לפני שנלמד על מושג כזה כמו מודלים של נתונים, נלמד את סוגיהם, סיווגים, וגם נשקול תיאור מפורט, יש צורך להבין את עצם המשמעות של מדעי המחשב, הכולל את המושגים הללו, ואת כל התחומים, זה למד. במאמר זה נשקול את המונחים והעמודים הבסיסיים של מדע זה, בפרט, נדבר על סוגי מבני הנתונים, הקשרים בהם ועוד הרבה יותר.
מה זה מידע ואינפורמטיקה?
כדי לעבור ללימוד המבנה של מודל הנתונים, עליך להבין מה הם הנתונים והמידע הללו באופן עקרוני.
בהחלט בכל רגע של קיומה של החברה האנושית, מידע מילא תפקיד עצום, כלומר מידע שקיבל אדם מהעולם העצום והמגוון שסביבנו. לדוגמה, אפילו אנשים פרימיטיביים השאירו לנו מידע על אורח חייהם ומסורתם הפשוטים בעזרת ציורי סלע.
מאז, אנשים גילו תגליות מדעיות רבות, אספו מידע על קודמיהם וצברו מידע מהיום יוםחדשות, ובכך צובר עוד ועוד נפחי מידע ונותן לו תכונות כמו ערך ואמינות.
עם הזמן, כמות המידע הפכה כל כך עצומה ועצומה עד שהאנושות לא הצליחה לאחסן אותו באופן עצמאי בזיכרון שלה, לעבד אותו באופן ידני ולבצע בו כל פעולה. לכן היה צורך במדע היסודי של ימינו - אינפורמטיקה, שהיקפה כולל את תחום הפעילות האנושית הקשורה בתמורות שונות של מידע. אינפורמטיקה מכסה כמעט כל תחום בחיינו: מחישובים מתמטיים פשוטים ועד עיצוב הנדסי ואדריכלי מורכב, כמו גם יצירת סרטי אנימציה ואנימציה. היא מציבה לעצמה מטרות בסיסיות כגון עיבוד אוטומטי, מבנה, אחסון והעברת מידע.
בנושא של היום, ניגע ספציפית במבנה המידע, כלומר, נדבר על מודל הנתונים. עם זאת, לפני כן, יש להבהיר עוד כמה נקודות הקשורות ישירות לנושא השיחה שלנו. כלומר: מסדי נתונים ו-DBMS.
מסדי נתונים ו-DBMS
מסדי נתונים (DB) הם סוג של מידע מובנה.
המונח מתייחס לקבוצה משותפת של מידע הקשור בהיגיון. מאגרי מידע הם מבנים המשמשים באופן פעיל באתרים דינמיים עם כמויות אדירות של מידע. לדוגמה, אלה הם המשאבים של חנויות מקוונות שונות, פורטלים של קרנותמדיה או מקורות ארגוניים אחרים.
מערכות ניהול מסדי נתונים (DBMS) היא ערכה של תוכנות שונות שנועדו ליצור מסדי נתונים, לתחזק אותם בצורה המתאימה ולארגן חיפוש מהיר אחר המידע הנדרש בהם. דוגמה ל-DBMS בשימוש נרחב הוא Microsoft Access, ששוחרר בשורה אחת של Microsoft Office. מאפיין ייחודי של DBMS זה הוא שבגלל נוכחות שפת ה-VBA בו, ניתן ליצור אפליקציות ב-Access עצמה שעובדות על בסיס מסדי נתונים.
ניתן לסווג מסדי נתונים לפי מספר קריטריונים שונים:
- לפי סוג הדגם (הם יידונו).
- לפי מיקום אחסון (כונן קשיח, זיכרון RAM, דיסקים אופטיים).
- לפי סוג השימוש (מקומי, כלומר, למשתמש אחד יש גישה אליו; מדיום, כלומר, נתונים במסד הנתונים יכולים להיראות על ידי מספר אנשים; כללי - מסדי נתונים כאלה ממוקמים במספר שרתים ומחשבים אישיים, כלומר, היכולת לצפות במידע בהם זכאים למספר רב של אנשים).
- לפי תוכן המידע (מדעי, היסטורי, לקסיקוגרפי ואחרים).
- לפי מידת הוודאות של הבסיס (ריכוזי ומבוזר).
- לפי הומוגניות (הטרוגני והומוגנית, בהתאמה).
וגם לתכונות רבות אחרות, פחות משמעותיות.
החלק העיקרי של מסד נתונים כזה הם מודלים של נתונים. הם מייצגיםמערך מבני מידע ופעולות לעיבודו, פישוט והאצת תהליך ארגון החיפוש אחר המידע הנדרש.
מודלים של מערכת נתונים: סיווג
יש מגוון רחב של מסדי נתונים, אבל כולם מבוססים על מודלים נפוצים ובסיסיים יותר. גם הסיווג של מודלים של נתוני מידע מחולק לסוגים רבים ושונים. להלן הקטגוריות הנפוצות ביותר:
- מודל היררכי;
- דיאגרמת רשת;
- מודל יחסי;
- סכימות מונחות-אובייקט.
כל סוגי מודל הנתונים הללו שונים זה מזה באופי ההצגה ואחסון המידע בהם.
קריטריונים לבחירת הדגם הנכון
המשתמש יכול ליצור מסד נתונים עם כל אחד מהסוגים לעיל. עם זאת, יש לציין שהבחירה במודל הנתונים קובעת את התלות בגורמים מסוימים.
הקריטריון החשוב ביותר הוא האם ה-DBMS המשמש את הלקוח תומך במודל מסוים. רוב ה-DBMSs בנויים בצורה כזו שהמשתמש יוצג עם מודל נתונים לשימוש, אולם חלקם תומכים במספר אנלוגים שונים בו-זמנית. בואו נסתכל על התכונות שלהם בזה אחר זה.
מודל היררכי
זה אחד מסוגי דגמי הצגת הנתונים, המארגן אותם כאוסף של אלמנטים המסודרים לפי סדר מכללי לפרט.
מבנה הוא עץ הפוך. כדי לגשת לקובץ אחד ספציפייש דרך אחת.
מודל היררכי חייב לעמוד בשלושה תנאים בסיסיים:
- כל צומת ברמה נמוכה יותר יכול להיות מחובר רק לצומת אחד ברמה גבוהה יותר.
- יש רק צומת שורש ראשי אחד בהיררכיה, שאינו כפוף לשום צומת אחר ונמצא ברמה העליונה.
- יש רק נתיב אחד לכל צומת בהיררכיה מצומת השורש.
סוג מערכת היחסים הוא אחד לרבים.
מודל רשת
זה מסתמך במידה רבה על ההיררכי, שיש לו די הרבה מהמשותף. ההבדל העיקרי בין השניים הוא סוג הקישור, המרמז על קשר בין רבים לרבים, כלומר קישורים יכולים להתקיים בין צמתים שונים.
היתרון של מודל הרשת הוא שהוא צורך פחות משאבי מחשב במונחים של זיכרון ומהירות מאשר דגמים אחרים.
החיסרון של סכימה זו הוא שאם תצטרך לשנות את מבנה הנתונים המאוחסנים, תצטרך לשנות את כל היישומים שעובדים על בסיס מודל רשת זה, מכיוון שמבנה כזה אינו עצמאי.
מודל יחסי
הוא הנפוץ ביותר כיום. אובייקטים ויחסים ביניהם במודל נתונים זה מיוצגים על ידי טבלאות, והיחסים בהם נחשבים כאובייקטים. העמודות בטבלה כזו נקראות שדות, והשורות נקראות רשומות. כל טבלת מודלים יחסיים חייבת לעמודהנכסים הבאים:
- לחלוטין כל העמודות שלו הומוגניות, כלומר, כל האלמנטים הממוקמים בעמודה אחת חייבים להיות בעלי אותו סוג וגודל מקסימלי מותר.
- לכל עמודה יש שם ייחודי משלה.
- לא צריכות להיות שורות זהות בטבלה.
- הסדר שבו מופיעות שורות ועמודות בטבלה יכול להיות שרירותי.
המודל ההתייחסותי לוקח בחשבון גם את סוגי הקשרים בין הטבלאות הללו, כולל קשרים של אחד לאחד, אחד לרבים ורבים לרבים.
מסדי נתונים הבנויים על מודל יחסי טבלאי הם גמישים, ניתנים להתאמה וניתנים להרחבה מאוד. כל אובייקט נתונים מפורק לפרגמנטים הקטנים והשימושיים ביותר.
מודל מונחה עצמים
במודל בניית נתונים מונחה עצמים, מסדי נתונים מוגדרים על ידי קבוצה של רכיבי תוכנה הניתנים לשימוש חוזר עם פונקציות קשורות. ישנם מספר מסדי נתונים שונים מונחה עצמים:
- מסד נתונים מולטימדיה.
- מסד נתונים היפרטקסט.
הראשון כולל נתוני מדיה. זה יכול להכיל תמונות שונות, למשל, לא ניתן לאחסן אותן במודל יחסי.
מסד נתונים היפרטקסט מאפשר לקשר כל אובייקט מסד נתונים לכל אובייקט אחר. זה די נוח לארגון תקשורת בקבוצה של נתונים שונים, עם זאת, מודל כזה רחוק מלהיות אידיאלי בעת ביצועניתוחים מספריים.
אולי המודל מונחה עצמים הוא המודל הפופולרי והמשומש ביותר, מכיוון שהוא יכול להכיל מידע בצורה של טבלאות, כמו רלציונלי, אך בניגוד אליו, אינו מוגבל לרשומות טבלאיות.
קצת מידע נוסף
המודל ההיררכי שימש לראשונה במדעי המחשב בשנות ה-60 של המאה הקודמת על ידי IBM, אך כיום הפופולריות שלו שככה עקב יעילות נמוכה.
מודל נתוני הרשת היה פופולרי כבר בשנות ה-70, לאחר שהוגדר רשמית על ידי הוועידה לשפות מערכת מסד נתונים.
מסדי נתונים יחסיים נכתבים בדרך כלל ב-Structured Query Language (SQL). דגם זה שוחרר בשנת 1970.
מסקנות
לפיכך, נוכל לסכם את הנושאים שחשבנו עליהם היום במסקנות הקצרות הבאות:
- ניתן לאחסן נתונים על מחשבים אישיים (PC) בצורה מבנית בצורה של מסדי נתונים מיוחדים.
- הליבה של כל מסד נתונים הוא המודל שלו.
- ישנם ארבעה סוגים עיקריים של מודלים של נתונים: היררכי, רשת, יחסי, מונחה עצמים.
- במודל ההיררכי, המבנה נראה כמו עץ הפוך.
- במודל הרשת, ישנם קישורים בין צמתים שונים.
- במודל ההתייחסותי, קשרים בין אובייקטים מיוצגים כטבלאות.
- במודל מונחה עצמים, יחסים בין אלמנטים יכולים להיות מיוצגים על ידי טבלאות, אך אינם מוגבלים אליהם.
במקרה האחרון, למשל, ייתכן שישטקסט ותמונות.
