Μοντέλα δεδομένων. Ιεραρχία και σχετικότητα. Με βάση την τεχνολογία επεξεργασίας δεδομένων, οι βάσεις δεδομένων χωρίζονται σε κεντρικές και κατανεμημένες

Τα δεδομένα σε βάσεις δεδομένων οργανώνονται σύμφωνα με ένα από τα μοντέλα δεδομένων.

Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο δεδομένων, τα αντικείμενα τομέα και οι σχέσεις μεταξύ τους μπορούν να αναπαρασταθούν. Οτι. Η βάση κάθε βάσης δεδομένων είναι το μοντέλο δεδομένων.

Μοντέλο δεδομένων -ένα σύνολο δομών δεδομένων και λειτουργιών για την επεξεργασία τους.

Τα κλασικά μοντέλα αναπαράστασης δεδομένων περιλαμβάνουν ιεραρχικά, δικτυακά και σχεσιακά. Τα ιεραρχικά και δικτυακά μοντέλα δεδομένων άρχισαν να χρησιμοποιούνται σε συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων στις αρχές της δεκαετίας του '60. Στις αρχές της δεκαετίας του '70, προτάθηκε ένα μοντέλο σχεσιακών δεδομένων. Τα τρία μοντέλα διαφέρουν κυρίως στον τρόπο που αντιπροσωπεύουν τις σχέσεις μεταξύ των αντικειμένων.

Βασικά μοντέλα παρουσίασης δεδομένων:

1. ΙεραρχικάΤο μοντέλο δεδομένων αναπαριστά απεικονίσεις πληροφοριών αντικειμένων - οντοτήτων του πραγματικού κόσμου και τις συνδέσεις τους με τη μορφή κατευθυνόμενου γραφήματος ή δέντρου (Εικ. 2). Οι κόμβοι και οι κλάδοι σχηματίζουν μια ιεραρχική δομή δέντρου. Ένας κόμβος είναι μια συλλογή χαρακτηριστικών που περιγράφουν ένα αντικείμενο. Ο υψηλότερος κόμβος στην ιεραρχία ονομάζεται κόμβος ρίζας (αυτός είναι ο κύριος τύπος αντικειμένου). Ο ριζικός κόμβος βρίσκεται στο πρώτο επίπεδο. Οι εξαρτημένοι κόμβοι (υποτελείς τύποι αντικειμένων) βρίσκονται στο δεύτερο, τρίτο και σε άλλα επίπεδα. Σε ένα τέτοιο μοντέλο, κάθε αντικείμενο έχει μόνο μία πηγή (με εξαίρεση το ριζικό αντικείμενο), αλλά καταρχήν μπορεί να υπάρχουν πολλά εξαρτημένα (παιδιά).

Εικ. 17. Ιεραρχική Δομή Μοντέλου

Οι κλάδοι μεταξύ των αντικειμένων αντικατοπτρίζουν την παρουσία κάποιας σχέσης και το όνομα της σχέσης αναγράφεται στην άκρη. Για παράδειγμα, μεταξύ των αντικειμένων "πελάτης" και "παραγγελία" μπορεί να υπάρχει μια σχέση που ονομάζεται "does" και μεταξύ "παραγγελίας" και "προϊόντων" μπορεί να υπάρχει μια σχέση που ονομάζεται "αποτελείται από". Αυτός ο τύπος μοντέλου αντανακλά κάθετες συνδέσεις, την υποταγή του κατώτερου επιπέδου στο ανώτερο, δηλ. Κάθε εγγραφή βάσης δεδομένων έχει μόνο μία (ιεραρχική) διαδρομή από την εγγραφή ρίζας.

Ένα παράδειγμα τέτοιου μοντέλου είναι μια βάση δεδομένων που περιέχει πληροφορίες για ένα πανεπιστήμιο (χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του BelGSHA)

2. Μοντέλο δικτύου –αποτελεί προέκταση του ιεραρχικού μοντέλου , Ωστόσο, σε αντίθεση με αυτό, υπάρχουν οριζόντιες συνδέσεις (Εικ. 3). Σε αυτό το μοντέλο δεδομένων, οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να είναι και κύριο και slave. Μια δομή ονομάζεται δίκτυο εάν, στις σχέσεις μεταξύ των δεδομένων, ένα θυγατρικό στοιχείο έχει περισσότερα από ένα γονικά στοιχεία. Το μοντέλο δικτύου παρέχει μεγαλύτερες ευκαιρίες σε σύγκριση με το ιεραρχικό, αλλά είναι πιο δύσκολο να εφαρμοστεί και να χρησιμοποιηθεί. Ένα παράδειγμα είναι η δομή μιας βάσης δεδομένων που περιέχει πληροφορίες για μαθητές που συμμετέχουν σε ερευνητικές εργασίες. Είναι δυνατόν ένας μαθητής να συμμετέχει σε πολλά θέματα, καθώς και πολλοί μαθητές στην ανάπτυξη ενός θέματος.

Ρύζι. 18. Αναπαράσταση συνδέσεων σε μοντέλο δικτύου

3. Σχεσιακό μοντέλο.Η έννοια του μοντέλου σχεσιακών δεδομένων (από την αγγλική σχέση) συνδέεται με τις εξελίξεις του Erich Codd. Αυτό το μοντέλο χαρακτηρίζεται από την απλότητα της δομής δεδομένων, τη φιλική προς τον χρήστη αναπαράσταση σε πίνακα και τη δυνατότητα χρήσης σχεσιακής άλγεβρας για την επεξεργασία δεδομένων.

Το σχεσιακό μοντέλο επικεντρώνεται στην οργάνωση δεδομένων με τη μορφή δισδιάστατων πινάκων που διασυνδέονται με ορισμένες σχέσεις.

Ένας σχεσιακός πίνακας έχει τα εξής ιδιότητες :

ü ο πίνακας πρέπει να έχει όνομα.

ü κάθε στοιχείο πίνακα είναι ένα στοιχείο δεδομένων.

ü όλες οι στήλες του πίνακα είναι ομοιογενείς, δηλ. όλα τα στοιχεία μιας στήλης έχουν τον ίδιο τύπο (αριθμητικό, χαρακτήρα ή άλλο) και το ίδιο μήκος.

ü κάθε στήλη έχει ένα μοναδικό όνομα.

ü δεν υπάρχουν πανομοιότυπες σειρές στον πίνακα.

ü η σειρά των γραμμών και των στηλών μπορεί να είναι αυθαίρετη.

ü ο πίνακας να είναι απλός, δηλ. δεν περιέχουν σύνθετες στήλες.

Το πρωτεύον κλειδί πρέπει να είναι γνωστό.

Ένας πίνακας σχεσιακής βάσης δεδομένων αποτελείται από έναν ορισμένο αριθμό εγγραφών του ίδιου τύπου ή πλειάδες. Η λέξη "ίδιος τύπος" σημαίνει ότι όλες οι εγγραφές έχουν το ίδιο σύνολο χαρακτηριστικών ή πεδίων, αν και κάθε χαρακτηριστικό μπορεί να έχει τη δική του τιμή.

Εξετάστε έναν πίνακα που περιέχει δεδομένα σχετικά με τους υπαλλήλους μιας επιχείρησης

Αυτή είναι μια βάση δεδομένων που βασίζεται σε μια δομή δέντρου. Σύμφωνα με την αρχή της κατασκευής, είναι κάπως παρόμοιο με το σύστημα αρχείων ενός υπολογιστή. Η χρήση ενός τέτοιου μοντέλου έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του, τα οποία θα συζητηθούν σε αυτό το άρθρο, μαζί με λεπτομερή παραδείγματα.

Τύποι βάσεων δεδομένων

Όπως γνωρίζετε, υπάρχουν τέσσερις τύποι κατασκευής βάσης δεδομένων:

• Σχεσιακό - πίνακα DBMS, όπου οι πληροφορίες παρουσιάζονται με τη μορφή γραμμών και στηλών. Αυτή είναι η αρχή που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία τους στην Access, για παράδειγμα.
• Αντικειμενοστραφή - σχετίζονται στενά με τον τρόπο με τον οποίο κάποιος δουλεύει με αντικείμενα) και αυτό είναι το κύριο πλεονέκτημά τους, αλλά λόγω της χαμηλής παραγωγικότητάς τους, εξακολουθούν να είναι σημαντικά κατώτερα σε επικράτηση από τα σχεσιακά.
• Hybrid - DBMS που περιέχει δύο από τους παραπάνω τύπους ταυτόχρονα.
• Τα ιεραρχικά αποτελούν αντικείμενο προσοχής αυτού του άρθρου. χαρακτηρίζεται από δομή που μοιάζει με δέντρο.

Το πιο διάσημο παράδειγμα ιεραρχικής βάσης δεδομένων είναι ένα προϊόν που δημιουργήθηκε από την IBM που ονομάζεται Σύστημα Διαχείρισης Πληροφοριών, με συντομογραφία IMS. Η πρώτη έκδοση του IMS κυκλοφόρησε τον περασμένο εικοστό αιώνα, το έτος εξήντα οκτώ. Εξακολουθεί να χρησιμοποιείται για την αποθήκευση και τον έλεγχο δεδομένων σήμερα.

Η αρχή της κατασκευής ενός ιεραρχικού μοντέλου

Το ιεραρχικό μοντέλο δεδομένων είναι χτισμένο σύμφωνα με την ακόλουθη αρχή:

• Για κάθε κόμβο της δενδρικής δομής εκχωρείται ένα συγκεκριμένο τμήμα.
• Ένα τμήμα αναφέρεται σε πεδία δεδομένων με ένα όνομα εκχωρημένο σε κάθε πεδίο και διατεταγμένο σε μία γραμμική πλειάδα.
• άλλη αντιστοίχιση: μία είσοδος και πολλά τμήματα εξόδου για κάθε πεδίο πηγής.
• Για κάθε δομικό στοιχείο υπάρχει μία και μοναδική θέση στο σύστημα ιεραρχίας.
• η δομή του δέντρου ξεκινά από το ριζικό στοιχείο.
• Κάθε υποτελής κόμβος έχει μόνο έναν πρόγονο, αλλά κάθε γονικός κόμβος μπορεί να έχει πολλά παιδιά.

Εφαρμογή Ιεραρχικής Δομής Δεδομένων

Μια ιεραρχική βάση δεδομένων είναι μια αποθήκευση που είναι εφαρμόσιμη για εκείνα τα συστήματα που έχουν αρχικά μια δομή δέντρου. Για αυτούς, η επιλογή τέτοιου μοντέλου είναι λογική.

Παράδειγμα ιεραρχικής βάσης δεδομένων με αρχικά συστηματοποιημένα πτυχία είναι μια στρατιωτική μονάδα, στην οποία, όπως γνωρίζουμε, οι τάξεις ορίζονται σαφώς. Μπορούν επίσης να είναι πολύπλοκοι μηχανισμοί, που αποτελούνται από σωματίδια που γίνονται όλο και πιο απλά προς το κάτω μέρος της ιεραρχίας. Για να μοντελοποιήσουμε τέτοια συστήματα και να τα φέρουμε στη μορφή της υπό εξέταση βάσης δεδομένων, δεν υπάρχει ανάγκη αποσύνθεσης. Ωστόσο, αυτή η κατάσταση δεν προκύπτει πάντα.

Επιπλέον, υπάρχει μια τάση για ένα προς τα κάτω ερώτημα να είναι απλούστερο από ένα προς τα πάνω.

Βασικές λειτουργίες σε βάσεις δεδομένων που βασίζονται σε ένα ιεραρχικό μοντέλο

Η δομή της ιεραρχικής βάσης δεδομένων σάς επιτρέπει να εκτελείτε με επιτυχία και σχεδόν απρόσκοπτα (ανάλογα με τις δεξιότητες και τις ικανότητες) τις ακόλουθες λειτουργίες (παρουσιάζονται οι πιο βασικές, η λίστα μπορεί πάντα να επεκταθεί με μικρές προσθήκες):

• αναζήτηση στη βάση δεδομένων για ένα συγκεκριμένο στοιχείο.
• μετάβαση μέσω της βάσης δεδομένων - από δέντρο σε δέντρο.
• κινείται κατά μήκος ενός δέντρου - από κλαδί σε κλαδί.
• Συνεπώς, η μετάβαση κατά μήκος των κλάδων είναι στοιχείο προς στοιχείο.
• εργασία με εγγραφές: εισαγωγή μιας νέας ή/και διαγραφή της τρέχουσας, αντιγραφή, αποκοπή κ.λπ.

Γενικευμένη περιγραφή της δομής

Ο όρος "όπως δέντρο" για να περιγράψει τη δομή αναφέρεται σε αυτό το άρθρο περισσότερες από μία φορές. Ήρθε η ώρα να πούμε από πού προήλθε. Αυτό συμβαίνει επειδή μια ιεραρχική βάση δεδομένων είναι μια βάση δεδομένων που χρησιμοποιεί τον τύπο δεδομένων «δέντρο». Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε τι είναι.

Αυτός είναι ένας σύνθετος τύπος: κάθε στοιχείο (κόμβος) περιέχει πολλά διαδοχικά (ένα ή περισσότερα). Και όλα ξεκινούν με ένα ριζικό στοιχείο. Το θέμα είναι ότι καθένα από τα κομμάτια του τύπου «δέντρο» είναι ένας υποτύπος, επίσης ένα «δέντρο». Πολλές, πολλές διακλαδισμένες, και ακόμη διατεταγμένες κατασκευές.

Οι στοιχειώδεις τύποι μπορεί να είναι απλοί ή σύνθετοι, αλλά ουσιαστικά είναι πάντα εγγραφές. Αλλά σε έναν απλό δίσκο υπάρχει ένα, και σε έναν σύνθετο δίσκο υπάρχει ένα ολόκληρο σύνολο από αυτά.

Το ιεραρχικό μοντέλο χαρακτηρίζεται από την αρχή των απογόνων, όταν κάθε προηγούμενο τμήμα είναι ο πρόγονος του επόμενου. Επιπλέον, ένας απόγονος ενός γονικού τύπου είναι δευτερεύων τύπος, ενώ οι ισοδύναμες εγγραφές μεταξύ τους θεωρούνται δίδυμα.

Συμπλήρωση της βάσης δεδομένων

Τα κύρια δεδομένα μιας ιεραρχικής βάσης δεδομένων είναι οι τιμές (αριθμοί ή σύμβολα) που αποθηκεύονται σε εγγραφές. Μια τέτοια βάση δεδομένων συνήθως διασχίζεται από κάτω προς τα πάνω και από αριστερά προς τα δεξιά.

Πλεονεκτήματα

Μια ιεραρχική βάση δεδομένων είναι μια βάση δεδομένων που έχει έναν ριζικό φάκελο και σταδιακά διακλαδίζεται προς τα κάτω. Λαμβάνοντας υπόψη ότι μια τέτοια δομή είναι πολύ παρόμοια με ένα σύστημα αρχείων, τέτοιες βάσεις δεδομένων χρησιμοποιούνται με επιτυχία για την εκτέλεση διαφόρων λειτουργιών σε δεδομένα υπολογιστή. Το αποτέλεσμα: μια ορθολογική κατανομή της μνήμης της, καθώς και πολύ αξιοπρεπείς δείκτες του χρόνου που αφιερώθηκε στη δουλειά.

Το ιεραρχικό μοντέλο είναι ιδανικό για τη χρήση του για την οργάνωση πληροφοριών.

Ελαττώματα

Ωστόσο, τα ίδια χαρακτηριστικά των υπό εξέταση DBMS, τα οποία έγιναν τα κύρια πλεονεκτήματά τους, καθορίζουν και τα μειονεκτήματά τους. Για παράδειγμα, ο όγκος και η πολυπλοκότητα των λογικών συνδέσεων - θα είναι δύσκολο για έναν έμπειρο ειδικό να καταλάβει όταν εργάζεται με μια προηγουμένως άγνωστη βάση δεδομένων και ένας απλός χρήστης θα χαθεί εντελώς σε αυτήν. Αυτή η πολυπλοκότητα της κατανόησης οδηγεί στο γεγονός ότι δεν είναι πολλά τα DBMS που βασίζονται σε ένα ιεραρχικό μοντέλο. Ένα παράδειγμα ιεραρχικής βάσης δεδομένων είναι, εκτός από το ήδη περιγραφόμενο προϊόν της IBM, το Oka και το MIRIS (κατασκευασμένο στη Ρωσία), καθώς και το Data Edge και το Team-UP (από ξένες εταιρείες).

Παραδείγματα

Μια ιεραρχική βάση δεδομένων είναι μια ποικιλία διαφορετικών επιπέδων στα οποία χτίζονται οι σχέσεις. Σχηματικά, μοιάζει με ανεστραμμένο γράφημα. Ένα παράδειγμα ιεραρχικής βάσης δεδομένων είναι κάθε κυβερνητικός διοικητικός οργανισμός. Πάρτε, για παράδειγμα, το σχολείο.

Στο πολύ κορυφαίο επίπεδο θα υπάρχει ο «αρχηγός» της διοίκησης - ο διευθυντής. Οι διευθυντές είναι υποτελείς του και οι διευθυντές έχουν δασκάλους που διοικούν παράλληλες τάξεις. Κάθε παράλληλος έχει έναν ορισμένο αριθμό από αυτούς και κάθε τάξη έχει έναν ορισμένο αριθμό μαθητών.

Η ίδια αρχή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει τη διαχείριση μιας εταιρείας. Ο επικεφαλής της εταιρείας ή ακόμα και το διοικητικό συμβούλιο βρίσκεται στην κορυφή. Στη συνέχεια - ένας αυξανόμενος αριθμός τμημάτων, καθένα από τα οποία έχει τη δική του δομή. Υπάρχουν επίσης κοινά χαρακτηριστικά: ο επικεφαλής κάθε τμήματος, ο βοηθός του, η γραμματέας του, οι ίδιοι οι υπάλληλοι του γραφείου κ.ο.κ.

Εφαρμογή σε υπολογιστές

Μπορεί να υπάρχουν πιο σοβαρές εφαρμογές. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα μιας ιεραρχικής βάσης δεδομένων είναι ένα σύστημα αρχείων. Το γνωστό "Explorer" είναι ενσωματωμένο στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος των Windows σύμφωνα ακριβώς με αυτό το σχήμα, όπως και πολλοί άλλοι διαχειριστές αρχείων.

Βάσεις δεδομένων δικτύου

Υπάρχει:

• σχετικός;
• ιεραρχικός;
• δικτυακές βάσεις δεδομένων.

Γιατί σκεφτήκαμε ξανά την ταξινόμηση; Επειδή, σε αντίθεση με μια σχεσιακή βάση δεδομένων, μια βάση δεδομένων δικτύου έχει παρόμοια χαρακτηριστικά με μια ιεραρχική.

Ώρα να θυμάστε στις βάσεις δεδομένων. Υπάρχουν σχέσεις ένας-προς-ένας, ένας-προς-πολλά και πολλά-προς-πολλά. Μας ενδιαφέρει το τελευταίο. Σε μια βάση δεδομένων δικτύου, εκδηλώνεται ως εξής: ένας διάδοχος κόμβος μπορεί να έχει πολλούς προγόνους ταυτόχρονα. Διατηρείται επίσης η ιδιότητα της ύπαρξης πολλαπλών απογόνων. Μπορούμε να πούμε ότι οι ιεραρχικές βάσεις δεδομένων και οι βάσεις δεδομένων δικτύου είναι από μόνες τους παραδείγματα τέτοιας κληρονομικότητας. Ο πρόγονος σε αυτή την περίπτωση είναι ακριβώς η ιεραρχική βάση δεδομένων, αφού η αρχή της κατασκευής της δομής σε βάσεις δεδομένων δικτύου παραμένει η ίδια.

Ιεραρχία και σχετικότητα

Το όνομα "σχεσιακό" προέρχεται από την αγγλική λέξη "σχέση". Όπως αναφέρθηκε στην αρχή του άρθρου, συχνά εκφράζονται σε πίνακες. Αλλά στην προηγούμενη παράγραφο υποδείξαμε ότι μια ιεραρχική βάση δεδομένων μπορεί επίσης να οργανώσει συνδέσεις, σημαίνει αυτό ότι μεταξύ αυτών των δύο τύπων υπάρχει κάποιο είδος λεπτού νήματος που τους ενώνει;

Ναί. Εκτός από το γεγονός ότι τόσο ο πρώτος όσο και ο δεύτερος τύπος εξακολουθούν να σχετίζονται με βάσεις δεδομένων, εκτός από αυτό το χαρακτηριστικό υπάρχει μια ακόμη κοινή ιδιότητα. Για παράδειγμα, μια ιεραρχική βάση δεδομένων (και μια βάση δεδομένων δικτύου μαζί με αυτήν) μπορεί να εκφραστεί σε έναν πίνακα. Το θέμα εδώ δεν είναι σε ποια μορφή θα πρέπει να παρουσιάζονται οι πληροφορίες στον τελικό χρήστη (αυτό είναι ήδη ζήτημα χρηστικότητας διεπαφής), αλλά με ποια αρχή δομήθηκαν οι πληροφορίες. Έτσι, μια σαφής διαίρεση σε τμήματα με τους επικεφαλής, τα τμήματα και ούτω καθεξής θα εξακολουθεί να εκφράζεται στην ιεραρχία, αλλά για λόγους ευκολίας παρατίθεται σε έναν πίνακα.

Ταξινόμηση βάσεων δεδομένων.

Με τεχνολογίες επεξεργασίας Οι βάσεις δεδομένων χωρίζονται σε κεντρικές και κατανεμημένες.

Κεντρική βάσηΤα δεδομένα αποθηκεύονται στη μνήμη ενός συστήματος υπολογιστή. Εάν αυτό το υπολογιστικό σύστημα είναι στοιχείο ενός δικτύου υπολογιστών, είναι δυνατή η κατανεμημένη πρόσβαση σε μια τέτοια βάση δεδομένων. Αυτή η μέθοδος χρήσης βάσεων δεδομένων χρησιμοποιείται συχνά σε τοπικά δίκτυα Η/Υ.

Κατανεμημένη βάση δεδομένωνΤα δεδομένα αποτελούνται από πολλά, πιθανώς επικαλυπτόμενα ή ακόμα και διπλά μέρη, αποθηκευμένα σε διαφορετικούς υπολογιστές σε ένα δίκτυο υπολογιστών. Η εργασία με μια τέτοια βάση δεδομένων πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ένα κατανεμημένο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (RDBMS).

Με μέθοδος πρόσβασης σε βάσεις δεδομένων χωρίζονται σε βάσεις δεδομένων με τοπική πρόσβασηκαι βάσεις δεδομένων με απομακρυσμένη (δικτυακή) πρόσβαση.

Ο πυρήνας κάθε μοντέλου βάσης δεδομένων είναι το μοντέλο δεδομένων.

Μοντέλο δεδομένων- ένα σύνολο δομών δεδομένων και πράξεων επεξεργασίας. Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο δεδομένων, τα αντικείμενα τομέα και οι σχέσεις μεταξύ τους μπορούν να αναπαρασταθούν.

Σήμερα υπάρχουν τρεις κύριες προσεγγίσεις για τη δημιουργία βάσεων δεδομένων: ιεραρχική, δικτυακή και σχεσιακή.

Ιστορικά ο πρώτος που εμφανίστηκε Ιεραρχικόςμοντέλο δεδομένων. Το ιεραρχικό μοντέλο δεδομένων βασίζεται στην αρχή μιας ιεραρχίας τύπων αντικειμένων, δηλ. ένας τύπος αντικειμένου είναι ο κύριος και τα υπόλοιπα είναι δευτερεύοντα.

Τα δεδομένα παρουσιάζονται με τη μορφή δέντρων. Οι δύο κόμβοι του δέντρου συνδέονται με μια σχέση υποταγής. Ένα δέντρο περιέχει απαραίτητα μια κορυφή που δεν έχει κύριες κορυφές. Μια τέτοια κορυφή ονομάζεται ρίζα. Σε αυτή την περίπτωση, αυτή είναι η κορυφή 3. Οι κορυφές που δεν έχουν δευτερεύουσες ονομάζονται φύλλα, στο σχήμα αυτά είναι 1, 2, 5, 7, 8, 9.

Εικ.1. Ιεραρχικό μοντέλο δεδομένων

Η κορυφή του δέντρου αποθηκεύει δεδομένα που χαρακτηρίζουν ένα αντικείμενο και πολλές συνδέσεις με δευτερεύοντες κόμβους.

Δημιουργείται μια σχέση ένα προς πολλά μεταξύ των αντικειμένων master και slave. Για κάθε δευτερεύοντα τύπο αντικειμένου, μπορεί να υπάρχει μόνο ένας γονικός τύπος αντικειμένου.

Η κύρια κορυφή - Τμήμα - περιέχει πληροφορίες σχετικά με το όνομα, τον προϋπολογισμό και τον αριθμό τηλεφώνου του τμήματος. Το τμήμα έχει έναν δευτερεύοντα Διευθυντή κορυφής με τα στοιχεία Επώνυμο, Έτος Γέννησης, Κατάταξη και αρκετές δευτερεύουσες κορυφές Υπάλληλοι, κάθε υπάλληλος χαρακτηρίζεται από Επώνυμο, Διεύθυνση κ.λπ. Αυτό το δέντρο περιέχει πληροφορίες για ένα τμήμα. Για να περιγραφεί η δεύτερη διαίρεση, απαιτείται ένα δεύτερο δέντρο. Η βάση δεδομένων θα περιέχει πολλά δέντρα της ίδιας δομής. Πιθανές λειτουργίες με ιεραρχική βάση δεδομένων: μετάβαση μεταξύ δέντρων, δημιουργία και διαγραφή δέντρου, αναζήτηση κορυφών δέντρου, αλλαγή πληροφοριών σε κορυφές. Η εργασία με ιεραρχικές βάσεις δεδομένων βασίζεται στη μαθηματική θεωρία γραφημάτων.

Δίκτυομοντέλο δεδομένων.

Το μοντέλο δικτύου είναι μια γενίκευση του μοντέλου ιεραρχικών δεδομένων. Οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να είναι κύριος και σκλάβος. Κάθε αντικείμενο μπορεί να συμμετέχει σε οποιονδήποτε αριθμό αλληλεπιδράσεων. Ο μόνος περιορισμός είναι ότι η σχέση υποταγής δεν μπορεί να επιστρέψει στην κορυφή από την οποία ξεκίνησε.

Εικ.2. Μοντέλο δεδομένων δικτύου

Το τμήμα περιέχει πληροφορίες: Όνομα, Προϋπολογισμός, Τηλέφωνο και συνδέσεις με τον Διευθυντή και αρκετούς Υπαλλήλους. Ο διευθυντής χαρακτηρίζεται από Ημερομηνία εισόδου στη θέση, Έτος γέννησης, Κατάταξη. Οι εργαζόμενοι αναγνωρίζονται με το επώνυμο και τη διεύθυνσή τους. Η κορυφή του Διευθυντή είναι συνδεδεμένη με μια από τις κορυφές Εργαζόμενου και αποθηκεύει το Επώνυμο και τη Διεύθυνση του Διευθυντή.

Σχετικόςμοντέλο δεδομένων.

Στο μοντέλο σχεσιακών δεδομένων, τα αντικείμενα και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους αναπαρίστανται χρησιμοποιώντας πίνακες. Κάθε πίνακας πρέπει να έχει ένα πρωτεύον κλειδί - ένα πεδίο ή συνδυασμό πεδίων που προσδιορίζει μοναδικά κάθε σειρά στον πίνακα.

Επί του παρόντος, το μοντέλο σχεσιακών δεδομένων είναι το πιο δημοφιλές. Τα DBMS FoxPro, Access, Visual C++ κ.λπ. είναι χτισμένα πάνω στην ιδεολογία του.

Πιθανές λειτουργίες σε μια σχεσιακή βάση δεδομένων: δημιουργία πινάκων και σχέσεων, αλλαγή της δομής των πινάκων, προσθήκη, διαγραφή και αλλαγή εγγραφών, αναζήτηση δεδομένων, επιλογή δεδομένων από έναν ή περισσότερους πίνακες κ.λπ.

Η εργασία με σχεσιακές βάσεις δεδομένων βασίζεται στη σχεσιακή άλγεβρα.

Ο πυρήνας κάθε βάσης δεδομένων είναι το μοντέλο δεδομένων. Μοντέλο δεδομένων - ένα σύνολο δομών δεδομένων και πράξεων επεξεργασίας .

Ένα DBMS βασίζεται στη χρήση ενός ιεραρχικού, δικτυακού ή σχεσιακού μοντέλου, ενός συνδυασμού αυτών των μοντέλων ή κάποιου υποσυνόλου αυτών.

Ιεραρχικό μοντέλο δεδομένων.

Οι βασικές έννοιες μιας ιεραρχικής δομής περιλαμβάνουν: επίπεδο, στοιχείο, σύνδεση. Κόμποςείναι μια συλλογή ιδιοτήτων δεδομένων που περιγράφουν ένα αντικείμενο. Σε ένα ιεραρχικό δενδρικό διάγραμμα, οι κόμβοι αναπαρίστανται ως κορυφές στο γράφημα. Κάθε κόμβος σε χαμηλότερο επίπεδο συνδέεται μόνο με έναν κόμβο σε υψηλότερο επίπεδο. Ένα ιεραρχικό δέντρο έχει μόνο μία κορυφή (τη ρίζα του δέντρου), η οποία δεν είναι δευτερεύουσα σε καμία άλλη κορυφή και βρίσκεται στο ανώτερο (πρώτο) επίπεδο (βλ. Εικ. 5).

Ρύζι. 5. Ιεραρχικό μοντέλο δεδομένων

Κάθε εγγραφή βάσης δεδομένων έχει μόνο μία (ιεραρχική) διαδρομή από την εγγραφή ρίζας. Για παράδειγμα, για την εγγραφή C4 η διαδρομή περνά από τις εγγραφές A και B3.

Ένα παράδειγμα ιεραρχικής δομής. Κάθε φοιτητής σπουδάζει σε μια συγκεκριμένη (μόνο μία) ομάδα, η οποία ανήκει σε μια συγκεκριμένη (μόνο μία) σχολή (βλ. Εικ. 6).

Ρύζι. 6. Παράδειγμα ιεραρχικής οργάνωσης δεδομένων

Μοντέλο δεδομένων δικτύου

Σε μια δομή δικτύου, κάθε στοιχείο μπορεί να συνδεθεί με οποιοδήποτε άλλο στοιχείο (βλ. Εικόνα 7).

Ρύζι. 7. Μοντέλο δεδομένων δικτύου

Ένα παράδειγμα δομής δικτύου. Μια βάση δεδομένων που περιέχει πληροφορίες για φοιτητές που συμμετέχουν σε ερευνητικά προγράμματα (SRW). Είναι δυνατόν ένας μαθητής να συμμετάσχει σε πολλά ερευνητικά έργα, καθώς και πολλοί μαθητές να συμμετάσχουν στην ανάπτυξη ενός ερευνητικού έργου (βλ. Εικ. 8).

Ρύζι. 8. Παράδειγμα οργάνωσης δεδομένων δικτύου

Μοντέλο σχεσιακών δεδομένων

Αυτά τα μοντέλα χαρακτηρίζονται από μια απλή δομή δεδομένων, φιλική προς το χρήστη παρουσίαση και την ικανότητα χρήσης της επίσημης συσκευής της σχεσιακής άλγεβρας.

Το σχεσιακό μοντέλο εστιάζει στην οργάνωση δεδομένων με τη μορφή δισδιάστατων πινάκων. Κάθε σχεσιακός πίνακας (σχέση) είναι ένας δισδιάστατος πίνακας και έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:

· Κάθε στοιχείο πίνακα είναι ένα στοιχείο δεδομένων.

· όλες οι στήλες του πίνακα είναι ομοιογενείς, δηλ. όλα τα στοιχεία μιας στήλης έχουν τον ίδιο τύπο (αριθμητικό, χαρακτήρα, κ.λπ.) και μήκος.

Κάθε στήλη έχει ένα μοναδικό όνομα.

· Δεν υπάρχουν πανομοιότυπες σειρές στον πίνακα.

· Η σειρά των γραμμών και των στηλών μπορεί να είναι αυθαίρετη.

Παράδειγμα.Ένας σχεσιακός πίνακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρουσίαση πληροφοριών σχετικά με φοιτητές που σπουδάζουν σε ένα πανεπιστήμιο.

Καλείται ένα πεδίο του οποίου κάθε τιμή προσδιορίζει μοναδικά την αντίστοιχη εγγραφή με ένα απλό κλειδί(πεδίο κλειδιού). Εάν οι εγγραφές ορίζονται μοναδικά από τις τιμές πολλών πεδίων, τότε ένας τέτοιος πίνακας βάσης δεδομένων έχει σύνθετο κλειδί.

Για να συνδέσετε δύο σχεσιακούς πίνακες, πρέπει να συμπεριλάβετε το κλειδί του πρώτου πίνακα ως μέρος του κλειδιού του δεύτερου πίνακα (τα κλειδιά μπορεί να συμπίπτουν). Διαφορετικά θα πρέπει να μπείτε στη δομή του πρώτου πίνακα εξωτερικό κλειδί- το κλειδί του δεύτερου τραπεζιού.

Τα ίδια δεδομένα μπορούν να ομαδοποιηθούν σε πίνακες με διαφορετικούς τρόπους. Η ομαδοποίηση των χαρακτηριστικών σε πίνακες θα πρέπει να είναι ορθολογική, δηλ. ελαχιστοποίηση της αλληλεπικάλυψης δεδομένων και απλοποίηση της διαδικασίας επεξεργασίας τους.

Ομαλοποίηση των σχέσεων -μια επίσημη συσκευή περιορισμών στο σχηματισμό σχέσεων (πίνακες), που εξαλείφει την επικάλυψη, διασφαλίζει τη συνοχή αυτών που αποθηκεύονται στη βάση δεδομένων και μειώνει το κόστος εργασίας για τη διατήρηση (εισαγωγή, προσαρμογή) της βάσης δεδομένων.

Υπάρχουν πέντε φυσιολογικές μορφές σχέσεων. Αυτές οι φόρμες προορίζονται να μειώσουν τον πλεονασμό των πληροφοριών από την πρώτη έως την πέμπτη κανονική μορφή. Επομένως, κάθε επόμενο κανονικό έντυπο πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις του προηγούμενου εντύπου και ορισμένες πρόσθετες προϋποθέσεις. Στον πρακτικό σχεδιασμό της βάσης δεδομένων, η τέταρτη και η πέμπτη μορφή, κατά κανόνα, δεν χρησιμοποιούνται.

Ας εξετάσουμε τη διαδικασία κανονικοποίησης χρησιμοποιώντας το παράδειγμα σχεδιασμού μιας βάσης δεδομένων πολλών πινάκων. Εκπτώσειςπου περιέχει τις ακόλουθες πληροφορίες:

· Πληροφορίες για αγοραστές.

· Ημερομηνία παραγγελίας και ποσότητα παραγγελθέντων αγαθών.

· Ημερομηνία ολοκλήρωσης παραγγελίας και ποσότητα πωληθέντων εμπορευμάτων.

· Χαρακτηριστικά του πωλούμενου προϊόντος (όνομα, κόστος, μάρκα).

Πίνακας 2. Δομή πίνακα Εκπτώσεις

Τραπέζι Εκπτώσειςμπορεί να θεωρηθεί ως βάση δεδομένων ενός πίνακα. Το κύριο πρόβλημα είναι ότι περιέχει σημαντική ποσότητα επαναλαμβανόμενων πληροφοριών. Αυτή η δομή δεδομένων προκαλεί τα ακόλουθα προβλήματα που προκύπτουν κατά την εργασία με τη βάση δεδομένων:

· Πρέπει να αφιερώσετε σημαντικό χρόνο για την εισαγωγή επαναλαμβανόμενων δεδομένων. Για παράδειγμα, για όλες τις παραγγελίες που γίνονται από τον ίδιο αγοραστή, θα πρέπει να εισάγετε τα ίδια στοιχεία αγοραστή κάθε φορά.

· Όταν η διεύθυνση ή ο αριθμός τηλεφώνου ενός πελάτη αλλάζει, όλα τα αρχεία που περιέχουν πληροφορίες σχετικά με τις παραγγελίες του πελάτη πρέπει να προσαρμοστούν.

· Η παρουσία διπλών πληροφοριών θα οδηγήσει σε αδικαιολόγητη αύξηση του μεγέθους της βάσης δεδομένων. Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα εκτέλεσης ερωτήματος θα μειωθεί. Επιπλέον, τα διπλά δεδομένα σπαταλά τον χώρο στο δίσκο του υπολογιστή σας.

· Οποιεσδήποτε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης θα απαιτήσουν σημαντικό χρόνο για τη λήψη των απαιτούμενων πληροφοριών.

Όπως σημειώθηκε, το πληθωρολογικό μοντέλο χαρτογραφεί τον πραγματικό κόσμο σε κάποιες κατανοητές από τον άνθρωπο έννοιες που είναι εντελώς ανεξάρτητες από τις παραμέτρους του περιβάλλοντος αποθήκευσης δεδομένων. Υπάρχουν πολλές προσεγγίσεις για τη δημιουργία τέτοιων μοντέλων: μοντέλα γραφημάτων, σημασιολογικά δίκτυα, μοντέλο σχέσεων οντοτήτων κ.λπ. Το πιο δημοφιλές από αυτά έχει αποδειχθεί ότι είναι το μοντέλο σχέσης οντοτήτων, το οποίο θα συζητηθεί στο Κεφάλαιο 2.

Το μοντέλο πληροφοριών πρέπει να αντιστοιχιστεί σε ένα προσανατολισμένο σε υπολογιστή datalogical μοντέλο που είναι «κατανοητό» από το DBMS. Στη διαδικασία ανάπτυξης της θεωρίας και της πρακτικής χρήσης των βάσεων δεδομένων, καθώς και της τεχνολογίας υπολογιστών, δημιουργήθηκαν DBMS που υποστήριζαν διάφορα datalogical μοντέλα.

Αρχικά, άρχισαν να χρησιμοποιούνται ιεραρχικά δεδομέναλογικά μοντέλα. Η απλότητα οργάνωσης, η παρουσία προκαθορισμένων συνδέσεων μεταξύ οντοτήτων και η ομοιότητα με τα φυσικά μοντέλα δεδομένων κατέστησαν δυνατή την επίτευξη αποδεκτής απόδοσης ιεραρχικών DBMS σε αργούς υπολογιστές με πολύ περιορισμένη ποσότητα μνήμης. Αλλά, εάν τα δεδομένα δεν είχαν δομή δέντρου, τότε προέκυψαν πολλές δυσκολίες κατά την κατασκευή ενός ιεραρχικού μοντέλου και η επιθυμία να επιτευχθεί η επιθυμητή απόδοση.

Τα μοντέλα δικτύου δημιουργήθηκαν επίσης για υπολογιστές χαμηλών πόρων. Πρόκειται για αρκετά περίπλοκες δομές που αποτελούνται από "σύνολα" - που ονομάζονται δέντρα δύο επιπέδων. Τα "σετ" συνδέονται χρησιμοποιώντας "εγγραφές συνδέσμων", σχηματίζοντας αλυσίδες κ.λπ. Κατά την ανάπτυξη μοντέλων δικτύου, επινοήθηκαν πολλά «μικρά κόλπα» που επέτρεψαν την αύξηση της απόδοσης του DBMS, αλλά περιέπλεξαν σημαντικά το τελευταίο. Ένας προγραμματιστής εφαρμογών πρέπει να γνωρίζει πολλούς όρους, να μελετά πολλές εσωτερικές γλώσσες DBMS και να έχει λεπτομερή κατανόηση της λογικής δομής της βάσης δεδομένων για να πλοηγηθεί μεταξύ διαφόρων περιπτώσεων, συνόλων, εγγραφών κ.λπ. Ένας από τους προγραμματιστές του λειτουργικού συστήματος UNIX είπε, «Η βάση του δικτύου είναι ο πιο σίγουρος τρόπος για να χαθούν δεδομένα».

Η πολυπλοκότητα της πρακτικής χρήσης των ιεραρχικών και δικτυακών DBMS μας ανάγκασε να αναζητήσουμε άλλους τρόπους παρουσίασης δεδομένων. Στα τέλη της δεκαετίας του '60, εμφανίστηκαν DBMS που βασίζονται σε ανεστραμμένα αρχεία, που χαρακτηρίζονται από ευκολία οργάνωσης και παρουσία πολύ βολικών γλωσσών χειρισμού δεδομένων. Ωστόσο, τέτοια DBMS έχουν ορισμένους περιορισμούς ως προς τον αριθμό των αρχείων για την αποθήκευση δεδομένων, τον αριθμό των συνδέσεων μεταξύ τους, το μήκος της εγγραφής και τον αριθμό των πεδίων της.

Τα πιο κοινά μοντέλα σήμερα είναι τα σχεσιακά μοντέλα, τα οποία θα συζητηθούν λεπτομερώς στο Κεφάλαιο 3.

Η φυσική οργάνωση των δεδομένων έχει σημαντικό αντίκτυπο στα λειτουργικά χαρακτηριστικά της βάσης δεδομένων. Οι προγραμματιστές DBMS προσπαθούν να δημιουργήσουν τα πιο παραγωγικά μοντέλα φυσικών δεδομένων, προσφέροντας στους χρήστες ένα ή άλλο εργαλείο για την προσαρμογή του μοντέλου για μια συγκεκριμένη βάση δεδομένων. Η ποικιλία των τρόπων προσαρμογής των φυσικών μοντέλων των σύγχρονων βιομηχανικών DBMS δεν μας επιτρέπει να τα εξετάσουμε σε αυτήν την ενότητα.

Μοντέλα οργάνωσης βάσεων δεδομένων

1. Ιεραρχική προσέγγιση στην οργάνωση βάσεων δεδομένων.Οι ιεραρχικές βάσεις δεδομένων έχουν τη μορφή δέντρων με συνδέσμους τόξου και κόμβους-στοιχεία δεδομένων. Η ιεραρχική δομή υποδηλώνει ανισότητα μεταξύ των δεδομένων - ορισμένα ήταν αυστηρά υποδεέστερα από άλλα. Τέτοιες δομές, φυσικά, ικανοποιούν σαφώς τις απαιτήσεις πολλών, αλλά όχι όλων, προβλημάτων της πραγματικής ζωής.

2. Μοντέλο δεδομένων δικτύου.Σε βάσεις δεδομένων δικτύου, μαζί με κάθετες συνδέσεις, υλοποιούνται και οριζόντιες συνδέσεις. Ωστόσο, πολλά μειονεκτήματα του ιεραρχικού συστήματος έχουν κληρονομηθεί, και το κυριότερο είναι η ανάγκη να καθοριστούν με σαφήνεια οι συνδέσεις δεδομένων σε φυσικό επίπεδο και εξίσου ξεκάθαρα να ακολουθηθεί αυτή η δομή των συνδέσεων κατά την υποβολή ερωτημάτων στη βάση δεδομένων.

3. Σχεσιακό μοντέλο.Το σχεσιακό μοντέλο προέκυψε από την επιθυμία να γίνει η βάση δεδομένων όσο το δυνατόν πιο ευέλικτη. Αυτό το μοντέλο παρείχε έναν απλό και αποτελεσματικό μηχανισμό για τη διατήρηση των σχέσεων δεδομένων.

Πρώτα, όλα τα δεδομένα στο μοντέλο παρουσιάζονται με τη μορφή πινάκων και μόνο πινάκων. Το σχεσιακό μοντέλο είναι το μόνο που εξασφαλίζει ομοιομορφία παρουσίασης δεδομένων. Και οι δύο οντότητες και οι συνδέσεις αυτών των οντοτήτων αναπαρίστανται στο μοντέλο με τον ίδιο ακριβώς τρόπο - τραπέζια . Είναι αλήθεια ότι αυτή η προσέγγιση περιπλέκει την κατανόηση της σημασίας των πληροφοριών που είναι αποθηκευμένες στη βάση δεδομένων και, ως εκ τούτου, τον χειρισμό αυτών των πληροφοριών.

Σας επιτρέπει να αποφύγετε τις δυσκολίες χειραγώγησης δεύτερο στοιχείομοντέλα – μια σχετικά πλήρης γλώσσα (σημειώστε ότι η γλώσσα είναι αναπόσπαστο μέρος οποιουδήποτε μοντέλου δεδομένων, χωρίς αυτήν το μοντέλο δεν υπάρχει). Η πληρότητα μιας γλώσσας όταν εφαρμόζεται σε ένα σχεσιακό μοντέλο σημαίνει ότι πρέπει να εκτελέσει οποιαδήποτε πράξη της σχεσιακής άλγεβρας ή του σχεσιακού λογισμού (η πληρότητα του τελευταίου έχει αποδειχθεί μαθηματικά από τον E.F. Codd). Επιπλέον, η γλώσσα πρέπει να περιγράφει οποιοδήποτε ερώτημα με όρους πράξεων σε πίνακες, όχι στις σειρές τους. Μια τέτοια γλώσσα είναι η SQL.

Τρίτο στοιχείοΤο σχεσιακό μοντέλο απαιτεί από το σχεσιακό μοντέλο να διατηρεί ορισμένους περιορισμούς ακεραιότητας. Ένας τέτοιος περιορισμός δηλώνει ότι κάθε γραμμή σε έναν πίνακα πρέπει να έχει ένα μοναδικό αναγνωριστικό που ονομάζεται πρωτεύων κλειδί . Ο δεύτερος περιορισμός επιβάλλεται στην ακεραιότητα των συνδέσεων μεταξύ πινάκων. Δηλώνει ότι τα χαρακτηριστικά του πίνακα που αναφέρονται στα πρωτεύοντα κλειδιά άλλων πινάκων πρέπει να έχουν μία από αυτές τις τιμές πρωτεύοντος κλειδιού.

4. Αντικειμενοστρεφές μοντέλο.Οι νέοι τομείς της υπολογιστικής τεχνολογίας, όπως η επιστημονική έρευνα, ο σχεδιασμός με τη βοήθεια υπολογιστή και ο θεσμικός αυτοματισμός, απαιτούν από βάσεις δεδομένων να μπορούν να αποθηκεύουν και να επεξεργάζονται νέα αντικείμενα—κείμενο, ήχος, βίντεο και έγγραφα. Οι κύριες δυσκολίες της αντικειμενοστραφής μοντελοποίησης δεδομένων πηγάζουν από το γεγονός ότι δεν υπάρχει μια τέτοια ανεπτυγμένη μαθηματική συσκευή στην οποία θα μπορούσε να βασιστεί ένα γενικό αντικειμενοστραφή μοντέλο δεδομένων. Αυτός είναι σε μεγάλο βαθμό ο λόγος που δεν υπάρχει ακόμα βασικό αντικειμενοστραφή μοντέλο. Από την άλλη πλευρά, ορισμένοι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι ένα γενικό αντικειμενοστραφή μοντέλο δεδομένων με την κλασική έννοια δεν μπορεί να οριστεί επειδή η κλασική έννοια ενός μοντέλου δεδομένων είναι ακατάλληλη για το αντικειμενοστραφή παράδειγμα. Παρά τα πλεονεκτήματα των αντικειμενοστρεφών συστημάτων - υλοποίηση σύνθετων τύπων δεδομένων, επικοινωνία με γλώσσες προγραμματισμού κ.λπ. – στο εγγύς μέλλον, η υπεροχή των σχεσιακών DBMS είναι εγγυημένη.

5.3.3 Μοντέλα δεδομένων και εννοιολογική μοντελοποίηση

Αναφέρθηκε ήδη παραπάνω ότι ένα σχήμα δημιουργείται χρησιμοποιώντας κάποια γλώσσα ορισμού δεδομένων. Στην πραγματικότητα, δημιουργείται με βάση τη γλώσσα ορισμού δεδομένων του συγκεκριμένου DBMS-στόχου, η οποία είναι μια γλώσσα σχετικά χαμηλού επιπέδου. με τη βοήθειά του, είναι δύσκολο να περιγραφούν οι απαιτήσεις δεδομένων έτσι ώστε το δημιουργημένο διάγραμμα να είναι κατανοητό σε χρήστες διαφόρων κατηγοριών. Για να επιτευχθεί μια τέτοια κατανόηση, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια περιγραφή του σχήματος σε κάποιο υψηλότερο επίπεδο, το οποίο θα ονομάσουμε μοντέλο δεδομένων. Σε αυτή την περίπτωση, με ένα μοντέλο δεδομένων θα κατανοήσουμε ένα ολοκληρωμένο σύνολο εννοιών για την περιγραφή των δεδομένων, τις συνδέσεις μεταξύ τους και τους περιορισμούς που επιβάλλονται σε δεδομένα σε μια συγκεκριμένη θεματική περιοχή.

Ένα μοντέλο είναι μια αναπαράσταση αντικειμένων και γεγονότων σε μια θεματική περιοχή, καθώς και οι σχέσεις που υπάρχουν μεταξύ τους. Ένα μοντέλο δεδομένων μπορεί να θεωρηθεί ως ένας συνδυασμός των παρακάτω τριών στοιχείων.

· Δομικό μέρος, δηλ. ένα σύνολο κανόνων βάσει των οποίων μπορεί να κατασκευαστεί μια βάση δεδομένων.

· Το τμήμα ελέγχου, το οποίο καθορίζει τους τύπους των επιτρεπόμενων λειτουργιών με δεδομένα (αυτό περιλαμβάνει λειτουργίες ενημέρωσης και ανάκτησης δεδομένων, καθώς και λειτουργίες αλλαγής της δομής της βάσης δεδομένων).

· Ένα σύνολο περιορισμών ακεραιότητας δεδομένων που εγγυώνται την ορθότητα των δεδομένων που χρησιμοποιούνται.

Ο σκοπός της δημιουργίας ενός μοντέλου δεδομένων είναι η παρουσίαση δεδομένων με κατανοητό τρόπο. Εάν μια τέτοια αναπαράσταση είναι δυνατή, τότε το μοντέλο δεδομένων μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί κατά το σχεδιασμό μιας βάσης δεδομένων. Για την αναπαράσταση της αρχιτεκτονικής ANSI-SPARC, μπορούν να οριστούν τα ακόλουθα τρία σχετικά μοντέλα δεδομένων:

· ένα εξωτερικό μοντέλο δεδομένων που εμφανίζει προβολές κάθε τύπου χρήστη που υπάρχει στον οργανισμό.

· ένα εννοιολογικό μοντέλο δεδομένων που εμφανίζει μια λογική (ή γενικευμένη) άποψη των δεδομένων, ανεξάρτητα από τον τύπο του επιλεγμένου DBMS.

· ένα εσωτερικό μοντέλο δεδομένων που εμφανίζει το εννοιολογικό σχήμα με συγκεκριμένο τρόπο που είναι κατανοητός από το επιλεγμένο ΣΔΒΔ-στόχου.

Αρκετός αριθμός μοντέλων δεδομένων έχει προταθεί και δημοσιευτεί στη βιβλιογραφία. Χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: μοντέλα δεδομένων που βασίζονται σε αντικείμενα, μοντέλα δεδομένων που βασίζονται σε εγγραφές και μοντέλα φυσικών δεδομένων. Τα δύο πρώτα χρησιμοποιούνται για την περιγραφή δεδομένων σε εννοιολογικό και εξωτερικό επίπεδο και το τελευταίο σε εσωτερικό επίπεδο.

Μοντέλα δεδομένων αντικειμένων.Κατά τη δημιουργία μοντέλων δεδομένων αντικειμένων, χρησιμοποιούνται έννοιες όπως οντότητες, χαρακτηριστικά και σχέσεις. Μια οντότητα είναι ένα ξεχωριστό στοιχείο (υπάλληλος, προϊόν, ιδέα ή συμβάν) μιας θεματικής περιοχής που πρέπει να αντιπροσωπεύεται στη βάση δεδομένων. Ένα χαρακτηριστικό είναι μια ιδιότητα που περιγράφει κάποια πτυχή ενός αντικειμένου και του οποίου η τιμή πρέπει να συλληφθεί, και μια σχέση είναι μια συσχετιστική σχέση μεταξύ οντοτήτων. Παρακάτω παρατίθενται μερικοί από τους πιο συνηθισμένους τύπους μοντέλων αντικειμένων δεδομένων.

• Μοντέλο οντότητας-σχέσης ή μοντέλο ER.
• Σημασιολογικό μοντέλο.
• Λειτουργικό μοντέλο.
• Αντικειμενοστρεφές μοντέλο.

Επί του παρόντος, το μοντέλο ER έχει γίνει μία από τις κύριες μεθόδους για τον εννοιολογικό σχεδιασμό βάσεων δεδομένων. Το αντικειμενοστραφή μοντέλο επεκτείνει τον ορισμό μιας οντότητας ώστε να περιλαμβάνει όχι μόνο τα χαρακτηριστικά που περιγράφουν την κατάσταση του αντικειμένου, αλλά και τις ενέργειες που σχετίζονται με αυτό, π.χ. τη συμπεριφορά του. Σε αυτή την περίπτωση, το αντικείμενο λέγεται ότι ενθυλακώνει την κατάσταση και τη συμπεριφορά.

Μοντέλα δεδομένων που βασίζονται σε αρχεία. Σε ένα μοντέλο που βασίζεται σε εγγραφές, μια βάση δεδομένων αποτελείται από πολλές εγγραφές σταθερής μορφής που μπορεί να είναι διαφορετικών τύπων. Κάθε τύπος εγγραφής ορίζει έναν σταθερό αριθμό πεδίων, καθένα από τα οποία έχει ένα σταθερό μήκος. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι μοντέλων δεδομένων που βασίζονται σε λογικές εγγραφές: μοντέλο σχεσιακών δεδομένων, μοντέλο δεδομένων δικτύου και μοντέλο ιεραρχικών δεδομένων.