінювалися. В зв'язку з цим бази даних не давали можливість для маніпуляції даними в такій мірі, як це допускала логічна структура. Перераховані проблеми були подолані в рамках реляційної моделі, заснованої на логічних взаємозв'язках даних. Відомі два підходи до її проектування:

На стадії концептуального проектування вибудовується не концептуальна МД, а реляційна схема БД, яка складається з визначень спеціальних реляційних таблиць, постійно піддаються нормалізації.

Механічна трансформація функціональної моделі, яка була створена раніше, в реляційну (нормалізовану). Даний підхід, як правило, застосовується в процесі проектування масштабних, комплексних схем БД, необхідних для інформаційних систем корпорацій.

Відмітні особливості ієрархічної моделі від мережевої

Подібність даних моделей – здійснення реалізації наборів допомогою покажчиків. Відмінною особливістю ієрархічної моделі даних є, по-перше, те, що многочленние набори встановлюють взаємозв'язки співпідпорядкованості. Там тип – власник набору - іменується предком, а підлеглий тип – його нащадком. По-друге, ієрархія завжди починається з єдиного кореня сайту. По-третє, кожен вузол відповідного рівня приєднаний до єдиного вузла попереднього рівня, а також, можливо, і з рядом вузлів наступного. По-четверте, доступ до кожному вузлу, крім кореневого, можливий лише за допомогою вихідного вузла. По-п'яте, вибірка вузла, який представлений в ієрархії, проводиться за допомогою ланцюга вихідних вузлів, формують шлях, починаючи від кореня і закінчуючи вибираемим вузлом. По-шосте, кількість примірників вузлів на кожному рівні не обмежена. В-сьомих, графа дерева не має циклів. І останнє. На найнижчих рівнях можуть бути залежні вузли. Тоді необхідно встановити горизонтальні допсвязи між вузлами різних рівнів.

Недоліки і переваги ієрархічної моделі

Серед переваг варто відзначити те, що програми, які реалізують операції цієї моделі, значно простіше, ніж аналоги мережевий. В ході виконання операцій маніпулювання переліком даних в розглянутій моделі рекомендується враховувати те, що вузол нащадка не буде існувати, якщо видалити предка. Що стосується недоліків, то й ієрархічна, мережева модель даних мають ідентичні недоліки, плюс у першій ще є і ті, які пов'язані з обмеженістю зв'язків.

Управління ієрархічними даними

Ієрархічна модель бази даних має 2 засоби управління ними:

мовні засоби їх опису (ЯОД);

мовні засоби маніпулювання ними (ЯМД).

Фізична структура ієрархічної БД описує, по-перше, логічну структуру розглянутої моделі, а по-друге, власне структуру зберігання БД. Спосіб доступу при цьому визначає спосіб організації відносин фізичних записів. Спосіб доступу може бути:

індексним;

ієрархічно прямим;

ієрархічно послідовним:

ієрархічно индексно-прямим;

ієрархічно индексно-послідовним.

Крім обов'язкового встановлення імені ієрархічної БД, а також способу доступу до будь-якого з елементів, що концентрує в собі ієрархічна модель даних, опис першої обов'язково повинно включати визначення типів всіх сегментів даних, які увійшли в БД, згідно побудованої ієрархії. Так, при описі типів сегментів рекомендується починати з головного кореня розглянутої моделі. Ієрархічна модель даних має особливість: всяка фізична БД може включати лише 1 корінь. Проте в 1-й ієрархічній системі може бути розташовано декілька фізичних БД. Ієрархічна модель даних серед усіх своїх операторів маніпулювання останніми виділяє операторів просто пошуку даних (пошук зазначеного дерева БД, перехід від 1-го дерева до іншого, пошук примірника сегменту, який задовольняє умові, інше) з можливістю їх модифікації (пошук і утримання в цілях подальшої модифікації єдиного екземпляра сегменту, який задовольняє умові тощо) і, відповідно, оператори модифікації даних (приміщення нового примірника сегмента в задану позицію, видалення або оновлення поточного екземпляру відповідного сегменту). Тут автоматично зберігається єдність посилань між нащадками й предками. Як вже було згадано раніше, існує правило відносно того, що нащадок не може існувати без батька.

Висновок

У статті були розглянуті існуючі на сьогоднішній день моделі даних: ієрархічна, мережева, реляційна. Більш детально представлена перша модель.