Построение реляционных баз данных

Основы построения реляционных баз данных

Описание реляционных данных

В процессе построения реляционной базы данных должны быть решены несколько задач. Во-первых, необходимо описать структуру базы данных для СУБД. Для этого разработчик использует язык описания данных или какой-либо эквивалентный способ описания структуры (например, графическое отображение). Затем база данных записывается на тот или иной физический носитель и заполняется данными. Рассмотрим каждую из этих задач, но сначала познакомимся с реляционной терминологией.

Обзор терминологии

Реляционная база данных — база данных, основанная на реляционной модели. Слово «реляционный» происходит от английского «relation» (отношение).

Отношение — это таблица, обладающая определенными свойствами.

1. Записи в отношении могут иметь только одиночные значения; множественные значения не допускаются. Следовательно, на пересечении строки и столбца находится только одно значение.

2. Все записи в одном столбце имеют один и тот же тип. Например, один столбец может содержать имена покупателей, а другой — их даты рождения. Каждый столбец имеет уникальное имя, и порядок следования столбцов несуществен. Столбцы отношения носят название атрибутов. Каждый атрибут имеет свой домен, который представляет собой физическое и логическое описание множества допустимых значений.

3. В отношении не может быть двух одинаковых строк, и порядок следования строк несуществен (рис. 1). Строки отношения называются также кортежами.

Рис.1. Отдельный экземпляр реляционной структуры PATIENT.

Рисунок 1 являет собой пример, или отдельный экземпляр, реляционной структуры, содержащей сведения о пациенте клиники. Обобщенный формат, PATIENT (Name, Birth Date, Gender, AccountNumber, Physician) — это структура отношения; именно ее большинство людей имеют в виду под термином отношение. Если мы добавим в структуру отношения ограничение на возможные значения данных, мы получим реляционную схему (relational schema). Все эти термины приведены в табл. 1.

Табл.1. Обзор реляционной терминологии.

Термин «ключ»

Термин ключ зачастую является источником недоразумений, так как он имеет различные значения на стадиях проектирования и реализации. В процессе проектирования под ключом понимается один или несколько столбцов, однозначно определяющих строку отношения. Известно, что каждое отношение имеет хотя бы один ключ, поскольку каждая строка является уникальной; в предельном случае ключ представляет собой комбинацию всех столбцов отношения. Обычно ключ состоит из одного-двух столбцов.

На стадии реализации термин ключ используется в другом значении. В большинстве реляционных СУБД ключом называется столбец, на базе которого СУБД формирует индекс и другие структуры данных. Это делается для того, чтобы обеспечить быстрый доступ к значениям из данного столбца. Эти ключи не обязаны быть уникальными, и зачастую они действительно таковыми не являются. Они создаются только для повышения быстродействия.

Рассмотрим, например, отношение ЗАКАЗ (НомерЗаказа, ДатаЗаказа, НомерКли-ента, Количество). С точки зрения проектирования, ключом этого отношения является НомерЗаказа, так как выделение жирным шрифтом означает, что данный атрибут однозначно определяет строку отношения. С точки зрения реализации, ключом может быть любой из четырех столбцов данного отношения. Это может быть, например, атрибут ДатаЗаказа. В таком случае СУБД создаст структуру данных, обеспечивающую быстрый доступ к данным из отношения ЗАКАЗ по значению даты заказа. Скорее всего, конкретному значению атрибута ДатаЗаказа будет соответствовать много строк. В данном смысле определение атрибута в качестве ключа не говорит ничего о его уникальности.

Иногда, чтобы различать два значения слова ключ, употребляются термины логический ключ (logical key) и физический ключ (physical key). Логический ключ — это уникальный идентификатор, а физический ключ — это столбец, для которого с целью увеличения быстродействия создан индекс или другая структура данных.

Индексы

Поскольку физический ключ обычно является индексом, некоторые оставляют за термином ключ значение логического ключа, а за термином индекс — значение физического ключа. В данном реферате термин ключ мы будем использовать в значении «логический ключ», а термин индекс — в значении «физический ключ».

В пользу создания индексов есть три соображения. Одно из них состоит в том, чтобы обеспечить ускоренный доступ к строкам по значению индексируемого атрибута. Другое заключается в упрощении сортировки строк по этому атрибуту. Например, в отношении ЗАКАЗ в качестве ключа может быть определен атрибут ДатаЗаказа, в результате чего отчеты, в которых заказы отсортированы по дате, будут генерироваться быстрее.

Третья цель построения индексов — обеспечение уникальности. Индексы не обязаны быть уникальными, но когда разработчик хочет, чтобы какой-то столбец был уникальным, СУБД создает для этого столбца индекс. В большинстве реляционных СУБД столбец или группу столбцов можно сделать уникальными, если при определении столбца в таблице указать ключевое слово UNIQUE.