Реляционная модель данных. Структура, ограничения целостности, операции. Достоинства и недостатки реляционной МД.

В реляционной модели (РМ) и объекты и взаимосвязи представляются единообразно в виде двумерных (плоских) таблиц, которые называются отношениями.

       Пусть D1, D2, …, Dn – мн-во не обязательно различных доменов значений, тогда ОТНОШЕНИЕ R называется реляционным, если оно является подмножеством декартового произведения этих мн-в. Представляет собой совокупность энок, где каждое di принадлежит Di, при этом все такие энки различны. Такие энки принято называть кортежами(строки рел. Таблицы).   Таким образом допустимые структуры в РМ — реляционные таблицы, удовлетворяющие свойствам, описанным в лекции по нормализации.

Типы соответствий:

1) 1:1 – каждому экземпляру объекта первого типа соответствует ровно один экземпляр объекта второго типа и наоборот.

2) 1:М - каждому экз. объекта первого типа соотв. множество объектов, но каждому из второго – ровно 1.

3) М:1 – обратное к 1:М

4) М:М - каждому экземпляру объекта первого типа соответствует множество экземпляров объекта второго типа и наоборот.

Св-ва отношений:

1) Атомарность – на пересечении строки и столбца стоит атомарно неделимое значение

2) Порядок строк несущественен.

3) Порядок столбцов несущественен.

4) Все кортежи(т.е. строки таблиц) уникальны

5) Не должно быть в таблице пустых значений, которые являются в принципе отсутствующими

Ограничения целостности

Традиционно к явным ограничениям целостности РМ относятся:

1. Ограничение на диапазон значений (типы данных и маски)

2. Ссылочная целостность

3. Контроль уникальности первичного ключа

Перечисленные выше ограничения целостности присутствуют практически в каждой СУБД.

Остальные программируются либо как дополнительные возможности, либо как хранимые процедуры и триггеры.

@Допустимые операции

       Помимо традиционных навигационных операций в реляционной модели имеются специальные операции, отличающие её от других моделей данных: операции реляционной алгебры (далее, РА), реляционного исчисления.

       Операции реляционной алгебры, помимо традиционных операций, аналогичных операциям в теории множеств (объединения, пересечения, разности, дополнения, декартова произведения, деления), включают операции проекции (вертикальной вырезки из таблицы), селекции (горизонтальная вырезка по некоторым условиям), соединения, естественного соединения. В операциях РА операндами являются целиком таблицы, результатом является таблица.

       В явном виде операции реляционной представлены на уровне интерфейса сделаны в Paradox. В Paradox операции пересечения так и задаются: пересечь таблицу A с таблицей B.

       Операции реляционного исчисления обычно реализуются на некотором подмножестве языка исчисления предикатов первого порядка и, в отличие от операций реляционной алгебры, где явно задается выполняемая операция и указываются операнды, здесь явно задается не операция, а описывается множество кортежей и условия, которым они должны удовлетворять в виде логических утверждений.

       Пусть R1(x) означает, что кортеж x принадлежит R1, аналогично R2(x). Тогда для любого x, R1(x) пересеч. R2(x) — реализует операцию пересечения. Язык SQL в общем случае занимает промежуточное место месту языком реляционной алгебры и реляционного исчисления, но он ближе к языку исчисления на кортежах.

Хорошо

1. Простота модели. Простые, плоские таблицы, связи организуются тоже через таблицы

2. Эффективность реализации. Хотя в машинах РБД (где операции реляционной алгебры реализованы аппаратно) достигается максимальная эффективность, на традиционной фон-Неймановской архитектуре РМД не отличается эффективностью.

Для сравнения иерархические СУБД, которые по сравнению с реляционными представляют собой минимальную надстройку над функциями ОС и не требуют выполнения операция с векторами, реализованы более эффективно

3. Высокий уровень независимости данных. Однако необходимо учитывать, что если допущены ошибки в нормализации данных и имеют место аномалии включения, удаления, изменения, то нельзя говорить о высоком уровне независимости данных. Таким образом теряются преимущества логической и физической независимости данных.

4. Благодаря формальному обоснованию реляционная МД стала моделью промежуточного уровня в многослойных неоднородных архитектурах СУБД, где на уровне интерфейса допускается иерархическая, сетевая, семантическая МД, которая автоматически преобразуется к реляционной, которая поддерживается на внутреннем уровне.

5. Поддержка ссылочной целости, уникальности первичного ключа на уровне процессора СУБД.

@Плохо

1) По сравнению с сетевым и иерархическим типом, не обладает такой эффективностью реализации, так как операции реляционной алгебры, лежащие в ее основе эффективно реализуются как векторные. А до сих пор распространены компьютеры с последовательными вычислениями. Поэтому рм была первой, для которой были построены машины баз данных, для которых на аппаратном уровне были организованы операции рел. алгебры

2) Недостаточно развитый набор поддерживаемых явных ограничений целостности.

3) Отсутствие явного представления взаимосвязей на уровне моделей, ввиду того, что и  сущности и связи представляются единообразными таблицами, неестественные для  конечного пользователя и усложняет процесс моделирования