Парадигма развития науки (стр. 41 )

Выражения реляционного исчисления

{r|ψ(r)} или {х2, x2, ..., xn|ψ(x1, x2, ..., хп)}

служат основой реальных языков манипулиро­вания данными.

В реляционном исчислении доказано, что для любого простого выражения исчисления существует эквивалентное ему выражение реляционной алгебры. Поэтому может быть построена универсаль­ная процедура для перевода выражений реляционного исчисления в эквивалентное по смыслу алгебраическое выражение.

22. 5. Сетевая модель данных

В основе разработки сетевых моделей данных лежит возмож­ность представления связей между данными в графической форме.

Наиболее развитой сетевой моделью является модель, предло­женная Рабочей группой по базам данных (РГБД) Ассоциации по языкам обработки данных (КОДАСИЛ). Нужно отметить, что в основе модели КОДАСИЛ лежат понятия «сущность» и «связь», а к основным типам структур модели относят: элемент данных, агре­гат, запись, набор.

Сущность — это собирательное понятие, некоторая абстракция реально существующего объекта предметной области, процесса или явления. Набор однородных объектов или явлений определяет тип сущности, а каждый конкретный объект в наборе представляет экземпляр сущности. Связи между сущностями фиксируются зада­нием множества отношений. При анализе связей между сущностями наиболее часто используются бинарные связи, т. е. связи между двумя сущностями. По характеру бинарные связи между типами сущностей различают:

- один к одному (1:1);

- один ко многим (1:М);

- многие к одному (М : 1);

- многие ко многим (М:М).

Элемент данных — это наименьшая единица данных, которой можно оперировать в БД и выполнять построение всех остальных структур. Можно отметить, что элемент данных представляет собой аналог поля в файловых системах. Элемент данных имеет имя, которое хранится в БД как часть описания базы. Именами элемен­тов данных могут быть, например, ИНДЕКС ИЗДЕЛИЯ, ДАТА ВЫПУСКА, СТОИМОСТЬ и т. д. В сетевых моделях элементы дан­ных используются для представления атрибутов сущности.

Агрегат данных — совокупность элементов данных, имеющих об­щее имя, которую можно рассматривать как единое целое. Напри­мер, агрегат данных ДАТА состоит из элементов данных: ЧИСЛО, МЕСЯЦ, ГОД.

Запись — совокупность элементов данных, которые описывают конкретный экземпляр объекта (сущности). Предположим, что сущность ТЕЛЕВИЗОР описывается элементами данных: МАРКА; ИНДЕКС, ЦЕНА. Тогда запись в этом объекте для конкретного из­делия может быть: РЕКОРД, ВЦ-311, 640. Можно отметить, что запись эквивалентна кортежу в реляционных моделях данных.

Сетевая модель РГБД КОДАСИЛ в качестве базовых исполь­зует понятия «экземпляр» и «набор».

Тип — это общее понятие, представляющее собой собрание эк­земпляров записи. Каждый тип записи состоит из некоторого числа элементов данных, значения которых размещаются в экземплярах записи данного типа. В качестве связей между типами записей используются наборы. Каждый набор представляет собой отноше­ние (связь) между двумя или несколькими типами записей. Он ото­бражает множество связей между экземплярами записей типа «вла­делец» и «член». Для каждого типа набора один тип записи может быть объявлен «владельцем», а остальные — его «члены». При этом любой экземпляр записи типа «член» может быть связан не более чем с одним экземпляром типа «владелец».

Графическая интерпретация сетевой модели данных представля­ет собой ориентированный граф без петель. Причем, вершинам гра­фа соответствуют типы записей, а дугам — наборы, отражающие связи между соответствующими типами записей. Направленные стрелки на дуге ориентированы от записи типа «владелец» к записи типа «член».

Подмножество дуг, соединяющих одну запись — владельца с не­сколькими записями— членами, называется экземпляром набора.

Рассмотрим, например, граф, отражающий упрощенную БД

комплектующих деталей телевизора (рис. 22.19).

Рис. 22.19. Пример построения базы данных комплектующих телевизора

Стрелки между вершинами соответствуют наборам данных, отражающих связи между записями, а надписи над стрелками — именам наборов.

Как тип записи, так и набор данных в общем случае могут быть представлены таблицами. Но в отличие от таблиц реляционных мо­делей, в сетевых моделях данных они могут допускать дубликаты строк или записей.

В модели КОДАСИЛ вводится особый тип набора данных, на­зываемый сингулярным и имеющий только один экземпляр набора этого типа. В нем запись «владелец» отсутствует (владельцем явля­ется система управления базой данных). Этот тип набора обычно используется для создания традиционного файла, состоящего из однотипных записей.

В сетевой модели данных КОДАСИЛ имеются несколько огра­ничений, которые надо учитывать при построении модели. Основ­ным внутренним ограничением являются функциональность связей, так как нельзя реализовать связи типа М:М. В модели это ограни­чение соответствует положению: в конкретном экземпляре набора экземпляр записи числа может иметь не более одного экземпляра записи владельца.

Для того чтобы отобразить принятую схему данных в памяти ЭВМ, требуется описать все таблицы, соответствующие записям и наборам. Для этого группой КОДАСИЛ был предложен язык опи­сания данных, позволяющий задать схему данных с помощью четы­рех типов статей.

Статья схемы задает имя схемы БД. Статья запишется как:

SCHEMA NAME IS имя схемы.

Статья области характеризует область памяти, в которой разме­щаются экземпляры записей БД. С помощью этой статьи можно в случае необходимости распределять БД по различным ЗУ. Посколь­ку в общем случае можно выделить под БД несколько различных областей, каждая из них должна иметь собственное уникальное имя и описываться следующим образом:

AREA NAME IS имя области;

Статья записи содержит описание типа записи, включающее имя записи и характеризующее все элементы данных, входящие в ее состав. Каждому типу записи соответствует своя статья. Статья записи начинается предложением:

RECORD NAME IS имя записи;

Следующий за этим предложением текст зависит от варианта реализованного языка КОДАСИЛ. Наиболее распространенными являются варианты ЯОД КОДАСИЛ. Поскольку ряд действующих СУБД реализуют вариант ЯОД-73, далее будем рассматривать случай, когда статья записи формируется на его основе. Тогда вторым предложением в схеме записи будет идти предложение:

где в фигурных скобках указано одно из возможных описаний.

DIRECT используется в том случае, когда предполагается, что номер страницы области для размещения записи будет определять­ся программой, выполняющей включение записи в БД.

CALC применяется, когда предполагается, что специальная про­грамма будет использовать значение ключа БД.

Ключ базы данных — это идентификатор, уникально определяю­щий запись, помещенную в БД.

Для того, чтобы можно было различать отдельные экземпляры записей, хранящихся в БД, каждому экземпляру записи присваивается

значение ключа, который играет роль внутрисистемного инде-тификатора.

Зная значение ключа, можно быстро отыскать соответствующую запись. В формате CALC USING имя calc-элемента, в качестве имен сalc-элемента используются имена элементов данных записи.

В том случае если ключи не имеют дубликатов значений, то в варианте CALC следует указать DUPLICATES ARE NOT ALLO­WED. Если ключ имеет дубликаты значений, например в качестве ключа задан элемент данных ФАМИЛИЯ в записи типа СТУДЕНТ, то следует указать DUPLICATES ARE ALLOWED.

VIA SET используется в том случае, когда требуется запись раз­местить физически как можно ближе к соответствующему экземп­ляру набора, в который она будет включена.

SYSTEM применяется в случае, если размещение записей возла­гается на саму СУБД (в соответствии с заложенными в нее алго­ритмами).

Для того чтобы приписать рассматриваемый тип записи к неко­торой области, используется предложение

WITHIN имя области AREA

Для описания внутренней структуры записи в статью записи включается подсистема данных, имеющая вид

С помощью этой подсистемы каждому элементу данных припи­сывается тип значений данных: двоичное, десятичное, фиксирован­ное, плавающее, натуральное, символьное, ключ БД.

Статья набора позволяет описать наборы БД. Формат задания набора имеет вид

Первое предложение статьи задает имя описываемого набора. Второе указывает имя типа записи, являющейся записью владель­ца набора. И последнее — на способ включения экземпляров запи­сей— членов в экземпляры описываемого типа набора.

Обычно предполагается, что на внутреннем уровне экземпляры набора, включающие несколько членов записей, организованы в виде цепочки.

Цепочка записей реализуется с помощью специального служеб­ного элемента — указателя, который содержит (указывает на) адpec записи, логически связанной с рассматриваемой. Посредством указателей можно организовать обращение не только к последую­щим записям, но и к предыдущим.

Команды, входящие в фигурные скобки третьего предложения схемы, как раз и позволяют организовать цепочку требуемым об­разом и означают:

FIRST — запись включается первой в цепочку перебора записей, т. е. сразу же после записи владельца (рис. 22.20).

LAST — запись включается последней (рис. 22.20).

Рис. 22. 20. Реализация вариантов FIRST и LAST

NEXT — включение следующей записи, т. е. записи, следующей за текущей записью набора (рис. 22.21).

Рис. 22.21. Реализация вариантов NEXT і PRIOR

Под текущей записью набо­ра понимается тот экземпляр записи конкретного экземпляра набо­ра, на который указывает «текущая» запись, в типе набора.