Вопрос 31 Реляционные базы данных, основные особенности, достоинства недостатки.

Реляционные базы данных в настоящее время являются наиболее рас­пространенными. К числу их достоинств следует отнести:

- наличие небольшого набора абстракций, которые позволяют сравни­тельно просто моделировать большую часть распространённых предметных

областей;

- наличие простого и достаточно мощного математического аппарата, опирающегося главным образом на теорию множеств и математическую ло­гику и обеспечивающего теоретические основы реляционного подхода к ор­ганизации баз данных;

- возможность ненавигационного манипулирования данными без необ­ходимости знания конкретной физической организации баз данных во внеш­ней памяти.

Благодаря перечисленным выше свойствам реляционных баз данных достигнута значительная степень независимости данных от обрабатывающих программ.

Реляционной считается такая база данных, в которой все данные для пользователя представлены в виде совокупности прямоугольных таблиц зна­чений данных, и все операции над базой данных сводятся к манипуляциям с таблицами, при этом используется так называемая реляционная алгебра или реляционное исчисление.

Для реляционных систем характерны:

- клиент-серверная архитектура;

- управление распределёнными базами данных;

- параллельная обработка запросов и многопотоковая архитектура;

- технология тиражирования данных и ряд других современных дос­тижений в области обработки данных.

Отмеченные выше достоинства реляционной модели баз данных при­вели к тому, что уже в середине восьмидесятых годов прошлого столетия ре­ляционные системы полностью вытеснили ранние СУБД и в настоящее вре­мя получили наибольшее распространение.

3.2.1. Базовые понятия реляционных баз данных

Основными понятиями реляционных баз данных являются: сущность, тип данных, домен, атрибут, кортеж, первичный и внешний ключи и отноше­ние.

Сущность - это объект, который может быть идентифицирован неким способом, отличающим его от других объектов. Традиционно объекты ре­ального мира, сведения о которых хранятся в базе данных, называются сущ­ностями. Каждая сущность (объект реального мира) описывается набором атрибутов, описывающих свойства всех членов данного набора сущностей.

Поскольку сущности в реляционной базе данных описываются набором таб­лиц, атрибут соответствует столбцу таблицы.

Тип данных. Понятие "тип данных" в реляционной модели полностью совпадает с простыми типами данных языков программирования. К ним от­носятся: целочисленный, вещественный, символьный, интервальный, пере­числяемый, логический типы данных.

Домен определяет множество допустимых значений атрибута. Напри­мер, возраст абитуриента может быть не менее 17 лет и не более 45-ти, его фамилия не может начинаться с букв Ь, Ъ, содержать цифры и т.д. В общем виде домен может быть задан некоторым типом данных, к которому относят­ся элементы домена, и логическим выражением, применяемым к элементу данного типа. Если логическое выражение при этом даёт результат "истина", то элемент является элементом домена. Следует отметить семантическую на­грузку понятия домена: данные считаются сравнимыми только в том случае, если они относятся к одному домену (нельзя сравнивать фамилию студента с обозначением группы, хотя они относятся к одному типу данных - строкам символов).

Схема отношений, схема базы данных. Как указывалось выше, база Данных представляет собой совокупность таблиц, каждая из которых содержит несколько столбцов (атрибутов) и строк (кортежей). Каждый атрибут имеет имя, которое должно быть уникальным в данной таблице, но разные таблицы могут иметь одинаковые имена атрибутов.

Таблицы описывают какие-то свойства сущности и реализуют некото­рую схему отношения. Степень или "арность" схемы отношений равна числу атрибутов (столбцов). Количество кортежей называется кардиналь­ным числом. В приведённом на рис. 1.1. случае степень отношения и карди­нальное число равны четырём. Таким образом, схема отношений есть множе­ство пар {имя атрибута, имя домена}. Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, представляет собой множество пар {имя атрибута, значе­ние}.

Схема базы данных - это набор именованных схем отношений. ^

Отношение - это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношений. При этом заголовок таблицы представляет собой схему отноше­ний, а набор кортежей - тело отношения. В классических реляционных БД после определения схемы базы данных может изменяться только тело отно­шений - добавляться, модифицироваться или удаляться отношения. Однако во многих реляционных базах данных предусматривается и изменение их схемы (добавление, модификация или удаление схемы отношений).

Первичный ключ является уникальным идентификатором отношения и представляет собой такой атрибут или такую комбинацию атрибутов, что не существует двух кортежей (строк), содержащих одинаковое значение это­го атрибута (или совокупности атрибутов). Например, таблицы "ПРЕПОДА­ВАТЕЛИ" и "СТУДЕНТЬГ могут иметь одинаковые наименования атрибутов "'Фамилия_К_0.:\ но объединённая таблица "ПРЕПОДАВАТЕ-ЛИ_СТУДЕНТЫ" должна иметь два различных атрибута "Фами-лия_И.__0._преподавателя " и "Фамилиями. J)._cmydeuma ".

Вторичный ключ используется для связи между собой нескольких от­ношений и необходим для сохранения целостности данных (более подробно внешний ключ будет описан ниже).

3.2.2. Фундаментальные свойства отношений

Отсутствие кортежей - дубликатов. Отношение представляет со­бой множество кортежей. В классической теории множеств по определению каждое множество состоит из различных элементов. Из этого свойства выте­кает наличие у каждого отношения первичного ключа - набора атрибутов, значения которых однозначно определяют каждый кортеж отношения. Для каждого отношения, по крайней мере, полный набор атрибутов обладает этим свойством. При формальном определении первичного ключа требуется обеспечение его "минимальности", т.е. в набор атрибутов не должны входить такие атрибуты, которые можно отбросить без ущерба для однозначного оп­ределения кортежа.

Отсутствие упорядоченности кортежей. Свойство отсутствия упо­рядоченности кортежей отношений является следствием того, что тело от­ношения представляет Собой множество кортежей. Отсутствие требования по упорядоченности записей в таблицу даёт дополнительную гибкость СУБД при хранении баз данных во внешней памяти и при выполнении запросов к базе данных.

Отсутствие упорядоченности атрибутов. Атрибуты не упорядоче­ны, поскольку по определению схема отношения есть множество пар {имя атрибута, имя домена}, для ссылки на значение атрибута в кортеже отноше­ния всегда используется имя атрибута. Это свойство позволяет модифициро­вать схемы существующих отношений.

Атомарность значений атрибутов. Это свойство обеспечивается тем, что по определению домен представляет собой множество значений простого типа. В реляционных базах данных отношения могут быть пред­ставлены только в первой нормальной форме. В табл.3.1 и 3.2 приведены примеры ненормализованных и нормализованных отношений.

В первой таблице степень схемы отношений равна двум, первичным ключом является "Номер группы", но атрибут "Студенты" не является ато­марным и представляет собой тоже отношение, имеющее четвёртую степень.

Если потребуется, например, внести в таблицу фамилии двух студентов: Си-дорчука И.М. (группа Ша 410, номер зачётной книжки - 100008, общежитие № 5, комната № 233) и Петровича П.И. (группа ШауЗП, номер зачётной книжки - 10134, общежитие №2, комната №222). В первом случае придётся модифицировать атрибут "Студенты", во втором - добавить кортеж.

Во второй таблице обе записи будут выполнены одинаково: будут до­бавлены кортежи.