Структуризация данных в сетевых моделях данных

СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ

Сетевая модель данных -- логическая модель данных, являющаяся расширением иерархического подхода, строгая математическая теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в сетевых базах данных (далее - БД).

Разница между иерархической моделью данных и сетевой состоит в том, что в иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков.

Сетевая БД состоит из набора экземпляров определенного типа записи
и набора экземпляров определенного типа связей между этими записями.

Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа записи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка. Для данного типа связи L с типом записи предка P и типом записи потомка C должны выполняться следующие два условия:

- каждый экземпляр типа записи P является предком только в одном экземпляре типа связи L;

- каждый экземпляр типа записи C является потомком не более чем в одном экземпляре типа связи L.

 

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

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 IDMSпринадлежит компании Computer Associates.

СТРУКТУРИЗАЦИЯ ДАННЫХ В СЕТЕВЫХ МОДЕЛЯХ ДАННЫХ

Структуризация данных базируется на использовании концепций "агрегации" и "обобщения". Один из первых вариантов структуризации данных был предложен Ассоциацией по языкам обработки данных (Conference on Data Systems Languages, CODASYL):

- Элемент данных - минимальная информационная единица доступная пользователю.

- Агрегат данных - именованная совокупность элементов данных внутри записи или другого агрегата, которую можно рассматривать как единое целое. Имя агрегата используется для его идентификации в схеме структуры данного более высокого уровня. Агрегат данных может быть простым, если состоит только из элементов данных, и составным, если включает в свой состав другие агрегаты.

- Запись - совокупность агрегатов или элементов данных, отражающих некоторую сущность предметной области. Иными словами, запись - это агрегат, который не входит в состав никакого другого агрегата и может иметь сложную иерархическую структуру, поскольку допускается многократное применение агрегации. Имя записи используется для идентификации типа записи в схемах типов структур более высокого уровня.

- Тип записей - эта совокупность подобных записей. Тип записей представляет некоторый класс реального мира.

- Набор - именованная двухуровневая иерархическая структура, которая содержит запись владельца и запись (или записи) членов. Наборы отражают связи «один ко многим» и «один к одному» между двумя типами записей.

Наборы бывают нескольких видов:

1. С одними и теми же типами записей, но разными типами наборов.

2. Наборы из трех записей и более, в том числе с обратной связью.

3. Сингулярный набор (только один экземпляр). У такого набора нет естественного владельца и в качестве него выступает система.
В дальнейшем такие наборы могут приобрести запись - владельца.

Рисунок 1 - Структуризация данных

Особенности построения сетевой модели данных

- База данных может состоять из произвольного количества записей и наборов различных типов.

- Связь между двумя записями может выражаться произвольным количеством наборов.

- В любом наборе может быть только один владелец.

- Тип записи может быть владельцем в одних типах наборов и членом
в других типах наборов.

- Тип записи может не входить ни в какой тип наборов.

- Допускается добавление новой записи в качестве экземпляра владельца, если экземпляр-член отсутствует.

- При удалении записи-владельца удаляются соответствующие указатели на экземпляры-члены, но сами записи-члены не уничтожаются (сингулярный набор).

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:M, M:M). 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:M и M:M таким же образом весьма проблематична. Поэтому наиболее распространенным способом организации связей в сетевых СУБД является введение дополнительного типа записей, полями которых являются указатели.

 

 

ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Сетевая модель данный.

- Операция ЗАПОМНИТЬ позволяет занести в БД новую запись
и автоматически включить эту запись в групповые отношения, где она объявлена подчиненной с соответствующим режимом включения.

- Операция ВКЛЮЧИТЬ В ГРУППОВОЕ ОТНОШЕНИЕ позволяет существующю запись связать с с записью-владельцем.

- Операция ПЕРЕКЛЮЧИТЬ дает возможность подчиненную запись связать с записью-владельцем в том же групповом отношении.

- Операция ОБНОВИТЬ изменять значения элементов записей, существующих в БД. Перед выполнением этого оператора соответствующая запись предварительно должна быть извлечена.

- Операция ИЗВЛЕЧЬ позволяет последовательно (т.е. перебирая) извлечь запись. Запись можно извлечь по значению первичного ключа или используя групповые отношения, в которых они участвуют. Так, от владельца можно перейти к записям - членам, а от записи-члена перейти к владельцу группового отношения.

- Операция УДАЛИТЬ дает возможность убрать из БД ненужную запись. Если удаляемая запись объявлена владельцем в групповом отношении, то анализируется класс членства подчиненных записей. Обязательные члены должны быть предварительно откреплены от этого владельца, т.е. удалены
из группового отношения, фиксированные будут удалены вместе с ним,
а необязательные останутся в БД.

- Операция ИСКЛЮЧИТЬ ИЗ ГРУППОВОГО ОТНОШЕНИЯ позволяет разорвать связь между записью-владельцем и записью-членом группового отношения, сохранив обе в БД.

Использования сетевой модели

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".

СУБД, поддерживающие сетевую модель, широко использовались на вычислительных системах серии IBM 360/370 (ЕС ЭВМ). В качестве примеров таких систем можно указать IDMS, UNIBAD (БАНК), аналоги СЕДАН, СЕТОР. На персональных компьютерах сетевые СУБД не получили широкого распространения. Примером сетевой СУБД для персонального компьютера является db_VISTA III. Отметим, что система db_VISTA реализована на языке С и поэтому является переносимой. Система может эксплуатироваться на ПЭВМ типа IBM PC, SUN, Macintosh.

ОГРАНИЧЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ

Ограничения целостности - это правила, которым должны удовлетворять значения элементов данных. Ограничения целостности делятся на:

* явные (включаются в структуру базы данных с помощью средств языка контроля данных (DCL, Data Control Language))

*неявные (определяются самой структурой данных).

Также различают статические и динамические ограничения целостности. Статические ограничения присущи всем состояниям ПО, а динамические определяют возможность перехода ПО из одного состояния в другое. За выполнением ограничений целостности следит СУБД в процессе своего функционирования. Она проверяет ограничения целостности каждый раз, когда они могут быть нарушены (например, при добавлении данных, при удалении данных и т.п.), и гарантирует их соблюдение. Таким образом, ограничения целостности обеспечивают логическую непротиворечивость данных при переводе БД из одного состояния в другое.