Общие сведения о современных базах данных

1 Общие сведения о современных базах данных

1.1 Классификация баз данных

В литературе предлагается множество определений понятия «база данных», отражающих скорее субъективное мнение тех или иных авторов, однако общепризнанная единая формулировка отсутствует.

Определения из международных стандартов и национальных стандартов, разработанных на основе международных:

База данных — совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных.

База данных — совокупность данных, организованных в соответствии с концептуальной структурой, описывающей характеристики этих данных и взаимоотношения между ними, которая поддерживает одну или более областей применения.

Определения из авторитетных монографий:

База данных — организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей [1].

База данных — некоторый набор перманентных (постоянно хранимых) данных, используемых прикладными программными системами какого–либо предприятия [2].

База данных — совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации [3].

Существует огромное количество разновидностей баз данных, отличающихся по различным критериям. Например, в «Энциклопедии технологий баз данных», по материалам которой написан данный раздел, определяются свыше 50 видов БД.

По форме представляемой информации можно выделить фактографические, документальные и мультимедийные БД.

Особенностью фактографической информации является практическая очевидность (минимальная неопределённость, не требующая использования сложных или нечётких процедур) идентификации и интерпретации факта, как его имени, так и состояния [4]. То есть, в этом случае контекст (содержание) в достаточной степени определяется однозначно понимаемым объявлением о назначении базы данных и таким именованием полей данных, когда в качестве имени используется общепринятое, не зависящее от прикладных задач, имя свойства (и таким образом определяются характеристические признаки) [5].

Документальная информация отличается неопределённостью или переменной структурой данных (документов).

По ш (исключая мультимедийную) можно выделить фактографические, документальные, лексикографические БД.

Лексикографические базы – это классификаторы, кодификаторы, словари основ слов, тезаурусы, рубрикаторы и т.д., обычно используемые в качестве справочных совместно с документальными или фактографическими БД.

Документальные базы подразделяются по уровню представления информации на полнотекстовые (обрабатывающие «первичные» документы) и библиографическо–реферативные (обрабатывающие «вторичные» документы, отражающие на адресном и содержательном уровне первичный документ) [6].

По типу используемой модели данных традиционно выделяют три класса БД: иерархические, сетевые, реляционные. Иерархические и сетевые модели данных называют ещё навигационными.

Иерархическая модель вообще реализовывалась средствами древовидных структур с корневыми сегментами, имеющими физический указатель на другие сегменты [7]. Преимущество таких моделей БД заключалось в том, что они уменьшали избыточность данных. Одно из неудобств такой модели данных заключается в том, что реальный мир не может быть легко представлен в виде древовидной структуры с единственным корневым сегментом. Иерархические базы данных обеспечивали указатели между различными деревьями баз данных, но обработка данных с использованием таких связей иногда могла оказаться неудобной. Примером такой модели является файловая структура [8].



Рисунок 1 ­­­­­­– Иерархическая база данных

Сетевая модель данных включала язык определения данных (Data Definition Language, DDL) и язык манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML) – формальные языки, предназначенные для определения и манипулирования содержимым базы данных. Предложенное разграничение функций между различными типами языков в системах управления базами данных привело к выделению языков управления транзакциями, языков манипулирования схемой и других групп языков. В сетевых БД, в отличие от иерархических, нет необходимости в корневой записи, поскольку между типами записей могут быть созданы наборы без искусственных ограничений, свойственных иерархии. Однако здесь, как и в иерархических БД, ассоциации поддерживаются с помощью физических указателей. Примером этой модели является Интернет [9].

Рисунок 2 – Сетевая база данных

Реляционная модель данных обеспечивает ряд важных возможностей, которые делают управление БД и их использование относительно легким, устойчивым по отношению к ошибкам и предсказуемым. Она описывает данные с их естественной структурой, не добавляя каких–либо дополнительных структур, необходимых для машинного представления или для целей реализации; обеспечивает математическую основу для интерпретации выводимости, избыточности и непротиворечивости отношений; обеспечивает независимость данных от их физического представления, от связей между данными и от соображений реализации, связанных с эффективностью и подобными заботами [10].

Главным элементом в реляционной модели является отношение. Для большинства людей обычной визуализацией отношения служит "таблица". Таблица, как известно, имеет строки и столбцы. Столбцы отношения соответствуют "элементам данных" каждой записи, которая представляется строкой отношения. Важное различие между отношением и таблицей (в том виде, как она реализована в большинстве поставляемых реляционных СУБД) заключается в том, что отношение не может иметь дубликатов кортежей (т.е. записей в файле), в то время как для таблиц допускается возможность содержать дубликаты строк [11].

Рисунок 3 – Реляционная база данных

Реляционная модель данных (РМД) некоторой предметной области представляет собой набор отношений, изменяющихся во времени. При создании информационной системы совокупность отношений позволяет хранить данные об объектах предметной области и моделировать связи между ними [12].

Классическая реляционная модель предполагает неделимость данных, хранящихся в полях записей таблиц, что в ряде случаев мешает эффективной реализации приложений. Развитие технологий обработки данных привело к появлению постреляционных, объектно–ориентированных, многомерных БД, которые в той или иной степени соответствуют упомянутым классическим моделям [13].