Иерархические модели данных. Ограничения целостности

Лекция № 10 Иерархические модели данных

Сетевая модель данных КОДАСИЛ - частный случай графовой модели, которому присуща некоторая ограниченность в части передачи представления M:N типов связей между вершинами.

Еще более существенная ограниченность иерархических моделей, наиболее известным из которых является СУБД семейства IMS и SYSTEM 2000 (S2K).

СТРУКТУРЫ ИМД

Структурная диаграмма ИМД должна быть. упорядоченным деревом. Дерево называется упорядоченным, если относительный порядок поддеревьев значим. Дуги соответствующие функциональным связям, всегда направлены от корня и листья дерева. Для ИМД аналог структурной диаграммы называется деревом определения. Вершинами дерева определения являются типы сущностей или типы записей. Тип записи состоит из одного или более атрибутов. Дуга связи исходит из родительской записи и входит в тип порожденной записи. Среди вершин выделяется одна особая вершина, называемая типом корневой записи, в которую не входит ни одна дуга ,все остальные типы записей зависимые.

Путь в дереве определения - последовательность типов записей, начинающаяся с корневой, в которой типы записей выступают попеременно в ролях исходного и переходного.

ИНСТИТУТ-ФАКУЛЬТЕТ-ГРУППА-СТУДЕНТЫ образуют путь.

Уровень типа записи определяется как длина пути от корневой записи, выраженной в числе входящих в этот путь дуг.

ИНСТИТУТ - нулевой уровень

СТУДЕНТЫ - третий уровень

Реализация дерева определения может быть представлена в той же манере, что и расширение структурной диаграммы в СМД. Реализацией каждого типа записи является таблица, как расширенные множества, а реализация каждой связи "исходный - порожденный" -множество соединений между таблицами.

Альтернативным способом представлением реализации дерева определения является "лес" или совокупность деревьев. Каждое такое дерево называется деревом базы данных.

ОГРАНИЧЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ

Иерархической модели данных присущи два важных внутренних ограничения. Первое из них состоит в том, что все типы связей далее будут функциональными, второе в том, что структура связей далее будет древовидной. Следствием этих ограничений является ряд особенностей структуризации данных.

Иерархическая модель данных в СУБД IMS,SYSTEM 2000 на совершенных различных физических структурах

ИНСТИТУТ ( Код института, направление, адрес )

ФАКУЛЬТЕТ ( Код факультета, направление, краткое наименование )

ГРУППА ( Название, специальность, курс )

КАФЕДРА ( Код кафедры, наименование, краткое наименование )

СТУДЕНТЫ ( Номер зачетной книжки, фамилия, код поступления )

ПРЕПОДАВАТЕЛИ ( Код кафедры, фамилия, код преподавателя )

В силу функциональности связей запись может иметь не более одной родительской записи любого типа. В следствие ограничения на характер связи непосредственное представление связи типа M:N в иерархической модели невозможно.

В этом случае связь типа многие по многим обеспечивается за счет дублирования записей

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

Другой метод предполагает использование двух деревьев определения. Степень дублирования еще больше, но такое представление может оказаться желательным по соображениям эффективности доступа к данным.

Изображенной выше системе деревьев             ,не обязательно соответствуют самостоятельные физические структуры хранения. Иерархическая СУБД может обладать механизмами, позволяющими поддерживать различные логические взгляды на данные при одной и той же структуре хранения. Таким образом дублирование данных может иметь не логический а физический характер.

Второе внутреннее ограничение иерархической модели данных - древовидная структура связей не создает проблем, если данные имеют естественную иерархическую организацию. В противном случае возникают определенные трудности, связанные с представлением ( M:N ) связей, а также с тем, что некоторые типы записей должны иметь более одного исходящего типа записей. В этом случае необходимо определить систему покрывающих деревьев, охватывающих все необходимые данные и в то же время удовлетворяющих ограничениям целостности.

Представление данных отдельными несвязанными деревьями создает сложности для тех приложений, где необходимо манипулировать данными различных деревьев, тем более, что иерархические системы вообще не обеспечивают средств для параллельного доступа и несколькими БД, а если и обеспечивают, то эти средства трудны в использовании.

Большинство иерархических моделей не предусматривает никаких явных ограничений. Особая забота при работе с ИМД возникает в связи с необходимостью обеспечить непротиворечивость данных при их значительном дублировании.