На сегодняшний день реляционные СУБД стали доминирующим типом программного обеспечения для обработки данных. Данное программное обеспечение представляет собой второе поколение СУБД, основанное на использовании реляционной модели данных, предложенной Э. Ф. Коддом в 1970 году. В реляционной модели все данные логически структурированы внутри отношений (таблиц). Каждое отношение имеет имя и состоит из именованных атрибутов (столбцов) данных. Каждый кортеж (строка) данных содержит по одному значению каждого из атрибутов. Большое преимущество реляционной модели заключается именно в этой простоте логической структуры. Хотя, конечно же, за этой простотой скрывается серьезный теоретический фундамент, которого не было у первого поколения СУБД (т.е. у сетевых и иерархических СУБД).
Реляционная модель основана на математическом понятии отношения, физическим представлением которого является таблица. Дело в том, что Кодд, будучи опытным математиком, широко использовал математическую терминологию, особенно из теории множеств и логики предикатов. В любой реляционной СУБД предполагается, что пользователь воспринимает базу данных как набор таблиц. Однако следует подчеркнуть, что это восприятие относится только к логической структуре базы данных, т.е. к внешнему и к концептуальному уровням архитектуры ANSI-SPARC. Подобное восприятие не относится к физической структуре базы данных, которая может быть реализована с помощью различных структур хранения.
В реляционной модели отношения используются для хранения информации об объектах, представленных в базе данных. Отношение обычно имеет вид двумерной таблицы, в которой строки соответствуют отдельным записям, а столбцы — атрибутам. При этом атрибуты могут располагаться в любом порядке.
Набор допустимых значений одного или нескольких атрибутов называется доменом.
Домены представляют собой чрезвычайно мощный компонент реляционной модели. Каждый атрибут реляционной базы данных определяется на некотором домене. Домены могут отличаться для каждого из атрибутов, но два и более атрибутов могут определяться на одном и том же домене. Благодаря доменам пользователь может централизованно определять смысл и источник значений, которые могут получать атрибуты. В результате при выполнении реляционной операции системе доступно больше информации, что позволяет избежать в ней семантически некорректных операций.
Элементами отношения являются кортежи, или строки, таблицы. Кортежи могут располагаться в любом порядке.
Описание структуры отношения вместе со спецификацией доменов и любыми другими ограничениями возможных значений атрибутов иногда называют его заголовком (или содержанием (intension)). Обычно оно является фиксированным, до тех пор, пока смысл отношения не изменится за счет добавления в него дополнительных атрибутов. Кортежи называются расширением (extension), состоянием (state) или телом отношения, которое со временем изменяется.
Количеством атрибутов, которое содержит отношение определяет его степень.
Отношение только с одним атрибутом имеет степень 1 и называется унарным (unary) отношением (или одноэлементным кортежем). Отношение с двумя атрибутами называется викарным (binary), отношение с тремя атрибутами — тернарным (ternary), а для отношений с большим количеством атрибутов используется термин n-арное (n-агу). Определение степени отношения является частью заголовка отношения.
Кардинальность – это количество кортежей, которое содержится в отношении.
Количество содержащихся в отношении кортежей называется кардинальностью отношения. Эта характеристика меняется при каждом добавлении или удалении кортежей. Кардинальность является свойством тела отношения и определяется текущим состоянием отношения в произвольно взятый момент.
Реляционная база данных - это набор нормализованных отношений, различающихся по именам. Реляционная база данных состоит из отношений, структура которых определяется с помощью особых методов, называемых нормализацией (normalization).
Терминология, используемая в реляционной модели, порой может привести к путанице, поскольку помимо предложенных двух наборов терминов существует еще один — третий. Отношение в нем называется файлом (file), кортежи — записями (records), а атрибуты — полями (fields). Эта терминология основана на том факте, что физически реляционная СУБД может хранить каждое отношение в отдельном файле.
Отношение обладает следующими характеристиками:
· Отношение имеет имя, которое отличается от имен всех других отношений в реляционной схеме.
· Каждая ячейка отношения содержит только одно элементарное (неделимое) значение.
· Каждый атрибут имеет уникальное имя.
· Значения атрибута берутся из одного и того же домена.
· Каждый кортеж является уникальным, т.е. дубликатов кортежей быть не может.
· Порядок следования атрибутов не имеет значения.
· Теоретически порядок следования кортежей в отношении не имеет значения. (Но практически этот порядок может существенно повлиять на эффективность доступа к ним.)
Большая часть свойств реляционных отношений происходит от свойств математических отношений. Однако в математическом отношении порядок следования элементов в кортеже имеет значение.
В отношении не должно быть повторяющихся кортежей, поэтому необходимо иметь возможность уникальной идентификации каждого отдельного кортежа отношения по значениям одного или нескольких атрибутов (называемых реляционными ключами).
Первичный ключ – это атрибут или группа атрибутов однозначно идентифицирующий каждый экземпляр записи отношения.
Внешний ключ – это атрибут или множество атрибутов внутри отношения, которое соответствует первичному ключу некоторого отношения.
Поскольку каждый атрибут связан с некоторым доменом, для множества допустимых значений каждого атрибута отношения определяются так называемые ограничения домена. Помимо этого, задаются два важных правила целостности, которые, по сути, являются ограничениями для всех допустимых состояний базы данных. Эти два основных правила реляционной модели называются целостностью сущностей и ссылочной целостностью.
Пустое значение. Указывает, что значение атрибута в настоящий момент неизвестно или неприемлемо для этого кортежа. Пустое значение (условно обозначается «NULL») следует рассматривать как логическую величину «неизвестно» или «пусто», но ни как не равную нулю.
Целостность сущностей. В базовом отношении ни один атрибут первичного ключа не может содержать отсутствующих значений, обозначаемых как NULL.
Ссылочная целостность. Если в отношении существует внешний ключ, то значение внешнего ключа должно либо соответствовать значению потенциального ключа некоторого кортежа в его базовом отношении, либо внешний ключ должен полностью состоять из значений Null.
Пользователи сами могут указывать дополнительные ограничения, которым должны удовлетворять данные. В этом случае речь идет об ограничениях целостности предметной области.
Именованное отношение, соответствующее сущности в концептуальной схеме, кортежи которого физически хранятся в базе данных называется базовым отношением.
На основе базовых отношений определяется понятие представления.
Представление - это динамический результат одной или нескольких реляционных операций над базовыми отношениями с целью создания некоторого иного отношения.
Представление является виртуальным отношением, которое реально в базе данных не существует, но создается по требованию отдельного пользователя в момент поступления этого требования.
С точки зрения пользователя представление является отношением, которое постоянно существует и с которым можно работать точно так же, как с базовым отношением. Однако представление не всегда хранится в базе данных так, как базовые отношения. Содержимое представления определяется как результат выполнения запроса к одному или нескольким базовым отношениям. Любые операции над представлением автоматически транслируются в операции над отношениями, на основании которых оно было создано. Представления имеют динамический характер, т.е. изменения в базовых отношениях, которые могут повлиять на содержимое представления, немедленно, отражаются на содержимом этого представления. Если пользователи вносят в представление некоторые допустимые изменения, последние немедленно заносятся в базовые отношения представления.
Механизм представлений может использоваться по нескольким причинам:
· предоставляет мощный и гибкий механизм зашиты, позволяющий скрыть некоторые части базы данных от определенных пользователей. Пользователь не будет иметь сведений о существовании каких-либо атрибутов или кортежей, отсутствующих в доступных ему представлениях.
· позволяет организовать доступ пользователей к данным наиболее удобным для них образом, поэтому одни и те же данные в одно и то же время могут рассматриваться разными пользователями совершенно различными способами.
· позволяет упрощать сложные операции с базовыми отношениями. Например, если представление будет определено на основе соединения двух отношений, то пользователь сможет выполнять над ним простые унарные операции выборки и проекции, которые будут автоматически преобразованы средствами СУБД в эквивалентные операции с выполнением соединения базовых отношений.
