Modele baz danych, model relatywny
Różne typy baz danych.
Rozróżniamy dwa typy baz danych ze względu na sposób zarządzania nimi. Wyróżniamy: operacyjne i analityczne bazy danych.
Operacyjne bazy danych przechowują dane dynamiczne. Ten typ baz danych jest odpowiedzialny za dane, które są na bieżąco aktualizowane. Bazy danych tego typu znajdują zastosowanie w różnych organizacjach, instytucjach i firmach. Przykładami zastosowań są np.: bazy danych służące do inwentaryzacji, bazy obsługi zamówień, itp. Jednym słowem bazy tego typu wykorzystywane są wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba nie tylko na gromadzenie danych, ale również na możliwość ich modyfikowania.
Natomiast analityczne bazy danych służą do przechowywania archiwalnych danych statycznych. Przechowują dane z przeszłości w celu dostępu(odczytu). Typowym zastosowaniem tych baz jest np.: analiza tendencji rynku czy tez prognoz przyszłościowych. W przeciwieństwie do operacyjnych baz danych tu raczej nie wykonuje się aktualizacji danych, jeżeli to sporadycznie.
Początki modeli baz danych
Terminu „baza danych” pierwszy raz użyto w listopadzie 1963 , podczas sympozjum nazwanym: "Development and Management of a Computer-centered Data Base", które było sponsorowane przez jedną z firm komputerowych a mianowicie System Development Corporation. Termin ten stał się powszechnie używany w Europie w latach 70. XX wieku. Pierwszy system zarządzania baz danych powstał w latach 60. XX wieku, procesy te świadczą o początkach rewolucji w świecie informatycznym.
Prekursorem pierwszego systemu był Charles Bachman. Wczesna praca Bachmana nad tworzeniem bazy danych ujawniła, że jego celem było bardziej efektywne i uniwersalne wykorzystywanie urządzeń służących do dostępu do składowanych danych, które w tamtych latach dopiero co stawały się dostępne do użytkowania.
Zanim powstał relacyjny model bazy danych, istniał już wcześniej model hierarchiczny oraz model sieciowy.
Hierarchiczny model baz danych
Hierarchiczny model baz danych używa dwóch struktur danych: typów rekordów oraz związków nadrzędny-podrzędny. Typ rekordów to struktura danych, z których każda ma konkretną nazwę i służy do przechowywania pojedynczej informacji określonego typu.
Budowa hierarchicznego modelu bazy danych jest analogią do odwróconego drzewa. Składa się z powiązań nadrzędny-podrzędny, w których nadrzędny typ rekordu może być połączony z wieloma podrzędnymi, lecz podrzędny łączy się jedynie z jednym typem rekordu nadrzędnego.
W wielu podręcznikach można się spotkać także z innym porównaniem, które strukturę modelu hierarchicznej bazy danych, które ukazuje relacje w bazie danych jako analogiczne do relacji występujące pomiędzy ojcem a synem.
Zaletą tego typu konstrukcji bazy danych jest szybki dostęp do konkretnych informacji, wynika to z istnienia bezpośrednich połączeń pomiędzy tabelami. Kolejną zaletą jest istniejąca integralność, oznacza to że, w momencie skasowania danych z tabeli nadrzędnej usuwane są automatycznie dane do niej podrzędne.
Natomiast niewątpliwą wadą jest brak możliwości dodania rekordu podrzędnego bez ówczesnego zdefiniowania odpowiedniego rekordu nadrzędnego, co przyczynia się do czasochłonnego procesu dodawania danych.
Kolejną wada jest nadmiarowość danych, polegająca na tym, że nie można w HMBD zdefiniować połączenia wiele- do wielu. Oznacza to że chcąc wprowadzić połączenie tego typu niektóre z danych musza zostać powielone.
Prezentacja Slajd 6: jeden muzyk gra dla kilku klientów i jeden klient może zatrudniać wielu muzyków. W tym przypadku w tabeli terminarz zostaną zawarte dane klientów zatrudniających konkretnych muzyków w danym terminie, przy czym te same dane będą znajdować się w tabeli muzyków. Może to prowadzić do zaburzenia integralności bazy danych.
Wyjściem z tego problemu jest zaprojektowanie nowej bazy danych dla muzyków i oddzielnej dla pośredników (Slajd 7). W tabeli muzyków zawarte będą jedynie nazwy muzyków, natomiast baza pośredników będzie zawierać tabele: pośredników, klientów oraz umowy. Tabela terminarzy zostanie pominięta na rzecz powiązania logicznego pomiędzy tabelą muzyków, a umowami które zostają zawarte. Dzięki czemu łatwo można otrzymać informacje na temat listy muzyków, którzy zawarli umowy z danym klientem, oraz terminarz danego muzyka.
Sieciowy model danych.
Podobnie do hierarchicznego posiada dwie struktury danych: typy rekordów i typy kolekcji. Typy rekordów są identyczne jak w hierarchicznym, jednakże mogą one przechowywać wiele wartości. Powiązania w SMBD opisywane są pojęciem kolekcji, odpowiadającym relacji jeden do wielu. Definiowanie pojęcia tego typu relacji w postaci struktury drzewiastej bez powtarzania poszczególnych wartości w ramach obiektu danych, co oznacza że w obrębie konkretnej struktury każdy rekord z tabeli nadrzędnej może być powiązany z dowolną ilością rekordów tabeli podrzędnej, przy czym rekordowi podrzędnemu może odpowiadać tylko jeden rekord w tabeli nadrzędnej, tym samym każdy z rekordów z tabeli podrzędnej musi mieć odpowiedni rekord w tabeli właściciela, jednak mogą istnieć tabele właścicieli którzy nie mają żadnych podrzędnych tabel.
Przykładowo: każdy klient ma pośrednika, ale nie każdy pośrednik ma klienta.
Między danymi dwoma tabelami można określić dowolną liczbę kolekcji, poza tym każda tabela może być wykorzystywana w wielu różnych kolekcjach.
Zaleta SMBD jest szybkość odczytu danych oraz możliwość tworzenia wielu bardziej złożonych zapytań niż w HMBD. Natomiast za wadę można uznać to że podobnie jak w HMBD, niezbędna jest u użytkownika znajomość struktury bazy danych, np. użytkownik musi pamiętać przez które kolekcje musi przejść, aby otrzymać konkretną interesującą go informacje. Następną wadą jest to, że modyfikacja kolekcji nie może zostać dokonana bez modyfikacji aplikacji bazodanowej, ponieważ aplikacja ta wyszukuje dane za pośrednictwem określonych kolekcji. W momencie zmienienia kolekcji, wszystkie odwołania do danej (zmienionej) kolekcji muszą ulec odpowiedniej modyfikacji.
5) Wstęp do relacyjnej bazy danych
Pretendentem myśli związanej ze stworzeniem relacyjnej bazy danych w odpowiedzi na potrzebę obsługi dużych ilości informacji był Edgar Frank Codd, wyszedł naprzeciw nadmiarowości danych oraz braku kompatybilności pomiędzy bazami danych wielu autorów. Opracował on model matematyczny, który prezentował założenia RMBD oparte na teorii mnogości [Nazwa jednak nie wywodzi się z faktu istnienia wielu relacji pomiędzy tabelami, natomiast z pojęcia relacji w teorii mnogości].
W RMBD dane przechowuje się w tabelach definiowanych jako domeny. Każda tabela składa się z rekordów i atrybutów czyli pól. Natomiast każda relacja posiada unikalną nazwę, nagłówek oraz zawartość. Relacja jest charakteryzowana właśnie przez m.in. nagłówek, który jest reprezentowany najczęściej w postaci wiersza w tabeli. W związku z tym, że nagłówek jest zbiorem atrybutów (pól) nie jest ważna ich kolejność.
Każda relacja posiada tzw. klucz główny. Klucz ten jest unikatowym identyfikatorem w relacji i może być kombinacją kilku kolumn, często jednak obejmuje jedną kolumnę (jeden atrybut). Klucz ma za zadanie jednoznacznie identyfikować każdą krotkę (wiersz) - wartości w wyznaczonych kolumnach są jako zestaw niepowtarzalne w danej tabeli.
Innym rodzajem klucza jest tzw. klucz obcy. Jest to zbiór atrybutów jednej tabeli (relacji) wskazujący wartości klucza kandydującego innej tabeli. Służy do wskazywania zależności pomiędzy danymi składowanymi w różnych tabelach. Klucze w modelu relacyjnym służą m.in. do sprawdzania spójności danych w bazie. Głównie dotyczy to kluczy obcych, na które nałożony jest wymóg, że w tabeli wskazywanej musi istnieć wartość klucza wskazującego.
Zaletą tego modelu bazy danych jest to że użytkownik nie musi znać dokładnie położenia rekordu, z którego chce pozyskać dane informacje.
Np. Slajd: każdy pośrednik pracuje dla kilku muzyków i ma kilku klientów. Natomiast klient z muzykiem jest powiązany ze sobą przez tabele rozliczeń, ponieważ klient może zatrudnić wielu muzyków, a muzyk może pracować dla wielu klientów.
Dodatkowym elementem modelu relacyjnego jest zbiór operacji służących do przeszukiwania i manipulacji danymi. Od strony formalnej takie zbiory operacji kojarzone są z tzw. algebrą relacji oraz z rachunkiem relacyjnym. Od strony praktycznej najbardziej popularnym językiem zapytań dla modelu relacyjnego jest język SQL
W tym modelu bazy danych dostępne są powiązania: jeden do jednego, jeden do wielu, wiele do wielu. Każda para tabel jest powiązana w sposób dzielenia między siebie pól o określonej zawartości. Przykładowo pośrednicy i klienci są powiązani polem ID pośrednika.
Taki typ danych umożliwia pozyskiwanie informacji na wiele sposobów.
Przykład: Slajd” użytkownik mimo tego że tabela „klienci” jest tylko pośrednio powiązana z muzykami jest w stanie stworzyć listę upodobań danego klienta. Jest to możliwe dzięki powiązaniu tabeli style muzyczne, z która istnieje powiązanie tabeli muzyków, którzy z kolei mają bezpośrednią łączność z tabelą zawartych umów, no a ta odnosi się do konkretnych klientów.
Najpopularniejszym sposobem uzyskania dostępu do informacji w RMBD są zapytania konstruowane w języku SQL. Pokrótce jest to standardowy język wykorzystywane do wprowadzania, modyfikowania oraz odczytywania informacji z baz danych.
5) Systemy zarządzania relacyjnymi bazami danych.
Systemy służą do tworzenia i modyfikowania relacyjnych baz danych, a także generowania aplikacji przeznaczonej dla użytkownika gotowej bazy. Systemy zarządzania ciągle ulegają modyfikacjom, jak dotąd nikomu nie udało się jeszcze w pełni zaimplementować relacyjnego modelu logicznego, mimo tego w chwili obecnej widoczny jest postęp względem wcześniejszych systemów zarządzania.
W momencie upowszechnienia się komputerów osobistych wśród zwykłych użytkowników programy do zarządzania relacyjnymi modelami baz danych zostały uproszczone i udostępnione szerszej liczbie odbiorców, nie tylko dla użytkownikom systemów mainframe.
W odpowiedzi na potrzebę szybkiego udostępniania danych stworzono centralną bazę danych wielu użytkowników typu klient-serwer. Gwarantowało to nie tylko większa szybkość ale też integralność danych oraz ich bezpieczeństwo