Типы данных и модели данных

Центральным понятием языка программирования является понятие типа данных.

Введение

этого понятия в программирование обусловлено восприятие человеком действительности. Человек привык классифицировать объекты, объединять в одну группу объекты со сходными признаками и применять к ним одни и те же способы обработки [10].

«Тип данных определяет множество значений посредством множества операций».

Тип данных — это определение объектов, их инвариантных свойств (ограничений) и операций, допустимых над ними.

В языках программирования выделяют три категории типов данных: стандартные, структурные и абстрактные (произвольные, определяемые пользователем). Понятие типов данных, развиваемое в языках программирования, непосредственно используется в моделировании данных.

Схему базы данных можно рассматривать как совокупность типов данных. Ограничения, определенные в схеме, могут использоваться для контроля данных того или иного типа. С этой точки зрения база данных — это совокупность значений данных, представляющих собой реализации типов, специфицированных в схеме.

Модель данных можно охарактеризовать как совокупность категорий типов данных. Типы данных, соответствующие этим категориям, используются для представления атрибутов, типов сущностей и связей реального мира. Категория определяется посредством других, базовых для нее категорий типов данных.

Однако, между этими областями (языками программирования и моделями данных) существует ряд различий. В языках программирования акцент ставится на средствах спецификации алгоритмов, а не на данных. В этом основное отличие их от моделей данных. В моделировании данных проектирование структур данных не обусловлено точным знанием алгоритмов, которые будут применяться. Принцип независимости данных предполагает возможность их использования многими программами. Необходима гибкая связь между программами, оперирующими данными, и описанием данных.

Модели данных и языки программирования различаются и по мощности контроля типов, который в моделях данных значительны сильней. Так как модели данных должны обеспечивать совместное использование данных, необходима поддержка множественности «взглядов» программ на одни и те же данные.

Кроме того, в моделировании данных акцент делается на определении таких категорий типов данных, которые могли бы использоваться во многих ситуациях общего характера.

Концепция типов данных полезна в моделировании данных с точки зрения получения абстракций и установления соотношений и связей между данными [11].

Основным компонентом системы базы данных, как показывает ее архитектура, является модель данных (концептуальная модель). Множество структур данных, поддерживаемых в концептуальной модели, определяет набор операций в языке манипулирования данными. Значит, основной вопрос: какую форму должны иметь модель данных и связанный с ней язык данных. Системы баз данных классифицируются в соответствии с выбранной моделью данных.

Широкое распространение получили три типа моделей данных: иерархические модели, сетевая модель данных РГБД КОДАСИЛ и реляционные модели данных. Эти типы образуют некоторое «базовое» множество. Каждый из типов определяет соответствующую систему управления базами данных (СУБД).

Кроме того, с этими моделями принято сравнивать большинство других моделей данных. В иерархических моделях и сетевой модели данных РГБД КОДАСИЛ прослеживается связь с файловыми системами. Реляционная модель данных основывается на теоретических результатах в большей степени, чем на практическом опыте.

Реляционная модель данных базируется на отношениях и их представлении таблицами. Реляционная модель данных впервые была предложена Коддом. Единственным средством структуризации данных в реляционной модели является отношение. Отношения обладают всеми свойствами множеств. Важнейшее свойство языков данных реляционной модели — возможность определять новые отношения, основываясь на существующих отношениях и используя реляционную алгебру или реляционное исчисление.

Сетевые модели данных базируются на табличных и графовых представлениях. Вершинам графа соответствуют некоторые типы сущности (объекты), которые представляются таблицами, а дугам соответствуют типы связей, причем связи должны быть функциональными. Ограниченность сетевой модели состоит в невозможности непосредственного представления связей между вершинами типа М: N.

Иерархическая модель данных представляется упорядоченным деревом. Дерево называется упорядоченным, если относительный порядок поддеревьев значим, т. е. важно относительное расположение вершин. Кроме того, дуги, соответствующие функциональным связям, всегда направлены от корня к листьям дерева. Такая структурная диаграмма называется иерархическим деревом определения данных [12].