Реляционная модель данных. Понятие «реляционный» (англ

Понятие «реляционный» (англ. relation – отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Например, реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе (см. слайд).

Реляционная модель данных является совокупностью взаимосвязанных двумерных таблиц объектов модели.

Связи между двумя логически связанными таблицами в реляционной модели устанавливаются по равенству значений одинаковых атрибутов этих таблиц.

Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

– каждый элемент таблицы – один элемент данных;

– все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

– каждый столбец имеет уникальное имя;

– одинаковые строки в таблице отсутствуют;

– порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

При описании реляционной модели часто используют следующие термины: отношение, кортеж, домен.

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют записям (кортежам), а столбцы полям, атрибутам отношений (доменам).

Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем).

Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ.

В примере, показанном на слайде, ключевым полем таблицы является «№ личного дела».

Между двумя реляционными таблицами могут быть сформированы связи. Различные таблицы, могут быть связаны между собой через общее поле данных.

На слайде показан пример реляционной модели, построенной на основе отношений: СТУДЕНТ, СЕССИЯ, СТИПЕНДИЯ.

Таблица СТУДЕНТ имеет поля: Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения, Группа;

СЕССИЯ – Номер, Оценка 1, Оценка 2, Оценка 3, Оценка 4, Результат;

СТИПЕНДИЯ – Результат, Процент.

Таблицы СТУДЕНТ И СЕССИЯ имеют совпадающие ключи («Номер»), что дает возможность легко организовать связь между ними. Таблица СЕССИЯ имеет первичный ключ «Номер» и содержит внешний ключ «Результат», который обеспечивает ее связь с таблицей СТИПЕНДИЯ.

Благодаря имеющимся связям достигаются следующие преимущества:

– удается избежать дублирования информации. Все необходимые данные можно хранить только в одной таблице. Так, например, нет необходимости в таблице СЕССИЯ хранить номер группы каждого студента, сдающего экзамены, достаточно задать связь с таблицей СТУДЕНТ;

– в реляционных базах данных легко производить изменения. Если в таблице СЕССИЯ изменить какие-нибудь значения, то правильная информация автоматически будет связана с другими таблицами, ссылающимися на первую (например, таблица СТИПЕНДИЯ);

– в нереляционных базах данных сложно передать все имеющиеся зависимости, т.е. связать друг с другом данные из различных таблиц. Реляционная база данных выполняет все эти действия автоматически;

– в реляционных базах данных удается легко избежать установления ошибочных связей между различными таблицами данных, а необходимый объем памяти сокращен до минимума.

Системы управления базами данных

Система управления базами данных представляет собой пакет программ, посредством которого реализуется централизованное управление базой данных и обеспечивается доступ к данным. СУБД выступает в качестве интерфейса между пользователями и БД.

СУБД обеспечивает программные средства для создания, загрузки, запроса и обновления данных, контролирует действия, связанные с вводом-выводом данных, решает вопросы совместного их использования и защиты.

СУБД служат для поддержания базы данных в актуальном состоянии и обеспечивает эффективный доступ пользователей к содержащимся в ней
данным в рамках предоставленных пользователям полномочий.

По степени универсальности различают два класса СУБД:

– системы общего назначения;

– специализированные системы.

СУБД общего назначения не ориентированы на какую-либо предметную область или на информационные потребности какой-либо группы пользова­телей. Каждая система такого рода реализуется как программный продукт, способный функционировать на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе, и поставляется многим пользователям как коммерческое изделие. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных.

Использование СУБД общего назначения в качестве инструментального средства для создания автоматизированных информацион­ных систем, основанных на технологии баз данных, позволяет существенно сокращать сроки разработки, экономить трудовые ресурсы. Этим СУБД присущи развитые функциональные возможности и даже определенная функциональная избыточность.

СУБД общего назначения – это сложные программные комплексы, предназначенные для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием и эксплуатацией базы данных информационной системы:

– они позволяют определять структуру создаваемой базы, инициали­зировать ее и производить начальную загрузку данных;

– они управляют полномочиями пользователей на доступ к БД, организуют параллельный доступ к ней нескольких пользователей;

– они обеспечивают защиту логической и физической целостности данных – защиту от разрушений.

Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

СУБД поддерживают один из возможных типов моделей данных – сетевую, иерархическую или реляционную, которые являются одним из важнейших признаков классификации СУБД.

СУБД обеспечивают многоцелевой характер использования базы данных, защиту и восстановление данных. Наличие развитых диалоговых средств и языка запросов высокого уровня делает СУБД удобным средством для конечного пользователя.

Основными средствами СУБД являются:

– средства задания (описания) структуры базы данных

– средства конструирования экранных форм, предназначенных для ввода данных, просмотра и их обработки в диалоговом режиме;

– средства создания запросов для выборки данных при заданных условиях, а также выполнения операций по их обработке;

– средства создания отчетов из базы данных для вывода на печать результатов обработки в удобном для пользователя виде;

– языковые средства – макросы, встроенный алгоритмический язык (Dbase, Visual Basic или другой), язык запросов (QBE – Query By Example, SQL) и т.п., которые используются для реализации нестандартных алгоритмов обработки данных, а также процедур обработки событий в задачах пользователя;

– средства создания приложений пользователя (генераторы приложений, средства создания меню и панелей управления приложениями), позволяющие объединить различные операции работы с базой данных в единый технологический процесс.

СУБД в многопользовательских системах

База данных, как правило, содержит данные, необходимые многим пользователям. Получение одновременного доступа нескольких пользователей к общей базе данных возможно при установке СУБД в локальной сети персональных компьютеров и создании многопользовательской базы данных.

В сети СУБД следит за разграничением доступа разных пользователей к общей базе данных и обеспечивает защиту данных при одновременной работе пользователей с общими данными. Т.о автоматически обеспечивается защита данных от одновременной их корректировки несколькими пользователями-клиентами.

В сети с файловым сервером база данных может размещаться на сервере. При этом СУБД загружается и осуществляет обработку данных базы на рабочих станциях пользователей. Концепция файлового сервера в локальной сети обеспечивается рядом сетевых операционных систем. Наиболее популярными являются Microsoft Windows NT и NetWare Novell.

В сети, поддерживающей концепцию «клиент-сервер», используется сервер баз данных, который располагается на мощной машине, выполняет обработку данных, размещенных на сервере, и отвечает за их целостность и сохранность. Для управления базой данных на сервере используется язык структурированных запросов SQL (Structured Queries Language).

На рабочих станциях-клиентах работает СУБД-клиент. Пользователи могут взаимодейство­вать не только со своими локальными базами, но и с данными, расположенными на сервере.

СУБД-клиент, в которой поддерживается SQL, в полном объеме может посылать на сервер запросы SQL, получать необходимые данные, а также посылать обновленные данные.

При этом с общей базой данных могут работать СУБД разного типа, установленные на рабочих станциях, если в них поддерживается SQL.

Подключение из СУБД к серверам баз данных SQL может быть осуществлено с помощью драйверов ODBC: ODBC (Open Database Connectivity –открытый стандарт доступа к базам данных) поддерживает стандартный протокол для серверов баз данных SQL.