Реляционные базы данных и СУБД

Достоинством  сетевой мидели данных является возможность  ее эффективной реализации. В сравнении с иерархической моделью сетевая модель предоставляет большие возможности в смысле допустимости образования произвольных связей.

Недостатком сетевой  модели данных является высокая сложность  и жесткость схемы БД, построенной на ее основе, а также сложность ее понимания обычным пользователем. Кроме того, в сетевой модели данных ослаблен контроль целостности связей из-за допустимости установления произвольных связей между записями.

Системы на основе сетевой  модели не получили широкого распространения на практике.

Реляционная модель данных предложена сотрудником фирмы  IВМ Эдгаром Коддом и основывается на понятии отношения (relation).

Отношение представляет собой  множество элементов, называемых кортежами. Наглядной формой представления отношения является двумерная таблица.

С помощью одной  таблицы удобно описывать простейший вид связей между данными, а именно: деление одного объекта, информация о котором хранится в таблице, на множество подобъектов, каждому из которых соответствует строка или запись таблицы.

Основными недостатками реляционной модели являются следующие: отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей и сложность описания иерархических и сетевых связей.

 

1.4. Реляционные базы данных

Реляционная модель данных (РМД) некоторой предметной области представляет собой набор отношений, изменяющихся во времени. При создании информационной системы совокупность отношений позволяет хранить данные об объектах предметной области и моделировать связи между ними.

Реляционная база данных представляет собой хранилище  данных, содержащее набор двухмерных таблиц. Данные в таблицах должны удовлетворять следующим принципам.

1. Значения атрибутов должны быть атомарными (иными словами, 
каждое значение, содержащееся на пересечении строки и колонки, 
должно быть не расчленяемым на несколько значений).

2. Значения каждого атрибута должны принадлежать к одному и тому же типу. 

3. Каждая запись в таблице уникальна.

4. Каждое поле имеет уникальное имя.

5. Последовательность полей и записей в таблице не существенна. 
Отношение является важнейшим понятием и представляет собой двумерную таблицу, содержащую некоторые данные.

Сущность есть объект любой  природы, данные о котором хранятся в базе данных. Данные о сущности хранятся в отношении.

Атрибуты представляют собой свойства, характеризующие  сущность. В структуре таблицы каждый атрибут именуется и ему соответствует заголовок некоторого столбца таблицы.

Ключом отношения  называется совокупность его атрибутов, однозначно идентифицирующих каждый из кортежей отношения. Иными словами, множество атрибутов, являющееся ключом отношения, обладает свойством уникальности. Следующее свойство ключа — не избыточность. То есть никакое из собственных подмножеств множества не обладает свойством уникальности.

Каждое отношение  всегда имеет комбинацию атрибутов, которая может служить ключом. Ее существование гарантируется принципом № 3 РМД. По крайней мере, вся совокупность атрибутов обладает свойством уникальности.

Возможны случаи, когда  отношение имеет несколько комбинаций атрибутов, каждая из которых однозначно определяет все кортежи отношения. Все эти комбинации атрибутов являются возможными ключами отношения. Любой из возможных ключей может быть выбран как первичный.

Ключи обычно используют для достижения следующих целей:

• исключения дублирования значений в ключевых атрибутах (остальные атрибуты в расчет не принимаются);
• упорядочения кортежей. Возможно упорядочение по возрастанию или убыванию значений всех ключевых атрибутов, а также смешанное упорядочение (по одним — возрастание, а по другим — убывание);
• организации связывания таблиц.

Важным является понятие  внешнего ключа. Внешний ключ можно определить как множество атрибутов одного отношения R2, значения которых должны совпадать со значениями возможного ключа другого отношения R1.

Атрибуты отношения  К2, составляющие внешний ключ, не являются ключевыми для данного отношения.

С помощью внешних ключей устанавливаются связи между  отношениями.

Ограничения целостности  реляционной модели можно разделить на две группы — ограничения целостности сущностей и ограничения целостности ссылок.

Ограничения целостности сущностей заключаются в требовании уникальности кортежей отношения (записей таблицы). Отсюда вытекают следующие ограничения:

• отсутствие кортежей-дубликатов (данное требование предъявляется лишь к атрибутам первичных ключей);
• отсутствие атрибутов с множественным характером значений.

Ограничения целостности ссылок заключаются в том, что для любой записи с конкретным значением внешнего ключа должна обязательно существовать запись связанной таблицы-отношения с соответствующим значением первичного ключа.

К отношениям можно применять  систему операций, позволяющую получать одни отношения из других. Например, результатом запроса к реляционной БД может быть новое отношение, вычисленное на основе имеющихся отношений. Поэтому можно разделить обрабатываемые данные на хранимую и вычисляемую части.

Основной единицей обработки данных в реляционных  БД является отношение, а не отдельные его кортежи (записи).

Отсутствие упорядоченности  записей в таблицах усложняет  поиск. На практике с целью быстрого нахождения нужной записи вводят индексирование полей (обычно ключевых). Создание индексных массивов заключается в построении дополнительной упорядоченной информационной структуры для быстрого доступа к записям.

1.5. Проектирование реляционных  баз данных

Проектирование баз данных информационных систем является достаточно трудоемкой задачей. Оно осуществляется на основе формализации структуры и процессов предметной области, сведения о которой предполагается хранить в БД. Различают концептуальное и схемно-структурное проектирование.

Концептуальное  проектирование БД ИС является в значительной степени эвристическим процессом. Адекватность построенной в его рамках инфологической модели предметной области проверяется опытным путем, в процессе функционирования ИС.

Перечислим этапы  концептуального проектирования:

• изучение предметной области для формирования общего представления о ней;
• выделение и анализ функций и задач разрабатываемой ИС;
• определение основных объектов-сущностей предметной области 
  и отношений между ними;
• формализованное представление предметной области.

При проектировании схемы  реляционной БД можно выделить следующие процедуры:

• определение перечня таблиц и связей между ними;
• определение перечня полей, типов полей, ключевых полей каждой таблицы (схемы таблицы), установление связей между таблицами через внешние ключи;
• установление индексирования для полей в таблицах;
• разработка списков (словарей) для полей с перечислительными данными;
• установление ограничений целостности для таблиц и связей;
• нормализация таблиц, корректировка перечня таблиц и связей. Проектирование БД осуществляется на физическом и логическом уровнях. Проектирование на физическом уровне реализуется средствами СУБД и зачастую автоматизировано.

 

 Логическое проектирование заключается в определении числа и структуры таблиц, разработке запросов к БД, отчетных документов, создании форм для ввода и редактирования данных в БД и т. д.

Одной из важнейших  задач логического проектирования БД является структуризация данных. Выделяют следующие подходы к проектированию структур данных:

• объединение информации об объектах-сущностях в рамках одной таблицы (одного отношения) с последующей декомпозицией на несколько взаимосвязанных таблиц на основе процедуры нормализации отношений;
• формулирование знаний о системе (определение типов исходных данных и взаимосвязей) и требований к обработке данных, получение с помощью СА5Е-системы готовой схемы БД или даже готовой прикладной информационной системы;
• осуществление системного анализа и разработка структурных моделей.

 

 

 

 

 

 

 

 

                             

 

                                     Заключение 

В заключении необходимо сделать  основные выводы по работе.

Реляционная модель данных состоит из трех частей:

Структурной части.

Целостной части.

Манипуляционной части.

В классической реляционной  модели используются только простые (атомарные) типы данных. Простые типы данных не обладают внутренней структурой.

Домены - это типы данных, имеющие некоторый смысл (семантику). Домены ограничивают сравнения - некорректно, хотя и возможно, сравнивать значения из различных доменов.

Отношение состоит из двух частей - заголовка отношения и  тела отношения. Заголовок отношения - это аналог заголовка таблицы. Заголовок  отношения состоит из атрибутов. Количество атрибутов называется степенью отношения. Тело отношения - это аналог тела таблицы. Тело отношения состоит  из кортежей. Кортеж отношения является аналогом строки таблицы. Количество кортежей отношения называется мощностью  отношения.

Отношение обладает следующими свойствами:

В отношении нет одинаковых кортежей.

Кортежи не упорядочены (сверху вниз).

Атрибуты не упорядочены (слева направо).

Все значения атрибутов атомарны.

Реляционной базой данных называется набор отношений.

Схемой реляционной базы данных называется набор заголовков отношений, входящих в базу данных.

Отношение находится в  Первой Нормальной Форме (1НФ), если оно  содержит только скалярные (атомарные) значения.

Современные СУБД допускают  использование null-значений, т.к. данные часто бывают неполными или неизвестными.

Средством, позволяющим однозначно идентифицировать кортежи отношения, являются потенциальные ключи отношения.

Потенциальный ключ отношения - это набор атрибутов отношения, обладающий свойствами уникальности и  не избыточности. Доступ к конкретному кортежу можно получить, лишь зная значение потенциального ключа для этого кортежа.

Традиционно один из потенциальных  ключей объявляется первичным ключом, остальные - альтернативными ключами.

Потенциальный ключ, состоящий  из одного атрибута, называется простым. Потенциальный ключ, состоящий из нескольких атрибутов, называется составным.

Отношения связываются друг с другом при помощи внешних ключей.

Внешний ключ отношения - это  набор атрибутов отношения, содержащий ссылки на потенциальный ключ другого (или того же самого) отношения. Отношение, содержащее потенциальный ключ, на который ссылается некоторый  внешний ключ, называется родительским отношением. Отношение, содержащее внешний  ключ, называется дочерним отношением.

Внешний ключ не обязан обладать свойством уникальности. Поэтому, одному кортежу родительского отношения  может соответствовать несколько  кортежей дочернего отношения. Такой  тип связи между отношениями  называется "один-ко-многим". Связи  типа "много-ко-многим" реализуются  использованием нескольких отношений  типа "один-ко-многим".

В любой реляционной базе данных должны выполняться два ограничения:

Целостность сущностей 

Целостность внешних ключей

Правило целостности сущностей  состоит в том, что атрибуты, входящие в состав некоторого потенциального ключа не могут принимать null-значений.

Правило целостности внешних  ключей состоит в том, что внешние  ключи не должны ссылаться на отсутствующие  в родительском отношении кортежи, т.е. внешние ключи должны быть корректны.

Ссылочную целостность могут  нарушить операции, изменяющие состояние  базы данных. Такими операциями являются операции вставки, обновления и удаления кортежей.

Для поддержания ссылочной  целостности обычно используются две  основные стратегии:

RESTRICT (ОГРАНИЧИТЬ) - не разрешать  выполнение операции, приводящей  к нарушению ссылочной целостности.