Реферат: Иерархическая модель данных. Структуры данных

Развитие средств вычислительной техники обеспечило для сотворения и широкого использования систем обработки данных разнообразного назначения. Разрабатываются информационные системы для обслуживания разных систем деятельности, всевозможные тренажеры и обучающие системы. Одной из принципиальных предпосылок сотворения таковых систем стала возможность оснащения их "памятью" для скопления, хранения и систематизация огромных размеров данных. Другой значимой предпосылкой необходимо признать разработку подходов, а также создание программных и технических средств конструирования систем, предназначенных для коллективного использования. В данной связи потребовалось создать особые способы и механизмы управления такового рода вместе используемыми ресурсами данных, которые стали называться базами данных. Исследования и разработки, связанные с проектированием, созданием и эксплуатации баз данных, а также нужных для этих целей языковых и программных инструментальных средств, привели к появлению самостоятельной ветки информатики, получившей заглавие системы управления данными.

В настоящее время разработаны и употребляются на персональных компьютерах около двадцати систем управления базами данных.

Начиная с 60-х годов для работы с данными, стали употреблять особенные программные комплексы, называемые системами управления базами данных (СУБД). Системы управления базами данных отвечают за:

физическое размещение данных и их описаний;

поиск данных;

поддержание баз данных в актуальном состоянии;

защиту данных от некорректных обновлений и несанкционированного доступа;

Модели данных

В зависимости от способа организации (модели) данных в базах данных (БД) их разделяют на а) иерархические, б) сетевые модели, в) реляционные модели и г) объектно-ориентированные модели СУБД. Однако в большинстве учебных материалов обычно различают три класса СУБД, обеспечивающих работу:

1) иерархических,

2) сетевых и 3) реляционных моделей.

"Иерархические структуры" наиболее подробно описывают положительные и отрицательные черты иерархической модели. Воспринимая окружающий мир, наше сознание в процессе мышления манипулирует иерархическими понятиями. При работе с иерархиями используется "семейная" терминология (родители, внуки, предки, потомки), поскольку семья является самым распространённым примером объектов (в данном случае - людей), объединенных иерархическими отношениями. ("родитель" может иметь множество "детей", но не наоборот), организована в виде иерархического дерева.

В то же время, место объекта в иерархическом дереве - не более чем условное обозначение связи с другими объектами. Иерархическая структура всего лишь помогает сохранить, упорядочить и найти объект.

Структурная часть иерархической модели

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево), вид которого представлен ниже на рис. К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчинённые) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

Иерархическая модель данных. Структуры данных

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи. Например, как видно из рис.2, для записей С4 путь проходит через записи А и В3.

Основными информационными единицами в иерархической модели данных являются сегмент и поле.

Поле данных определяется как наименьшая неделимая единица данных, доступная пользователю.

Для сегмента определяются тип сегмента и экземпляр сегмента. Экземпляр сегмента образуется из конкретных значений полей данных. Тип сегмента - это поименованная совокупность входящих в него типов полей данных. Иерархическая модель данных базируется на графовой форме построения данных, и на концептуальном уровне она является просто частным случаем сетевой модели данных. В иерархической модели данных вершине графа соответствует тип сегмента или просто сегмент, а дугим - типы связей предок - потомок. В иерархических структуpax сегмент - потомок должен иметь в точности одного предка.

Иерархическая модель представляет собой связный неориентированный гpaф древовидной структуры, объединяющий сегменты. Иерархическая база данных состоит из упорядоченного набора деревьев.

Структура данных

Организация данных в СУБД иерархического типа определяется в терминах: элемент, агрегат, запись (группа), групповое отношение, база данных.

Атрибут (элемент данных) - наименьшая единица структуры данных. Обычно каждому элементу при описании базы данных присваивается уникальное имя. По этому имени к нему обращаются при обработке. Элемент данных также часто называют полем.

Запись - именованная совокупность атрибутов. Использование записей позволяет за одно обращение к базе получить некоторую логически связанную совокупность данных. Именно записи изменяются, добавляются и удаляются. Тип записи определяется составом ее атрибутов. Экземпляр записи - конкретная запись с конкретным значением элементов

Групповое отношение - иерархическое отношение между записями двух типов. Родительская запись (владелец группового отношения) называется исходной записью, а дочерние записи (члены группового отношения) - подчиненными. Иерархическая база данных может хранить только такие древовидные структуры.

Корневая запись каждого дерева обязательно должна содержать ключ с уникальным значением. Ключи некорневых записей должны иметь уникальное значение только в рамках группового отношения. Каждая запись идентифицируется полным сцепленным ключом, под которым понимается совокупность ключей всех записей от корневой по иерархическому пути.

При графическом изображении групповые отношения изображают дугами ориентированного графа, а типы записей - вершинами (диаграмма Бахмана).

Для групповых отношений в иерархической модели обеспечивается автоматический режим включения и фиксированное членство. Это означает, что для запоминания любой некорневой записи в БД должна существовать ее родительская запись (подробнее о режимах включения и исключения записей сказано в параграфе о сетевой модели). При удалении родительской записи автоматически удаляются все подчиненные.

Операции над данными, определенные в иерархической модели

ДОБАВИТЬ в базу данных новую запись. Для корневой записи обязательно формирование значения ключа.

ИЗМЕНИТЬ значение данных предварительно извлеченной записи. Ключевые данные не должны подвергаться изменениям.

УДАЛИТЬ некоторую запись и все подчиненные ей записи.

ИЗВЛЕЧЬ корневую запись по ключевому значению, допускается также последовательный просмотр корневых записей

извлечь следующую запись (следующая запись извлекается в порядке левостороннего обхода дерева)

В операции ИЗВЛЕЧЬ допускается задание условий выборки (например, извлечь сотрудников с окладом более 1 тысячи руб.)

Все операции изменения применяются только к одной "текущей" записи (которая предварительно извлечена из базы данных). Такой подход к манипулированию данных получил название "навигационного".

иерархическая модель база связь

Управляющая часть иерархической модели

В рамках иерархической модели выделяют языковые средства описания данных (ЯОД) и средства манипулирования данными (ЯМД). Каждая физическая база описывается набором операторов, обусловливающих как ее логическую структуру, так и структуру хранения БД. При этом способ доступа устанавливает способ организации взаимосвязи физических записей.

Определены следующие способы доступа:

иерархически последовательный;

иерархически индексно-последовательный;

иерархически прямой;

иерархически индексно-прямой;

индексный.

Помимо задания имени БД и способа доступа описания должны содержать определения типов сегментов, составляющих БД, в соответствии с иерархией, начиная с корневого сегмента. Каждая физическая БД содержит только один корневой сегмент, но в системе может быть несколько физических БД. Среди операторов манипулирования данными можно выделить операторы поиска данных, операторы поиска данных с возможностью модификации, операторы модификации данных. Набор операций манипулирования данными в иерархической БД невелик, но вполне достаточен.

Представление связей в иерархической модели

Тип "дерево" является составным. Он включает в себя подтипы ("поддеревья"), каждый из которых, в свою очередь, является типом "дерево". Каждый из типов "дерево" состоит из одного "корневого" типа и упорядоченного набора (возможно пустого) подчиненных типов. Каждый из элементарных типов, включенных в тип "дерево", является простым или составным типом "запись". Простая "запись" состоит из одного типа, например, числового, а составная "запись" объединяет некоторую совокупность типов, например, целое, строку символов и указатель (ссылку).

К достоинствам иерархической модели данных относятся эффективное использование памяти ЭВМ и неплохие показатели времени выполнения основных операций над данными. Иерархическая модель данных удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией.

Недостатком иерархической модели является ее громоздкость для обработки информации с достаточно сложными логическими связями, а также сложность понимания для обычного пользователя.

Известные иерархические СУБД

Типичным представителем (наиболее известным и распространенным) является Information Management System (IMS) фирмы IBM. Первая версия появилась в 1968 г.

Time-Shared Date Management System (TDMS) компании Development Corporation;

Mark IV Multi - Access Retrieval System компании Control Data Corporation;

System - 2000 разработки SAS-Institute;

Серверы каталогов, такие, как LDAP и Active Directory (допускают чёткое представление в виде дерева).

По принципу иерархической БД построены иерархические файловые системы и Реестр Windows.

Заключение

С ростом популярности СУБД в 70-80-х годах появилось множество различных моделей данных. У каждой из них имелись свои достоинства и недостатки, которые сыграли ключевую роль в развитии реляционной модели данных, появившейся во многом благодаря стремлению упростить и упорядочить первые модели данных.

Современные БД основываются на использовании моделей данных, позволяющих описывать объекты предметных областей и взаимосвязи между ними. Модели данных используются, как для концептуального, так и для логического и физического представления данных.

Основное различие между этими моделями данных состоит в способах описания взаимодействий между объектами и атрибутами.

Библиографический список

1. Зеленков Ю.А. "Введение в базы данных". Учебный курс.

http://www.mstu.edu.ru/education/materials/zelenkov/toc.html

2. Bachman C. W. The Programmer as Navigator, CACM 16.11, Nov. 1973.

3. Журнал "СУБД" № 1, 1995. Реляционная модель данных для больших совместно используемых банков данных

http://www.osp.ru/dbms/1995/01/01. htm

4. New Data Management Markets. Gartner Group, August 1999

5. Интернет сайт Oracle corporation.

http://www.oracle9i.ru/partnerinfo/select_stories. phtml

6. Интернет сайт Oracle corporation.

http://www.oracle.com/global/ru/ip/10g/database/index.html

Реферат: Иерархическая модель данных. Структуры данных

Похожие работы: