Файл: Дріс 4. Деректерді негізгі модельдері. Иерархиялы жне желілік деректер модельдері. Искакова Айнур Тлеубаевна апаратты жйелер магистрі, Апаратты технологиялар.docx

Мәліметтер базасының технологиясы



Дәріс №4. Деректердің негізгі модельдері. Иерархиялық және желілік деректер модельдері.






Искакова Айнур Тлеубаевна – ақпараттық жүйелер магистрі, «Ақпараттық технологиялар» кафедрасының лекторы / ИжАТ факультеті

Дәріс жоспары:

1. 
   Деректерді ұсынудың негізгі модельдері.
   
2. 
   Деректердің иерархиялық модельдері. Негізгі ұғымдар. Артықшылықтары мен кемшіліктері.
   
3. 
   Деректердің желілік модельдері. Негізгі ұғымдар. Артықшылықтары мен кемшіліктері.
   

Деректер қорының классикалық теориясында деректер үлгісі дерекқорды басқару жүйесіндегі деректерді ұсыну және өңдеудің ресми теориясы болып табылады.
Ұзақ уақыт бойы «деректер үлгісі» термині ресми анықтамаларсыз қолданылған. Бұл тұжырымдаманы дәл анықтай алатын алғашқы мамандардың бірі Э.Кодд болды. Деректер үлгісінің тұжырымдамасын енгізгенімен, деректер үлгісінің ең көп тараған түсіндірмесі Кристофер Деректеріне жатады. Оның анықтамасына сәйкес, деректер үлгісі үш аспектіні қамтиды:

1. 
   Құрылым аспектісі — деректер базасында типтерді және логикалық деректер құрылымдарын сипаттау әдістері;
   
2. 
   Манипуляция аспектісі — деректерді манипуляциялау әдістері;
   
3. 
   Бүтіндік аспектісі — дерекқордың тұтастығын сипаттау және сақтау әдістері.
   

Құрылым аспектісі логикалық дерекқордың не екенін анықтайды. Манипуляция аспектісі дерекқорға сауал қоюға арналған бір немесе

бірнеше тілдердің сипаттамаларын қамтиды. Бұл тілдер дәл синтаксисті жоқ, дерексіз болуы мүмкін. Деректер үлгісінің манипуляциялық бөлігінің басты мақсаты - бұл үлгіге сәйкес келетін ДҚБЖ енгізуде жеделдік дәрежесі қолдау көрсетілетін анықтамалық деректер базасының тілін қамтамасыз ету. Манипуляция аспектісі дерекқор күйлері арасында ауысу жолдарын анықтайды - деректерді модификациялау әдістері және дерекқордан деректерді шығару әдісі.

Бүтіндік аспектісі дерекқордың дұрыс күйін сипаттау құралдарынанықтайды. Деректер үлгісінің тұтас бөлігі сипатталған.

Дерекқор теориясында деректер үлгісі кез-келген дерекқордың негізі болып табылады. Деректер үлгілері доменнің ақпараттық нысандарын, олардың өзара байланысын сипаттайды және рұқсат береді:

• 
  дерекқорды басқарудың логикалық және физикалық аспектілері арасындағы шекараны анықтау (деректер тәуелсіздігі);
  
• 
  соңғы пайдаланушылар мен бағдарламашыларға деректердің мәнін жалпы түсіну қабілеті мен құралдары (коммуникативтік дағдылар);
  
• 
  бірыңғай операция ретінде үлкен жиынтық жазбалар жиынтығында ұқсас операцияларды орындау мүмкіндігін беретін жоғары деңгейлі тілдік тұжырымдамаларды анықтау (өңдеу жиынтығы).
  

Деректер үлгісі олар басқаратын барлық арнайы ДҚБЖ мен дерекқорларға осы үлгіге негізделгенін сипаттайтын түсініктер мен сипаттамалар жиынтығын сипаттайды. Деректер үлгісінің қолжетімділігі бір жалпы тіл арқылы арнайы бағдарламаларды салыстыруға мүмкіндік береді.
Келесі деректер үлгілері классикалық болып табылады:

• 
  иерархиялық;
  
• 
  желілік;
  
• 
  реляционды.
  
• 
  Бұдан басқа, соңғы жылдары деректер үлгілерін іс жүзінде белсенді енгізіле бастады:
  
• 
  көп өлшемді;
  
• 
  нысанды-бағытталған.
  

Сондай-ақ белгілі үлгілердегі кеңейтетін басқа да деректер үлгілері негізінде түрлі жүйелер жасалуда. Олардың арасында нысанды-реляциялық, ауытқушылықпен нысанды, семантикалық, тұжырымдамалық және бағдарланған үлгілер деп атауға болады. Осы үлгілердің кейбірі дерекқорларды, білім базаларын және бағдарламалау тілдерін біріктіруге қызмет етеді. Кейбір ДҚБЖ бірнеше деректер үлгісін бір уақытта қолдайды.

2. 
   Деректердің иерархиялық модельдері. Негізгі ұғымдар.
   

Иерархиялық деректер үлгісі дерекқор доменінің өкілін иерархиялық ағаш түрінде пайдаланады, түйіндері тектік байланысты «ата-баба ұрпаққа» тізбегімен қарастырады.

Ағаш —бұл циклдарды қамтымайтын қосылмаған бағытталмағандиаграмма. Ағашпен жұмыс жасағанда, белгілі шыңдарды таңдап, оны ағаштың түбірі ретінде анықтаңыз және оны нақты қарастырыңыз - бұл шыңға ешқандай жиектер кірмейді. Бұл жағдайда ағаш бағдарланады, бағдар түбірден анықталады.

Терминал шыңдары, яғни доғалы жапырақтары жоқ шыңдар ағаштың жапырағы деп аталады. Ағаштың әр түрлі тармақтарындағы түбірден жапыраққа дейінгі жолдағы шыңдар саны басқаша болуы мүмкін. Иерархиялық деректер үлгілерінде ағаш құрылымын тамырдан жапырақтарға бағыттайды. Дерекқор схемасының графикалық диаграммасы анықтама ағашы деп аталады.

Иерархиялық құрылым құрылымның деректеріне сәйкессіздікті болжайды - кейбіріне қатаң бағынышты. Иерархиялық үлгіні жасау шынайы әлемде бір нысан ата-ана ретінде әрекет ететін кезде көптеген байланыстар иерархияға сәйкес келетіндігімен негізделген және көптеген бағынатын нысандар онымен байланысты болуы мүмкін.

Ағаштың әр шыңы доменнің мәніне сәйкес келеді. Бұл субъект атрибуттардың ерікті санымен сипатталады. Иерархиялық дерекқордың мысалы 6.1 суретте көрсетілген.

Ағаш бойымен жылжу әрдайым түбір шыңынан басталады, одан кейін келесі деңгейдегі кез-келген шыңның жазбасының белгілі бір данасына өтуге болады. Бұл шыңы ағымдағы шыңдарға айналады және данасы ағымдағы данаға (жазба) айналады. Осы жазбадан осы шыңның басқа жазбасына, бас шыңында жазылған данаға немесе шыңның жазба данасына өтуге болады.

«Ағаш» түрінің анықтамасына сәйкес ата-бабалар мен ұрпақтар арасындағы сілтемелердің тұтастығын бақылау автоматты түрде сақталған деген қорытынды жасауға болады.

Адалдықты бақылаудың негізгі ережесі келесідей тұжырымдалған: ұрпақ ата-анасыз өмір сүре алмайды, ал кейбір ата-аналар ұрпақтар болмауы мүмкін. Түрлі ағаштардың жазбалары арасындағы байланыстың тұтастығын сақтау механизмдері жоқ.

Иерархиялық деректер үлгісінің еңбегі компьютерлік жадты тиімді пайдалануды және деректер бойынша негізгі операцияларды орындау уақытының жақсы индикаторларын қамтиды. Иерархиялық деректер үлгісі иерархиялық тәртіпті реттелген ақпаратпен жұмыс істеу үшін пайдалы.



6.1 сурет. Иерархиялық үлгідегі байланыс көріністері
Иерархиялық деректер үлгісінің негізгі кемшілігі ақпарат жеткілікті күрделі логикалық байланыстары бар қайта өңдеу және орта пайдаланушы үшін түсіністік күрделі, ауқымдылығы, артық деректер болып табылады.

Деректерді ұйымдастырудағы иерархиялық көзқарасты кеңейту желілік тәсіл болып табылады. Желілік деректер үлгісінде кез-келген объект басты және бағынышты болуы мүмкін және басқа нысандармен қарым-қатынастардың кез-келген санының қалыптасуына қатыса алады. Желілік дерекқор жазбалар жиынтығы және жазбалар арасындағы қарым-қатынастардың жиынтығы тұрады, және одан дәл болуы - дерекқор кестесінің рекордтық түрлері жиынтығымен анықталады және байланыс түрлерінің берілген жиынтығы жағдайларда әрбір түрін орнату әрбір түрі көшірмелерін жиынтығын көрсетеді .

2. 
   Деректердің желілік моделі. Негізгі ұғымдары.
   

ДББЖ-ның ерте құрылған деректер моделі - желілік модель. Деректердің желілік моделі CODASYL (Conference of Data System Languages) жүйелік комитеттің деректер қорының (Data Base Task Group – DBTG) жұмыс тобымен ұсынылған, оның негізгі функциясы құрылу бойынша сәйкес жүйелердің сұраныстарын өңдеу және жүйелерді ұйымдастырудың тәжірибесін жалпылау, бірегей терминологияда бір позициядан басқару деректерін өңдеудің танымал фирмалық жүйелерін талдау. Желілік модельдің негізгі терминдері: элемент, жазба, топ, топтық қатынас, файл, деректер қоры.

Желілік модельде топтық қатынастарды жүзеге асыру арнайы енгізілетін қосымша өріс – қолданушы және топтық қатынас мүшесінің арасындағы орнатылған байланыс көрсеткіштері (байланыс адресі және сілтемелер) арқылы жүзеге асады. Жазба (1:1, 1:N, M:N) түрлі типтер қатынастарынан тұрады. Егер байланысты орнатудың бір 1:1 нұсқасы белгілі (жазбадағы қатынас иесі, қосымша өрісті есептегендегі атрибуттар өрісіне сәйкес келетін өріс – жазба көрсеткіші – қатынас мүшесі), онда 1:N және M:N байланыстарын көрсету мүмкіндігінің кейбір мәселелері бар. Сондықтан желілік ДҚБЖ байланыс ұйымдарында кең таралған тәсілі өрістері көрсеткіш болатын жазбалардың қосымша типін енгізу болып табылады.

Желілік деректер қорлары.

Олар иерархиялық деректер қорларымен бір уақытта қолданыла бастады. Бұл қорларда кез келген объект басты да, бағынышты да бола алады.

Деректердің желілік моделі иерархиялық модельдің кеңейтілуі болып есептеледі (кейбіреулер иерархиялық модельді желілік модельдің жеке жағдайы деп есептейді). Базалық концепциясы бойынша олар ұқсас. Желілік модельде де иерархиялық модельдегідей атауы бар элемент пен байланыс ұғымы болады.

Желілік модельдің иерархиялық модельден айырмашылыүы мынада: әрбір элементтен бір элементке ғана байланыс емес, мұнда бірнеше элементтен бір элементке байланыс болады.

Мысалы, ер адамдар жағынан алынған генеалогиялық ағаш түрінде алынған иерархиялық құрылым болып есептеледі - әр адамда бір ата-ана бар. Егер де генеалогиялық ағашқа барлық ата-аналарды қосса, деректер құрылымы жағынан ол ағаш емес, желі болады(сурет 3.2).

Мысал

Желілік модель деректер арасындағы өзара қарым-қатынастардың логикасын беретін деректермен байланыстың түсінігіне негізделеді. Бір элементтен бірнеше элементке байланыс кетуі мүмкін. Әр элементке бірнеше элементтен байланыстар келуі мүмкін. Деректердің әрбір элементінің пәндік облысы бойынша өзіндік түсінігі болады да, кейбір атрибуттармен сипатталады.



Әр элементтер арасында байланыстар саны бірдей, ал әр элементтің экземплярында әр түрлі байланыс саны болуы мүмкін (мысалы, әр адамда әр түрлі балалар саны болады).

Мынадай мысалды қарастырайық. Әр автор әр түрлі бірнеше мақаланы әртүрлі баспадан шығарып жазған.

 Желілік модель иерархиялық тәсілдің концептульды қарапайымдылыған сақтай отырып, және оған иілгіштікті қосып, көптеген иерархиялармен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Мұндай модель мысалы ретінде объектіні құру графигінің моделін (көлік қозғалысы, бұйымдарды жасау және т.б.) қарастыруға болады: котлован таңдау – іргетас салу – қабырға тұрғызу – төбесін жабу.

Иерархиялық модельдерде әрбір дерек анықталған деңгейде орналасады, арабайланыстарды диаграмма түрінде көрсетуге болады. Желілік модельдерде әртүрлі деңгейлерде бір мезгілде біртипті деректердің бар болу мүмкін. Оссында әрбір жазу басқа жазумен байлансыта болу мүмкін.



Мысал – бұйым жасауға тапсырыстар бар, әрбір тапсыоыс – тапсырыстар ДБ-га жазу.

сурет 7.3 Тапсырыс айналысындағы түпмәндердің өзарабайланыстары

Айырмашылығы

Желілік деректер моделі иерархикалық модель сияқты терминдермен анықталған. Модель топтық қатынастардың иелері немесе мүшелері бола алатын көптеген жазулардан құрылған. Жазу-иесі мен жазу-мүшесінің арасындағы байланыс 1:К түрінде болады.

Осы модельдердің басты айырмашылығы – желілік модельде жазу бірнеше топтық қатынастардың мүшесі бола алады. Осы модельге сәйкес әрбір топтық қатынастардың атауы бар және оның типі мен экземпляры арасында айырмашылығы бар. Топтық қатынастың типі атаумен беріледі және осы типтің барлық экземплярларына ортақ болатын қасиеттерді анықтайды. топтық қатынастың экземпляры жазу-иесі және бағыныңқы жазулардың жиыны көрінісі түрінде болады. Мұнда келесі шектеу бар: жазу экземпляры біртипті топтық қатынастардың 2 экземплярынның мүшесі бола алмайды (яғни, мысалы, қызметкер кәсіпорынның екі бөлімінде жұмыс істей алмайды).

Бақылау сұрақтары:

1. Деректер үлгісі дегеніміз не?

2. 
   Деректер үлгісі не үшінқажет?
   
3. 
   Деректер үлгісі қандай аспектілерді қамтиды?
   
4. 
   Мәліметтерді ұсынудың классикалық және заманауи үлгілерін көрсетіңіз.
   
5. 
   Деректердің иерархиялық үлгісінің еңбегін және құндылығын көрсетіңіз.
   
6. 
   Иерархиялық деректер базасында деректерді физикалық орналастыру қалай ұйымдастырылған?
   
7. 
   Деректердің желілік моделінің негізгі ұғымдары қандай?
   
8. 
   Желілік модельдің артықшылықтары қандай?
   
9. 
   Желілік модельдің кемшіліктері қандай?