Этот цикл статей описывает волновую модель мозга, серьезно отличающуюся от традиционных моделей. Настоятельно рекомендую тем, кто только присоединился, начинать чтение с первой части .

В 1970 году Эдгар Кодд опубликовал статью (Codd, 1970), в которой описал основы реляционной модели хранения данных. Практической реализацией этой модели стали все современные реляционные базы данных. Формализация модели привела к созданию реляционного исчисления и реляционной алгебры.

Основной элемент реляционной модели – это кортеж. Кортеж – это упорядоченный набор элементов, каждый из которых принадлежит определенному множеству или, иначе говоря, имеет свой тип. Совокупность однородных по структуре кортежей образует отношение.

Несколько более наглядно все это выглядит в терминах, используемых в базах данных (рисунок ниже). Отношение – это таблица с данными. Кортеж - строка таблицы. Какого типа кортежи содержатся в отношении, или, что то же самое, каков формат строк в таблице, определяется заголовком отношения или таблицы. Каждый из столбцов таблицы образует домен. Значения, которое могут принимать элементы домена, называются атрибутами. Строки таблицы – это совокупность атрибутов, соответствующих доменам.

Пример отношения (Заборов)

Строки таблицы могут быть идентифицированы по своим атрибутам, то есть по тому, какие значения принимают элементы кортежа. Само содержание кортежа делает его непохожим на остальные. Но может так оказаться, что некоторые строки совпадут по своим атрибутам. Само по себе совпадение не страшно, но оно уже не позволяет использовать такой набор атрибутов, для однозначной идентификации кортежей в отношении. Чтобы идентификация была однозначной, вводят такое ключевое поле, которое для каждой строки принимает уникальное значение. Такой ключ может нести смысловую нагрузку, а может быть просто искусственно сгенерированным числом.

Совокупность всех отношений определяет базу данных. Каждое отношение хранит свою логическую часть информации. Чтобы получить определенные сведения может потребоваться сопоставление информации из разных отношений. Кодд описал восемь основных операций реляционной алгебры, позволяющих манипулировать с кортежами:

• Объединение;
• Пересечение;
• Вычитание;
• Декартово произведение;
• Выборка;
• Проекция;
• Соединение;
• Деление.

Замечательное свойство реляционной алгебры – это ее замкнутость, то есть операции над отношениями задаются таким образом, чтобы результат сам был отношением. То есть, имея несколько таблиц и производя соответствующие операции над ними, мы получим результатом тоже таблицу.

Смысл многих операций совпадает с соответствующими операциями из теории множеств. Общее представление об их сути дает рисунок ниже.

Пример операций над кортежами (Заборов)

Важно, что разные отношения могут содержать домены одного типа. Это значит, что если в двух кортежах встречаются одинаковые домены, внутри них одинаковые атрибуты, то можно говорить об определенной связи кортежей, содержащих эти атрибуты. Иначе говоря, если разные строки одной таблицы в одном из столбцов имеют одинаковые значения, то можно говорить об определенной связи этих строк. Или если в разных таблицах есть столбцы (домены) с одинаковым смыслом, то строки с одинаковыми значениями в этих столбцах оказываются связанными между собой.

Операция проекции позволяет получать отношения, состоящие из части элементов исходных отношений, ограничивая набор используемых доменов. Выборка или селекция позволяет получать отношения, содержащие только те кортежи, поля которых удовлетворяют условиям выборки. Например, можно выбрать только те кортежи, указанные домены которых имеют заданные значения атрибутов.

Совокупность всех операций над отношениями позволяет извлечь из базы данных любую интересующую информацию и сформировать ее в виде отношения (таблицы) с наперед заданными свойствами (заголовком).

Реляционной модель данных возникла не случайно, а явилась следствием необходимости оперировать с большими объемами разнообразных данных. Оказалось, что такая структура хранения данных и определенные в этой структуре операции удобны для решения широкого спектра прикладных задач. Можно предположить, что аналогичное удачное решение могла нащупать и природа в результате естественного отбора.

Описываемая нами система идентификаторов, понятий и событийной памяти во многом очень похожа на реляционную модель. Можно привести ряд аналогий:

• Нейрон оперирует информацией с нескольких дендритных сегментов, каждый из которых настроен на данные определенного типа. Дендритные сегменты одного типа можно сопоставить с определенным доменом;
• Сочетания понятий, которые описывают информацию, характерную для дендритного сегмента, соответствуют атрибутам, встречающимся в домене;
• Понятия, используемые зоной коры, и идентификаторы, задающие структуру пакетов, характерную для этой зоны, определяют структуру доменов (заголовок);
• Использование общих понятий при проекции информации между зонами соответствует использованию общих доменов в разных отношениях;
• Совокупность зон коры, формирующих мозг, соответствует совокупности отношений, формирующих базу данных;
• Ассоциативность, между воспоминаниями, соответствует связанности через общие атрибуты различных кортежей;
• Распределенность воспоминания по зонам коры соответствует тому, как одно событие может породить несколько кортежей в разных отношениях, объединенных единым уникальным ключом;
• Волна, описывающая текущее состояние мозга, может выступать аналогом запроса к базе данных. Так же, как результат операции над отношениями есть отношение, так и ответ мозга может быт совокупностью ассоциативно связанных описаний, совмещенных в одной волновой картине.

Конечно, между нашей моделью мозга и реляционными системами нет точного соответствия. Архитектура мозга значительно богаче, так как решает не только задачи хранения и извлечения данных, но и массу других совмещенных с этим функций. Однако даже имеющееся сходство позволяет лучше понять суть информационных процессов, происходящих в коре.

Реляционная модель данных

Реляционная модель базируется на теоретико-множественном понятии отношения. В математических дисциплинах существует понятие ʼʼотношение ʼʼ (relation), физическим представлением которого является таблица . Отсюда и произошло название модели – реляционная .

Применительно к БД понятия ʼʼреляционная БДʼʼ и ʼʼтабличная БДʼʼ являются синонимами. Реляционные базы получили наибольшее распространение в мире. Почти всœе продукты БД, созданные с конца 70-х годов, являются реляционными.

В 1970 году появились работы, в которых обсуждались возможности применения различных табличных моделœей данных. Наиболее значительной из них была статья сотрудника фирмы IBM д-ра Э. Кодда (Codd E.F., A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks (Реляционная модель данных для больших совместно используемых банков данных). CACM 13: 6, June 1970), где впервые был применен термин "реляционная модель данных" . Проект System R был разработан в исследовательской лаборатории корпорации IBM. Этот проект был задуман с целью доказать практичность реляционной модели. Реляционные СУБД относятся к СУБД второго поколения.

Цели создания реляционной модели данных:

1. Обеспечение более высокой степени независимости от данных.

2. Создание прочного фундамента для решения проблем непротиворечивости и избыточности данных.

3. Расширение языков управления данными за счёт включения операций над множествами.

Коммерческие системы на базе реляционной модели данных начали появляться в конце 70-х – начале 80-х годов. Сегодня существует несколько сотен типов различных реляционных СУБД.

Реляционная модель является удобной и наиболее привычной формой представления данных в виде таблицы (отношения ). Каждое отношение имеет имя и состоит из поименованных атрибутов (столбцов) данных. Одним из базовых преимуществ реляционной модели является ее однородность . Все данные хранятся в таблицах, в которых каждая строка имеет один и тот же формат. Каждая строка в таблице представляет некоторый объект реального мира или соотношение между объектами.

Основными понятиями, с помощью которых определяется реляционная модель, являются следующие:

1. реляционная БД – набор нормализованных отношений;

2. отношение – файл, плоская таблица, состоящая из столбцов и строк; таблица, в которой каждое поле является атомарным;

3. домен – совокупность допустимых значений, из которой берется значение соответствующего атрибута определœенного отношения. С точки зрения программирования, домен - ϶ᴛᴏ тип данных;

4. универсум – совокупность значений всœех полей или совокупность доменов;

5. кортеж – запись, строка таблицы;

6. кардинальность - количество строк в таблице;

7. атрибуты – поименованныеполя, столбцы таблицы;

8. степень отношения - количество полей (столбцов);

9. схема отношения – упорядоченный список имен атрибутов;

10. схема реляционной БД – совокупность схем отношений;

11. первичный ключ – уникальный идентификатор с неповторяющимися записями – столбец или неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ подмножество столбцов, которые единственным образом определяют строки.

Первичный ключ, который включает более одного столбца, принято называть множественным , или комбинированным , или составным , или суперключом .

Правило целостности объектов утверждает, что первичный ключ не должна быть полностью или частично пустым.

Соотношение этих понятий иллюстрируется на рис. 4.5.

№	ФИО	Год рожд.	Должность	Кафедра
1.	Иванов И. И.		Зав. каф.	22
2.	Сидоров С. С.		Проф.	22
3.	Андреева Г. Г.		Проф.	22
4.	Цветкова С. С.		Доцент
5.	Козлов К. К.		Доцент	22
6.	Петров П. П.		Ст. преп.	22

		Атрибуты

рис. 4.5. Основные понятия реляционной модели данных.

Иногда в качестве первичного ключа в таблице бывают выбраны разные столбцы. Выделœенный ключ – ключ, явно перечисленный вместе с реляционной схемой. В противном случае говорят о неявном ключе, или возможном ключе, или ключе-кандидате.

12. внешний ключ - ϶ᴛᴏ столбец или подмножество столбцов одной таблицы, которые могут служить в качестве первичного ключа для другой таблицы. Внешний ключ таблицы является ссылкой на первичный ключ другой таблицы. Поскольку целью построения БД является хранение всœех данных, по возможности, в одном экземпляре, то если некий атрибут присутствует в нескольких отношениях, то его наличие обычно отражает определœенную связь между строками этих отношений.

Внешние ключи реализуют связи между таблицами БД.

Внешний ключ, как и первичный ключ, может представлять собой комбинацию столбцов. На практике внешний ключ всœегда будет составным, в случае если он ссылается на составной первичный ключ другой таблицы. Количество столбцов и их типы данных в первичном и внешнем ключах должны совпадать.

В случае если таблица связана с несколькими другими таблицами, она может иметь несколько внешних ключей.

Каждая реляционнаятаблица обладает следующими свойствами :

Имеет имя, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ отличается от имен всœех других таблиц;

Данные в ячейках таблицы должны быть структурно неделимыми. Недопустимо, чтобы в ячейке таблицы содержалось более одной порции информации. К примеру , номер и серия паспорта должны располагаться в разных столбцах таблицы;

Всœе столбцы в таблице однородные, ᴛ.ᴇ. всœе элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

Каждый столбец имеет уникальное имя;

Одинаковые строки в таблице отсутствуют;

Порядок следования строк и столбцов должна быть произвольным, независимо от их переупорядочивания отношение будет оставаться одним и тем же, а потому иметь тот же смысл.

Основные понятия реляционной модели данных - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Основные понятия реляционной модели данных" 2017, 2018.

В математических дисциплинах понятию «таблица» соответствует понятие «отношение» (relation). Таблица отражает объект реального мира – сущность , а каждая ее строка отражает конкретный экземпляр сущности. Каждый столбец имеет уникальное для таблицы имя.

Строки не имеют имен, порядок их следования не определен, а количество логически не ограничено. Одним из основных преимуществ РМД является однородность (каждая строка таблицы имеет один формат). Пользователь сам решает вопрос, обладают ли соответствующие сущности однородностью. Этим решается проблема пригодности модели. Основные элементы РМД показаны на рис. 17.

Отношение представляет собой двумерную таблицу, содержащую некоторые данные.

Сущность – объект любой природы, данные о котором хранятся в БД.

Атрибуты – свойства, характеризующие сущность (столбцы). Степень отношения – количество столбцов.

Схема отношения – список имен атрибутов, например,СОТРУДНИК (№, ФИО, Год рождения, Должность, Кафедра) .

Домен – совокупность значений атрибутов отношения (тип данных). Говоря строже,домен естьпотенциально возможное множество значений.

Свойства домена : домен является множеством, хотя в общем случае его значения нельзя просто перечислить. От множества, таким образом, наследуются свойства:

Ограниченность: домен имеет границу, данные делятся на возможные и невозможные. Как и для множества, это не означает, что количество элементов конечное.

Уникальность: можно сравнить одни элементы с другими и избежать дубликатов. Для одного отдельного домена это само собой разумеется.

Понятие домена помогает правильно моделировать предметную область

Домен и атрибуты. А трибуты должны быть увязаны с доменами, или, «определены на некоем домене». На одном домене могут быть заданы несколько атрибутов.

Атомарность значений: значения атрибутов должны быть простыми,атомарными , не составными.

Естественность доменов. Д омены должны нести смысловую нагрузку. Полезнее относиться к домену, как к некоей группе параметров описания предметной области, к некоему смысловому понятию.

Как правило, многие предметные области уже достаточно формализованы, и имеют готовые понятия и справочники.

Ограничить излишние сравнения между атрибутами – основное назначение доменов.

Кортеж – строка таблицы.

Кардинальность (мощность) – количество строк в таблице.

	Фамилия, имя, отчество	Год рождения	Должность	Код кафедры
	Иванов И.И.
	Петров П.П.		профессор
	Сидоров С.С.
	Васильев В.В.
	Вовкин В.В.		преподаватель
	Степанов С.С.		профессор

Рис 17. Элементы реляционной модели

Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл (таблица) ,

п о л е , - элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации - реквизиту. Для описания поля используются следующиехарактеристики :

и м я , например. Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения;

т и п , например, символьный, числовой, календарный;

д л и н а , например, 15 байт, причем будет определяться максимально возможным количеством символов

т о ч н о с т ь , для числовых данных, например два десятичных знака для отображения дробной части числа.

Запись - совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи - отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

Файл (таблица) - совокупность экземпляров записей одной структуры.

Таблицу в реляционной модели данных можно рассматривать как класс однотипных объектов .

Таким образом, для объектов одного класса набор свойств будет одинаков, хотя значения этих свойств для каждого объекта, конечно, могут быть разными.

Типы данных, допустимые в реляционной модели данных.

Основные типы данны, используемые в моделях данных:

Short Integer – короткое целое число;

Long Integer – длинное целое число;

Float – вещественное число (число с плавающей десятичной точкой);

Double – вещественное число (число с плавающей десятичной точкой) двойной точности;

Text – текстовый тип данных;

Logical - логический (да/нет);

Data - временной. Значение определяется как дата с установленным разделителем в установленном формате;

Blob – большие бинарные объекты (binary large object - BLOB), которые могут хранить данные неограниченного размера. Поля этого типа позволяют хранить безразмерную произвольную двоичную информацию.

Ключевым элементом (первичным ключом) данных называется такой элемент, по которому можно определить значения других элементов данных. Однозначно идентифицировать объект могут два и более значений данных.

Первичный ключ – это атрибут, уникально идентифицирующий строки отношения. Первичный ключ из нескольких атрибутов называется составным. Первичный ключ не может быть полностью или частично пустым (иметь значение null).

Практический смысл первичного ключа очевиден: объект предметной области однозначно описывается с помощью набора атрибутов таблицы. Первичный ключ фиксирует самое главное в объекте, его уникальную сущность. Остальные поля можно назвать «просто атрибутами».

Ключи, которые можно использовать в качестве первичных, называются потенциальными илиальтернативными ключами .

Внешний ключ – служит для связи таблиц. Это значения из одной таблицы, по которым можно однозначно привязаться к другой. Точнее говоря, для отношения внешний ключ - это набор определенных заранее атрибутов

Внешний ключ – это атрибут (атрибуты) одной таблицы, который может служить первичным ключом другой таблицы. Является ссылкой на первичный ключ другой таблицы (рис. 18).

Рис 18. Связь отношений

Отношения СТУДЕНТ (ФИО, Группа, Специальность) иПРЕДМЕТ (Назв Пр, Часы) связаны отношениемСТУДЕНТ_ПРЕДМЕТ (ФИО, Назв Пр, Оценка) , в котором внешние ключиФИО иНазв_Пр образуют составной ключ.

Реляционная модель данных - созданная Эдгаром Коддом логическая модель данных, описывающая:

• структуры данных в виде (изменяющихся во времени) наборов отношений;
• теоретико-множественные операции над данными: объединение, пересечение разность и декартово произведение;
• специальные реляционные операции: селекция, проекция, соединение и деление;
• специальные правила, обеспечивающие целостность данных.

Эдгар Франк «Тед» Кодд - (23 августа 1923 -18 апреля 2003) - британский учёный, работы которого заложили основы теории реляционных баз данных. Работая в компании IBM, он создал реляционную модель данных. В 1970 издал работу «A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks», которая считается первой работой по реляционной модели данных.

Реляционная модель данных - это способ рассмотрения данных, то есть предписание для способа представления данных (посредством таблиц) и для способа работы с таким представлением (посредством операторов). Она связана с тремя аспектами данных: структурой (объекты), целостностью и обработкой данных (операторы).

В 2002 журнал Forbes поместил реляционную модель данных в список важнейших инноваций последних 85 лет.

Цели создания реляционной модели данных:

• обеспечение более высокой степени независимости от данных;
• создание прочного фундамента для решения семантических вопросов и проблем непротиворечивости и избыточности данных;
• засширение языков управления данными за счёт включения операций над множествами.

Структура данных в реляционной модели данных

Реляционная модель данных предусматривает структуру данных, обязательными объектами которой являются:

отношение;

атрибут;

домен;

кортеж;

степень;

кардинальность;

первичный ключ.

Отношение - это плоская (двумерная) таблица, состоящая из столбцов и строк:

Атрибут - это поименованный столбец отношения.

Домен - это набор допустимых значений для одного или нескольких атрибутов.

Кортеж - это строка отношения.

Степень определяется количеством атрибутов, которое оно содержит

Кардинальность - это количество кортежей, которое содержит отношение.

Первичный ключ - это уникальный идентификатор для таблицы.

Соответствие между формальными терминами реляционной модели данных и неформальными:

• отношение (формальный термин) - таблица (неформальный термин);
• атрибут - столбец;
• кортеж - строка или запись;
• степень - количество столбцов;
• кардинальное число - количество строк;
• первичный ключ - уникальный идентификатор;
• домен - общая совокупность допустимых значений.

Отношения и их реализация в реляционной модели данных

Отношение R на множестве доменов D 1 , D 2 , …, D n - это подмножество декартова произведения этих доменов:

R ⊆ D 1 × D 2 × … × D n

Пример 1. Определены домены: D 1 - множество фамилий преподавателей, D 2 - множество аудиторий, D 3 - множество учебных групп, D 4 - множество учебных дисциплин. Записать отношения: 1) закрепление преподавателей за учебными курсами; 2) расписание занятий в группах.

1) закрепление преподавателей за учебными курсами:

R ⊆ D 1 × D 4 .

Это отношение определяет множество преподавателей, ведущих множество учебных дисциплин.

2) расписание занятий в группах:

R ⊆ D 2 × D 3 × D 4 .

Это отношение определяет множество аудиторий, в которых проводятся занятия по множеству учебных дисциплин для множества учебных групп.

Свойства отношений:

• уникальное имя отношения;
• уникальное имя атрибута;
• нет одинаковых кортежей;
• кортежи не упорядочены сверху вниз;
• атрибуты не упорядочены слева направо;
• все значения атрибутов атомарные (нормализованное отношение).

Таким образом, реляционная база данных - это набор нормализованных отношений. Для того, чтобы перейти к видам отношений, введём понятие переменной отношения. Переменная отношения - это именованный объект, значение которого может изменяться с течением времени. Переменная отношения в разное время - это различные таблицы базы данных, у которых разные строки, но одинаковые столбцы.

Виды отношений:

• именованное отношение;
• базовое отношение;
• производное отношение;
• выражаемое отношение;
• представление (view);
• снимки (snapshot);
• результат запроса;
• промежуточный результат.

Именованное отношение - это переменная отношения, определённая в СУБД (системе управления базами данных) посредством оператора CREATE (CREATE TABLE, CREATE BASE RELATION, CREATE VIEW, CREATE SNAPSHOT).

Базовое отношение - это именованное отношение, которое не является производным. Существование базового отношения не зависит от существования других отношений.

Производное отношение - это отношение, которое определено через другие именованные отношения. Производное отношение зависит от существования других - базовых - отношений.

Выражаемое отношение - это отношение, которое можно получить из набора именованных отношений посредством некоторого реляционного выражения. Каждое именованное отношение является выражаемым отношений, но не наоборот. Примеры выражаемых отношений - базовые отношения, представления, снимки, промежуточные и окончательные результаты. Множество всех выражаемых отношений - это множество всех базовых и всех производных отношений.

Представление - это именованное производное отношение. Представлены в базе данных в виде определения. Представление не хранится в физической памяти системы управления базой данных (СУБД), а формируется с использованием других именованных отношений.

Снимки (snapshot) - это то же, что и представление, но с физическим сохранением и с периодическим обновлением.

Результат запроса - это неименованное производное отношение. СУБД не обеспечивает постоянного существования результатов запросов. Для сохранения результата запроса его можно присвоить какому-либо именованному отношению.

Промежуточный результат - это неименованное производное отношение, являющееся результатом подзапроса, вложенного в бОльшее выражение.

Ключи отношения в реляционной модели данных

Ключи отношения могут быть следующми:

• суперключ;
• потенциальный ключ;
• первичный ключ;
• внешний ключ;
• суррогатный ключ.

Ключ отношения - это подсхема исходной схемы отношения, состоящая из одного или нескольких атрибутов, для которых декларируется условие уникальности значений в кортежах отношений. При объявлении схемы базового отношения могут быть заданы объявления нескольких ключей.

Ключ отношения может быть простым или составным. Простой ключ – это ключ, состоящий из одного и не более атрибута. Составной ключ -ключ, состоящий из двух и более атрибутов.

Суперключ - это атрибут или множество атрибутов, которое единственным образом идентифицирует кортеж данного отношения. Он может включать дополнительные атрибуты. Суперключ не обладает свойством неизбыточности.

Потенциальный ключ - это подмножество атрибутов отношения, удовлетворяющее требованиям уникальности и неизбыточности. Он обладает следующими свойствами. Уникальность: в таблице нет двух разных строк с одинаковыми значениями в нашем потенциальном ключе. Неизбыточность: нельзя убрать один из столбцов из ключа, так, чтобы он не потерял уникальности. В отношении может быть больше одного потенциального ключа.

Первичный ключ (primary key, PK) - это один из потенциальных ключей отношения, выбранный в качестве основного ключа. Допустимо объявление одного и только одного первичного ключа. Атрибуты первичного ключа не могут принимать значения Null.

Внешний ключ (foreign key, FK) - это ключ, объявленный в базовом отношении, который при этом ссылается на первичный того же самого или какого-то другого базового отношения.

Суррогатный ключ - это служебный атрибут, добавленный к уже имеющимся информационным атрибутам отношения. Предназначение суррогатного ключа - служить первичным ключом отношения. Значение этого атрибута генерируется искусственно.

Пример 2. Есть база данных сети аптек. В ней есть таблица "Аптеки", в которую занесены все аптеки сети, и есть таблица "Препараты". Кроме того, есть таблица "Наличие", в которую заносятся данные о наличии препаратов в каждой аптеке. В таблице наличие есть поля: "Аптека" (в ней - идентификаторы аптек), "Препарат" (в ней - идентификаторы препаратов), "Количество". Возникает проблема: в случае поступления в аптеку некоторого количества препарата можно не заметить, что в той же аптеке тот же препарат уже содержится в некотором количестве и сделать новую записись в таблице, в которой аптека и препарат будут повторяться. Как на уровне ключей избежать этой проблемы?

Решение. Можно объявить первичным ключём таблицы "Наличие" составной ключ, состоящий из идентификатора аптеки и идентификатора препарата. Тогда в таблице невозможно повторение в разных записях сочетания аптеки и прапарата. Первичный ключ может быть не только простым, но и составным.

Целостность данных в реляционной модели данных

Понятия реляционной целостности:

• определитель NULL;
• целостность сущностей;
• ссылочная целостность;
• корпоративные ограничения целостности.

Определитель NULL. Значение Null обозначает тот факт, что значение не определено. Null не принадлежит никакому типу данных и может присутствовать среди значений любого атрибута, определенного на любом типе данных. Двуместная «арифметическая» операция с Null даёт Null. Операция сравнения с Null даёт UNKNOWN.

Целостность сущностей. Требование целостности сущности означает, что первичный ключ должен полностью идентифицировать каждую сущность, а поэтому в составе любого значения первичного ключа не допускается наличие неопределенных значений. Значение атрибута должно быть атомарным.

Ссылочная целостность. Требование целостности по ссылкам состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в кортеже значения-отношения ссылающейся переменной отношения, либо в значении-отношении переменной отношения, на которую указывает ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть полностью неопределенным. Существуют правила удаления кортежа из отношения, на которое ведет ссылка.

Ссылочная целостность: удаление кортежа. Существует три подхода удаления кортежа из отношения, на которое ведет ссылка.

1. Ограничение удаления–Delete: Restrict.
2. Каскадное удаление–Delete: Cascade.
3. Установка значения NULL, перевод значения внешнего ключа в неопределённое состояние – Delete: Set NULL.

Ограничение удаления. Запрещается производить удаление кортежа, для которого существуют ссылки. Сначала нужно либо удалить ссылающиеся кортежи, либо соответствующим образом изменить значения их внешнего ключа.

Каскадное удаление. При удалении кортежа из отношения, на которое ведет ссылка, из ссылающегося отношения автоматически удаляются все ссылающиеся кортежи.

Установка значения NULL. При удалении кортежа, на который имеются ссылки, во всех ссылающихся кортежах значение внешнего ключа автоматически становится полностью неопределенным.

Пример 3. Есть база данных портала новостей. В ней есть таблица "Рубрики" (политика, экономика, спорт и т.д), есть таблица "Автора" (фамилии и имена авторов). Есть таблица "Тексты", в которой в каждой записи о тексте новости есть поля "Рубрика" (с идентификаторами рубрик из соответствующей таблицы) и "Автор" (с идентификаторами рубрик из соответствующей таблицы). Какими способами можно добиться, чтобы при удалении рубрики и автора была соблюдена ссылочная целостоность данных?

Решение. Первый способ: установить запрет на удаление рубрики или автора из соответствующих таблиц, в случае, если в таблицы "Тексты" есть ссылки на эту рубрику или на этого автора. Второй способ: задать автоматическое удаление из таблицы "Тексты" записей, в которой фигурируют эта рубрика или этот автор. Третий способ: в случае удаления рубрики или автора из соответствующих таблиц в ссылающихся кортежах таблицы "Тексты" значения идентификатора этой рубрики или этого автора становятся неопределёнными (NULL).

Как это делается на уровне языка запросов SQL - в материале SQL ALTER TABLE - изменение таблицы базы данных .

Корпоративные ограничения целостности - это дополнительные правила поддержки целостности данных, определяемые пользователями или администраторами базы данных.

Реляционные базы данных и язык SQL

Реляционная модель данных.

Реляционная модель данных была предложена математиком Э.Ф. Коддом (Codd E.F.) в 1970 г. РМД является наиболее широко распространенной моделью данных и единственной из трех основных моделей данных, для которой разработан теоретический базис с использованием теории множеств.

В основе РМД лежит понятие отношения, представляющего собой подмножество декартова произведения доменов. Домен - это множество значений, которое может принимать элемент (например, множество целых). Подмножество декартова произведения доменов называется отношением.

Элементы отношения называют кортежами. Элементы кортежа принято называть атрибутами. Отношение содержит информацию о сущностях одного типа. Каждый кортеж отношения соответствует одному экземпляру сущности.

Свойства отношений.

Отношение обладает двумя основными свойствами:

• - в отношении не должно быть одинаковых кортежей, т.к. это множество;
• - порядок кортежей в отношении несущественен.

Отношение удобно представлять как таблицу, где строка является кортежем, столбец соответствует домену (рис. 3, отношение студенты).

Домен 1 . Домен 2 .. . . . домен 3 (ключ) . .домен 4 . . .. .домен 5

Реляционная база данных-- это база данных, разделенная на логически цельные сегменты, называемые таблицами, и внутри базы данных эти таблицы связаны между собой. Реляционная база данных позволяет разделить данные на логичные более мелкие и более управляемые сегменты, что обеспечивает оптимальное представление данных и возможность организации нескольких уровней доступа к данным.

Рис.3. Пример табличной формы представления отношения

Характеристика реляционной модели данных.

Хотя понятие реляционной модели данных первым ввел основоположник реляционного подхода Эдгар Кодд, наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных, по-видимому, принадлежит известному популяризатору идей Кодда Кристоферу Дейту, который воспроизводит ее (с различными уточнениями) практически во всех своих. Согласно трактовке Дейта, реляционная модель состоит из трех частей, описывающих разные аспекты реляционного подхода: структурной части, манипуляционной части и целостной части.

В структурной части модели фиксируется, что единственной родовой структурой данных, используемой в реляционных БД, является нормализованное n -арное отношение. Определяются понятия доменов, атрибутов, кортежей, заголовка, тела и переменной отношения. По сути дела, в двух предыдущих разделах этой лекции мы рассматривали именно понятия и свойства структурной составляющей реляционной модели.

В манипуляционной части модели определяются два фундаментальных механизма манипулирования реляционными БД - реляционная алгебра и реляционное исчисление. Первый механизм базируется в основном на классической теории множеств (с некоторыми уточнениями и добавлениями), а второй - на классическом логическом аппарате исчисления предикатов первого порядка. Мы рассмотрим эти механизмы более подробно в следующих лекциях, а пока лишь заметим, что основной функцией манипуляционной части реляционной модели является обеспечение меры реляционности любого конкретного языка реляционных БД: язык называется реляционным, если он обладает не меньшей выразительностью и мощностью, чем реляционная алгебра или реляционное исчисление.

Базовые принципы реляционного подхода.

В настоящее время реляционный подход к построению информационных систем является наиболее распространенным. К числу достоинств реляционного подхода можно отнести:

• 1. наличие небольшого набора абстракций, которые позволяют сравнительно просто моделировать большую часть распространенных предметных областей и допускают точные формальные определения, оставаясь интуитивно понятными;
• 2. наличие простого и в то же время мощного математического аппарата, опирающегося главным образом на теорию множеств и математическую логику и обеспечивающего теоретический базис реляционного подхода к организации БД;
• 3. возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти.

• 1. Правило информации. Вся информация в базе данных должна быть представлена исключительно на логическом уровне и только одним способом -- в виде значений, содержащихся в таблицах.
• 2. Правило гарантированного доступа. Логический доступ ко всем и каждой элементу данных (атомарному значению) в реляционной базе данных должен обеспечиваться путем использования комбинации имени таблицы, первичного ключа и имени столбца.
• 3. Правило поддержки недействительных значений. В настоящей реляционной базе данных должна быть реализована поддержка недействительных значений, которые отличаются от строки символов нулевой длины, строки пробельных символов и от нуля или любого другого числа и используются для представления отсутствующих данных независимо от типа этих данных.
• 4. Правило динамического каталога, основанного на реляционной модели. Описание базы данных на логическом уровне должно быть представлено в том же виде, что и основные данные, чтобы пользователи, обладающие соответствующими правами, могли работать с ним с помощью того же реляционного языка, который они применяют для работы с основными данными.
• 5. Правило исчерпывающего подъязыка данных. Реляционная система может поддерживать различные языки и режимы взаимодействия с пользователем (например, режим вопросов и ответов). Однако должен существовать, по крайней мере, один язык, операторы которого можно представить в виде строк символов в соответствии с некоторым четко определенным синтаксисом и который в полной мере поддерживает следующие элементы:
  • · определение данных;
  • · определение представлений;
  • · обработку данных (интерактивную и программную);
  • · условия целостности;
  • · идентификацию прав доступа;
  • · границы транзакций (начало, завершение и отмена).
• 6. Правило обновления представлений. Все представления, которые теоретически можно обновить, должны быть доступны для обновления.
• 7. Правило добавления, обновления и удаления. Возможность работать с отношением как с одним операндом должна существовать не только при чтении данных, но и при добавлении, обновлении и удалении данных.
• 8. Правило независимости физических данных. Прикладные программы и утилиты для работы с данными должны на логическом уровне оставаться нетронутыми при любых изменениях способов хранения данных или методов доступа к ним.
• 9. Правило независимости логических данных. Прикладные программы и утилиты для работы с данными должны на логическом уровне оставаться нетронутыми при внесении в базовые таблицы любых изменений, которые теоретически позволяют сохранить нетронутыми содержащиеся в этих таблицах данные.
• 10. Правило независимости условий целостности. Должна существовать возможность определять условия целостности, специфические для конкретной реляционной базы данных, на подъязыке реляционной базы данных и хранить их в каталоге, а не в прикладной программе.
• 11. Правило независимости распространения. Реляционная СУБД не должна зависеть от потребностей конкретного клиента.
• 12. Правило единственности. Если в реляционной системе есть низкоуровневой язык (обрабатывающий одну запись за один раз), то должна отсутствовать возможность использования его для того, чтобы обойти правила и условия целостности, выраженные на реляционном языке высокого уровня (обрабатывающем несколько записей за один раз).