Реляционная модель данных

Для реализации основных функций в ИС используются различные принципы описания данных. Ядром любой БД является модель представления данных. Рассмотрим реляционную модель данных, характеризующейся организацией данных в виде двумерных таблиц и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений. Реляционная (от английского слова relation – отношение) модель данных является наиболее универсальной, к ней могут быть сведены другие модели (иерархическая и сетевая).

Важнейшим понятием реляционных моделей данных является сущность. Сущность — это объект любой природы, данные о котором хранятся в БД. Для представления данных об объектах и их взаимосвязях используютсяотношения. Каждое отношение – это реляционная таблица. Каждый конкретный экземпляр сущности представляется совокупностью элементовстроки, которая называетсякортежем(илизаписью). Каждый столбец естьдомен(альтернативные названия –атрибутиполе) по имени которого группируются данные различных экземпляров сущности. Строка заголовков называетсясхемой отношения. Количество доменов определяетстепеньотношения, количество кортежей — егомощность.

Каждая реляционная таблица должна обладать следующими свойствами:

• один элемент таблицы — один элемент данных;

• все столбцы таблицы содержат однородные по типу данные (целочисленный, числовой, текстовый, и т.д.);

• каждый столбец имеет уникальное имя;

• число столбцов задается при создании таблицы;

• порядок записей в отношении может быть произвольным;

• записи не должны повторяться;

• количество записей в отношении не ограничено.

Структура простейшей базы, состоящей из одной таблицы, представлена полями(столбцами) изаписями(строками). Даже если в базе нет ни одной записи (пустая база), это всё равно полноценная база – в ней содержится информация о методах хранения данных, хотя сами данные пока отсутствуют – её структура представлена набором полей. Например, простейшая телефонная записная книжка имеет чёткую структуру (имя абонента и его телефонный номер), что позволяет отличить её от блокнота или ежедневника, даже если в неё не записали ни одной строки.

Первичным ключомотношения называется поле или группа полей, однозначно определяющие запись. В отношении СТУДЕНТ первичным ключом может быть поле ФАМИЛИЯ, если во всем списке нет однофамильцев — это будетпростойключ. Если есть однофамильцы, то совокупность полей — фамилия, имя, отчество — создадутсоставнойпервичный ключ. На практике обычно в качестве простого первичного ключа выбирают поле, в котором совпадения заведомо исключены. Для рассматриваемого примера таким полем может служить номер зачетной книжки или читательского билета, или другой идентификатор, код которого уникален для каждого студента.

Обычно в базе содержится не одна а несколько связанныхтаблиц. Например, если в отношении СТУДЕНТ надо описать вуз, в котором он обучается, то, на первый взгляд, можно было бы включить в отношение СТУДЕНТ следующие поля: ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ГРУППА, НАЗВАНИЕ вуза, АДРЕС вуза. Но при заполнении такой таблицы для каждого студента придется указывать довольно длинное наименование вуза и его адрес, что неудобно. Более того, любая незначительная ошибка во вводе этих полей приведет к нарушению непротиворечивости базы данных. Например, ошибка в адресе вуза приведет к тому, что в БД появятся два вуза с одинаковым наименованием и разными адресами.

Поступают в таком случае так: в отношение СТУДЕНТ (ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ГРУППА) вводят поле «КОД вуза» (целое число) и добавляют еще одно отношение ВУЗ (КОД вуза, НАЗВАНИЕ, АДРЕС). Таблицы СТУДЕНТ и ВУЗ при этом будут связаны по полю «КОД вуза». В отношении ВУЗ поле «КОД вуза» будет первичным ключом, а в отношении СТУДЕНТ поле «КОД вуза» будет внешнимключом. При работе с такими таблицами повторяться могут только данные в поле «КОД вуза», а все необходимые сведения о вузе можно взять из отношения ВУЗ.

Итак, для связи реляционных таблиц необходимо ввести в обе таблицы одинаковые по типу поля, по которым определится связь между записями обеих таблиц. Связи бывают нескольких типов:

• один к одному (1:1) – любая запись одной таблицы может быть связана только с одной записью другой и наоборот. По сути, каждая пара записей является одной записью, поля которой разделены на две таблицы. То есть часть полей находится в одной таблице, а оставшаяся часть – в другой, являющейся продолжением первой;

• один ко многим (1:М или 1:∞) – любая запись одной таблицы может быть связана с несколькими записями другой, но любая запись второй таблицы связана только с одной записью первой таблицы. Связь «один ко многим» была установлена в вышеприведенном примере, так как одной записи таблицы ВУЗ соответствует множество записей таблицы СТУДЕНТ;

• многие ко многим (М:М или ∞:∞) – любая запись одной таблицы может быть связана с несколькими записями другой и наоборот. В явном виде эта связь может не поддерживаться, обычно она организуется путём создания дополнительных таблиц. Например, у каждого студента несколько преподавателей (по разным дисциплинам), а у каждого преподавателя – несколько студентов.