2. Основні поняття про реляційних базах даних.

Поняття реляційний (англ. relation - відношення) пов'язане з розробками відомого американського фахівця в області систем баз даних, співробітника фірми IBM д-ра Е. Кодда (Codd EF, A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks. CACM 13: 6, June 1970), яким вперше був застосований термін «реляційна модель даних». Протягом довгого часу реляційний підхід розглядався як зручний формальний апарат аналізу баз даних, що не має практичних перспектив, оскільки його реалізація вимагала дуже великих машинних ресурсів.Тільки з появою персональних ЕОМ реляційні та близькі до них системи стали поширюватися, практично не залишивши місця іншим моделям. Ці моделі характеризуються простотою структури даних, зручним для користувача табличним поданням і можливістю використання формального апарата алгебри відносин і реляційного обчислення для обробки даних. Реляційна модель орієнтована на організацію даних у вигляді двовимірних таблиць. Кожна реляційна таблиця являє собою двовимірний масив і має наступні властивості: - Кожен елемент таблиці - один елемент даних; повторювані групи відсутні; - Всі стовпці в таблиці однорідні, тобто всі елементи в стовпці мають однаковий тип (числовий, символьний і т.д.) і довжину; - Кожен стовпець має унікальне ім'я; - Однакові рядки в таблиці відсутні; - Порядок проходження рядків і стовпців може бути довільним. Таблиця такого роду називається відношенням. База даних, побудована за допомогою відносин, називається реляційною базою даних. Відносини представлені у вигляді таблиць, рядки яких відповідають кортежам або записам, а стовпці - атрибутам відносин, доменам, полям. Поле, кожне значення якого однозначно визначає відповідний запис, називається простим ключем (ключовим полем). Якщо записи однозначно визначаються значеннями декількох полів, то така таблиця бази даних має складовою ключ. Щоб зв'язати дві реляційні таблиці, необхідно ключ першої таблиці увести до складу ключа другої таблиці (можливо збіг ключів); в іншому випадку потрібно ввести в структуру першої таблиці зовнішній ключ - ключ другої таблиці. Запропонувавши реляційну модель даних, Е. Ф. Коддом створив і інструмент для зручної роботи з відносинами - реляційну алгебру.Кожна операція цієї алгебри використовує одну або декілька таблиць (відносин) як її операндів і продукує в результаті нової таблиці, тобто дозволяє "розрізати" або "склеювати" таблиці. Те, чим принципово відрізняються реляційні моделі від мережевих та ієрархічних, на це можна сказати так: ієрархічні і мережні моделі даних - мають зв'язок по структурі, а реляційні - мають зв'язок по значенню. Проектування баз даних традиційно вважалося дуже важким завданням.Реляційна технологія значно спрощує цю задачу. Поділом логічного та фізичного рівнів системи вона спрощує процес відображення "рівня реального світу", в структуру, яку система може прямо підтримувати. Оскільки реляційна структура сама по собі концептуально проста, вона дозволяє реалізовувати невеликі та / або прості (і тому легкі для створення) бази даних, такі як персональні, сама можливість реалізації яких ніколи навіть би не розглядалася в старих складніших системах. Теорія і дисципліна нормалізації може допомогти, показуючи, що трапляється, якщо відносини не структуровані природним чином. Реляційна модель даних особливо зручна для використання в базах даних розподіленої архітектури - вона дозволяє отримувати доступ до будь-яких інформаційних елементів, що зберігаються у вузлах мережі ЕОМ.Необхідно звернути особливу увагу на високорівнева аспект реляційного підходу, який полягає у множинної обробці записів.Завдяки цьому значно зростає потенціал реляційного підходу, який не може бути досягнутий при обробці по одному запису і, перш за все, це стосується оптимізації. Дана модель дозволяє визначати: • операції із запам'ятовування та пошуку даних; • обмеження, пов'язані із забезпеченням цілісності даних. Для збільшення ефективності роботи в багатьох СУБД реляційного типу прийняті обмеження, відповідні суворої реляційної моделі. Багато реляційні СУБД представляють файли БД для користувача в табличному форматі - з записами як рядків і їхні оселі в якості стовпців. У табличному вигляді інформація сприймається значно легше.Однак у БД на фізичному рівні дані зберігаються, як правило, у файлах, що містять послідовності записів. Основною перевагою реляційних СУБД є можливість скріплення на основі певних співвідношень файлів БД. Зі структурної точки зору реляційні моделі є більш простими і однорідними, ніж ієрархічні і мережні. У реляційній моделі кожному об'єкту предметної області відповідає одне або більше відносин. При необхідності визначити зв'язок між об'єктами явно, вона виражається у вигляді відношення, в якому в якості атрибутів присутні ідентифікатори взаємопов'язаних об'єктів. У реляційній моделі об'єкти предметної області і зв'язки між ними представляються однаковими інформаційними конструкціями, істотно спрощуючи саму модель. СУБД вважається реляційної при виконанні наступних двох умов, запропонованих ще Е. Коддом: • підтримує реляційну структуру даних; • реалізує принаймні операції селекції, проекції і з'єднання відносин. В подальшому був створений цілий ряд реляційних СУБД, в тій чи іншій мірі відповідають цьому визначенню. Багато СУБД представляють собою істотні розширення реляційної моделі, інші є змішаними, підтримуючи кілька даталогіческіе моделей. На сьогоднішній день реляційні бази даних залишаються найпоширенішими, завдяки своїй простоті і наочності як у процесі створення так і на рівні користувача. Основною перевагою реляційних баз даних є сумісність з найпопулярнішою мовою запитів SQL. За допомогою єдиного запиту на цій мові можна з'єднати кілька таблиць в тимчасову таблицю і вирізувати з неї необхідні рядки і стовпці (селекція і проекція). Так як таблична структура реляційної бази даних інтуїтивно зрозуміла користувачам, то і мова SQL є простим і легким для вивчення. Реляційна модель має солідний теоретичний фундамент, на якому були засновані еволюція і реалізація реляційних баз даних. На хвилі популярності, викликаної успіхом реляційної моделі, SQL став основною мовою для реляційних баз даних. Але виявлені і недоліки розглянутої моделі баз даних: - Так як всі поля однієї таблиці повинні містити постійне число полів заздалегідь визначених типів, доводиться створювати додаткові таблиці, що враховують індивідуальні особливості елементів, за допомогою зовнішніх ключів. Такий підхід сильно ускладнює створення скільки-небудь складних взаємозв'язків в базі даних; - Висока трудомісткість маніпулювання інформацією та зміни зв'язків.