Блок 1.

1. Введение в реляционную модель данных. Основные понятия реляционной модели данных. Домен. Заголовок отношения, кортеж, тело отношения, значение отношения, переменная отношения. Первичный ключ и интуитивная интерпретация реляционных понятий.

Достоинства реляционного подхода: реляционный подход основывается на небольшом числе интуитивно понятных абстракций, на основе которых возможно простое моделирование наиболее распространенных предметных областей; реляционный подход обеспечивает возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти. Рел. модель основывается на математических принципах, вытекающих из теории множеств и логики предикатов.

домен определяется путем задания некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу этого типа данных (ограничения домена).

заголовком (или схемой) отношения r (Hr) называется конечное множество упорядоченных пар вида <A, T>, где A называется именем атрибута, а T обозначает имя некоторого базового типа или ранее определенного домена. По определению требуется, чтобы все имена атрибутов в заголовке отношения были различны. В примере на Error: Reference source not found заголовком отношения СЛУЖАЩИЕ является множество пар {<слу_номер, номера_пропусков>, <слу_имя, имена>, <слу_зарп, размеры_выплат>, <слу_отд_номер, номера_отделов>}

Кортежем tr, соответствующим заголовку Hr, называется множество упорядоченных триплетов вида <A, T, v>, по одному такому триплету для каждого атрибута в Hr. Третий элемент – v – триплета <A, T, v> должен являться допустимым значением типа данных или домена T. Заголовку отношения СЛУЖАЩИЕ соответствуют, например, следующие кортежи: {<слу_номер, номера_пропусков, 2934>,.

Понятие типа данных в реляционной модели данных полностью соответствует понятию типа данных в языках программирования. Традиционное определение типа данных состоит из трех основных компонентов: определение множества значений данного типа; определение набора операций, применимых к значениям типа; определение способа внешнего представления значений типа.

Переменной VARr называется именованный контейнер, который может содержать любое допустимое значение Vr. При определении любой VARr требуется указывать соответствующий заголовок отношения Hr.

Реляционная база данных – это набор пар <VARr, Hr>

Первичным ключом переменной отношения является такое подмножество S множества атрибутов ее заголовка, что в любое время значение первичного ключа в любом кортеже тела отношения отличается от значения первичного ключа в любом другом кортеже тела этого отношения, а никакое собственное подмножество S этим свойством не обладает. (уникальный идентификатор картежа, позволяющий отличить картеж от другого).

Представлением отношения является таблица, заголовком которой является схема отношения, а строками – кортежи отношения-экземпляра; имена атрибутов соответствуют именам столбцов данной таблицы.

2. Фундаментальные свойства отношений. Отсутствие кортежей-дубликатов, первичный и возможные ключи отношений. Отсутствие упорядоченности кортежей. Отсутствие упорядоченности атрибутов. Атомарность значений атрибутов, первая нормальная форма отношения.

Тело любого отношения никогда не содержит кортежей-дубликатов. Отсюда вытекает определение первичного ключа – минимального множества атрибутов, являющегося подмножеством заголовка данного отношения, составное значение которых уникально определяет кортеж отношения. Могут существовать значения отношения с несколькими несовпадающими минимальными наборами атрибутов, обладающими свойствами уникальности. В этом случае нужно один из альтернативных множеств атрибутов назвать первичным ключом, а остальные минимальные наборы атрибутов, обладающие свойством уникальности, называются возможными ключами.

Формально свойство отсутствие упорядоченности кортежей в значении отношения также является следствием определения тела отношения как множества кортежей. Отсутствие требования к поддержанию порядка на множестве кортежей отношения придает СУБД дополнительную гибкость при хранении баз данных во внешней памяти и при выполнении запросов к базе данных.

Атрибуты отношений не упорядочены, поскольку по определению заголовок отношения есть множество пар <имя атрибута, имя домена>, это свойство облегчает выполнение операции модификации схем существующих отношений путем добавления новых атрибутов и путем удаления существующих.

Значения всех атрибутов являются атомарными (скалярными). Это следует из определения домена как потенциального множества значений скалярного типа данных. Главное в атомарности значений атрибутов состоит в том, что реляционная СУБД не должна обеспечивать пользователям явной видимости внутренней структуры значения. Со всеми значениями можно обращаться только с помощью операций, определенных в соответствующем типе данных. В реляционных базах данных допускаются только отношения, представленные в первой нормальной форме (значения всех атрибутов отношения атомарны).

Первая нормальная форма: отношение R находится в пнф, если:

1. в отношении нет одинаковых картежей.

2. картежи не упорядочены.

3. атрибуты не упорядочены.

3. Реляционная модель данных. Общая характеристика. Целостность реляционных данных.

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. В манипуляционной части модели определяются два фундаментальных механизма манипулирования реляционными БД – реляционная алгебра и реляционное исчисление.

В любой БД должны выполняться два ограничения:

• Целостность сущностей.

• Целостность внешних ключей

Для того чтобы обойти проблему неполных или неизвестных данных, в базах данных могут использоваться типы данных, пополненные null-значением - некий маркер, показывающий, что значение неизвестно.

При появлении неизвестных или неполных данных, разработчик имеет на выбор два варианта:

1. Использование обычных типов данных, не использовать null-значения, вместо неизвестных данных вводить либо нулевые значения, либо значения специального вида. (на пользователе ответственность на правильную трактовку таких данных, не все данные становятся равноправны, требуется доп. программный код)

2. Использовании null-значений вместо неизвестных данных (необходимость использования трехзначной логики при оперировании с данными, которые могут содержать null-значения. При неаккуратном формулировании запросов, даже самые естественные запросы могут давать неправильные ответы.)

трехзначная логика, кроме значений ИСТИНА и ЛОЖЬ, введено значение U – НЕИЗВЕСТНО

Правило целостности сущностей.

Атрибуты, входящие в состав некоторого потенциального ключа не могут принимать null-значений.

Правило целостности внешних ключей.

Внешние ключи не должны быть несогласованными, т.е. для каждого значения внешнего ключа должно существовать соответствующее значение первичного ключа в родительском отношении

Ссылочная целостность может быть нарушена при выполнении одной из четырех операций:

1. Обновление кортежа в родительском отношении.

2. Удаление кортежа в родительском отношении.

3. Вставка кортежа в дочернее отношение.

4. Обновление кортежа в дочернем отношении.

4. Технологии проектирования реляционных бд. Этапы разработки базы данных. Критерии оценки качества логической модели данных.

Уровни моделирования:

• Сама предметная область- часть реального мира, данные о которой отражаются в базе данных.

• Модель предметной области - наши знания о предметной области

• Логическая модель данных описывает понятия предметной области, их взаимосвязь, ограничения на данные, налагаемые предметной областью. Начальный прототип БД, без привязи к конкрет. СУБД

• Физическая модель данных описывает данные средствами конкретной СУБД

• Собственно база данных и приложения - база данных реализованная на конкретной программно-аппаратной основе, как результат предыдущих этапов.

Критерии оценки

• Адекватность базы данных предметной области

1. Состояние базы данных в каждый момент времени должно соответствовать состоянию предметной области.

2. Изменение состояния предметной области должно приводить к соответствующему изменению состояния базы данных

3. Ограничения предметной области, отраженные в модели предметной области, должны некоторым образом отражаться и учитываться базе данных.

• Легкость разработки и сопровождения базы данных - чем больше программного кода в виде триггеров и хранимых процедур содержит база данных, тем сложнее ее разработка и дальнейшее сопровождение

• Скорость выполнения операций обновления данных - Чем больше атрибутов имеют отношения, разработанные в ходе логического моделирования, тем медленнее будут выполняться операции обновления данных, за счет затраты времени на перестройку большего количества индексов

• Скорость выполнения операций выборки данных - увеличение количества отношений приводит к замедлению выполнения операций выборки данных, особенно, если запросы заранее неизвестны.