 |
Обобщенные структуры или модели данных
|
|
|
|
Введение
Появление компьютеров изменило весь мир. Сейчас этот продукт уже ни для кого не является эксклюзивным, более, можно сказать, что даже входит в список «техники первой необходимости». Естественно и вполне логично задаться вопросом: «Почему?»
Как известно уже давно, компьютеры были созданы для решения вычислительных задач, однако, с ними редко сталкивается современный среднестатистический пользователь, поэтому со временем они нашли более практическое применение, т.е. все чаще стали использоваться в повседневной жизни для построения систем обработки документов, а точнее, содержащейся в них информации. В качестве примера можно привести систему учета отработанного времени работниками предприятия и расчета заработной платы, систему учета продукции на складе, систему учета книг в библиотеке и т.д. Все вышеперечисленные системы имеют следующие особенности:
1. для обеспечения их работы нужны сравнительно низкие вычислительные мощности
2. данные, которые они используют, имеют сложную структуру, необходимы средства сохранения данных между последовательными запусками системы.
Другими словами, информационная система требует создания в памяти ЭВМ динамически обновляемой модели внешнего мира с использованием единого хранилища - базы данных. Словосочетание "динамически обновляемая" означает, что соответствие базы данных текущему состоянию предметной области обеспечивается не периодически, а в режиме реального времени. При этом одни и те же данные могут быть по-разному представлены в соответствии с потребностями различных групп пользователей.
Во время поиска информации по данной теме было обнаружено, что точного определения базы данных (хотя это далеко не философское понятие) не существует.
|
|
|
Базой данных является представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчетов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (Гражданский кодекс РФ, ст. 1260).
База данных(БД) – это информационная модель, позволяющая упорядоченно хранить данные о группе объектов, обладающих одинаковым набором свойств и т.д. Одним из основных понятий является Система управления Базами Данных. Программное обеспечение, предназначенное для работы с базами данных, называется система управления базами данных (СУБД). СУБД используются для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации.
Было выделено несколько важных признаков Базы Данных: хранение и обработка в вычислительной системе, структурность (системность) организации.
Таким образом, всем студентам СПбГУЭФ как экономистам в дальнейшем постоянно придётся работать с такими системами, поэтому возникла необходимость более подробного их изучения.
Классификация Баз Данных
Существует огромное количество разновидностей баз данных, отличающихся по различным критериям (например, в «Энциклопедии технологий баз данных» М.Р. Когаловского определяются свыше 50 видов БД).
По модели данных:
· Иерархические
· Сетевые
· Реляционные
· Многомерные
· Объектные
· Объектно-ориентированные
· Объектно-реляционные
По технологии хранения:
· БД во вторичной памяти (традиционные)
· БД в оперативной памяти (in-memory databases)
· БД в третичной памяти (tertiary databases)
По содержимому:
· Географические
· Исторические
· Научные
· Мультимедийные
и т.д.
По степени распределённости:
|
|
|
· Централизованные (сосредоточенные)
· Распределённые
Отдельное место в теории и практике занимают пространственные (spatial), временные, или темпоральные (temporal) и пространственно-временные (spatial-temporal) БД.
Следует также упомянуть об Очень Большой Базе Данных.
Очень большая база данных (Very Large Database, VLDB) — это база данных, которая содержит чрезвычайно большое количество записей или занимает чрезвычайно большой объём на устройстве физического хранения. Термин подразумевает максимально возможные объёмы БД, которые определяются последними достижениями в технологиях физического хранения данных и в технологиях программного оперирования данными.
Конкретное определение понятия «чрезвычайно большой объём» меняется во времени; в настоящее время считается, что это объём, измеряемый по меньшей мере терабайтами.
Сверхбольшие базы и склады данных требуют особых подходов к логическому и системно-техническому проектированию, обычно выполняемому в рамках самостоятельного проекта, суть которого в том, чтобы найти такое системотехническое решение, которое попросту позволило бы хоть как-то работать с такими большими объемами. Такое решение возможно при наличии трех условий: специального решения для дисковой подсистемы, специальных версий операционной среды и специальных механизмов обращения СУБД к данным. Исследования в области хранения и обработки VLDB всегда находятся на острие теории и практики баз данных. В частности, с 1975 года проходит ежегодная конференция International Conference on Very Large Data Bases (Международная конференция по очень большим базам данных). Большинство исследований проводится под эгидой некоммерческой организации VLDB Endowment («Вклад в VLDB»), которая обеспечивает продвижение научных работ и обмен информацией в области БД и смежных областях.
Основные типы данных
Для того чтобы разобраться с организацией Базы Данных (БД), надо разобраться, что собой представляют сами данные и какие они бывают.
Данные, хранящиеся в памяти ЭВМ, — это совокупность нулей и единиц (битов). Биты объединяются в последовательности: байты, слова и т.д. Каждому участку оперативной памяти, который может вместить один байт или слово, присваивается порядковый номер (адрес).
|
|
|
Какой смысл заключен в данных, какими символами они выражены - буквенными или цифровыми, что означает то или иное число - все это определяется программой обработки. Все данные необходимые для решения практических задач подразделяются на несколько типов, причем понятие тип связывается не только с представлением данных в адресном пространстве, но и со способом их обработки.
Любые данные могут быть отнесены к одному из двух типов: основному (простому), форма представления которого определяется архитектурой ЭВМ, или сложному, конструируемому пользователем для решения конкретных задач.
Данные простого типа это - символы, числа и т.п. элементы, дальнейшее дробление которых не имеет смысла. Из элементарных данных формируются структуры (сложные типы) данных.
Структуры баз данных
Массив (функция с конечной областью определения) - простая совокупность элементов данных одного типа, средство оперирования группой данных одного типа. Отдельный элемент массива задается индексом. Массив может быть одномерным, двумерным и т.д. Разновидностями одномерных массивов переменной длины являются структуры типа кольцо, стек, очередь и двухсторонняя очередь.
Запись (декартово произведение) - совокупность элементов данных разного типа. В простейшем случае запись содержит постоянное количество элементов, которые называют полями. Совокупность записей одинаковой структуры называется файлом. (Файлом называют также набор данных во внешней памяти, например, на магнитном диске). Для того, чтобы иметь возможность извлекать из файла отдельные записи, каждой записи присваивают уникальное имя или номер, которое служит ее идентификатором и располагается в отдельном поле. Этот идентификатор называют ключом.
Такие структуры данных как массив или запись занимают в памяти ЭВМ постоянный объем, поэтому их называют статическими структурами. К статическим структурам относится также множество.
Имеется ряд структур, которые могут изменять свою длину - так называемые динамические структуры. К ним относятся дерево, список, ссылка.
|
|
|
Важной структурой, для размещения элементов которой требуется нелинейное адресное пространство является дерево. Существует большое количество структур данных, которые могут быть представлены как деревья. Это, например, классификационные, иерархические, рекурсивные и др. структуры.
Классификация типов данных
Обобщенные структуры или модели данных
Выше я рассмотрела несколько типов структур, являющихся совокупностями элементов данных: массив, дерево, запись. Более сложный тип данных может включать эти структуры в качестве элементов. Например, элементами записи может быть массив, стек, дерево и т.д.
Существует большое разнообразие сложных типов данных, но исследования, проведенные на большом практическом материале, показали, что среди них можно выделить несколько наиболее общих. Обобщенные структуры называют также моделями данных, т.к. они отражают представление пользователя о данных реального мира.
Любая модель данных должна содержать три компонента:
· структура данных - описывает точку зрения пользователя на представление данных.
· набор допустимых операций, выполняемых на структуре данных. Модель данных предполагает, как минимум, наличие языка определения данных (ЯОД), описывающего структуру их хранения, и языка манипулирования данными (ЯМД), включающего операции извлечения и модификации данных.
· ограничения целостности - механизм поддержания соответствия данных предметной области на основе формально описанных правил.
В процессе исторического развития в СУБД использовалось следующие модели представления данных:
· иерархическая: строится по принципу иерархии типов объектов, Т.е. один тип объекта является главным, а остальные, находящиеся на низших уровнях иерархии, подчиненными(взаимосвязь «один ко многим»))
· сетевая: понятия главного и подчиненного несколько расширены; любой объект может быть и главным и подчиненным; означает, что каждый объект может участвовать в любом числе взаимосвязей.
· реляционная: объекты и взаимосвязи между ними представляются с помощью таблиц.
В настоящее время наибольшую популярность приобрели реляционные модели данных, т.к их применение по ряду причин было выбрано программистами-разработчиками наиболее удобным. Как выяснилось, практически все СУБД сейчас ориентированы именно на такое представление данных. Реляционная модель была предложена в 1970-х гг. Тедом Коддом, работавшим тогда в IВM.
Реляционную модель можно представить как особый метод рассмотрения данных, содержащий и собственно данные (в виде таблиц), и способы работы и манипуляции с ними (в виде связей).
В последнее время все большее значение приобретает объектно-ориентированный подход к представлению данных.
|
|
|
12 |
