Опишите основные концепции реляционного подхода, выраженные в 13 правилах Кодда.

 

1. Реляционная СУБД должна быть способна полностью управлять базой данных через ее реляционные возможности.

2. Информационное правило - вся информация в реляционной БД (включая имена таблиц и столбцов) должна определяться строго как значения в таблицах.

3. Гарантированный доступ - любое значение в реляционной БД должно быть гарантированно доступно для использования через комбинацию имени таблицы, значения первичного ключа и имени столбца

4. Поддержка пустых значений (nullvalue) - СУБД должна уметь работать с пустыми значениями (неизвестными или неиспользованными значениями), в отличие от значений по умолчанию и независимо для любых доменов.

5. Онлайновый реляционный каталог - описание БД и ее содержания должны быть представлены на логическом уровне как таблицы, к которым можно применять запросы, используя язык базы данных.

6. Исчерпывающий язык управления данными - по крайней мере, один из поддерживаемых языков должен иметь четко определенный синтаксис и быть всеобъемлющим. Он должен поддерживать описание структуры данных и манипулирование ими, правила целостности, авторизацию и транзакции.

7. Правило обновления представлений (views) - все представления, теоретически обновляемые, могут быть обновлены через систему.

8. Вставка, обновление и удаление - СУБД поддерживает не только запрос на отбор данных, но и вставку, обновление и удаление

9. Физическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют изменения физических методов доступа к данным и структур хранилищ данных.

10. Логическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют, в пределах разумного, изменения структур таблиц.

11. Независимость целостности - язык БД должен быть способен определять правила целостности. Они должны сохраняться в онлайновом справочнике, и не должно существовать способа их обойти.

12. Независимость распределения - на программы-приложения и специальные программы логически не влияет, первый раз используются данные или повторно.

13. Неподрывность - невозможность обойти правила целостности, определенные через язык базы данных, использованием языков низкого уровня

Дайте определение связей в реляционной базе данных (РБД), опишите разновидности связей.

 

Между таблицами РБД могут устанавливаться бинарные (между двумя таблицами), тернарные (между тремя таблицами) и, в общем случае, n-арные связи.

При связывании двух таблиц выделяют основную и дополнительную (подчиненную) таблицы. Логическое связывание таблиц производится с помощью ключа связи, который состоит из одного или нескольких полей. Поля связи основной таблицы могут быть обычными и ключевыми.

 

В зависимости от того, как определены поля связи основной и дополнительной таблиц, между двумя таблицами в общем случае могут устанавливаться четыре основных вида связи

1) Связь вида 1:1 (один к одному) образуется в случае, когда все поля связи основной и дополнительной таблиц являются ключевыми, а сами таблицы становятся равноправными.

2) Связь вида 1:М (один ко многим) имеет место в случае, когда одной записи основной таблицы соответствует несколько записей вспомогательной таблицы.

3) Связь вида М:1 (многие к одному) имеет место в случае, когда одной или нескольким записям основной таблицы ставится в соответствие одна запись дополнительной таблицы.

4) Связь вида М:N (многие ко многим) возникает в случаях, когда нескольким записям основной таблицы соответствует несколько записей дополнительной таблицы.

 

В случаях, когда связанные таблицы, в свою очередь, имеют связи с другими таблицами, образуется иерархия или дерево связей.

Раскройте сущность идеи реляционной алгебры по отношению к объектам базы данных (БД).

 

Основная идея: отношения являются множествами, а значит, средства манипулирования отношениями базируются на традиционных множественных операциях с некоторыми дополнениями, специфичными для баз данных.

По теории Кодда для БД основных операций над отношениями существует всего 8, результат любой операции – отношение.

Все операции делятся на два класса:

- теоретико-множественные:

1. объединение (результат - отношение, включающее все кортежи, входящие хотя бы в одно из отношений-операндов);

2. пересечение (результат - отношение, включающее все кортежи, входящие в оба отношения-операнда);

3. взятие разности (результат – отношение, которое включает все кортежи, входящие в отношение - первый операнд, такие, что ни один из них не входит в отношение, являющееся вторым операндом);

4. прямое произведение (результат - отношение, кортежи которого являются сцеплением кортежей первого и второго операндов).

- специальные реляционные:

1. ограничение (результат - отношение, включающее кортежи отношения-операнда, удовлетворяющее этому условию);

2. проекция (результат - отношение, кортежи которого производятся путем взятия соответствующих значений из кортежей отношения-операнда);

3. соединение (отношение, кортежи которого являются сцеплением кортежей первого и второго отношений и удовлетворяют некоторому условию);

4. деление (результат – унарное отношение, полученное из бинарного разбиением).

Отдельно в состав алгебры включается операция присваивания, позволяющая сохранить в БД результаты вычисления алгебраических выражений, и операция переименования атрибутов, дающая возможность корректно сформировать заголовок (схему) результирующего отношения.

 

11. Раскройте сущность идеи реляционного исчисления по отношению к объектам базы данных (БД), поясните различия между исчислением кортежей и исчислением доменов, дайте определение правильно построенной формулы, приведите примеры сложных и простых условий

Реляционное исчисление — прикладная ветвь исчисления предикатов первого порядка. В основе лежит понятие переменной с определенной для нее областью допустимых значений и понятие правильно построенной формулы ( переменные + предикаты + кванторы). Наряду с реляционной алгеброй является способом получения результирующего отношения в реляционной модели данных.

 

В зависимости от области определения различают:

• Исчисление кортежей
• Исчисление доменов

Исчисление кортежей — здесь областями определения переменных являются тела отношений базы данных. В исчислении доменов областью определения переменных являются не отношения, а домены. Основным отличием исчисления доменов от исчисления кортежей является наличие дополнительного набора предикатов, позволяющих выражать так называемые условия членства.

 

Правильно построенная формула (Well-Formed Formula, WFF) служит для выражения условий, накладываемых на кортежные переменные.

Простые условия представляют собой операции сравнения скалярных значений.

ИмяПеременной. ИмяАтрибута = СкалярноеЗначениеИмяПеременнойА.ИмяАтрибутаБ = ИмяПеременнойВ.ИмяАтрибутаИмяПеременной. ИмяАтрибута <> СкалярноеЗначениеИмяПеременнойА.ИмяАтрибутаБ < ИмяПеременнойВ.ИмяАтрибута

Сложные условия строятся с помощью логических связок NOT, AND, OR и IF … THEN с учетом обычных приоритетов операций (NOT > AND > OR) и возможности расстановки скобок. Так, если Формула — правильно построенная формула, а Условие — простое сравнение, то

· NOT Формула· Условие AND Формула· Условие OR Формула· IF Условие THEN Формула

являются правильно построенными формулами.

12. Опишите содержание основных этапов проектирования реляционной базы данных (РБД).

1 этап: Концептуальное проектирование — построение информационной модели без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных.

Концептуальная модель БД включает в себя:

• описание информационных объектов предметной области и связей между ними.
• описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.

2 этап: Логическое проектирование -создание схемы БД на основе конкретной модели данных, например, для РБД схема будет представлять собой набор первичных и внешних ключей.

Этот этап почти полностью автоматизирован с помощью многих современных СУБД.

3 этап: Физическое проектирование -создание схемы БД для конкретной СУБД с учетом специфики ограничений на именование объектов БД, по типам данных БД, разделения БД по файлам и устройствам, методов доступа к данным, процедур создания индексов и т.п.