Глава 2.Логические структуры реляционной модели

При изучении реляционных баз данных следует иметь в виду, что существует разница между теорией баз данных и их проектированием. Теория включает в себя принципы и правила, которые определяют основу реляционной модели базы данных. Именно это изучается в залах академий, а затем быстро забывается в «реальном мире». Но теория, все-таки, важна: она гарантирует, что реляционные базы данных имеют надежную структуру и что все действия, предпринимаемые над данными, дают предсказуемые результаты.

С другой стороны, проектирование баз данных включает в себя структурированный, организованный набор процессов, которые используются для этого проектирования.

Поэтому в данной главе сначала вкратце рассмотрим теоретические вопросы баз данных и объекты баз данных, вытекающие из теоретических построений. Затем рассмотрим основные понятия реляционных баз данных, методические вопросы проектирования баз данных, обеспечивающие целостность и непротиворечивость данных, отсутствие аномалий при внесении изменений в базы данных, а также приведем описание реализации базы метаданных в виде системного каталога в ряде современных СУБД.

2.1.Основы реляционной алгебры

Еще в 70-х гг. под влиянием предложенной в то время концепции абстрактных типов понятие типа данных стало трансформироваться таким образом, что в него стали вкладывать не только структурные свойства, но и элементы поведения (изменения данных). Другими словами, инструмент моделирования баз данных должен включать не только средства структурирования данных, но и средства манипулирования данными. Поэтому модель данных в инструментальном смысле стала пониматься как алгебраическая система – множество всевозможных типов данных, а также определенных на них отношений и операций. Позднее в это понятие стали включать еще и ограничения целостности, налагаемые на данные.

Единственным средством структуризации данных в реляционной модели является отношение. В математике отношение определяется как подмножество декартова или прямого произведения. Формальное определение отношения будет приведено ниже, а пока опишем отношение как таблицу, составленную из m полей и n строк.

Почему мы можем определить отношение как таблицу? Потому что с помощью таблицы можно описать объект, задаваемый свойствами, некоторые комбинации значений которых задают экземпляров объекта. Другими словами, объект определяется не как декартово произведение значений свойств, а как некоторая его часть, задаваемая путем наложения некоторых ограничений. Эти ограничения и определяют отношение.

Например, таблица СТУДЕНТЫ_ГРУППЫ, составленная из полей Фамилия, Имя, Отчество, Группа, может содержать только те записи, которые содержат комбинации значений этих полей, соответствующие студентам, обучающимся в некоторой группе, а не произвольные комбинации их значений.

Теоретической основой табличного представления данных является алгебра отношений или реляционная алгебра, в которой в качестве элементов рассматриваются таблицы, а в качестве операций – операции объединения, вычитания, пересечения, декартова произведения, проекции и селекции.