Προτού μάθουμε για μια έννοια όπως τα μοντέλα δεδομένων, μελετήσουμε τους τύπους, τις ταξινομήσεις τους και εξετάσουμε επίσης μια λεπτομερή περιγραφή, υπάρχει ανάγκη να κατανοήσουμε την ίδια την έννοια της επιστήμης των υπολογιστών, η οποία περιλαμβάνει αυτές τις έννοιες και όλους τους τομείς, μελέτησε. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε τους βασικούς όρους και τους πυλώνες αυτής της επιστήμης, ειδικότερα, θα μιλήσουμε για τους τύπους δομών δεδομένων, τις σχέσεις σε αυτές και πολλά άλλα.
Τι είναι η πληροφόρηση και η πληροφορική;
Για να προχωρήσετε στη μελέτη της δομής του μοντέλου δεδομένων, πρέπει να κατανοήσετε τι είναι αυτά τα δεδομένα και οι πληροφορίες κατ' αρχήν.
Απολύτως σε οποιαδήποτε στιγμή της ύπαρξης της ανθρώπινης κοινωνίας, οι πληροφορίες έπαιξαν τεράστιο ρόλο, δηλαδή πληροφορίες που λάμβανε ένα άτομο από τον τεράστιο και ποικιλόμορφο κόσμο γύρω μας. Για παράδειγμα, ακόμη και πρωτόγονοι άνθρωποι άφησαν για εμάς πληροφορίες για τον απλό τρόπο ζωής και τις παραδόσεις τους με τη βοήθεια βραχογραφιών.
Από τότε, οι άνθρωποι έχουν κάνει πολλές επιστημονικές ανακαλύψεις, έχουν συλλέξει πληροφορίες για τους προκατόχους τους και έχουν συσσωρεύσει πληροφορίες από την καθημερινήειδήσεις, κερδίζοντας έτσι όλο και περισσότερους όγκους πληροφοριών και δίνοντάς τους ιδιότητες όπως αξία και αξιοπιστία.
Με την πάροδο του χρόνου, ο όγκος των πληροφοριών έχει γίνει τόσο τεράστιος και τεράστιος που η ανθρωπότητα δεν μπόρεσε να τις αποθηκεύσει ανεξάρτητα στη μνήμη της, να τις επεξεργαστεί χειροκίνητα και να εκτελέσει οποιεσδήποτε ενέργειες σε αυτές. Γι' αυτό χρειαζόταν η σημερινή θεμελιώδης επιστήμη - η πληροφορική, το εύρος της οποίας περιλαμβάνει το πεδίο της ανθρώπινης δραστηριότητας που σχετίζεται με διάφορους μετασχηματισμούς της πληροφορίας. Η Πληροφορική καλύπτει σχεδόν κάθε τομέα της ζωής μας: από απλούς μαθηματικούς υπολογισμούς μέχρι πολύπλοκους μηχανικούς και αρχιτεκτονικούς σχεδιασμούς, καθώς και τη δημιουργία ταινιών κινουμένων σχεδίων και κινουμένων σχεδίων. Θέτει βασικούς στόχους όπως η αυτοματοποιημένη επεξεργασία, η δομή, η αποθήκευση και η μετάδοση πληροφοριών.
Στο σημερινό θέμα, θα θίξουμε συγκεκριμένα τη δομή των πληροφοριών, δηλαδή θα μιλήσουμε για το μοντέλο δεδομένων. Ωστόσο, πριν από αυτό, θα πρέπει να διευκρινιστούν κάποια άλλα σημεία που σχετίζονται άμεσα με το θέμα της συζήτησής μας. Δηλαδή: βάσεις δεδομένων και DBMS.
Βάσεις δεδομένων και DBMS
Οι βάσεις δεδομένων (DB) είναι ένας τύπος δομημένων πληροφοριών.
Ο όρος αναφέρεται σε ένα κοινό σύνολο πληροφοριών που σχετίζονται λογικά. Οι βάσεις δεδομένων είναι δομές που χρησιμοποιούνται ενεργά σε δυναμικούς ιστότοπους με τεράστιο όγκο πληροφοριών. Για παράδειγμα, αυτοί είναι οι πόροι διαφόρων ηλεκτρονικών καταστημάτων, πύλες κεφαλαίωνμέσα ή άλλες εταιρικές πηγές.
Συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (DBMS) είναι ένα σύνολο διαφόρων λογισμικών σχεδιασμένων για τη δημιουργία βάσεων δεδομένων, τη διατήρηση τους στη σωστή μορφή και την οργάνωση μιας γρήγορης αναζήτησης για τις απαιτούμενες πληροφορίες σε αυτές. Ένα παράδειγμα ευρέως χρησιμοποιούμενου DBMS είναι η Microsoft Access, η οποία κυκλοφορεί σε μία γραμμή του Microsoft Office. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτού του DBMS είναι ότι, λόγω της παρουσίας της γλώσσας VBA σε αυτό, είναι δυνατή η δημιουργία εφαρμογών στην ίδια την Access που λειτουργούν με βάση βάσεις δεδομένων.
Οι βάσεις δεδομένων μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με πολλά διαφορετικά κριτήρια:
- Ανάλογα με τον τύπο του μοντέλου (θα συζητηθούν).
- Κατά τοποθεσία αποθήκευσης (σκληρός δίσκος, RAM, οπτικοί δίσκοι).
- Κατά τύπο χρήσης (τοπική, δηλαδή, ένας χρήστης έχει πρόσβαση σε αυτό, μέσο, δηλαδή, τα δεδομένα στη βάση δεδομένων μπορούν να προβληθούν από πολλά άτομα. γενικά - τέτοιες βάσεις δεδομένων βρίσκονται σε πολλούς διακομιστές και προσωπικούς υπολογιστές, δηλαδή τη δυνατότητα προβολής πληροφοριών σε αυτά έχουν δικαίωμα σε μεγάλο αριθμό ατόμων).
- Σύμφωνα με το περιεχόμενο των πληροφοριών (επιστημονικές, ιστορικές, λεξικογραφικές και άλλες).
- Με τον βαθμό βεβαιότητας της βάσης (συγκεντρωμένη και κατανεμημένη).
- Με την ομοιογένεια (ετερογενής και ομοιογενής, αντίστοιχα).
Και επίσης για πολλά άλλα, λιγότερο σημαντικά χαρακτηριστικά.
Το κύριο μέρος μιας τέτοιας βάσης δεδομένων είναι τα μοντέλα δεδομένων. Αντιπροσωπεύουνένα σύνολο δομών και λειτουργιών πληροφοριών για την επεξεργασία τους, απλοποιώντας και επιταχύνοντας τη διαδικασία οργάνωσης της αναζήτησης των απαιτούμενων πληροφοριών.
Μοντέλα συστημάτων δεδομένων: ταξινόμηση
Υπάρχει μεγάλη ποικιλία βάσεων δεδομένων, αλλά όλες βασίζονται σε πιο κοινά και θεμελιώδη μοντέλα. Η ταξινόμηση των μοντέλων δεδομένων πληροφοριών χωρίζεται επίσης σε πολλούς διαφορετικούς τύπους. Ακολουθούν οι κατηγορίες που χρησιμοποιούνται πιο συχνά:
- ιεραρχικό μοντέλο;
- διάγραμμα δικτύου;
- σχεσιακό μοντέλο;
- σχήματα προσανατολισμένα στο αντικείμενο.
Όλα αυτά τα είδη μοντέλων δεδομένων διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη φύση της παρουσίασης και αποθήκευσης πληροφοριών σε αυτά.
Κριτήρια για την επιλογή του σωστού μοντέλου
Ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει μια βάση δεδομένων με οποιονδήποτε από τους παραπάνω τύπους. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η επιλογή του μοντέλου δεδομένων καθορίζει την εξάρτηση από ορισμένους παράγοντες.
Το πιο σημαντικό κριτήριο είναι εάν το DBMS που χρησιμοποιείται από τον πελάτη υποστηρίζει ένα συγκεκριμένο μοντέλο. Τα περισσότερα DBMS είναι κατασκευασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να παρουσιάζεται στον χρήστη ένα μοντέλο δεδομένων που θα χρησιμοποιηθεί, ωστόσο ορισμένα από αυτά υποστηρίζουν πολλά διαφορετικά ανάλογα ταυτόχρονα. Ας ρίξουμε μια ματιά στα χαρακτηριστικά τους ένα προς ένα.
Ιεραρχικό μοντέλο
Είναι ένας από τους τύπους μοντέλων παρουσίασης δεδομένων, που τα οργανώνει ως μια συλλογή στοιχείων που είναι διατεταγμένα με σειρά από γενικό σε ειδικό.
Η δομή είναι ένα ανεστραμμένο δέντρο. Για πρόσβαση σε ένα συγκεκριμένο αρχείουπάρχει ένας τρόπος.
Ένα ιεραρχικό μοντέλο πρέπει να πληροί τρεις βασικές προϋποθέσεις:
- Κάθε κόμβος χαμηλότερου επιπέδου μπορεί να συνδεθεί μόνο με έναν κόμβο υψηλότερου επιπέδου.
- Υπάρχει μόνο ένας κύριος ριζικός κόμβος στην ιεραρχία, ο οποίος δεν είναι δευτερεύων σε κανέναν άλλο κόμβο και βρίσκεται στο ανώτερο επίπεδο.
- Υπάρχει μόνο μία διαδρομή προς οποιονδήποτε κόμβο στην ιεραρχία από τον κόμβο ρίζας.
Ο τύπος σχέσης είναι ένας προς πολλά.
Μοντέλο δικτύου
Βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην ιεραρχική, έχοντας αρκετά κοινά με αυτήν. Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο είναι ο τύπος συνδέσμου, ο οποίος συνεπάγεται μια σχέση πολλά προς πολλά, που σημαίνει ότι οι σύνδεσμοι μπορούν να υπάρχουν μεταξύ διαφορετικών κόμβων.
Το πλεονέκτημα του μοντέλου δικτύου είναι ότι καταναλώνει λιγότερους πόρους υπολογιστή όσον αφορά τη μνήμη και την ταχύτητα από άλλα μοντέλα.
Το μειονέκτημα αυτού του σχήματος είναι ότι εάν χρειαστεί να αλλάξετε τη δομή των αποθηκευμένων δεδομένων, θα πρέπει να αλλάξετε όλες τις εφαρμογές που λειτουργούν με βάση αυτό το μοντέλο δικτύου, καθώς μια τέτοια δομή δεν είναι ανεξάρτητη.
Σχεσιακό μοντέλο
Είναι το πιο κοινό σήμερα. Τα αντικείμενα και οι σχέσεις μεταξύ τους σε αυτό το μοντέλο δεδομένων αντιπροσωπεύονται από πίνακες και οι σχέσεις σε αυτούς θεωρούνται αντικείμενα. Οι στήλες σε έναν τέτοιο πίνακα ονομάζονται πεδία και οι σειρές ονομάζονται εγγραφές. Κάθε πίνακας σχεσιακού μοντέλου πρέπει να ικανοποιείτις ακόλουθες ιδιότητες:
- Απολύτως όλες οι στήλες του είναι ομοιογενείς, δηλαδή όλα τα στοιχεία που βρίσκονται σε μία στήλη πρέπει να έχουν τον ίδιο τύπο και μέγιστο επιτρεπόμενο μέγεθος.
- Κάθε στήλη έχει το δικό της μοναδικό όνομα.
- Δεν πρέπει να υπάρχουν ίδιες σειρές στον πίνακα.
- Η σειρά με την οποία εμφανίζονται οι γραμμές και οι στήλες στον πίνακα μπορεί να είναι αυθαίρετη.
Το σχεσιακό μοντέλο λαμβάνει επίσης υπόψη τους τύπους σχέσεων μεταξύ αυτών των πινάκων, συμπεριλαμβανομένων των σχέσεων ένα προς ένα, ένα προς πολλά και πολλά προς πολλά.
Οι βάσεις δεδομένων που βασίζονται σε ένα σχεσιακό μοντέλο πινάκων είναι ευέλικτες, προσαρμόσιμες και εξαιρετικά επεκτάσιμες. Κάθε αντικείμενο δεδομένων αναλύεται στα μικρότερα και πιο χρήσιμα τμήματα.
Αντικειμενοστρεφές μοντέλο
Σε ένα αντικειμενοστραφή μοντέλο κατασκευής δεδομένων, οι βάσεις δεδομένων ορίζονται από ένα σύνολο επαναχρησιμοποιήσιμων στοιχείων λογισμικού με σχετικές λειτουργίες. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές αντικειμενοστρεφείς βάσεις δεδομένων:
- Βάση δεδομένων πολυμέσων.
- Βάση δεδομένων υπερκειμένου.
Το πρώτο περιλαμβάνει δεδομένα πολυμέσων. Μπορεί να περιέχει διάφορες εικόνες που, για παράδειγμα, δεν μπορούν να αποθηκευτούν σε ένα σχεσιακό μοντέλο.
Μια βάση δεδομένων υπερκειμένου επιτρέπει σε οποιοδήποτε αντικείμενο βάσης δεδομένων να συνδέεται με οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο. Αυτό είναι αρκετά βολικό για την οργάνωση της επικοινωνίας σε ένα σύνολο ανόμοιων δεδομένων, ωστόσο, ένα τέτοιο μοντέλο απέχει πολύ από το ιδανικό κατά τη διεξαγωγήαριθμητικές αναλύσεις.
Ίσως το αντικειμενοστραφή μοντέλο είναι το πιο δημοφιλές και χρησιμοποιούμενο μοντέλο, καθώς μπορεί να περιέχει πληροφορίες με τη μορφή πινάκων, όπως σχεσιακό, αλλά, σε αντίθεση με αυτό, δεν περιορίζεται σε εγγραφές πίνακα.
Λίγες περισσότερες πληροφορίες
Το ιεραρχικό μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην επιστήμη των υπολογιστών τη δεκαετία του '60 του περασμένου αιώνα από την IBM, αλλά σήμερα η δημοτικότητά του έχει υποχωρήσει λόγω της χαμηλής απόδοσης.
Το μοντέλο δεδομένων δικτύου ήταν ήδη δημοφιλές στη δεκαετία του '70, αφού ορίστηκε επίσημα από τη Διάσκεψη για τις Γλώσσες Συστήματος Βάσεων Δεδομένων.
Οι σχεσιακές βάσεις δεδομένων είναι συνήθως γραμμένες σε δομημένη γλώσσα ερωτημάτων (SQL). Αυτό το μοντέλο κυκλοφόρησε το 1970.
Συμπεράσματα
Έτσι, μπορούμε να συνοψίσουμε τα ζητήματα που εξετάσαμε σήμερα με τα ακόλουθα σύντομα συμπεράσματα:
- Τα δεδομένα σε προσωπικούς υπολογιστές (PC) μπορούν να αποθηκευτούν δομικά με τη μορφή ειδικών βάσεων δεδομένων.
- Ο πυρήνας κάθε βάσης δεδομένων είναι το μοντέλο της.
- Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι μοντέλων δεδομένων: ιεραρχικά, δικτυακά, σχεσιακά, αντικειμενοστρεφή.
- Στο ιεραρχικό μοντέλο, η δομή μοιάζει με ένα ανεστραμμένο δέντρο.
- Στο μοντέλο δικτύου, υπάρχουν σύνδεσμοι μεταξύ διαφορετικών κόμβων.
- Στο σχεσιακό μοντέλο, οι σχέσεις μεταξύ αντικειμένων αναπαρίστανται ως πίνακες.
- Σε ένα αντικειμενοστραφή μοντέλο, οι σχέσεις μεταξύ των στοιχείων μπορούν να αναπαρασταθούν από πίνακες, αλλά δεν περιορίζονται σε αυτούς.
Στην τελευταία περίπτωση, για παράδειγμα, μπορεί να υπάρχεικείμενο και εικόνες.
