Реляционная модель

Принципы

Реляционная модель данных была предложена Коддом как альтернатива наиболее распространенной в то время сетевой модели. В основу модели Кодд положил три базовых принципа (или, по его словам, три стремления):

1) независимость данных на логическом и физическом уровнях – стремление к независимости;

2) создание структурно простой модели – стремление к коммуникабельности;

3) использование концепции языков высокого уровня для описания операций над порциями информации – стремление к обработке множеств.

Основной побудительной причиной исследований, результатом которой стало создание реляционной модели, стало желание четко разграничить логические и физические аспекты управления БД (первое стремление). В качестве дополнительного результата исследований предполагалась разработка теоретических основ организации и управления БД, то есть создание строгой математической модели.

Для реализации трех принципов пришлось отказаться от принятых ранее принципов структуризации данных (повторяющихся групп, связанных структур). В качестве структурной единицы выбрано отношение n-го порядка: при соответствующих операторах и концептуальном представлении в виде таблиц оно позволяет реализовать все три предложенных принципа. Отношение n-го порядка – математическое множество, в котором порядок строк не имеет значения. Заметим, что понятие реляционная БД несколько шире, чем табличная: во втором случае предполагается, что к строке можно добраться по номеру, следовательно, порядок строк имеет значение. Традиционно позиционирование данных определялось адресами в памяти, в реляционной модели адресный способ выбора данных заменен ассоциативным. Каждая единица информации в реляционных БД (РБД) ассоциируется с уникальной тройкой: именем отношения, значением ключа, именем атрибута. При таком подходе система должна сама (а) определить, где следует поместить фрагмент данных, (б) выбрать путь доступа при поиске.

Модель

Напомним, что модель данных – это не только структура, это комбинация, по крайней мере, трех составляющих:

· типов структур данных,

· операторов или правил вывода, применимых к правильным типам данных,

· общих правил целостности, который определяет множество непротиворечивых состояний БД и множество изменений ее состояний.

Структурная часть реляционной модели состоит из следующих компонент:

· доменов – совокупности однотипных значений данных;

· отношений неопределенного порядка, концептуально представленных таблицами;

· атрибутов – атомарных данных, определяющих столбцы таблицы;

· кортежей – строк таблицы,

· потенциальных (возможных) ключей – атрибутов, однозначно определяющих кортеж в отношении;

· первичных ключей – для отношения это один из возможных ключей.

Обрабатывающая часть состоит из операторов выбора, проекции, соединения и т.п., которые преобразуют отношения в отношения.

Часть, относящаяся к целостности, состоит из правил: правила целостности на уровне объекта и правила целостности ссылок. В любой реализации можно определить ограничения, которые определят меньшее множество возможных непротиворечивых значений.

Кодд приводит критерии, по которым СУБД можно отнести к реляционным. Эти критерии следующие:

· СУБД должна поддерживать таблицы без видимых пользователю навигационных связей;

· язык манипулирования данными должен обеспечивать минимальную возможность реляционной обработки, то есть включать операторы выбора, проекции и соединения.

Если СУБД не удовлетворяет второму критерию, ее назвают табличной. Реляционные СУБД с минимальной возможностью реляционной обработки называются минимально реляционными, если же в СУБД в полной мере реализованы две последние составляющие реляционной модели,– это полностью реляционные СУБД. СУБД, реализующие полный набор реляционных операторов, называются реляционно полными.