Теоретические основы реляционного подхода к управлению БД.

Системы управления реляционными базами данных являются наиболее распространенным в настоящее время.

К числу достоинств реляционного подхода можно отнести:

l наличие небольшого набора абстракций, которые позволяют сравнительно просто моделировать большую часть распространенных предметных областей и допускают точные формальные определения, оставаясь интуитивно понятными;

l 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;

l возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти.

Реляционные системы далеко не сразу получили широкое распространение. В то время, как основные теоретические результаты в этой области были получены еще в 70-х, и тогда же появились первые прототипы реляционных СУБД, долгое время считалось невозможным добиться эффективной реализации таких систем. Однако отмеченные выше преимущества и постепенное накопление методов и алгоритмов организации реляционных баз данных и управления ими привели к тому, что уже в середине 80-х годов реляционные системы практически вытеснили с мирового рынка ранние СУБД.

В настоящее время основным предметом критики реляционных СУБД является не их недостаточная эффективность, а присущая этим системам некоторая ограниченность (прямое следствие простоты) при использование в так называемых нетрадиционных областях (наиболее распространенными примерами являются системы автоматизации проектирования), в которых требуются предельно сложные структуры данных. Еще одним часто отмечаемым недостатком реляционных баз данных является невозможность адекватного отражения семантики предметной области. Другими словами, возможности представления знаний о семантической специфике предметной области в реляционных системах очень ограничены. Современные исследования в области постреляционных систем главным образом посвящены именно устранению этих недостатков.

Лекция 3.

Реляционная модель данных

Реляционная модель в настоящее время доминирует на рынке баз данных. Основу этой модели составляет набор взаимосвя­занных таблиц, в которых хранятся данные.

Основные теоретические идеи реляционной модели были изложены в работах по теории отношений американского логика Чарльза Содерса Пирса (1839—1914) и немецкого логика Эрнста Шредера (1841 —1902), а также американско­го математика Эдгара Кодда. В работах Пирса и Шредера было доказано, что множество отношений замкнуто отно­сительно некоторых специальных операций, совместно об­разующих абстрактную алгебру. В дальнейшем это важней­шее свойство отношений было использовано в реляционной модели для разработки языка манипулирования данными. В 1970 году появилась статья Эдгара Кодда о представлении данных, организованных в виде двумерных таблиц, назы­ваемых отношениями (Соdd Е. F., "A relational model for large shared data banks", Comm. ACM, 13:6, рр. 377—387). В этой работе впервые введены основные понятия и ограни­чения реляционной модели как основы хранения данных, а также показана возможность обработки данных с помощью традиционных операций над множествами и специальных введенных реляционных операций. В ней сказано, что «реляционная модель предоставляет средства описания данных на основе только их естественной структуры, т. е. без потребности введения какой-либо дополнительной структуры для целей машинного представления». Другими словами, представление данных не зависит от способа их физической организации. Это обеспечивается за счет использования математической теории отношений (само название «реляционная» происходит от английского rеlаtion — «отношение»).

Реляционная модель является удобной и наиболее привычной формой представления данных в виде таблицы (применительно к базам данных понятия «реляционная БД» и «табличная БД» по существу являются синонимами). В отличие от иерархи­ческой и сетевой модели такой способ представления:

1. понятен пользователю-непрограммисту;

2. позволяет легко изменять схему - присоединять новые элементы данных и записи без изменения соответствующих подсхем;

3. обеспечивает необходимую гибкость при обработке не­предвиденных запросов. К тому же любая сетевая или ие­рархическая схема может быть представлена двумерными отношениями.

Одним из основных преимуществ реляционной модели явля­ется ее однородность. Все данные рассматриваются как храни­мые в таблицах, в которых каждая строка имеет один и тот же формат. Каждая строка в таблице представляет некоторый объект реального мира или соотношение между объектами.

Основные понятия реляционной модели данных

Реляционный термин	Описание
Отношение	Таблица — совокупность объектов реального мира, которые характеризуются общими свой­ствами и характеристиками (поля таблицы)
Заголовок отношения	Заголовок таблицы — названия полей (столбцов) таблицы
Тело отношения	Тело таблицы — совокупность значений для всех объектов реального мира, которая представима в виде записей таблицы (строки таб­лицы)
Схема отношения	Строка заголовков столбцов таблицы (заголовок таблицы)
Атрибут отношения	Наименование столбца таблицы (поле таблицы)
Кортеж отношения	Строка таблицы (запись) — однозначное представление объекта реального мира, соз­данное с использованием значений полей таблицы
Домен	Множество допустимых значений атрибута
Значение атрибута	Значение поля в записи
Первичный ключ	Один или несколько атрибутов, который уни­кальным (единственным) образом определяет значение кортежа (значение строки таблицы)
Внешний ключ	Атрибут таблицы, значения которого соответ­ствуют значениям первичного ключа в другой связанной таблице. Внешний ключ может со­стоять как из одного, так и из нескольких ат­рибутов (составной внешний ключ). Если чис­ло атрибутов внешнего ключа меньше, чем количество атрибутов соответствующего пер­вичного ключа, то он называется усеченным (частичным) внешним ключом
Степень(арность) отношения	Количество столбцов таблицы
Мощность отношения	Количество строк таблицы (количество кортежей)
Тип данных	Тип значений элементов таблицы
Базовое отношение	Отношение, которое содержит один или не­сколько столбцов, характеризующих свойства объекта, а также первичный ключ
Производное отношение	Использу­ется для обеспечения связей между другими таблицами, может не содержать первичного ключа; если первичный ключ задан, то он со­стоит из внешних ключей, которые связаны с первичными ключами базового отношения

Таблица 4.1. Элементы реляционной модели.