Иерархическая модель данных что собой представляет?

В современное время построение распределительных информационных систем непосредственно связано с объектно-ориентированными реляционными СУБД. Последние утвердились в качестве основных средств для оперативной обработки данных в различных информационных системах, имеющих самые разные масштабы: от персональных систем на РС до крупных приложений по обработке транзакций преимущественно в банковских системах.

Сегодня существуют различные модели баз данных, других программ, которые выполняют аналогичные функции.

Классификация СУБД с точки зрения архитектуры

Известно, что они бывают:

1. Локальными. Все части размещаются на 1-м компьютере.
2. Распределительные. Все элементы распределены на нескольких компьютерах.
   

На протяжении нескольких десятилетий последовательно возникали системы, в основе которых были 3 модели баз данных:

• сетевая;
• иерархическая;
• реляционная.
  

Основные определения рассматриваемой сферы

Для удобства они сведены в таблицу ниже.

Иерархическая модель данных: история создания, пример

Первые сетевые и иерархические СУБД появились в 60-х годах. Причиной этому послужила потребность в управлении миллионами записей, которые были связаны друг с другом определенном иерархическим образом, в частности, при поддержке (информационной) лунного проекта под названием «Аполлон». Пример иерархической модели данных - система IMS компании IBM. В современное время она выступает самой распространенной СУБД среди всех остальных данного типа. Другой пример иерархической модели данных – TDMS компании Development Corporation, а также Mark IV Multi компании Control Data Corporation и др.

Далее необходимо уделить внимание графическому представлению данной модели.

Что представляет собой иерархическая модель представления данных?

Здесь отношения организованы таким образом, что формируют совокупность деревьев. Каждое дерево выступает в качестве структуры данных, тип сегмента потомка в которой связан исключительно с 1-м типом сегмента предка.

Если рассматривать графически, то иерархическая модель данных представляет собой стрелку, где точка на ее конце – это предок, а точка на ее острие – потомок. Известно, что в БД установлено, что точками являются типы записей, стрелками же – взаимосвязи «один-ко-многим», «один-к-одному».

Совокупность ограничений рассматриваемой модели данных

Сюда можно отнести следующее:

1. Если необходимо представить неиерархические отношения данных, то потребуются дополнительные манипуляции.
2. Нет четкого разграничения физических и логических характеристик модели.
3. В случае с непредвиденными запросами может потребоваться реорганизация базы данных.

Теперь для сравнения стоит рассмотреть все остальные модели.

Сетевая модель

Именно сети выступают единственным способом представления взаимосвязи между объектами. Их широко применяют в таких науках, как математика, химия, социология, физика, а также в исследованиях операций и в других сферах.

Сети чаще всего представляются математической структурой, именуемой как направляемый граф. Он оснащен простой структурой: состоит из узлов либо точек, которые соединены ребрами либо стрелками. В рамках контекста моделей данных точки могут быть представлены в виде типов записей данных, вышеупомянутые ребра – взаимосвязей «один-ко-многим», «один-к-одному». Графическая структура позволяет произвести простые представления отношений иерархии.

Реляционная модель

Все ранее существовавшие подходы к объединению записей из различных файлов применяли физические указатели (адреса на диске). Е. Ф. Кодд выделил внушительное ограничение числа типов манипуляций данных в такого рода базах. Более того, он доказал их чрезмерную чувствительность по отношению к переменам в физическом окружении. В ситуации, когда компьютерная система оснащалась новым накопителем, либо менялись адреса хранения определенных данных, всегда возникала необходимость дополнительного преобразования файлов. При добавлении в файле к формату записи новых полей их физические адреса изменялись. В связи с этим базы данных не давали возможность для манипуляции данными в такой степени, как это допускала логическая структура. Перечисленные проблемы были преодолены в рамках реляционной модели, основанной на логических взаимосвязях данных.

Известны два подхода к ее проектированию:

1. На стадии концептуального проектирования выстраивается не концептуальная МД, а реляционная схема БД, которая состоит из определений специальных реляционных таблиц, постоянно подвергающихся нормализации.
2. Механическая трансформация функциональной модели, которая была создана ранее, в реляционную (нормализованную). Данный подход, как правило, применяется в процессе проектирования масштабных, сложных схем БД, требуемых для информационных систем корпораций.
   

Отличительные особенности иерархической модели от сетевой

Сходство данных моделей – осуществление реализации наборов посредством указателей. Отличительной особенностью иерархической модели данных является, во-первых, то, что многочленные наборы устанавливают взаимосвязи соподчиненности. Там тип – владелец набора - именуется предком, а подчиненный тип – его потомком. Во-вторых, иерархия всегда начинается с единственного корневого узла. В-третьих, каждый узел соответствующего уровня присоединен к единственному узлу предыдущего уровня, а также, возможно, и с рядом узлов следующего. В-четвертых, доступ к всякому узлу, кроме корневого, возможен лишь посредством исходного узла. В-пятых, выборка узла, который представлен в иерархии, проводится с помощью цепи исходных узлов, формирующих путь, начиная от корня и заканчивая выбираемым узлом. В-шестых, число экземпляров узлов на каждом уровне не ограничено. В-седьмых, графа дерева не имеет циклов. И последнее. На самых низких уровнях могут присутствовать зависимые узлы. Тогда необходимо установить горизонтальные допсвязи между узлами разных уровней.

Недостатки и достоинства иерархической модели

Среди достоинств стоит отметить то, что программы, которые реализуют операции этой модели, значительно проще, чем аналоги сетевой. В ходе выполнений операций манипулирования перечнем данных в рассматриваемой модели рекомендуется учитывать то, что узел потомка не будет существовать, если удалить предка.

Что касается недостатков, то и иерархическая, и сетевая модели данных имеют идентичные недочеты, плюс в первой еще есть и те, которые связаны с ограниченностью связей.

Управление иерархическими данными

Иерархическая модель базы данных имеет 2 средства управления ими:

• языковые средства их описания (ЯОД);
• языковые средства манипулирования ими (ЯМД).

Физическая структура иерархической БД описывает, во-первых, логическую структуру рассматриваемой модели, а во-вторых, собственно структуру хранения БД. Способ доступа при этом определяет способ организации отношений физических записей.

Способ доступа может быть:

• индексным;
• иерархически прямым;
• иерархически последовательным:
• иерархически индексно-прямым;
• иерархически индексно-последовательным.

Помимо обязательного установления имени иерархической БД, а также способа доступа к любому из элементов, которые концентрирует в себе иерархическая модель данных, описание первой обязательно должно включать определение типов всех сегментов данных, вошедших в БД, согласно выстроенной иерархии.

Так, при описании типов сегментов рекомендуется начинать с главного корня рассматриваемой модели. Иерархическая модель данных имеет особенность: всякая физическая БД может включать лишь 1 корень. Однако в 1-й иерархической системе может быть расположено несколько физических БД.

Иерархическая модель данных среди всех своих операторов манипулирования последними выделяет операторов просто поиска данных (поиск указанного дерева БД, переход от 1-го дерева к другому, поиск экземпляра сегмента, который удовлетворяет условию, прочее) с возможностью их модификации (поиск и удержание в целях последующей модификации единственного экземпляра сегмента, который удовлетворяет условию и т. д.) и, соответственно, операторы модификации данных (помещение нового экземпляра сегмента в заданную позицию, удаление либо обновление текущего экземпляра соответствующего сегмента).

Здесь автоматически сохраняется единство ссылок между потомками и предками. Как уже было упомянуто ранее, существует правило касательно того, что потомок не может существовать без родителя.

Заключение

В статье были рассмотрены существующие на сегодняшний день модели данных: иерархическая, сетевая, реляционная. Более детально представлена первая модель.