Реляционная модель базы данных

Основные понятия реляционной модели

Реляционная модель данных была разработана Коддом в 1970 году на основе математической теории отношений и опирается на систему понятий, важнейшими из которых являются таблица, отношение, строка, столбец, первичный ключ, внешний ключ.

Реляционной считается такая база данных, в которой все данные представлены для пользователя в виде прямоугольных таблиц значений данных, и все операции над базой данных сводятся к манипуляциям с таблицами. Таблица состоит из строк и столбцов и имеет имя, уникальное внутри базы данных. Таблица отражает тип объекта реального мира (сущность), а каждая ее строка — конкретный объект. Каждый столбец таблицы — это совокупность значений конкретного атрибута объекта.

Рис. 14. Основные понятия реляционной модели

 

Каждый столбец имеет имя, которое обычно записывается в верхней части таблицы. Оно должно быть уникальным в таблице, однако различные таблицы могут иметь столбцы с одинаковыми именами. Любая таблица должна иметь, по крайней мере, один столбец; столбцы расположены в таблице в соответствии с порядком следования их имен при ее создании. В отличие от столбцов, строки не имеют имен; порядок их следования в таблице не определен, а количество логически не ограничено.

К основным достоинствам реляционной модели относят:

a.Наличие небольшого набора абстракций, которые позволяют моделировать предметную область и допускают точные формальные определения.

b.Наличие простого и достаточно мощного математического аппарата, опирающего на теорию множеств и математическую логику и обеспечивающего теоретический базис реляционного подхода к организации баз данных.

c. Возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти.

Таблица, кортеж, атрибут, домен, первичный ключ, внешний ключ.

Таблица состоит из строк и столбцов и имеет имя, уникальное внутри базы данных. Таблица отражает тип объекта реального мира (сущность), а каждая ее строка (Кортеж) — конкретный объект. Каждый столбец таблицы — это совокупность значений конкретного атрибута объекта.

Домен – это, также как и тип данных, характеристика, задающая перечень всевозможных значений атрибута, но, как правило, этот перечень более «узкий». Например, если атрибут ВОЗРАСТ имеет тип данных ЦЕЛОЕ ЧИСЛО, который задает диапазон от –32768 до 32767, то при попытке записать в этот атрибут отрицательное число, СУБД успешно выполнит данную команду. При помощи домена можно наложить ограничение, например, (ВОЗРАСТ > 0 И ВОЗРАСТ < 100), которое не позволит для атрибута ВОЗРАСТ использовать значения, выходящие за указанный диапазон.

Первичный Ключ – это минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся атрибутам. При выборе первичного ключа следует отдавать предпочтение несоставным ключам или ключам, составленным из минимального числа атрибутов. Нецелесообразно также использовать ключи с длинными текстовыми значениями (предпочтительнее использовать целочисленные атрибуты). Так, для идентификации студента можно использовать либо уникальный номер зачетной книжки, либо набор из фамилии, имени, отчества, номера группы и может быть дополнительных атрибутов, так как не исключено появление в группе двух студентов (а чаще студенток) с одинаковыми фамилиями, именами и отчествами. Плохо также использовать в качестве ключа не номер блюда, а его название, например, «Закуска из плавленых сырков «Дружба» с ветчиной и соленым огурцом» или «Заяц в сметане с картофельными крокетами и салатом из красной капусты».

Не допускается, чтобы первичный ключ стержневой сущности (любой атрибут, участвующий в первичном ключе) принимал неопределенное значение (NULL). Иначе возникнет противоречивая ситуация: появится не обладающий индивидуальностью, и, следовательно не существующий экземпляр стержневой сущности. По тем же причинам необходимо обеспечить уникальность первичного ключа.

Уникальный ключ – ограничение целостности, накладываемое на набор атрибутов, и не допускающее повторение значений в указанных атрибутах. В отличие от первичного ключа, можно задать несколько уникальных ключей для одной сущности. Кроме того, уникальный ключ не требует отсутствия неопределенных значений в используемых атрибутах.

Атрибут – поименованная характеристика сущности. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но может быть одинаковым для различного типа сущностей (например, ЦВЕТ может быть определен для многих сущностей: СОБАКА, АВТОМОБИЛЬ, ДЫМ и т.д.). Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Примерами атрибутов для сущности АВТОМОБИЛЬ являются ТИП, МАРКА, НОМЕРНОЙ ЗНАК, ЦВЕТ и т.д. Здесь также существует различие между типом и экземпляром. Тип атрибута ЦВЕТ имеет много экземпляров или значений (например, «Красный», «Синий», «Банановый», «Белая ночь» и т.д.), однако каждому экземпляру сущности присваивается только одно значение атрибута.

Абсолютное различие между типами сущностей и атрибутами отсутствует. Атрибут является таковым только в связи с типом сущности. В другом контексте атрибут может выступать как самостоятельная сущность. Например, для автомобильного завода цвет – это только атрибут продукта производства, а для лакокрасочной фабрики цвет – тип сущности.

Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся атрибутам. Для сущности Студент ключом может являться атрибут Номер_зачетной_книжки или набор: Фамилия, Имя, Отчество и Год рождения (при условии, что в учебном заведении не будут учиться два однофамильца, родившиеся в одном году).

 

Таблица 1. Соответствие формальных реляционных терминов и их неформальных эквивалентов