Реляционные базы данных. 
Базовые понятия реляционного подхода к организации баз данных. 
Фундаментальные свойства отношений. 
Реляционная модель данных: аспекты реляционного подхода

целостность сущностей и ссылок

Реляционные базы данных и системы управления реляционными базами данных являются наиболее распространенными в настоящее время.

Достоинства реляционного подхода: наличие небольшого набора абстракций; наличие простого и в то же время мощного математического аппарата; возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти.

Недостатки: ограниченность при использовании в нетрадиционных областях, в которых требуются предельно сложные структуры данных; невозможность адекватного отражения семантики предметной области.

Общие понятия реляционного подхода к организации БД. Основные концепции и термины Базовые понятия реляционных баз данных. Реляционная база данных — это тело связанной информации, сохраняемой в двумерных таблицах.

Тип данных. Обычно в реляционных БД допускается хранение символьных, числовых данных, битовых строк, специализированных числовых данных, а также специальных «темпоральных» данных (дата, время, временной интервал).

Домен. В самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу типа данных. Если вычисление этого логического выражения дает результат «истина», то элемент данных является элементом домена.

Атрибут представляет собой элемент данных. Для элемента данных используются также термины «колонка», «столбец», «поле». Столбцы обязательно именуются уникальными именами. Схема отношения — это именованное множество пар {имя атрибута, имя домена. Степень или «арность» схемы отношения определяет мощность этого множества.

Схема БД (в структурном смысле) — это набор именованных схем отношений.

Кортеж — это набор именованных значений заданного типа.

Отношение (таблица) — это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Иногда, чтобы не путаться, говорят «отношение-схема» и «отношение-экземпляр», иногда схему отношения называют заголовком отношения, а отношение как набор кортежей — телом отношения. Реляционную базу данных можно представить как набор отношений, имена которых совпадают с именами схем отношений в схеме БД.

Фундаментальные свойства отношений следуют из приведенных ранее определений.

Отсутствие кортежей-дубликатов. Из этого свойства вытекает наличие у каждого отношения так называемого первичного ключа — набора атрибутов, значения которых однозначно определяют кортеж отношения.

Однако при формальном определении первичного ключа требуется обеспечение его минимальности.

Отсутствие упорядоченности кортежей. Это свойство является следствием определения отношения-экземпляра как множества кортежей.

Отсутствие упорядоченности атрибутов. Атрибуты отношений не упорядочены, поскольку по определению схема отношения есть множество пар {имя атрибута, имя домена.

Атомарность значений атрибутов. Значения всех атрибутов являются атомарными. Это следует из определения домена как потенциального множества значений простого типа данных, т. е. среди значений домена не могут содержаться множества значений (отношения).

Реляционная модель данных (Дейт) состоит из трех частей, описывающих разные аспекты реляционного подхода: структурной части, манипуляционной части и целостной части. В структурной части модели фиксируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционных БД, является нормализованное n-арное отношение.

В манипуляционной части модели утверждаются два фундаментальных механизма манипулирования реляционными БД — реляционная алгебра и реляционное исчисление. Первый механизм базируется в основном на классической теории множеств (с некоторыми уточнениями), а второй — на классическом логическом аппарате исчисления предикатов первого порядка. В целостной части реляционной модели данных фиксируются два базовых требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной СУБД.

Первое требование называется требованием целостности сущностей. Объекту или сущности реального мира в реляционных БД соответствуют кортежи отношений. Любое отношение должно обладать первичным ключом. Второе требование называется требованием целостности по ссылкам и является несколько более сложным. Атрибут называется внешним ключом, поскольку его значения однозначно характеризуют сущности, представленные кортежами некоторого другого отношения.

Для соблюдения целостности сущности достаточно гарантировать отсутствие в любом отношении кортежей с одним и тем же значением первичного ключа.

В манипуляционной составляющей определяются два базовых механизма манипулирования реляционными данными — основанная на теории множеств реляционная алгебра и базирующееся на математической логике (точнее, на исчислении предикатов первого порядка) реляционное исчисление. Два вида реляционного исчисления — исчисление доменов и исчисление предикатов. Все эти механизмы обладают одним важным свойством: они замкнуты относительно понятия отношения. Это означает, что выражения реляционной алгебры и формулы реляционного исчисления определяются над отношениями реляционных БД и результатом вычисления также являются отношения.

Механизмы реляционной алгебры и реляционного исчисления эквивалентны, т. е. для любого допустимого выражения реляционной алгебры можно построить эквивалентную формулу реляционного исчисления и наоборот. Запрос, представленный на языке реляционной алгебры, может быть вычислен на основе вычисления элементарных алгебраических операций с учетом их старшинства и возможного наличия скобок.

Для формулы реляционного исчисления однозначная интерпретация, вообще говоря, отсутствует. Формула только устанавливает условия, которым должны удовлетворять кортежи результирующего отношения. Поэтому языки реляционного исчисления являются более непроцедурными или декларативными.