Лекция 4. Общи понятия на релационния подход към организацията на БД. Основни концепции и термини

4.3. Релационен модел на данни

С други думи, използвахме понятия на така наречения релационен модел данни. Моделът на данните описва някакъв набор родови понятия и признаци, които трябва да притежават всички конкретни СУБД и управляваните от тях бази от данни, ако те се основават на този модел. Наличието на модел на данни позволява да се сравняват конкретните реализации, използвайки един общ език.

Макар, че понятието модел данни е общо, и може да се говори за йерархичен, мрежови, някакъв семантичен и т.н. модели данни, трябва да се отбележи, че това понятие е въведено в употреба спрямо релационните системи и най-ефективно се използва именно в този контекст. Опитите за праволинейно приложение на аналогични модели към дорелационните организации показват, че релационния модел е твърде "голям" за тях, а за пострелационните организации се оказва "малък".

4.3.1. Обща характеристика

В структурната част на модела се фиксира, че единствената структура от данни, използвана в релационните БД, е нормализираното n-арно отношение. В същност, в предишните два раздела на лекцията разглеждахме именно понятия и свойства на структурната съставляваща на релационния модел.

В манипулационната част на модела се утвърждават два фундаментални механизма на манипулиране на релационни БД - релационна алгебра и релационно изчисление. Първият механизъм се базира основно на класическата теория на множествата (с някои уточнения), а вторият - на класическия логически апарат за изчисляване на предикати от първи ред. Ще разгледаме тези механизми по-подробно в следващата лекция, а сега само ще отбележим, че основната функция на манипулационната част на релационния модел е осигуряване на мярката за релационност на всеки конкретен език за релационни БД: езикът се нарича релационен, ако има изразителност и мощност не по-малки, отколкото релационната алгебра или релационното изчисление.

4.3.2. Цялостност на същност и връзки

Второто изискване се нарича изискване за цялостност по връзки и е малко по-сложно. Очевидно, при съблюдаването на нормализираност на отношенията сложните същности реалния свят се представят в релационната БД във вид на няколко кортежа от няколко отношения. Например, да представим в релационната база от данни същността ОТДЕЛ с атрибути ОТД_НОМЕР (номер на отдел), ОТД_КОЛ (брой сътрудници) и ОТД_СЪТР (набор сътрудници на отдела). За всеки сътрудник трябва да се съхранява СЪТР_НОМЕР (номер на сътрудника), СЪТР_ИМЕ (име на сътрудника) и СЪТР_ЗАПЛ (работната заплата на сътрудника). Както ще видим, при правилно проектиране на съответстващата БД в нея ще се появят две отношения: ОТДЕЛИ (ОТД_НОМЕР, ОТД_КОЛ) (първичен ключ - ОТД_НОМЕР) и СЪТРУДНИЦИ (СЪТР_НОМЕР, СЪТР_ИМЕ, СЪТР_ЗАПЛ, СЪТР_ОТД_НОМ) (първичен ключ - СЪТР_НОМЕР).

Както се вижда, атрибутът СЪТР_ОТД_НОМ се появява в отношението СЪТРУДНИЦИ, не защото номерът на отдела се явява собствено свойство на сътрудника, а само за да може да има възможност да се възстанови при необходимост пълната същност ОТДЕЛ. Значението на атрибута СЪТР_ОТД_НОМ във всеки кортеж на отношението СЪТРУДНИЦИ трябва да съответствува на значението на атрибута ОТД_НОМ в някой кортеж на отношението ОТДЕЛИ. Атрибут от този род се нарича външен ключ, тъй като неговите стойности еднозначно характеризират същностите, представени от кортежите на някакво друго отношение (т.е. задават значенията на техния първичен ключ). Казва се, че отношение, в което е определен външен ключ, сочи към съответстващо отношение, в което същият атрибут е първичен ключ.

Изискването за цялостност по връзки, или изискване за външен ключ се състои в това, че за всякo значениe на външния ключ, появяващо се в указващото отношение, в отношението, към което води указателя, трябва да се намери кортеж с такава стойност на първичния ключ, или значението на външния ключ трябва да е неопределено (т.е. да не се сочи към нищо). За нашия пример това означава, че ако за сътрудника е указан номер на отдела, то този отдел трябва да съществува.

Ограниченията за цялостност на същности и по връзки трябва да се поддържат от СУБД. За съблюдаване на цялостност на същността е достатъчно да се гарантира отсъствие във всяко отношение на кортежи с едно и също значение на първичния ключ. С цялостността по връзки нещата са по-сложни.

Ясно е, че при обновяване на указващо отношение (вмъкване на нови кортежи или модификация на стойност на външния ключ в съществуващите кортежи) е достатъчно да се следи да не се появят некоректни значения на външния ключ. Но как да бъде при премахване на кортеж от отношение, към което води връзка?

Тук съществуват три подхода, всеки от които поддържа цялостност по връзки. Първият подход се състои в това, че се забранява да се извършва премахване на кортеж, към който съществуват връзки (т.е. отначало трябва или да се изтрият укаващите кортежи, или по съответния начин да се изменят значенията на техния външен ключ). При втория подход при премахване на кортеж, към който има връзки, във всички указващи кортежи стойността на външния ключ автоматично става неопределена. Накрая, третият подход (каскадното изтриване) се състои в това, че при премахване на кортеж от отношение, към което води връзка, от указващото отношение автоматически се изтриват всички указващи кортежи.

В развитите релационни СУБД обикновено може да се избере методът за поддържане на цялостност по връзки за всяка отделна ситуация по определяне на външен ключ. Разбира се, за вземането на такова решение е необходимо да се анализират изискванията на конкретната приложна област.