База данных - это совокупность взаимосвязанных данных, характеризующихся: возможностью использования для большого количества приложений; возможностью быстрого получения и модификации необходимой информации; минимальной избыточностью информации; независимостью от прикладных программ; общим управляемым способом поиска.
Возможность использования баз данных для многих прикладных программ пользователя упрощает реализацию комплексных запросов, снижает избыточность хранимых данных и повышает эффективность использования информационной технологии. Минимальная избыточность и возможность быстрой модификации позволяет поддерживать данные на одинаковом уровне актуальности. Независимость данных и использующих их программ является основным свойством баз данных. Независимость данных подразумевает, что изменение данных не приво
дит к изменению прикладных программ и наоборот.
Модели баз данных базируются на современном подходе к обработке информации, состоящем в том, что структуры данных обладают относительной устойчивостью. Действительно, типы объектов предприятия, для управления которым создается информационная технология, если и изменяются во времени, то достаточно редко, а это приводит к тому, что и структура данных, обрабатываемых эти объекты, достаточно стабильна. Поэтому возможно построение информационной базы с постоянной структурой и изменяемыми значениями данных. Каноническая структура информационной базы, отображающая в структурированном виде информационную модель предметной области, позволяет сформировать логические записи, их элементы и взаимосвязи между ними. Взаимосвязи могут быть типизированы по следующим основным видам: „один к одному“, когда одна запись может быть связана только с одной записью; „один ко многим“, когда одна запись взаимосвязана со многими другими; „многие ко многим“, когда одна и та же запись может входить в отношения со многими другими записями в различных вариантах. Применение того или иного вида взаимосвязей определило три основных модели баз
данных: иерархической, сетевой реляционной.
Для пояснения логической структуры основных моделей БД рассмотрим такую простую задачу: необходимо разработать логическую структуру БД для хранения данных о трех поставщиках П1, П2 и П3, которые могут поставлять товары Т1,Т2 и Т3 в следующих комбинациях: поставщик П1 - все три вида товаров, поставщик П2 - товары Т1 и Т3, поставщик П3 - товары Т2 и Т3.
Сначала построим логическую модель БД, основанную на иерархическом подходе. Иерархическая модель представляется в виде древовидного графа, в котором объекты выделяются по уровням соподчиненности (иерархии) объектов (рисунок 10).
Рисунок 10. Иерархическая модель БД
На верхнем первом уровне находится информация об объекте „поставщики“ (П), на втором - о конкретных поставщиках П1, П2 и П3, на нижнем третьем уровне - о товарах, которые могут поставлять конкретные поставщики. В иерархической модели должно соблюдаться правило: каждый порожденный узел не может иметь больше одного порождающего узла (только одна входящая стрелка); в структуре может быть только один не порожденный узел (без входящей стрелки) - корень. Узлы, не имеющие входных стрелок, носят название листьев. Узел интегрируется как запись. Для поиска необходимой записи нужно двигаться от корня к листьям, т.е. сверху вниз, что значительно упрощает доступ. Иерархическая модель данных позволяет описать их структуру как на логическом, так и на физическом уровнях. Однако, из-за жесткой фиксированности взаимосвязей между элементами данных, любые изменения связей требуют изменение структуры. Принципиальным недостатком иерархической структуры является также жесткая зависимость физической и логической организации данных. Быстрота доступа в иерархической модели достигнута за счет потери информационной гибкости (за один проход по дереву невозможно, например, получить информацию о том, какие поставщики поставляют, скажем, товар Т1). Указанные недостатки ограничивают применение иерархической структуры.
В иерархической модели используется вид связи между элементами данных „один ко многим“. Если применяется взаимосвязь вида „многие ко многим“, то приходят к сетевой модели данных.
Сетевая модель базы данных для поставленной задачи представлена в виде диаграммы
связей на рисунке 11.
Рисунок 11. Сетевая модель БД
На диаграмме указаны независимые (основные) типы данных П1, П2 и П3, т.е. информация о поставщиках, и зависимые - информация о товарах Т1, Т2 и Т3. В сетевой модели допустимы любые виды связей между записями и отсутствует ограничение на число обратных связей. Но должно соблюдаться одно правило: связь включает основную и зависимую запись.
Сетевая модель БД, хотя и обладает большей информационной гибкостью, но, как и иерар-
хическая, является достаточно жесткой структурой, что препятствует развитию информационной базы системы управления. При необходимости частой реорганизации информационной базы (например, при использовании настраиваемых базовых информационных технологий) применяют наиболее совершенную модель БД - реляционную, в которой отсутствуют различная между объектами и взаимосвязями.
В реляционной модели базы данных взаимосвязи между элементами данных представляются в виде двумерных таблиц, называемых отношениями. Отношения обладают следующими свойствами: каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных (повторяющиеся группы отсутствуют); элементы столбца имеют одинаковую природу, и столбцам однозначно присвоены имена; в таблице нет двух одинаковых строк; строки и столбцы могут просматриваться в любом порядке вне зависимости от их информационного содержания. Реляционная модель БД обладает следующими преимуществами: простотой логической модели (таблицы привычны для представления информации); гибкостью системы защиты (для каждого отношения может быть задана правомерность доступа); независимостью данных; возможностью построения простого языка манипулирования данными с помощью математически строгой теории реляционной алгебры (алгебры отношений). Собственно, наличие строгого математического аппарата для реляционной модели баз данных и обусловило её наибольшее распространение и перспективность в современных информационных технологиях.
Для приведенной выше задачи о поставщиках и товарах, логическая структура реляционной БД будет содержать три таблицы (отношения): R1 и R2, состоящие из записей о поставщиках и о товарах соответственно, и R3 - о поставках товаров поставщиками (рисунок 12).
Рисунок 12. Реляционная модель БД
Учитывая широкое применение реляционных моделей баз данных в информационных технологиях (особенно экономических), дадим более подробное описание этой структуры.
