Реляционная модель данных

База данных - это упорядоченная совокупность данных, предназначенных для хранения, накопления и обработки с помощью ЭВМ. Для создания и ведения базы данных (обновления, обеспечения доступа к ним по запросам и выдачи их пользователю) используется набор языковых и программных средств, называемых системой управления базы данных (СУБД).

Согласно другому определению, данному Р. Инглисом в 1972 году, база данных представляет собой совокупность хранимых на различных вторичных носителях операционных данных, используемых прикладными системами некоторого предприятия. При этом под предприятием подразумевалось любая организация, действующая в сфере экономики, управления или науки, а операционные данные не включали в себя входные, выходные или временные данные. Такая база должна была быть интегрированной, то есть содержать данные для многих пользователей, а ее отдельные фрагменты могут совместно использоваться многими различными пользователями.

В состав операционных данных входят как объекты, то есть фактические единицы информации, так и связи или отношения между объектами, например между фамилией, табельным номером и другими данными сотрудника и начисленной ему зарплатой.

Тогда же было выдвинуто требование независимости данных, согласно которому прикладные программы или приложения (applications) не должны зависеть от структуры хранения (того, как данные физически записываются на носителях информации) или стратегии доступа (способа доступа). Разработчики приложений должны работать не с физическими записями, а с некоторым концептуальным представлением о них – моделью данных. Для реализации перечисленных подходов начали разрабатываться системы управления базами данных (СУБД), представляющие собой наборы прикладных программ, реализующих различными способами операции управления информацией, хранящейся в базе данных и ее представление в виде выбранной концептуальной модели. Архитектура базы данных, построенной с использованием СУБД должна иметь три основных уровня - внутренний, концептуальный и внешний. Здесь внутренний уровень связан со способом фактического хранения данных, а внешний наиболее близок пользователям и связан с тем, как они представляют себе данные. Концептуальный уровень – это уровень разработчика приложений для внешних пользователей. Если внешний уровень связан с частными представлениями пользователей, то концептуальный уровень является обобщенным абстрактным представлением данных, реализуемым СУБД на основе внутреннего уровня (рис. 6.1.).

Рисунок 6.1. Архитектура системы базы данных

Как видно из приведенной на рисунке архитектуры, ядром любой системы баз данных является концептуальная модель и обусловленные ей конструкции подъязыков данных, которые реализуют операции по доступу к данным и должны быть определены в терминах ее воздействия на структуры данных. Имеются три широко известных подхода к определению концептуальной модели: иерархический, сетевой и реляционный. При этом, если в 70 и 80-е годы XX века более распространенными были иерархический и сетевой подходы, основанные на представлении данных посредством записей и связей в виде деревьев и сетей, то в настоящее время они практически не применяются, уступив место реляционном подходу.

Почти все современные СУБД основаны на реляционной модели данных. Данная модель основывается на понятии отношение (relation).

Отношение представляет собой двумерную таблицу, содержащую некоторые данные. Таблица имеет строки (записи) и столбцы (колонки). Каждая таблица имеет одинаковую структуру и состоит из полей.

Реляционная база данных – это такая база данных, в которой данные представляются в виде реляционной модели (в виде отношений) и для которой операторы, имеющиеся в распоряжении пользователя, являются операторами, работающими с реляционной структурой. Дадим основные понятия, необходимые для построения реляционных моделей данных (табл. 6.1.).

Сущность представляет собой объект любой природы, данные о котором хранятся в базе данных. Данные о сущности хранятся в таблице (отношении).

Атрибут – это одно из свойств характеризующее сущность (объект). Каждый атрибут в таблице имеет свое имя и ему соответствует заголовок некоторого столбца таблицы.

Доменом называется множество всех возможных значений определенного атрибута таблицы (отношения).

Важно понимать разницу между доменом и столбцами или атрибутами, которые образуются из этого домена. Несколько атрибутов в одном отношении (или одной и той же таблице) могут быть получены из одного домена. Из одного общего домена могут получаться атрибуты и в разных отношениях (таблицах).

Таблица 6.1. Элементы реляционной модели

Первичным ключом (ключевым атрибутом или ключом) называется атрибут отношения, однозначно определяющий каждую из строк таблицы (каждую запись). Заметим, что в ряде случаев ключ может быть составным, т.е. состоять из нескольких атрибутов.

Иногда встречаются отношения, в которых существует более чем одна комбинация атрибутов, обладающая свойством однозначно идентифицировать кортеж. Тогда можно произвольно выбирать один из возможных ключей в качестве первичного ключа отношения.

Если в отношении R1 имеется не ключевой атрибут А, значения которого является значениями ключевого аргумента В другого отношения R2 говорят, что атрибут А есть внешний ключ. В большинстве современных СУБД с помощью внешних ключей организуются связи между таблицами. Однако не всякая таблица может считаться отношением. Иными словами для отношения должны выполняться следующие условия:

1. Все строки таблицы должны быть уникальны, т. е. не может быть строк с одинаковыми первичными ключами.

2. Имена столбцов таблицы должны быть различны, а значения их простыми, т. е. недопустима группа значений в одном столбце одной строки.

3. Все строки одной таблицы должны иметь одну структуру, соответствующую именам и типам столбцов.

4. Порядок размещения строк в таблице может быть произвольным.

В общем случае БД включает одну или несколько таблиц, объединенных смысловым содержанием, а также процедурами контроля целостности и обработки информации.