Кортеж, отношение, ключи

Схема отношения, схема базы данных

Домен

Тип данных

Базовые понятия реляционных баз данных

Глава 3 Реляционная модель данных

Вопросы и упражнения для самоконтроля к главе 2

1. Чем даталогические документальные модели отличаются от фактографических?
2. Приведите примеры даталогических документальных моделей.
3. Какие компоненты входят в структуру логической (даталогической) модели?
4. Назовите структуры данных иерархических моделей.
5. Что включает в себя физическая модель данных?
6. Чем характеризуется последовательный доступ к данным?
7. Чем характеризуется прямой (произвольный) доступ к данным?
8. Какие методы адресации используются для ускорения доступа к данным?
9. Дайте характеристику методу хеширования.
10. Опишите алгоритм адресации с использованием индексно-последовательного файла?
11. Что такое страница данных? Опишите ее структуру.
12. Укажите последовательность действий доступа к данным.
13. Как связаны страницы данных в наборе?
14. Укажите последовательность действий по добавлению записи о поставках РД7 (пример 2.1).
15. Укажите последовательность действий по удалению записи о детали Д1 (пример 2.1).

Реляционные (от английского слова relation – отношение) модели были разработаны Э. Коддом в начале 70-х годов. Основными понятиями реляционных баз данных являются тип данных, домен, атрибут, кортеж, ключи, отношение, схема отношения.

Атрибут – это наименьшая поименованная единица данных, к которой СУБД может адресоваться непосредственно, и с помощью которой выполняется построение всех остальных структур. Атрибут имеет имя и значение.

Для начала покажем смысл этих понятий на примере отношения СОТРУДНИКИ, содержащего информацию о сотрудниках некоторой организации (рис. 3.1).

Понятие тип данных в реляционной модели данных полностью адекватно понятию типа данных в языках программирования. Обычно в современных реляционных БД допускается хранение данных следующих типов: символьных, числовых, битовых, специализированных числовых данных (таких как «деньги», «темпоральных» данных (дата, время, временной интервал). Достаточно активно развивается подход к расширению возможностей реляционных систем абстрактными типами данных (соответствующими возможностями обладают, например, системы семейства Ingres/Postgres). В нашем примере мы имеем дело с данными трех типов: строки символов, целые числа и «деньги».

Домен – допустимое потенциальное множество значений простого типа данных Понятие домена более специфично для баз данных, хотя и имеет некоторые аналогии с подтипами в некоторых языках программирования. В самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу типа данных. Если вычисление этого логического выражения дает результат «истина», то элемент данных является элементом домена.

Например, домен «Имена» в нашем примере определен на базовом типе строк символов, но в число его значений могут входить только те строки, которые могут представлять имя (в частности, такие строки не могут начинаться с мягкого знака).

Следует отметить также семантическую нагрузку понятия домена: данные считаются сравнимыми только в том случае, когда они относятся к одному домену. В нашем примере значения доменов «Номера пропусков» и «Номера отделов» относятся к типу целых чисел, но не являются сравнимыми. Заметим, что в большинстве реляционных СУБД понятие домена не используется, хотя в Oracle V.7 оно уже поддерживается.

Схема отношения - это именованное множество пар {имя атрибута – имя домена (или типа, если понятие домена не поддерживается)}. Степень или "арность" схемы отношения - мощность этого множества. Степень отношения СОТРУДНИКИ равна четырем, то есть оно является 4-арным. Если все атрибуты одного отношения определены на разных доменах, осмысленно использовать для именования атрибутов имена соответствующих доменов (не забывая, конечно, о том, что это является всего лишь удобным способом именования и не устраняет различия между понятиями домена и атрибута).

Схема БД (в структурном смысле) - это набор именованных схем отношений

Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, - это множество пар {имя атрибута - значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения. "Значение" является допустимым значением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена не поддерживается). Степень или «арность» кортежа, т.е. число элементов в кортеже, совпадает с «арностью» соответствующей схемы отношения. Кортеж - это набор именованных значений заданного типа.

Отношение - это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Иногда, чтобы не путаться, говорят «отношение-схема» и «отношение-экземпляр», иногда схему отношения называют заголовком отношения, а отношение как набор кортежей - телом отношения. На самом деле, понятие схемы отношения ближе всего к понятию структурного типа данных в языках программирования. Было бы вполне логично разрешать отдельно определять схему отношения, а затем одно или несколько отношений с данной схемой.

Однако в реляционных базах данных это не принято. Имя схемы отношения в таких базах данных всегда совпадает с именем соответствующего отношения-экземпляра. В классических реляционных базах данных после определения схемы базы данных изменяются только отношения-экземпляры. В них могут появляться новые и удаляться или модифицироваться существующие кортежи. Однако во многих реализациях СУБД допускается и изменение схемы базы данных: определение новых и изменение существующих схем отношения. Это принято называть эволюцией схемы базы данных.

Обычным представлением отношения является таблица, заголовком которой является схема отношения, а строками - кортежи отношения-экземпляра; в этом случае имена атрибутов именуют

Рисунок 3.1 Пример отношения СОТРУДНИКИ

столбцы этой таблицы. Поэтому иногда говорят «столбец таблицы» имея в виду «атрибут отношения». Когда мы перейдем к рассмотрению практических вопросов организации реляционных БД и средств управления, мы будем использовать эту житейскую терминологию. Этой терминологии придерживаются в большинстве коммерческих реляционных СУБД.

Термины, которыми оперирует реляционная модель данных, имеют соответствующие «табличные» синонимы, представленные в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Соответствие терминов

Реляционный термин	Соответствующий «табличный» термин
База данных	Набор таблиц
Схема базы данных	Набор заголовков таблиц
Отношение	Таблица
Заголовок отношения	Заголовок таблицы
Тело отношения	Тело таблицы
Атрибут отношения	Столбец (колонка) таблицы
Кортеж отношения	Строка таблицы
Степень (-арность) отношения	Количество столбцов таблицы
Мощность отношения	Количество строк таблицы
Домены и типы данных	Типы данных в ячейках таблицы

Реляционная база данных - это набор отношений, имена которых совпадают с именами схем отношений в схеме БД.

Ключ – набор атрибутов, значение которых однозначно идентифицирует кортежи. Отношение может иметь несколько ключей, но всегда один из ключей объявляется первичным и его значения не могут обновляться. Все остальные ключи называются возможными ключами. Атрибуты, представляющие собой копии ключей других отношений называются внешними ключами.