Язык SQL

С целью стандартизации формального описания запросов к базе данных они формулируются на стандартном языке запросов (ЯМД — язык манипулирования данными), которым для многих СУБД является SQL [8].

Появление и развитие этого языка как средства описания доступа к базе данных связано с созданием теории реляционных баз данных. Прообраз языка SQL возник в 1970 г. в рамках науч­но-исследовательского проекта System/R, работа над которым велась в лаборатории Санта-Тереза фирмы IBM, и со временем развился в стандарт интерфейса с реляционными СУБД и разра­ботчики нереляционных СУБД снабжают свои системы SQL-ин­терфейсом.

Язык SQL имеет официальный стандарт — ANSI/ISO. Боль шинство разработчиков СУБД придерживаются этого стандарта, однако часто расширяют его для реализации новых возможно­стей обработки данных.

SQL не является языком программирования в традиционном представлении. На нем пишутся не программы, а запросы к базе данных. Поэтому SQL — декларативный язык. Это означает, что с его помощью можно сформулировать, что необходимо полу­чить, но нельзя указать, как это следует сделать. В частности, в отличие от процедурных языков программирования (С, Pascal, Fortran), в языке SQL отсутствуют такие операторы, как

if-then-else, for, while и т. д.

Запрос на языке SQL состоит из одного или нескольких опе­раторов, следующих один за другим и разделенных точкой с за­пятой. В табл. 5.4 перечислены некоторые операторы, которые входят в стандарт ANSI/ISO SQL.

В запросах на языке SQL используются имена, которые однозначно идентифицируют объекты базы данных. В частности, это – имя таблицы (Деталь), имя столбца (Название_детали), а также имена других объектов в базе, которые относятся к дополнительным типам (например, имена процедур и правил). Наряду с простыми используются также сложные имена — например, квалифицированное имя столбца (qualified column name) определяет имя столбца и имя таблицы, которой он принадлежит (Название_детали. Вес).

Каждый столбец в любой таблице хранит данные определенных типов. Различают базовые типы данных — строки символ фиксированной длины, целые и вещественные числа, и дополнительные типы данных — строки символов переменной длины денежные единицы, дату и время, логические данные (значения — Истина и Ложь). В языке SQL можно использовать числовые, строковые, символьные константы и константы типа дата и Время.

Рассмотрим несколько примеров.

Запрос: определить количество деталей на складе для щсех типов деталей реализуется следующим образом:

Результатом запроса будет таблица с двумя столбцами – название_детали и Количество, которые взяты из исходной таб­лицы Деталь. По сути, этот запрос позволяет получить проек­цию исходной таблицы — из строк таблицы деталь образуются строки, которые включают значения, взятые из двух столбцов — Название_детали и Количество.

Запрос: какие детали, изготовленные из стали, хра­нятся на складе?, сформулированный на языке SQL, выгля­дит так:

Результатом этого запроса также будет таблица, содержащая только те строки исходной таблицы, которые имеют в столбце Материал значение Сталь. Этот запрос позволяет получить се­лекцию таблицы Деталь (звездочка в операторе SELECT озна­чает выбор всех столбцов из таблицы).

Запрос: определить название и количество деталей на складе, которые изготовлены из пластмассы и весят ме­нее пяти килограммов будет записан следующим образом:

Результат запроса — таблица из двух столбцов — Название_детали, Количество, которая содержит название и число деталей, изготовленных из пластмассы и весящих менее 5 кг. По сути, операция выборки является операцией селекции (найти все строки таблицы Деталь, у которых Материал = `пластмасса` и Вес < 5), а затем – проекции (извлечь Название_детали и Количество из выбранных ранее строк).

Одним из средств, обеспечивающих быстрый доступ к таблицам, являются индексы. Индекс — это служебная структура (указатель) базы данных, представляющая собой указатель на конкретную строку таблицы. Он содержит значения, взятые из одного или нескольких столбцов конкретной строки таблицы, и ссылку на эту строку. Значения в индексе упорядочены, что по­зволяет СУБД выполнять быстрый поиск в таблице.

Допустим, что сформулирован запрос к базе данных Склад:

Если индексов для данной таблицы не существует, то для выполнения этого запроса СУБД должна просмотреть всю таб­лицу Деталь, последовательно выбирая из нее строки и прове­ряя для каждой из них условие выбора (последовательное скани­рование). Для больших таблиц такой запрос будет выполняться очень долго.

Если же был предварительно создан индекс по столбцу Но­мер таблицы Деталь, то время поиска в таблице будет сокраще­но до минимума. Индекс будет содержать значения из столбца Номер и ссылку на строку с этим значением в таблице Деталь. При выполнении запроса СУБД вначале найдет в индексе значе­ние 'Т145-А8' (и сделает это быстро, так как индекс упорядочен, з его строки невелики), а затем по ссылке в индексе определит физическое расположение искомой строки.

Индекс создается оператором SQL CREATE INDEX (СОЗДАТЬ ИНДЕКС). В данном примере оператор

Позволит создать индекс с именем Индекс _детали по столбцу Номер таблицы деталь.

Для пользователя СУБД интерес представляют не отдельные операторы языка SQL, а некоторая их последовательность, оформленная как единое целое и имеющая смысл с его точки зрения. Каждая такая последовательность операторов языка SQL реализует определенное действие над базой данных. Оно осуществляется за несколько шагов, на каждом из которых над таблицами базы данных выполняются некоторые операции. Так, в банковской системе перевод некоторой суммы с краткосрочного счета на долгосрочный выполняется в несколько операций. Сре­ди них — снятие суммы с краткосрочного счета, зачисление на долгосрочный счет.

Если в процессе выполнения этого действия произойдет сбой, например, когда первая операция будет выполнена, а вто­рая — нет, то деньги будут потеряны. Следовательно, любое дей­ствие над базой данных должно быть выполнено целиком, или не выполняться вовсе. Такое действие получило название транзакции.

Язык SQL является реляционно полным, т. е. сово­купность операторов языка обеспечивает необходимый минимум операций реляционной алгебры (селекция, проекция, соедине­ние и пр.).

Завершая обсуждение языка SQL, еще раз подчеркнем, что это — язык запросов. На нем нельзя написать сколько-нибудь сложную прикладную программу, которая работает с базой данных. Для этой цели в современных СУБД используются языки четвертого поколения (Forth Generation Language — 4GL), обладающие как основными возможностями процедур­ных языков третьего поколения (3GL), таких, как Си, Паскаль, Ада, так и возможностью встроить в текст программы операто­ры SQL, а также средствами управления интерфейсом пользо­вателя (меню, формами, вводом пользователя и т. д.). Сегодня язык 4GL — это один из фактических стандартов средств Разработки приложений, работающих с базами данных. Бол подробное описание одного из 4GL (Adabas/Natural) читате может найти, например, в [14]. В табл. 5.5 приводятся некото рые команды манипулирования данными других языков и си тем [14].

Модел «сущность—связь»

Модель сущность—связь или Entity-Relationship (ER) представляет собой обобщение РМД путем разделения отношений, описывающих предметную область на две группы — сущностей и связей.

Сущность (Entity) является первичным, устойчивым объектом описываемым некоторой совокупностью атрибутов.

Связь (Relationship) является вторичным понятием, характе-пизуюшим взаимодействие в пространстве и времени двух или более сущностей, и также задается рядом атрибутов, среди кото-пых присутствуют идентификаторы взаимосвязанных сущностей. При проектировании БД на основе ER-моделей используют ER-диаграммы. Модель ER является удобным средством описа­ния предметной области перед тем, как перейти к ее представле­нию в реляционной модели данных.

Основные представления о структуре БД в рамках указанной модели заключаются в следующем:

а) совокупность сущностей и связей образует концептуальную схему базы данных и отражает структуру предметной области. Элементами схемы являются типы (классы) сущностей и связей; типы состоят из экземпляров, описывающихся значениями ат­рибутов. На рис. 5.8 приведен пример фрагмента диаграммы «сущность — связь», описывающей учебный процесс вуза. Здесь сущностями являются ФАКУЛЬТЕТ, ДИСЦИПЛИНА, СПЕЦИАЛЬНОСТЬ (с возможными атрибутами, например наименование, про­должительность обучения, ЧИСЛО часов и пр.). Связями яв­ляются выпускает, включает (возможные атрибуты — КВАЛИФИКАЦИЯ, СЕМЕСТР ОБУЧЕНИЯ и пр.);

б) концептуальная схема трансформируется в логическую схему, в которой сущностям и связям соответствуют отношения или логические файлы, состоящие соответственно из экземпляров отношений и логических записей. Логическая запись является более общим образом, чем отношение (строка данных), посколыа допускает появление групповых полей (или агрегатных данных), соответствующих некоторым зависимым сущностям (или связям). В повторяющемся групповом поле экземпляр группы есть описание экземпляра сущности (связи) посредством соответст­вующих атрибутов. Групповые повторяющиеся поля представля­ет собой элемент иерархической модели данных, который при желании может применяться пользователями;

в) следующий уровень — физическая реализация БД в форме файлов операционной системы ЭВМ. При этом в различных конкретных системах логическому файлу может отвечать один или более физических файлов (или наоборот). Физическая за­пись, как правило, включает одну или более логических записей;

г) уровень представлений пользователя описывает БД в виде совокупности пользовательских подсхем, которые применяются для ввода/вывода информации. С представлениями пользователя связаны также понятия маски редактирования (преобразования данных при окончательном представлении пользователю), и ко­дирования/декодирования (трансляции кодов) — расширения крат­ких представлений данных и аббревиатур с помощью вспомога­тельных файлов и кодовых таблиц (по своей сути — операция соединения отношений в РМД).