что такое реляционная модель данных
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
Реляционная модель данных
Впервые принципы реляционной модели были сформулированы в 1969—1970 годах Э. Ф. Коддом (E. F. Codd). Идеи Кодда были впервые публично изложены в статье «A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks». Современную трактовку идей реляционной модели данных можно найти в книге К. Дж. Дейта. «C. J. Date. An Introduction to Database Systems»
Содержание
Состав частей реляционной модели данных
Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных, принадлежит Дейту, который воспроизводит ее (с различными уточнениями) практически во всех своих книгах. Согласно Дейту реляционная модель состоит из трех частей, описывающих разные аспекты реляционного подхода: структурной части, манипуляционной части и целостной части.
Структурная часть
Структурная часть (аспект), отвечает за принцип построения структуры реляционной базы данных на нормализированном наборе n-арных отношений, в форме таблиц. Важно что реляционная база данных, структурно может представляться только в виде отношений.
Манипуляционная часть
Целостная часть
В целостной части реляционной модели данных фиксируются два базовых требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной СУБД. Первое требование называется требованием целостности сущностей. Объекту или сущности реального мира в реляционных БД соответствуют кортежи отношений. Конкретно требование состоит в том, что любой кортеж любого отношения отличим от любого другого кортежа этого отношения, т.е. другими словами, любое отношение должно обладать первичным ключом. Как мы видели в предыдущем разделе, это требование автоматически удовлетворяется, если в системе не нарушаются базовые свойства отношений.
Второе требование называется требованием целостности по ссылкам и является несколько более сложным. Очевидно, что при соблюдении нормализованности отношений сложные сущности реального мира представляются в реляционной БД в виде нескольких кортежей нескольких отношений. Требование целостности по ссылкам, или требование внешнего ключа состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в ссылающемся отношении, в отношении, на которое ведет ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть неопределенным (т.е. ни на что не указывать).
Структура реляционной модели данных
При табличной организации данных отсутствует иерархия элементов. Строки и столбцы могут быть просмотрены в любом порядке, поэтому высока гибкость выбора любого подмножества элементов в строках и столбцах. Любая таблица в реляционной базе состоит из строк, которые называют записями, и столбцов, которые называют полями. На пересечении строк и столбцов находятся конкретные значения данных. Для каждого поля определяется множество его значений.
В реляционной модели данных применяются разделы реляционной алгебры, откуда и была заимствованна соответствующая терминология.В реляционной алгебре поименованный столбец отношения называется атрибутом, а множество всех возможных значений конкретного атрибута – доменом. Строки таблицы со значениями разных атрибутов называют кортежами. Атрибут, значение которого однозначно идентифицирует кортежи, называется ключевым (или просто ключом). Так ключевое поле – это такое поле, значения которого в данной таблице не повторяется. В отличие от иерархической и сетевой моделей данных в реляционной отсутствует понятие группового отношения. Для отражения ассоциаций между кортежами разных отношений используется дублирование их ключей. Сложный ключ выбирается в тех случаях, когда ни одно поле таблицы однозначно не определяет запись.
Записи в таблице хранятся упорядоченными по ключу. Ключ может быть простым, состоящим из одного поля, и сложным, состоящим из нескольких полей. Сложный ключ выбирается в тех случаях, когда ни одно поле таблицы однозначно не определяет запись.
Кроме первичного ключа в таблице могут быть вторичные ключи, называемые еще внешними ключами, или индексами. Индекс – это поле или совокупность полей, чьи значения имеются в нескольких таблицах и которое является первичным ключом в одной из них. Значения индекса могут повторяться в некоторой таблице. Индекс обеспечивает логическую последовательность записей в таблице, а также прямой доступ к записи.
По первичному ключу всегда отыскивается только одна строка, а по вторичному – может отыскиваться группа строк с одинаковыми значениями первичного ключа. Ключи нужны для однозначной идентификации и упорядочения записей таблицы, а индексы для упорядочения и ускорения поиска.
Индексы можно создавать и удалять, оставляя неизменным содержание записей реляционной таблицы. Количество индексов, имена индексов, соответствие индексов полям таблицы определяется при создании схемы таблицы.
Индексы позволяют эффективно реализовать поиск и обработку данных, формирую дополнительные индексные файлы. При корректировке данных автоматически упорядочиваются индексы, изменяется местоположение каждого индекса согласно принятому условию (возрастанию или убыванию значений). Сами же записи реляционной таблицы не перемещаются при удалении или включении новых экземпляров записей, изменении значений их ключевых полей.
С помощью индексов и ключей устанавливаются связи между таблицами. Связь устанавливается путем присвоения значений внешнего ключа одной таблицы значениям первичного ключа другой. Группа связанных таблиц называется схемой данных. Информация о таблицах, их полях, ключах и т.п. называется метаданными.
Что такое реляционная модель данных
По Вашему запросу ничего не найдено.
Рекомендуем сделать следующее:
Что такое реляционная база данных?
Реляционные базы данных представляют собой базы данных, которые используются для хранения и предоставления доступа к взаимосвязанным элементам информации. Реляционные базы данных основаны на реляционной модели — интуитивно понятном, наглядном табличном способе представления данных. Каждая строка, содержащая в таблице такой базы данных, представляет собой запись с уникальным идентификатором, который называют ключом. Столбцы таблицы имеют атрибуты данных, а каждая запись обычно содержит значение для каждого атрибута, что дает возможность легко устанавливать взаимосвязь между элементами данных.
Пример реляционной базы данных
В качестве примера рассмотрим две таблицы, которые небольшое предприятие использует для обработки заказов продукции. Первая таблица содержит информацию о заказчиках: каждая запись в ней включает в себя имя и адрес заказчика, платежные данные и информацию о доставке, номер телефона и т. д. Каждый элемент информации (атрибут) помещен в отдельный столбец базы данных, которому назначен уникальный идентификатор (ключ) для каждой строки. Во второй таблице—(с информацией о заказе) каждая—запись содержит идентификатор заказчика, совершившего заказ, название заказанного продукта, его количество, размер или цвет и т. д. Записи в этой таблице не содержат таких данных, как имя заказчика или его контактные данные.
У обеих таблиц есть только один общий элемент — идентификатор столбца (ключ). Благодаря наличию этого общего столбца реляционные базы данных могут устанавливать взаимосвязи между двумя таблицами. Когда приложение для обработки заказов передает заказ в базу данных, база данных обращается к таблице со сведениями о заказах, извлекает сведения о продукции и использует идентификатор заказчика из этой таблицы, чтобы найти сведения об оплате и доставке в таблице с информацией о нем. Затем на складе подбирают нужный продукт, заказчик своевременно получает свой заказ и производит оплату.
Структура реляционных баз данных
Реляционная модель подразумевает логическую структуру данных: таблицы, представления и индексы. Логическая структура отличается от физической структуры хранения. Такое разделение дает возможность администраторам управлять физической системой хранения, не меняя данных, содержащихся в логической структуре. Например, изменение имени файла базы данных не повлияет на хранящиеся в нем таблицы.
Разделение между физическим и логическим уровнем распространяется в том числе на операции, которые представляют собой четко определенные действия с данными и структурами базы данных. Логические операции дают возможность приложениям определять требования к необходимому содержанию, в то время как физические операции определяют способ доступа к данным и выполнения задачи.
Чтобы обеспечить точность и доступность данных, в реляционных базах должны соблюдаться определенные правила целостности. Например, в правилах целостности можно запретить использование дубликатов строк в таблицах, чтобы устранить вероятность попадания неправильной информации в базу данных.
Реляционная модель
В первых базах данных данные каждого приложения хранились в отдельной уникальной структуре. Если разработчик хотел создать приложение для использования таких данных, он должен был хорошо знать конкретную структуру, чтобы найти необходимые данные. Такой метод организации был неэффективен, сложен в обслуживании и затруднял оптимизацию эффективности приложений. Реляционная модель была разработана, чтобы устранить потребность в использовании разнообразных структур данных.
Она обеспечила стандартный способ представления данных и отправки запросов, которые могли быть использованы в любых приложениях. Разработчики уяснили, что таблицы являются ключевым преимуществом реляционных баз данных, так как обеспечивают интуитивно понятный, эффективный и гибкий способ хранения структурированной информации и получения к ней доступа.
Со временем, когда разработчики стали использовать язык структурированных запросов (SQL) для записи данных в базу и отправки запросов, стало очевидным и другое преимущество реляционной модели. Вот уже на протяжении многих лет SQL широко используется в качестве языка запросов в базах данных. Он основан на алгоритмах реляционной алгебры и четкой математической структуре, что обеспечивает простоту и эффективность при оптимизации любых запросов к базе данных. Для сравнения: при использовании других подходов приходится создавать отдельные, уникальные запросы.
Преимущества реляционных баз данных
Компании всех типов и размеров используют простую, но функциональную реляционную модель для обслуживания разнообразных информационных потребностей. Реляционные базы данных применяются для отслеживания товарных запасов, обработки торговых транзакций через Интернет, управления большими объемами критически важных данных заказчиков и т. д. Реляционные базы данных можно рекомендовать для обслуживания любых информационных потребностей, где элементы данных связаны между собой и необходимо обеспечивать безопасное и надежное управление ими на основе правил целостности.
Реляционные базы данных появились в 1970-х годах. На сегодняшний день преимущества реляционного подхода сделали его самой распространенной моделью для баз данных в мире.
Целостность данных
Реляционная модель наиболее эффективно поддерживает целостность данных во всех приложениях и копиях (экземплярах) базы данных. Например, когда заказчик кладет деньги на счет с помощью банкомата, а затем проверяет баланс на мобильном телефоне, он ожидает, что поступившие средства сразу же отобразятся на счете. Реляционные базы данных отлично подходят для обеспечения целостности данных в различных экземплярах базы в одно и то же время.
Другие типы баз данных не могут одновременно поддерживать целостность больших объемов данных. Некоторые современные типы баз данных, такие как NoSQL, обеспечивают только так называемую “окончательную целостность.” Это значит, что, когда выполняется масштабирование данных или несколько пользователей одновременно используют одни и те же данные, необходимо некоторое время на “внесение изменений”. В некоторых случаях окончательная целостность вполне приемлема (например, для обновления позиций в товарном каталоге), однако для критически важной операционной деятельности бизнеса (например, транзакций с использованием корзины) реляционные базы представляют собой фундаментальный стандарт.
Фиксация изменений и атомарность
В реляционных базах данных используются очень детальные и строгие бизнес-правила и политики в отношении фиксации изменений в базе данных (то есть сохранения изменений в данных на постоянной основе). Рассмотрим для примера складскую базу данных, в которой отслеживаются три запчасти, всегда использующиеся в комплекте. Когда одну из них извлекают из товарных запасов, две другие также должны извлекаться. Если одна из трех запчастей недоступна, две другие также не могут быть проданы отдельно, то есть, чтобы в базу данных можно было внести изменения, должны быть доступны все три запчасти. Реляционная база данных не разрешит сохранять изменения, если они не касаются всех трех запчастей. Эту особенность реляционных баз данных называют атомарностью или неразрывностью. Неразрывность необходима для сохранения точности данных в базе и обеспечения соответствия с правилами, нормативными положениями и бизнес-политиками.
Реляционные базы данных и ACID
Транзакции в реляционной базе данных имеют четыре важные характеристики: неразрывность (atomicity), целостность (consistency), изолированность (isolation) и неизменность (durability). Это сочетание получило название ACID.
Хранимые процедуры и реляционные базы данных
Доступ к данным включает в себя множество повторяющихся действий. Например, иногда для получения нужного результата простой запрос для получения информации из таблицы необходимо повторить сотню или тысячу раз. Для таких сценариев доступа к базе данных необходимо что-то вроде программного кода. Разработчикам каждый раз писать стандартный код доступа к данным для нового приложения было бы утомительно. К счастью, реляционные базы данных поддерживают хранимые процедуры, представляющие собой блоки кода, к которым можно получить доступ с помощью обычного вызова со стороны кода приложения. Например, одну и ту же хранимую процедуру можно использовать для последовательной маркировки записей в целях удобства пользователей для различных приложений. Хранимые процедуры также помогают разработчикам убедиться в правильной реализации определенных функций данных в приложении.
Блокировки базы данных и параллельный доступ
Когда несколько пользователей или приложений пытаются одновременно изменить одни и те же данные, это может вести к возникновению конфликта в базе. Блокировки и параллельный доступ снижают вероятность конфликтов и способствуют сохранению целостности данных.
Блокировка не разрешает другим пользователям и приложениям получать доступ к данным во время их обновления. В некоторых базах данных блокировка может применяться к целой таблице, что негативно отражается на эффективности приложения. В других типах баз данных, например реляционных базах Oracle, блокировка выполняется на уровне одной записи, оставляя другие записи в таблице доступными. Такой подход помогает сохранить эффективность приложения.
Инструмент параллельного доступа используется, когда несколько пользователей или приложений пытаются одновременно выполнить запросы к одной базе данных. Он обеспечивает доступ пользователей и приложений к базе данных в соответствии с политиками контроля.
Характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе реляционной базы данных
Программное обеспечение, которое используется для сохранения, контроля и извлечения данных в базе, а также выполнения к ней запросов, называют системой управления реляционной базой данных (СУРБД). СУРБД обеспечивает интерфейс между пользователями и приложениями и базой данных, а также административные функции для управления хранением данных, их эффективностью и доступом к ним.
При выборе типа базы данных и продуктов на основе реляционных баз данных необходимо учитывать несколько факторов. Выбор СУРБД зависит от потребностей Вашей компании. Задайте себе следующие вопросы.
Реляционная база данных будущего: автономная база данных
На протяжении последних лет реляционные базы данных улучшали свою производительность, надежность и безопасность и становились проще в обслуживании. Однако их структура становилась все более сложной, и, как следствие, администрирование такой базы данных начало требовать немалых усилий. Вместо того, чтобы использовать свои навыки для разработки инновационных приложений, которые будут приносить прибыль компании, разработчики вынуждены посвящать львиную долю времени управлению базой данных для оптимизации ее эффективности.
Мы использовали автономные технологии, чтобы расширить возможности реляционной модели и создать реляционную базу данных нового типа. Самоуправляемая база данных (которую также называют автономной) сохраняет все преимущества и возможности реляционной модели и добавляет к ним средства на основе искусственного интеллекта, машинного обучения и автоматизации для мониторинга и оптимизации скорости выполнения запросов и управления. Например, чтобы улучшить скорость выполнения запросов, самоуправляемая база данных строит прогнозы и проверяет индексы, а затем применяет лучшие результаты на практике — и все это без участия администратора. Самоуправляемые базы данных постоянно вносят такие улучшения в собственную работу без человеческого вмешательства.
Автономные технологии дают возможность разработчикам больше не тратить время на рутинные задачи обслуживания. Например, больше не нужно заблаговременно определять требования к инфраструктуре. При использовании решения IaaS Вы арендуете ресурсы, например вычислительные мощности или хранилище, получаете доступ к нужным ресурсам по мере необходимости и платите только за те из них, которые использует Ваша компания. Разработчики могут создавать автономные реляционные базы данных всего за несколько шагов, ускоряя процесс разработки приложений.
BestProg
Базовые понятия реляционной модели данных
Содержание
Поиск на других ресурсах:
1. Какие есть базовые понятия реляционной модели данных?
Как известно, реляционная модель данных основывается на сохранении данных в виде взаимосвязанных таблиц. Связь между таблицами может быть реализована по некоторому полю и называется отношением (relation).
Реляционная модель данных использует следующие основные понятия:
2. Что такое тип данных в реляционной модели данных?
Тип данных есть характеристикой объекта в языке программирования. Таким объектом может выступать переменная, константа и т.п. Тип данных определяет допустимое множество значений, которые может принимать переменная величина или объект.
В системах управления базами данных тип данных имеет такое самое значение как и языках программирования.
Пример. Пусть задана таблица Worker, описывающая данные о работнике предприятия.
В вышеприведенной таблице целесообразно установить следующий тип данных для каждого поля:
3. Какие типы данных поддерживаются системами управления базами данных?
Современные СУБД поддерживают следующие основные типы данных:
4. Домены в реляционной модели данных
Домен – это множество отдельных допустимых значений данных, которые:
Пример. Пусть дана таблица Worker, описывающая данные о работнике.
В домене «Идентификационный код» допустимыми являются строки из цифр, которые имеют строго 10 разрядов. В домене «Пол» возможны только 2 значения. В домене «Разряд» могут быть целочисленные значения от 1 до 6.
5. Атрибуты в реляционной модели данных
Атрибуты – это столбцы таблицы (поля таблицы). Атрибуты имеют имена. По имени атрибута осуществляется обращение к таблице.
Пример. В таблице Worker (см. п. 4) названия атрибутов следующие:
6. Что такое схема отношения? Что такое схема базы данных?
Схема отношения – это список имен атрибутов отношения с указанием имен типов.
Пример. Для таблицы Worker схема отношения будет приблизительно следующей:
Множество именованных схем отношения, называется схемой базы данных.
7. Что такое степень отношения?
Количество атрибутов в таблице называется степенью отношения. Для примера (см. п. 4) таблицы Worker степень отношения равна 6 (таблица имеет 6 полей).
Унарное отношение – это отношение степени один. Бинарное отношение – это отношение степени два. Тернарное отношение – это отношение степени три. n-арное отношение – это отношение степени n.
8. Что такое кортеж в базах данных?
Кортеж рассматривается для конкретной (данной) схемы отношения. В такой схеме кортеж есть множество пар, которые представлены следующим образом:
где имя_атрибута – имя конкретного атрибута.
Например. Пусть задана таблица Worker с такими данными
Схема отношения для данной таблицы будет следующая:
Тогда кортеж, который отвечает первой строке таблицы Worker будет иметь вид:
Таким самым образом можно определить кортеж, который соответствует второй строке таблицы Worker а также и следующим строкам таблицы.
9. Что называется кардинальным числом или мощностью отношения?
Кардинальное число – это количество кортежей. В таблице Worker (см. п. 8) кардинальное число равно 7. Кардинальное число еще называют мощностью отношения.
10. Что собою представляет пустое значение (NULL) в базе данных?
Существуют случаи, когда в таблице базы данных некоторые значения еще неизвестны на данный момент времени. Такие значения называются пустыми значениями и могут быть заполнены со временем (позже). Для задавания пустых значений, в базе данных используется слово NULL. Системы управления базами данных допускают использования значения NULL для задавания данных, которые могут быть заполнены позже.
Следует заметить, что значение NULL не является нулем и не является пустой строкой.
Например. В таблице Worker (п. 8) возможна ситуация, когда работник еще не имеет разряда. В этом случае в соответствующей ячейке нужно ввести значение NULL. Как только работнику будет присвоен некоторый разряд, значение NULL будет заменено этим новым значением.
11. Что такое ключи отношения? Что такое первичный ключ?
Важным условием любой базы данных есть то, что в ней не должно быть двух одинаковых записей. Или другими словами, в таблице базы данных не должно быть двух кортежей, которые содержат одинаковые значения. Во избежание этой проблемы, используются первичные ключи.
Первичный ключ – это специальное дополнительное поле (атрибут) таблицы, которое создается для обеспечения уникальности идентификации записей таблицы. Основная цель создания первичного ключа – предотвратить дублирование (повторение) записей таблицы.
Например. Пусть дана таблица Worker (см. п.8). Чтобы не повторялись записи, в этой таблице может быть создано дополнительное поле (атрибут) с именем, например, ID_Worker. Тип этого поля может быть выбран как счетчик (counter), который автоматически увеличивается при добавлении новой записи в таблицу.
12. Что такое простой и составной (сложный) ключи?
Простой ключ – это ключ, который содержит только один атрибут (поле). Сложный или составной ключ– это ключ, который содержит несколько атрибутов, то есть состоит из нескольких полей, значения в которых не могут повторяться.
Пример. Пусть дана таблица Student, содержащая данные о студенте. Таблица содержит следующие поля:
| Название поля | Тип | Описание |
| ID_Student | Целое число, int | Уникальный идентификатор поля, счетчик, первичный ключ, простой ключ |
| Num_book | Целое число, int | Номер зачетной книжки |
| Name | Строка с 100 символов, char(100) | Фамилия и имя студента |
| Course | Целое число, int | Курс, на котором учится студент |
В этой таблице поле ID_Student есть первичным ключом, которое обеспечивает уникальность. Это поле есть счетчиком. При добавлении нового студента в таблицу, значение счетчика увеличивается на некоторое число, как правило на 1. Если удалить студента из таблицы, максимальное значение счетчика уже не уменьшается. Таким образом обеспечивается уникальное число, которое соответствует данному студенту.
В таблице Student составным ключом может быть комбинация полей (атрибутов) ID_Student и Num_book (номер зачетной книжки). Однако, в данной таблице такая комбинация не имеет смысла, поскольку поле ID_Student и без того обеспечивает уникальность.
13. Что такое искусственный (суррогатный) ключ?
Искусственный ключ создается самой СУБД или пользователем. Этот ключ не содержит никакой информации. Искусственный ключ используется для создания уникальных идентификаторов строк. Создание идентификатора строки осуществляется таким образом, что сущность строки описывается полностью. Такой метод позволяет однозначно идентифицировать конкретный элемент (значение).
Система управления базами данных поддерживает искусственный ключ так, что он невидим для пользователя.
14. Что такое естественной ключ?
Естественной ключ базируется на атрибутах (полях), которые имеют смысл. Значение в таких атрибутах (полях) не могут повторяться по своей сущности.
Использование естественных ключей позволяет получить более компактную форму таблиц для представления данных.
Пример 1. В таблице Worker (см. п.8) поле «Идентификационный код» есть уникальным, так как не может быть двух людей с одинаковым идентификационным кодом. Это поле и есть естественном ключом.
Пример 2. В таблице Student поле Num_book (№ зачетной книжки) есть уникальным по своей природе. Не может быть двух студентов с одинаковым номером зачетной книжки.
15. Какие преимущества и недостатки использования естественных ключей?
Преимуществом использования естественных ключей есть то, что они несут информацию, и потому не нужно добавлять в таблицу дополнительных полей. Естественные ключи позволяют избегнуть избыточной (неинформативной) информации, которая используется только для связи между таблицами базы данных.
Основные недостатки естественных ключей: