Реляционная модель. Введение в реляционные базы данных

Введение в реляционные базы данных

Реляционные системы базируются на формальных основах, или теории, которая называется реляционная модель данных. Для таких систем характерно выполнение трех условий:

§ Структурный аспект. Данные в базе воспринимаются пользователем, как таблицы (и никак иначе).

§ Аспект целостности. Эти таблицы удовлетворяют определенным условиям целостностности.

§ Аспект обработки. В распоряжении пользователя имеются операторы манипулирования данными, которые генерируют новые таблицы на основании уже имеющихся и среди которых есть по крайней мере операторы выборки (restrict), проекции (project) и объединения (join).

Пример 2.1. На рис. 2.1 представлен простой пример реляционной базы данных отделов (таблица Отделы) и служащих (таблица Служащие). На рис. 2.2 показаны некоторые примеры применения операций SELECT, PROJECT и JOIN для этой базы данных.

Отделы

НомОтдела	НазваниеОтд	Бюджет
Отд1	Экономический	10М
Отд2	Конструкторский	12М
Отд3	Исследовательский	5М

Служащие

НомСлужащего	ИмяСлужащего	НомОтдела	Зарплата
С1	Иванов	Отд1	21K
С2	Петров	Отд1	18K
С3	Никитин	Отд2	20K
С4	Буденко	Отд2	19K

Рис. 2.1. База данных отделов и служащих

SELECT (RESTRICT) Выборка строк из Отделы,где БЮДЖЕТ > 8M

НомОтдела	НазваниеОтд	Бюджет
Отд1	Экономический	10М
Отд2	Конструкторский	12М

PROJECT Извлечение столбцов НомОтдела,

НомОтдела	Бюджет
Отд1	10М
Отд2	12М
Отд3	5М

JOIN: Соединение Отделы и Служащие на основе столбца НомОтдела

НомОтдела	НазваниеОтд	Бюджет	НомСлужащего	ИмяСлужащего	Зарплата
Отд1	Экономический	10М	С1	Иванов	21K
Отд1	Экономический	10М	С2	Петров	18K
Отд2	Конструкторский	12М	С3	Никитин	20K
Отд2	Конструкторский	5М	С4	Буденко	19K

Рис. 2.2. Примеры выполнения операций SELECT, PROJECT и JOIN

Операция SELECT предназначена для извлечения определенных строк из таблицы. Операция PROJECT предназначена для извлечения определенных столбцов из таблицы. Операция JOIN предназначена для соединения двух таблиц на основе общих значений в общих столбцах. При выполнении операции JOIN строки таблиц соединяются на основе значения некоторого столбца и только тогда, когда две строки соединяемых таблиц содержат в этих полях одинаковое значение.

Следует отметить, что в результате выполнения любой из приведенных операций получается также таблица. Это реляционное свойство называется замкнутостью. Это означает, что над результатом выполнения операции можно выполнять вновь какую-либо операцию. Другими словами, можно использовать вложенные выражения, т.е. выражения, в которых операнды представлены выражениями, а не простыми именами таблиц.

Другой момент, на который следует обратить внимание, это то, что операции применяются ко всему множеству строк, а не к отдельной строке за один раз, т.е. операндами и результатами являются не отдельные строки, а целые таблицы, которые содержат множество строк.

Таблицы в реляционной системе являются логическими, а не физическими структурами. На физическом уровне СУБД может использовать любую структуру памяти (индексированный файл, последовательный файл и т.п.), лишь бы существовала возможность их отображения в виде таблиц на логическом уровне. Таким образом, таблицы представляют некоторую абстракцию способа физического хранения данных, в которой множество деталей на уровне памяти скрыто от пользователя. «Логическая структура» в терминологии ANSI/SPARC относится как к концептуальному, так и к внешнему уровням.

Вернемся к аспекту целостности. Данный аспект состоит в том, что на хранимые в базе данные может и должны накладываться некоторые ограничения, которые представляют те, или иные семантические (смысловые, логические) ограничения на их значения. В частности, возвращаясь к примеру, представленному на рис. 2.1 можно сказать, что такие ограничения есть. Например, каждая строка в таблице «Служащие» должна иметь уникальное значение столбца «НомСлужащего», а каждая строка в таблице «Отделы» - уникальное значение столбца «НомОтдела». В таком случае говорят, что указанные столбцы в соответствующих таблицах являются потенциальными ключами. Среди всех потенциальных ключей (по тем или иным соображениям) выбирается один, который называется первичным ключом. На рис. 2.1 столбцы, соответствующие первичным ключам таблиц, подчеркнуты двойной линией. Могут быть и другие ограничения, например размер зарплаты не может быть отрицательным значением или имя служащего состоять менее чем из 2-х символов.

Итак, в первом приближении дадим определение реляционной модели.

Реляционная модель состоит из следующих пяти компонентов:

§ Неограниченный набор скалярных типов (включая, в частности, логический тип или значение истины).

§ Генератор типов отношений и соответствующая интерпретация для таких сгенерированных типов отношений.

§ Возможность определения переменных отношений для таких сгенерированных типов отношений.

§ Операции реляционного присвоения для присвоения реляционных значений таким переменным отношений.

§ Неограниченный набор общих реляционных операторов для получения значений отношений из других значений отношений.

В определении отсутствует явное упоминание ограничений целостности, так как они представляют собой просто приложения, использующие реляционные операторы. Иначе говоря, такие правила формулируются в терминах реляционных операторов.

Дата добавления: 2014-01-13