Прежде чем мы с вами узнаем о таком понятии, как модели данных, изучим их виды, классификации, а также рассмотрим подробное описание, есть необходимость осознать сам смысл информатики, в состав которой эти понятия входят, и всех областей, ею изучаемых. В данной статье нами будут рассмотрены основные термины и столпы данной науки, в частности, мы поговорим о типах структуры данных, связях в них и многом другом.
Что такое информация и информатика?
Чтобы перейти к изучению структуры модели данных, нужно понять, что эти данные и информация представляют из себя в принципе.
Абсолютно в любой момент существования человеческого общества огромную роль играла информация, то есть сведения, получаемые человеком из обширного и разнообразного окружающего нас мира. Например, даже первобытные люди оставляли для нас информацию об их простейшем быте и традициях с помощью наскальных рисунков.
С тех пор люди совершали множественные научные открытия, собирали информацию о своих предшественниках и накапливали сведения из каждодневных новостей, набирая тем самым все больше объемов информации и придавая ей такие качества, как ценность и достоверность.
Со временем количество информации стало настолько обширным и огромным, что человечество было не в состоянии самостоятельно хранить это в своей памяти, заниматься ручной ее обработкой и производить какие-либо действия над ней. Именно поэтому и возникла потребность в фундаментальной на сегодняшний день науке - информатике, в сферу изучения которой входит область человеческой деятельности, связанная с различными преобразованиями информации. Информатика охватывает практически каждую область нашей жизни: от проведения простейших математических вычислений до сложного инженерного и архитектурного проектирования, а также создания анимационных и мультипликационных фильмов. Она ставит перед собой такие основные цели, как автоматизированная обработка, структурирование, хранение и передача информации.
В сегодняшней теме мы затронем конкретно структурирование информации, а именно поговорим о модели данных. Однако перед этим следует прояснить некоторые другие моменты, непосредственно связанные с темой нашего разговора. А именно: базы данных и СУБД.
Базы данных и СУБД
Видом структурированной информации являются базы данных (БД).
Термин означает совместно используемый набор информации, которая логически связана между собой. Базы данных являются структурами, которые активно используются в динамических сайтах, обладающих огромными объемами информации. Например, это ресурсы различных интернет-магазинов, порталов средств массовой информации или других корпоративных источников.
Системами управления базами данных (СУБД) называется совокупность разнообразного программного обеспечения, предназначенного для создания БД, поддержания их в надлежащем виде и организации быстрого поиска требуемой информации в них. Примером широко используемой СУБД является Microsoft Access, выпускаемая в единой линейке Microsoft Office. Отличительной особенностью данной СУБД считается то, что благодаря наличию в ней языка VBA предусматривается создание приложений в самом Access, работающих на основе баз данных.
Базы данных можно классифицировать по нескольким различным критериям:
- По виду модели (о них будет идти речь).
- По месту хранения (жесткий диск, оперативная память, оптические диски).
- По типу пользования (локальные, то есть доступ к ней имеет один пользователь; средние, то есть данные в базе могут просматривать несколько человек; общие - такие базы размещены на нескольких серверах и персональных компьютерах, то есть возможность просматривать информацию в них имеет право большое количество людей).
- По содержанию информации (научные, исторические, лексикографические и другие).
- По степени определенности базы (централизованная и распределенная).
- По однородности (неоднородная и однородная, соответственно).
А также по многим другим, менее значимым признакам.
Основной частью такой базы являются модели данных. Они представляют собой множества структур информации и операции по ее обработке, упрощающие и ускоряющие процесс организации поиска требуемой информации.
Модели систем данных: классификация
Существуют самые различные базы данных, но все они создаются на основе более распространенных и фундаментальных моделей. Классификация информационных моделей данных подразделяется также на множество разных видов. Приведем наиболее часто используемые категории:
- иерархическая модель;
- сетевая схема;
- реляционная модель;
- объектно-ориентированные схемы.
Все эти виды моделей данных различаются между собой по характеру представления и хранения в них информации.
Критерии выбора нужной модели
Пользователь может создать базу данных с любым из вышеописанных видов. Однако стоит отметить, что выбор модели данных определяет зависимость от некоторых факторов.
Самый главный критерий заключается в том, поддерживает ли используемая клиентом СУБД конкретную модель. Большинство СУБД построены так, что пользователю представлена модель данных, которая должна быть использована, однако некоторые из них поддерживают несколько различных аналогов сразу. Давайте рассмотрим их особенности в отдельности.
Иерархическая модель
Является одним из типов моделей представления данных, организуя их в виде совокупности элементов, которые расположены в порядке от общего к частному.
Структура - перевернутое дерево. Для доступа к одному конкретному файлу имеется один путь.
Иерархическая модель должна удовлетворять трем основным условиям:
- Каждый узел более низкого уровня может быть связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне.
- В иерархии имеется всего один главный корневой узел, который не подчиняется ни одному другому узлу и находится на самом верхнем уровне.
- К любому узлу иерархии существует только один путь от корневого узла.
Тип связи - "один ко многим".
Сетевая модель
Она во многом опирается на иерархическую, имея с ней достаточно много общего. Главным различием между ними служит тип связи, который подразумевает отношение "многие ко многим", то есть связи могут существовать между различными узлами.
Преимуществом сетевой модели считается то, что она затрачивает меньше ресурсов ПК в плане памяти и оперативности, чем другие модели.
Недостаток такой схемы заключается в том, что если вам понадобится изменить структуру хранимых данных, то придется и изменить все приложения, работающие на основе этой сетевой модели, так как такая структура не является независимой.
Реляционная модель
Является наиболее распространенной на сегодняшний день. Объекты и связи между ними при такой модели данных представлены таблицами, причем связи в них рассматриваются как объекты. Столбцы в такой таблице называются полями, а строки - записями. Каждая таблица реляционной модели должна удовлетворять следующим свойствам:
- Абсолютно все ее столбцы являются однородными, то есть все элементы, располагающиеся в одном столбце, должны иметь одинаковый тип и максимально допустимый размер.
- У каждого столбца имеется свое уникальное имя.
- Одинаковых строк в таблице быть не должно.
- Порядок, в котором строки и столбцы следуют в таблице, может быть произвольным.
Реляционная модель также учитывает типы связей между этими таблицами, включая отношения «один к одному», «один ко многим» и «многие ко многим».
Базы данных, создаваемые на основе табличной реляционной модели, являются гибкими, адаптируемыми и хорошо масштабируемыми. Каждый объект данных разбивается на самые маленькие и полезные фрагменты.
Объектно-ориентированная модель
В объектно-ориентированной модели построения данных базы определяются совокупностью многократно используемых элементов программного обеспечения со связанными функциями. Существует несколько различных объектно-ориентированных баз данных:
- Мультимедийная база данных.
- Гипертекстная база данных.
Первая включает в себя данные средств массовой информации. Она может содержать различные изображения, которые, к примеру, храниться в реляционной модели не могут.
Гипертекстная база данных позволяет любому объекту базы быть связанным с любым другим объектом. Это достаточно удобно для организации связи в множестве разрозненных данных, однако такая модель далека от идеала при проведении численных анализов.
Пожалуй, объектно-ориентированная является самой популярной и используемой моделью, поскольку она может содержать информацию в виде таблиц, как и реляционная, но, в отличие от нее, табличной записью не ограничивается.
Немного дополнительной информации
Впервые в информатике иерархическая модель была использована в 60-х годах прошлого века компанией IBM, но сегодня ее популярность спала из-за низкой эффективности.
Сетевая модель данных пользовалась популярностью уже в 70-х годах, после того как была официально определена Конференцией по языкам систем баз данных.
Реляционные базы данных обычно записываются на языке структурированных запросов (SQL). Такая модель вышла в свет в 1970 году.
Выводы
Таким образом, можно подытожить рассмотренные нами сегодня вопросы с помощью следующих кратких выводов:
- Данные на Персональных Компьютерах (ПК) могут храниться структурно в виде специальных баз данных.
- Ядро любой базы данных - ее модель.
- Существует четыре основных вида моделей данных: иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-ориентированная.
- В иерархической модели структурой внешне является перевернутое дерево.
- В сетевой модели связи имеются между различными узлами.
- В реляционной модели связи между объектами представлены в виде таблиц.
- В объектно-ориентированной модели связи между элементами могут быть представлены таблицами, но ими не ограничиваются.
В последнем случае, например, возможно наличие текста и изображений.
