Основы проектирования реляционных баз данных

Базы данных могут содержать различные объекты, но основными объектами любой базы данных являются таблицы. Простейшая база данных имеет хотя бы одну таблицу. Даже если таблица не содержит данных, она уже содержит информацию – это информация о структуре таблицы. Структура таблицы определяет методы занесения данных и хранения их в базе данных. Таблицы базы данных создаются таким образом, чтобы каждая из них содержала информацию об одном информационном объекте. Не следует сводить в одну таблицу данные, относящиеся к разным информационным объектам.

После создания различных таблиц, содержащих данные, относящиеся к различным информационным объектам базы данных, между этими таблицами должны быть установлены реляционные связи. Установка таких связей делает возможным выполнение одновременной обработки данных из нескольких таблиц. Для установки связей обычно используют ключевые поля таблиц.

Первичный ключ реляционной таблицы – это поле или группа полей, которые позволяют однозначно определить каждую строку в таблице. Первичный ключ должен обладать двумя свойствами:

• однозначная идентификация записи – запись должна однозначно определяться значением ключа;
• отсутствие избыточности – никакое поле нельзя удалить из ключа, не нарушая при этом свойства однозначной идентификации записи.

Если первичный ключ состоит из одного поля, то он называется простым ключом или ключевым полем. Если первичный ключ состоит из нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ одной связываемой таблицы ввести в состав ключа другой связываемой таблицы (возможно совпадение ключей) или ввести в структуру одной таблицы внешний ключ, т.е. поле, не являющееся ключевым в первой таблице, но являющееся ключевым во второй.

Пример. Рассмотрим базу данных «Деканат», состоящую из трех таблиц: СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ, имеющих показанную ниже структуру.

Таблица СТУДЕНТ

В этой таблице ключевым полем является поле Номер личного дела, оно однозначно определяет каждую запись (строку) таблицы, т.к. не существует двух или более личных дел с одинаковыми номерами.

Таблица СЕССИЯ

В столбце Результат содержатся числа 0, 1 или 2 в зависимости от того, получает ли студент стипендию по результатам сессии (0 – студент не получает стипендию, 1 – обычная стипендия, 2 – увеличенная в 2 раза стипендия). В этой таблице ключевым полем также является поле Номер личного дела.

Таблица СТИПЕНДИЯ

Эта таблица содержит информацию о проценте начисляемой студенту стипендии в зависимости от результата сдачи сессии. В этой таблице ключевым является поле Результат.

Для наглядности представления связей между таблицами перейдем к представлению таблиц в виде структур этих таблиц, т.е. будем указывать только имена полей таблиц. Итак, наша база данных содержит три таблицы (рис. 6).

Рис. 6. Пример реляционной структуры данных.

Таблицы СТУДЕНТ и СЕССИЯ имеют совпадающие первичные ключи (Номер личного дела), что дает возможность легко организовать связь между ними. Таблица СЕССИЯ имеет первичный ключ Номер личного дела и содержит внешний ключ Результат, который обеспечивает ее связь с таблицей СТИПЕНДИЯ.

Будем говорить, что некоторая запись таблицы А связана с некоторой записью таблицы В, если в обеих таблицах эти записи содержат одно и то же значение в поле, по которому установлена связь между таблицами.

Различают три типа связей (отношений) между таблицами реляционной базы данных:

• отношение «один-к-одному» (1 — 1)
• отношение «один-ко-многим» (1 — М)
• отношение «многие-ко-многим» (М — М)

Говорят, что таблицы А и В находятся в отношении «один-к-одному», если каждая запись в таблице А может иметь не более одной связанной с ней записи в таблице В и наоборот, каждая запись в таблице В может иметь не более одной связанной с ней записи в таблице А.

В этом случае для связи используются ключевые поля связываемых таблиц. Этот тип связи используется достаточно редко, т.к. в этом случае данные двух таблиц могут быть объединены в одну таблицу. Можно указать следующие причины, по которым все-таки выполняется разбиение одной таблицы на несколько таблиц, связанных отношением «один-к-одному»:

• разделение очень «широкой» таблицы на несколько таблиц с целью облегчения работы;
• отделение части таблицы по соображениям защиты ее от несанкционированного доступа.

Рассмотренные ранее таблицы СТУДЕНТ и СЕССИЯ находятся в отношении «один-к-одному» (иначе говоря, между таблицами установлена связь типа «один-к-одному») (рис. 7).

Рис. 7. Пример таблиц, находящихся в отношении «один-к-одному».

Говорят, что таблицы А и В находятся в отношении «один-ко-многим», если каждая запись в таблице А может быть связана с несколькими записями таблицы В, но каждая запись в таблице В не может быть связана более чем с одной записью таблицы А. Таблица А в этом случае называется главной таблицей, а таблица В – подчиненной.

В этом случае для связи используется поле, которое является первичным ключом таблицы, находящейся на стороне отношения «один» (таблица А), и являющееся внешним ключом в таблице, находящейся на стороне отношения «многие» (таблица В).

Например, рассмотренные ранее таблицы СТИПЕНДИЯ и СЕССИЯ находятся в отношении «один-ко-многим» (рис. 8). При этом на стороне «один» находится таблица СТИПЕНДИЯ, а на стороне «многие» – таблица СЕССИЯ. Связь устанавливается по полю Результат. Каждая запись таблицы СТИПЕНДИЯ может иметь много связанных с ней записей в таблице СЕССИЯ, иначе говоря, в таблице СЕССИЯ может быть много строк с заданным значением в поле Результат (например, со значением 1). В то же время, если взять любую строку в таблице СЕССИЯ, то для нее найдется не более одной строки в таблице СТИПЕНДИЯ с таким же значением в поле Результат.

Рис. 8. Пример таблиц, находящихся в отношении «один-ко-многим».

Говорят, что таблицы А и В находятся в отношении «многие-ко-многим», если каждая запись таблицы А может быть связана с несколькими записями в таблице В, и наоборот, каждая запись таблицы В может быть связана с несколькими записями в таблице А.

Такая связь всегда реализуется с помощью третьей (связующей) таблицы. Примером могут служить таблицы Читатели и Книги (рис. 9). Связь между ними организуется посредствам таблицы Абонемент.

Рис. 9. Пример таблиц, находящихся в отношении «многие-ко-многим».

Каждой записи в таблице Читатели могут соответствовать несколько записей в таблице Книги, и наоборот, каждая запись таблицы Книги может иметь более одной соответствующей ей записи в таблице Читатели. Соответствие устанавливается с помощью таблицы абонемент. При этом между таблицами ЧИТАТЕЛИ и АБОНЕМЕНТ установлено отношение «один-ко-многим», в котором таблица ЧИТАТЕЛИ является главной, а таблица АБОНЕМЕНТ – подчиненной. Аналогично между таблицами КНИГИ и АБОНЕМЕНТ установлено отношение «один-ко-многим», в которой таблица КНИГИ является главной.