 |
Реляционное исчисление.
|
|
|
|
В реляционной модели определяются два базовых механизма манипулирования данными:
- основанная на теории множеств реляционная алгебра
- основанное на математической логике реляционное исчисление.
Также как и выражения реляционной алгебры формулы реляционного исчисления определяются над отношениями реляционных баз данных, и результатом вычисления также является отношение.
Эти механизмы манипулирования данными различаются уровнем процедурности:
- запрос, представленный на языке релационной алгебры, может быть вычислен на основе вычисления элементарных алгебраичесских операций с учетом их старшинства и возможных скобок
- формула реляционного исчисления только устанавливает условия, которым должны удовлетворять кортежи результирующего отношения. Поэтому языки реляционного исчисления являются более непроцедурными или декларативными.
Пример: Пусть даны два отношения:
СОТРУДНИКИ (СОТР_НОМЕР, СОТР_ИМЯ, СОТР_ЗАРПЛ, ОТД_НОМЕР)
ОТДЕЛЫ(ОТД_НОМЕР, ОТД_КОЛ, ОТД_НАЧ)
Мы хотим узнать имена и номера сотрудников, являющихся начальниками отделов с количеством работников более 10. Выполнение этого запроса средствами реляционной алгебры распадается на четко определенную последовательность шагов:
(1).выполнить соединение отношений СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ по условию СОТР_НОМ = ОТДЕЛ_НАЧ.
С1 = СОТРУДНИКИ [СОТР_НОМ = ОТД_НАЧ] ОТДЕЛЫ
(2).из полученного отношения произвести выборку по условию ОТД_КОЛ > 10
С2 = С1 [ОТД_КОЛ > 10].
(3).спроецировать результаты предыдущей операции на атрибуты СОТР_ИМЯ, СОТР_НОМЕР
С3 = С2 [СОТР_ИМЯ, СОТР_НОМЕР]
Заметим, что порядок выполнения шагов может повлиять на эффективность выполнения запроса. Так, время выполнения приведенного выше запроса можно сократить, если поменять местами этапы (1) и (2). В этом случае сначала из отношения СОТРУДНИКИ будет сделана выборка всех кортежей со значением атрибута ОТДЕЛ_КОЛ > 10, а затем выполнено соединение результирующего отношения с отношением ОТДЕЛЫ. Машинное время экономится за счет того, что в операции соединения участвуют меньшие отношения.
|
|
|
На языке реляционного исчисления данный запрос может быть записан как:
Выдать СОТР_ИМЯ и СОТР_НОМ для СОТРУДНИКИ таких, что
существует ОТДЕЛ с таким же, что и СОТР_НОМ значением ОТД_НАЧ
и значением ОТД_КОЛ большим 50.
Здесь мы указываем лишь характеристики результирующего отношения, но не говорим о способе его формирования. СУБД сама должна решить какие операции и в каком порядке надо выполнить над отношениями СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ. Задача оптимизации выполнения запроса в этом случае также ложится на СУБД.
Язык SQL
В предыдущих разделах мы рассмотрели "штатные" средства манипулирования данными, поддерживаемые реляционной моделью - реляционная алгебра и реляционное исчисление. Однако, на практике крайне редко одно из этих средств принимается в качестве полной основы какого-либо языка базы данных. Так и SQL (Structured Query Language - структурированный язык запросов) основывается на некоторой смеси алгебраических и логических конструкций.
Язык SQL (эта аббревиатура должна произноситься как "сикуель", однако все чаще говорят "эс-ку-эль") в настоящее время является промышленным стандартом, который в большей или меньшей степени поддерживает любая СУБД, претендующая на звание "реляционной". В то же время SQL подвергается суровой критике как раз за недостаточное соответствие реляционным принципам (см. например, статью Х. Дарвина и К.Дейта Третий манифест, опубликованную в журнале СУБД N 1 за 1996 год).
Из истории SQL:
В начале 70-х годов в компании IBM была разработана экспериментальная СУБД System R на основе языка SEQUEL (Structured English Qeury Language - структурированный английский язык запросов), который можно считать непосредственным предшественником SQL. Целью разработки было создание простого непроцедурного языка, которым мог воспользоваться любой пользователь, даже не имеющий навыков программирования. В 1981 году IBM объявила о своем первом, основанном на SQL программном продукте, SQL/DS. Чуть позже к ней присоединились Oracle и другие производители. Первый стандарт языка SQL был принят Американским национальным институтом стандартизации (ANSI) в 1987 (так называемый SQL level /уровень/ 1) и несколько уточнен в 1989 году (SQL level 2). Дальнейшее развитие языка поставщиками СУБД потребовало принятия в 1992 нового расширенного стандарта (ANSI SQL-92 или просто SQL-2). В настоящее время ведется работа по подготовке третьего стандарта SQL, который должен включать элементы объекто-ориентрованного доступа к данным.
|
|
|
Необходимо сказать, что хотя SQL и задумывался как средство работы конечного пользователя, в конце концов он стал настолько сложным, что превратился в инструмент программиста. Вопросы создания приложений обработки данных с использованием SQL рассматриваются в конце данной главы.
В SQL определены два подмножества языка:
- SQL-DDL (Data Definition Language) - язык определения структур и ограничений целостности баз данных. Сюда относятся команды создания и удаления баз данных; создания, изменения и удаления таблиц; управления пользователями и т.д.
- SQL-DML (Data Manipulation Language) - язык манипулирования данными: добавление, изменение, удаление и извлечение данных, управления транзакциями
Здесь не дается строгое описание всех возможностей SQL-92. Во-первых, ни одна СУБД не поддерживает их в полной мере, а во-вторых, производители СУБД часто предлагают собственные расширения SQL, несовместимые друг с другом. Поэтому мы рассматриваем некое подмножество языка, которое дает общее представление о его специфике и возможностях. В то же время, этого подмножества достаточно, чтобы начать самостоятельную работу с любой СУБД. Более формальный (и более полный) обзор стандартов SQL сделан в статье С. Д. Кузнецова "Стандарты языка реляционных баз данных SQL: краткий обзор",журнал СУБД N 2, 1996 г. Ознакомится с русским переводом стандарта SQL можно на сервере Центра информационных технологий, сравнительное описание различных версий языка (для СУБД Sybase SQL Server, Sybase SQL Anywhere, Microsoft SQL Server, Informix, Oracle Server) приводится в книге Дж.Боуман, С.Эмерсон, М.Дарновски "Практическое руководство по SQL", Киев, Диалектика, 1997.
|
|
|
Следует также отметить, что в отличие от "теретической" терминологии, используемой при описании реляционной модели (отношение, атрибут, кортеж), в литературе при описании SQL часто используется терминология "практическая" (соответственно - таблица, столбец, строка). Здесь мы следуем этой традиции.
Все примеры построены применительно к базе данных publications, содержащей сведения о публикациях (как печатных, так и электронных), относящихся к теме данного курса. Структуру этой базы данных можно посмотреть здесь, ее проектирование описано в разделе 5.4, доступ к ней для практических занятий можно получить через Internet посредством СУБД Leap (реляционная алгебра) или СУБД PostgreSQL. (язык SQL).
Типы данных SQL.
- Символьные типы данных - содержат буквы, цифры и специальные символы.
- CHAR или CHAR(n) -символьные строки фиксированной длины. Длина строки определяется параметром n. CHAR без параметра соответсвует CHAR(1). Для хранения таких данных всегда отводится n байт вне зависимости от реальной длины строки.
- VARCHAR(n) - символьная строка переменной длины. Для хранения данных этого типа отводится число байт, соответствующее реальной длине строки.
- Целые типы данных - поддерживают только целые числа (дробные части и десятичные точки не допускаются). Над этими типами разрешается выполнять арифметические операции и применять к ним агрегирующие функции (определение максимального, минимального, среднего и суммарного значения столбца реляционной таблицы).
- INTEGER или INT - целое, для хранения которого отводится, как правило, 4 байта. (Замечание: число байт, отводимое для хранения того или иного числового типа данных зависит от используемой СУБД и аппаратной платформы, здесь приводятся наиболее "типичные" значения) Интервал значений от - 2147483647 до + 2147483648
- SMALLINT - короткое целое (2 байта), интервал значений от - 32767 до +32768
- Вещественные типы данных - описывают числа с дробной частью.
- FLOAT и SMALLFLOAT - числа с плавающей точкой (для хранения отводится обычно 8 и 4 байта соответсвенно).
- DECIMAL(p) - тип данных аналогичный FLOAT с числом значащих цифр p.
- DECIMAL(p,n) - аналогично предыдущему, p - общее количество десятичных цифр, n - количество цифр после десятичной запятой.
- Денежные типы данных - описывают, естественно, денежные величины. Если в ваша система такого типа данных не поддерживает, то используйте DECIMAL(p,n).
- MONEY(p,n) - все аналогично типу DECIMAL(p,n). Вводится только потому, что некоторые СУБД предусматривают для него специальные методы форматирования.
- Дата и время - используются для хранения даты, времени и их комбинаций. Большинство СУБД умеет определять интервал между двумя датами, а также уменьшать или увеличивать дату на определенное количество времени.
- DATE - тип данных для хранения даты.
- TIME - тип данных для хранения времени.
- INTERVAL - тип данных для хранения верменного интервала.
- DATETIME - тип данных для хранения моментов времени (год + месяц + день + часы + минуты + секунды + доли секунд).
- Двоичные типы данных - позволяют хранить данные любого объема в двоичном коде (оцифрованные изображения, исполняемые файлы и т.д.). Определения этих типов наиболее сильно различаются от системы к системе, часто используются ключевые слова:
- BINARY
- BYTE
- BLOB
- Последовательные типы данных - используются для представления возрастающих числовых последовательностей.
- SERIAL - тип данных на основе INTEGER, позволяющий сформировать уникальное значение (например, для первичного ключа). При добавлении записи СУБД автоматически присваивает полю данного типа значение, получаемое из возрастающей последовательности целых чисел.
В заключение следует сказать, что для всех типов данных имеется общее значение NULL - "не определено". Это значение имеет каждый элемент столбца до тех пор, пока в него не будут введены данные. При создании таблицы можно явно указать СУБД могут ли элементы того или иного столбца иметь значения NULL (это не допустимо, например, для столбца, являющего первичным ключом).
|
|
|
|
|
|
