7.3.2 Операции над данными

Модель данных определяет множество действий, которые допустимо производить над некоторой реализацией БД для её перевода из одного состояния в другое. Это множество соотносят с языком манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML).

Любая операция над данными включает в себя селекцию данных (select), то есть выделение из всей совокупности именно тех данных, над которыми должна быть выполнена требуемая операция, и действие над выбранными данными, которое определяет характер операции. Условие селекции (поиска) — это некоторый критерий отбора данных, в котором могут быть использованы логическая позиция элемента данных, его значение и связи между данными.

Селекция на основе логической позиции элемента данных базируется на упорядоченности данных в памяти системы. При этом критерии поиска могут формулироваться следующим образом:

• найти следующее данное (запись);

• найти предыдущее данное;

• найти n-ое данное;

• найти первое (последнее) данное.

Этот тип селекции называют селекцией посредством текущей, в качестве которой используется индикатор текущего состояния, автоматически поддерживаемый СУБД и, как правило, указывающий на некоторый экземпляр записи БД.

Критерий селекции по значениям данных формируется из простых или булевых условий отбора. Примерами простых условий поиска являются:

• ВОЗРАСТ > 30;

• ДАТА < 19.04.2007 и т.п.

Булево условие отбора формируется путем объединения простых условий с применением логических операций, например:

• (ДАТА_РОЖДЕНИЯ < 10.06.1956) И (СТАЖ > 20);

• (УЧЕНОЕ_ЗВАНИЕ = ДОЦЕНТ) ИЛИ (УЧЕНОЕ ЗВАНИЕ = ПРОФЕССОР) и т.п.

Как правило, большинство современных СУБД позволяют осуществлять различные комбинации описанных выше видов селекции данных.

По типу производимых действий различают следующие операции:

1. идентификация данных и нахождение их позиции в БД;

2. выборка (чтение) данных из БД;

3. включение (запись) данных в БД;

4. удаление данных из БД;

5. модификация (изменение) данных БД.

Обработка данных в БД осуществляется с помощью процедур базы данных — транзакций. Транзакция — это последовательность операций над данными, которая является логически неделимой, то есть рассматривается как единая макрооперация. Транзакция либо выполняется полностью, либо не выполняется совсем. Никакая другая процедура или операция не могут обратиться к данным, которые обрабатываются стартовавшей процедурой, до тех пор, пока последняя не закончит свою работу.

7.3.3 Ограничения целостности

Ограничения целостности обеспечивают непротиворечивость данных при переводе системы БД из одного состояния в другое и позволяют адекватно отражать ПрО данными, хранимыми в БД.

Ограничения целостности — логические ограничения на данные, которые используются для обеспечения непротиворечивости данных некоторым заранее заданным условиям при выполнении операций над ними. По сути, ограничения целостности — это набор правил, используемых при создании конкретной модели данных на базе выбранной СУБД.

Ограничения делятся на явные, неявные и внутренние.

Неявные ограничения определяются самой структурой данных. Например, тот факт, что записи типа СОТРУДНИК являются обязательными членами какого-либо экземпляра набора данных ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ, служит, по существу, ограничением целостности, означающим, что каждый сотрудник организации непременно должен быть в штате некоторого подразделения.

Ограничения, обусловленные особенностями хранимых данных о конкретной ПО, называют явными ограничениями целостности. Явные ограничения задаются в схеме базы данных с помощью средств языка описания данных (DDL, Data Definition Language). В качестве явных ограничений чаще всего выступают условия, накладываемые на значения данных. За выполнением этих ограничений следит СУБД в процессе своего функционирования, они поддерживаются средствами выбранной СУБД, но они формируются обязательно с участием разработчика БД путем определения (программирования) специальных процедур, обеспечивающих непротиворечивость данных. Например, заработная плата не может быть отрицательной, а дата приема сотрудника на работу обязательно будет меньше, чем дата его перевода на другую работу.

Другой пример: если элемент данных «зачетная книжка» в записи «студент» определен как ключ, он должен быть уникальным, т.е. в БД не должно быть двух записей с одинаковыми значениями ключа. Еще один пример: пусть в той же записи предусмотрен элемент «военно-учетная специальность» и для него отведено 6 цифр, тогда другие представления этого элемента данных в БД невозможны. С помощью явных ограничений целостности можно организовать как «простой» контроль вводимых данных (прежде всего, на предмет принадлежности элементов данных фиксированному и заранее заданному множеству значений: например, элемент «ученое звание» не должен принимать значение «почетный доцент», если речь идет о российских ученых), так и более сложные процедуры (например, введение значения «профессор» как элемента данных «ученое звание» в запись о преподавателе, имеющем возраст 25 лет, должно требовать, по крайней мере, дополнительного подтверждения).

Ограничения, обусловленные возможностями конкретной СУБД, называют внутренними ограничениями целостности.

Эти ограничения касаются типов хранимых данных (например, «текстовый элемент данных может состоять не более чем из 256 символов» или «запись может содержать не более 100 полей») и допустимых типов связей (например, СУБД может поддерживать только функциональные связи, т.е. связи типа 1 : 1, 1 : М или М : 1). Большинство существующих СУБД поддерживают прежде всего именно внутренние ограничения целостности, нарушения которых приводят к некорректности данных и достаточно легко контролируются.

Также различают статические и динамические ограничения целостности. Статические ограничения присущи всем состояниям ПрО, а динамические определяют возможность перехода ПрО из одного состояния в другое. Примерами статических ограничений целостности могут служить требования уникальности номера паспорта или ограничения на дату рождения, которая не может быть больше текущей даты. В качестве примера динамического ограничения целостности можно привести ограничение банковской системы, в соответствии с которым нельзя удалить сведения о клиенте, пока у него не закрыт счёт.

Элементарная единица данных может быть реализована множеством способов, что, в частности, привело к многообразию известных моделей данных. Модель данных определяет правила, в соответствии с которыми структурируются данные. Обычно операции над данными соотносятся с их структурой.

Разнообразие существующих моделей данных соответствует разнообразию областей применения и предпочтений пользователей.

В специальной литературе встречается описание довольно большого количества различных моделей данных. Хотя наибольшее распространение получили иерархическая, сетевая и, бесспорно, реляционная модели, вместе с ними следует упомянуть и некоторые другие.

Используя в качестве классификационного признака особенности логической организации данных, можно привести следующий перечень известных моделей:

1. иерархическая модель данных;

2. сетевая модель данных;

3. реляционная модель данных.

Рассмотрим основные особенности перечисленных моделей.