Модель данных должна отображает реальный мир в некоторых понятных человеку концепциях, полностью независимых от параметров среды хранения данных. Существует множество подходов к построению таких моделей: графовые модели, семантические сети, модель "сущность-связь" и т.д. Наиболее популярной из них является модель "сущность-связь".

Модель данных должна быть отображена в компьютеро-ориентированную даталогическую модель, "понятную" СУБД. В процессе развития теории и практического использования баз данных, а также средств вычислительной техники создавались СУБД, поддерживающие различные даталогические модели.

Сначала стали использовать иерархические даталогические модели. Простота организации, наличие заранее заданных связей между сущностями, сходство с физическими моделями данных позволяли добиваться приемлемой производительности иерархических СУБД на медленных ЭВМ с весьма ограниченными объемами памяти. Но, если данные не имели древовидной структуры, то возникала масса сложностей при построении иерархической модели и желании добиться нужной производительности.

Сетевые модели также создавались для мало ресурсных ЭВМ. Это достаточно сложные структуры, состоящие из "наборов" – поименованных двухуровневых деревьев. "Наборы" соединяются с помощью "записей-связок", образуя цепочки и т.д. При разработке сетевых моделей было выдумано множество "маленьких хитростей", позволяющих увеличить производительность СУБД, но существенно усложнивших последние. Прикладной программист должен знать массу терминов, изучить несколько внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру базы данных для осуществления навигации среди различных экземпляров, наборов, записей и т.п. Один из разработчиков операционной системы UNIX сказал "Сетевая база – это самый верный способ потерять данные".

Сложность практического использования иерархических и сетевых СУБД заставляла искать иные способы представления данных. В конце 60-х годов появились СУБД на основе инвертированных файлов, отличающиеся простотой организации и наличием весьма удобных языков манипулирования данными. Однако такие СУБД обладают рядом ограничений на количество файлов для хранения данных, количество связей между ними, длину записи и количество ее полей.

Сегодня наиболее распространены реляционные модели данных. Хотя наряду с общепризнанными достоинствами они обладают и рядом недостатков. К числу достоинств реляционного подхода можно отнести:

• наличие небольшого набора абстракций, которые позволяют сравнительно просто моделировать большую часть распространенных предметных областей и допускают точные формальные определения, оставаясь интуитивно понятными;
• наличие простого и в то же время мощного математического аппарата, опирающегося главным образом на теорию множеств и математическую логику и обеспечивающего теоретический базис реляционного подхода к организации баз данных;
• возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти.

Несмотря на всю свою привлекательность и “привычность”, классические реляционные системы управления базами данных являются ограниченными. Они идеально походят для таких традиционных приложений, как системы резервирования билетов или мест в гостиницах, а также банковских систем, но их применение в системах автоматизации проектирования, интеллектуальных производственных системах и других системах, основанных на знаниях, часто является затруднительным. Это, прежде всего, связано с примитивностью структур данных, лежащих в основе реляционной модели данных. Плоские нормализованные отношения универсальны и теоретически достаточны для представления данных любой предметной области. Однако в нетрадиционных приложениях в базе данных появляются сотни, если не тысячи таблиц, над которыми постоянно выполняются дорогостоящие операции соединения, необходимые для воссоздания сложных структур данных, присущих предметной области.

Другим серьезным ограничением реляционных систем являются их относительно слабые возможности по части представления семантики приложения. Самое большее, что обеспечивают реляционные СУБД – это возможность формулирования и поддержки ограничений целостности данных. Осознавая эти ограничения и недостатки реляционных систем, исследователи в области баз данных выполняют многочисленные проекты, основанные на идеях, выходящих за пределы реляционной модели данных.

В качестве других недостатков реляционных СУБД отмечаются следующие:

• негибкость структуры для развивающихся БД,
• затруднения в построении концептуальной модели для объектов с многочисленными связями “многие – ко – многим”,
• неестественность табличного представления для разреженных массивов данных.

В качестве конкурентов реляционных СУБД, иерархические СУБД уже не рассматриваются, сетевые СУБД рассматриваются как конкурент частично сдавший свои позиции и объектно-ориентированные СУБД как возможный потенциальный конкурент следующего десятилетия.

Что касается объектно-ориентированных СУБД, то можно сказать, что теоретическая модель для них на сегодняшний день не разработана, а прикладные коммерческие продукты, провозглашенные как объектно-ориентированные, либо таковыми не являются, либо незрелы. Заявления об их будущей конкурентоспособности носят явно предположительный характер. Крупнейшие разработчики СУБД стали встраивать в свои продукты поддержку объектной ориентации, по соображениям совместимости предполагая смешанный подход – объектно-реляционный.

Однако, это существенно ограничивает заявленную мощь объектно-ориентированного программирования, т.к. реляционное наследие сказывается на всей работе СУБД: новые типы данных требуют специального тестирования и вставки в ядро СУБД, что не является лучшим способом наращивания функциональных возможностей, сами ядра таких СУБД оптимизированы для выполнения операций над таблицами, сомнителен также успех работы с запросами, в которые включено большое количество пользовательских объектов. Обобщая вышесказанное, можно предположить, что конец карьеры реляционных СУБД достаточно очевиден, а вот что придет им на смену - совершенно не очевидно.

Между тем кризис в сфере практического применения реляционных СУБД постепенно нарастает. По имеющимся в литературе сведениям до 80% созданных корпоративных хранилищ данных не решают полностью поставленных перед ними задач, а 40% являются проваленными проектами. Около 50% запросов Пользователей являются не предусмотренными в ходе их проектирования. По-видимому, можно считать, что использование реляционных СУБД неэффективно при количестве заложенных в них отношений (таблиц, информационных объектов) свыше 100-300.

Причина неэффективности СУБД состоит в противоречии между результатами проектирования БД, отражающими статичное состояние предметной области окружающего мира и реальными взаимодействиями Пользователей с БД, отражающими состояние предметной области в ее динамике. При превышении системой некоторого критического уровня сложности попытки внесения в нее изменений будут приводить к сбоям и ошибкам, исправление которых, в свою очередь, будет порождать новые сбои и ошибки с коэффициентом размножения больше единицы. Собственно именно реляционные СУБД здесь не при чем – та же граница эффективности будет иметь место для БД построенных на основе любой парадигмы, если эта парадигма будет предусматривать стадию проектирования как отражение проектировщиком предметной области в концептуальную схему. На сегодняшний день к таковым парадигмам относятся и иерархическая, и реляционная, и сетевая, и объектно-ориентированная (в той ее части, которая на сегодня имеется).

В объектно-ориентированных СУБД ставится задача (в числе других) создания модели данных, позволяющей отражать сложные аспекты объектов и связей предметного мира, для чего, в свою очередь, создаются не менее сложные структуры их физического хранения, манипулирования и поддержания целостности. Напрашивается очевидная мысль о том, что стоит ли вообще учитывать семантику предметного мира при хранении данных и не достаточно ли будет существующих физических структур, если несколько изменить взгляд на принципы построения СУБД.