Ядром БД является модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки. Различают иерархическую, сетевую и реляционную модели.
Иерархическая модельпозволяет строить БД с древовидной структурой. В них каждый узел содержит свой тип данных (сущность). На верхнем уровне дерева имеется один узел - корень, на следующем уровне располагаются узлы, связанные с этим корнем, затем узлы, связанные с узлами предыдущего уровня, и т. д. Каждый узел может иметь только одного предка (рис. 11).
Рис. 11. Иерархическая древовидная структура модели БД
Поиск данных всегда начинается с корня. Затем производится спуск с одного уровня на другой пока не будет достигнут искомый уровень. Перемещения от одной записи к другой осуществляются с помощью ссылок.
Достоинствами иерархической модели являются простота описания иерархических структур реального мира, а также быстрое выполнение запросов, соответствующих структуре данных. Недостатки иерархической модели в том, что они часто содержат избыточные данные и не всегда удобно каждый раз начинать поиск нужных данных с корня.
В сетевой модели возможны связи всех информационных объектов со всеми. Например, каждый преподаватель может обучать много студентов и каждый студент может обучаться у многих преподавателей (рис. 12).
Рис. 12. Сетевая структура модели БД
Использование иерархической и сетевой моделей ускоряет доступ к информации, но требует значительных ресурсов памяти, так как каждый элемент данных содержит ссылки на другие элементы. Характерна сложность реализации СУБД.
Реляционная модель(РМД) была разработана в начале 1970-х годов Эдгаром Ф. Коддом. В ней информация представляется в виде двумерных таблиц, а операции сводятся к манипуляциям с таблицами. В 1980-х годах она получила широкое распространение, а реляционные СУБД стали промышленным стандартом. Причины доминирования РМД обусловлены тем, что имеются:
развитая теория (реляционная алгебра);
аппарат сведения других моделей данных к РМД;
специальные средства ускоренного доступа к информации;
стандартизированный высокоуровневый язык запросов к БД, позволяющий манипулировать данными без знания физической организации БД.
Объектно-ориентированная модель начала разрабатываться в 1990-е годы с появлением объектно-ориентированных языков. Такие БД хранят методы классов, что позволяет интегрировать данные и их обработку в приложениях.
Модель данных определяется тремя компонентами:
Допустимой организацией данных. Допустимая организация данных определяется разнообразием и количеством типов объектов модели данных, ограничениями на структуру данных. Каждая модель характеризуется определенными свойствами и методами структуризации.
Ограничениями целостности с целью сохранения непротиворечивости данных и обеспечения достоверного отображения предметной области в базе данных.
Ограничения целостности поддерживаются средствами, предусмотренными в модели данных для выражения ограничений на значения данных и ассоциации, которые характеризуют достоверные состояния БД.
Ряд ограничений целостности поддерживается моделью данных по умолчанию и распространяется на все типовые ситуации, возникновение которых возможно при внесении изменений в БД. Другие ограничения целостности могут задаваться явно и также распространяться на множества однотипных ситуаций:
Множеством доступных операций над данными. Множество операций определяет виды обработки, которые могут подвергаться объекты модели данных. Сюда в первую очередь входят операции выборки данных и операции, изменяющие состояние БД.