Основное / Письменные лекции по дисциплине «Базы данных»

1.5. Основные типы SQL запросов по их видам

DDL (Data Definition Language) — язык определения данных.

Задачей DDL запросов является создание БД и описание ее структуры. Запросами такого вида устанавливаются правила того, в каком виде различные данные будут размещаться в БД.

DML (Data Manipulation Language) — язык манипулирования данными. В число запросов этого типа входят различные команды, используя которые непосредственно производятся некоторые манипуляции с данными. DML-запросы нужны для добавления изменений в уже внесенные данные, для получения данных из БД, для их сохранения, для обновления различных записей и для их удаления из БД. В число элементов DML-обращений входит основная часть SQL операторов.

DCL (Data Control Language) — язык управления данными.

Включает в себя запросы и команды, касающиеся разрешений, прав и других настроек СУБД.

TCL (Transaction Control Language) — язык управления транзакциями. Конструкции такого типа применяют чтобы управлять изменениями, которые производятся с использованием DML запросов. Конструкции TCL позволяют нам производить объединение DML запросов в наборы транзакций.

Пример создания таблицы:

CREATE TABLE instructor (

ID CHAR(5), // Создание полей name VARCHAR(20) NOT NULL, dept_name VARCHAR(20),

salary NUMERIC(8,2),

PRIMARY KEY (ID), // Первичный ключ

FOREIGN KEY (dept_name) // Создание внешнего ключа на таблицу department с полем dept_name

REFERENCES department(dept_name) );

1.6.Основные функции СУБД

●Непосредственное управление данными во внешней памяти;

●Управление буферами оперативной памяти;

●Управление транзакциями1;

●Журнализация — хранение служебной информации и фиксирование всех событий, которые происходят с БД;

●Поддержка языков БД.

1.7.Модели данных

Различают три основные модели базы данных — это иерархическая, сетевая и реляционная. Эти модели отличаются между собой по способу установления связей между данными.

1.Иерархический подход к организации баз данных. Иерархические базы данных имеют форму деревьев с дугами-связями и узлами-элементами данных. Иерархическая структура предполагала неравноправие между данными — одни жестко подчинены другим. Подобные структуры, безусловно, четко удовлетворяют требованиям многих, но далеко не всех реальных задач.

2.Сетевая модель данных. В сетевых БД наряду с вертикальными реализованы и горизонтальные связи. Однако унаследованы многие

недостатки иерархической и главный из них, необходимость четко

1 Транзакция — это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое

целое

определять на физическом уровне связи данных и столь же четко следовать этой структуре связей при запросах к базе.

3. Реляционная модель. Реляционная модель появилась вследствие стремления сделать базу данных как можно более гибкой. Данная модель предоставила простой и эффективный механизм поддержания связей данных.

Во-первых, все данные в модели представляются в виде таблиц и только таблиц (определение данных). Реляционная модель — единственная из всех обеспечивает единообразие представления данных. И сущности, и связи этих самых сущностей представляются в модели совершенно одинаково — таблицами. Правда, такой подход усложняет понимание смысла хранящейся в базе данных информации, и, как следствие, манипулирование этой информацией.

Избежать трудностей манипулирования позволяет второй элемент модели — реляционно-полный язык (отметим, что язык является неотъемлемой частью любой модели данных, без него модель не существует). Полнота языка в приложении к реляционной модели означает, что он должен выполнять любую операцию реляционной алгебры или реляционного исчисления (полнота последних доказана математически Э.Ф. Коддом). Более того, язык должен описывать любой запрос в виде операций с таблицами, а не с их строками. Одним из таких языков является SQL.

Третий элемент реляционной модели требует от реляционной модели поддержания некоторых ограничений целостности. Одно из таких ограничений утверждает, что каждая строка в таблице должна иметь некий уникальный идентификатор, называемый первичным ключом. Второе ограничение накладывается на целостность ссылок между таблицами. Оно утверждает, что атрибуты таблицы, ссылающиеся на первичные ключи других таблиц, должны иметь одно из значений этих первичных ключей.

4. Объектно-ориентированная модель. Новые области использования вычислительной техники, такие как научные исследования, автоматизированное проектирование и автоматизация учреждений, потребовали от баз данных способности хранить и обрабатывать новые объекты — текст, аудио- и видеоинформацию, а также документы. Основные трудности объектно-ориентированного моделирования данных проистекают из того, что такого развитого математического аппарата, на который могла бы опираться общая объектно-ориентированная модель данных, не существует.

1.8. Реляционная модель данных

Реляционная модель есть представление БД в виде совокупности упорядоченных нормализованных отношений.

Для реляционных отношений характерны следующие особенности.

1.Любой тип записи содержит только простые (по структуре) элементы данных.

2.Порядок кортежей в таблице несуществен.

3.Упорядочение значащих атрибутов в кортеже должно соответствовать упорядочению атрибутов в реляционном отношении.

4.Любое отношение должно содержать один атрибут или более, которые вместе составляют уникальный первичный ключ.

5.Если между двумя реляционными отношениями существует зависимость, то одно отношение является исходным, второе — подчиненным.

6.Чтобы между двумя реляционными отношениями существовала зависимость, атрибут, служащие первичным ключом в исходном отношении, должны также присутствовать в подчиненном отношении.

Понятие строк и столбцов. В каждой таблице мы храним некий набор данных. Набор данных представляется совокупностью строк и

столбцов, причем строка является записью таблицы, а столбец является атрибутом записи.

Реляционные модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата реляционной алгебры и реляционного исчисления.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

●Каждый элемент таблицы — один элемент данных;

●Все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т. д.) и длину;

●Каждый столбец имеет уникальное имя;

●Одинаковые строки в таблице отсутствуют;

●Порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

1.9. Информационный объект

Информационный объект — это описание некоторой сущности (реального объекта, явления, процесса, события) в виде совокупности логически связанных реквизитов (информационных элементов). Такими сущностями для информационных объектов могут служить: цех, склад, материал, вуз, студент, сдача экзаменов и т.д.

Информационный объект определенного реквизитного состава и структуры образует класс (тип), которому присваивается уникальное имя (символьное обозначение), например Студент, Сессия, Стипендия.

Информационный объект имеет множество реализации — экземпляров, каждый из которых представлен совокупностью конкретных значений реквизитов и идентифицируется значением ключа (простого — один реквизит или составного — несколько реквизитов). Остальные реквизиты информационного объекта являются описательными. При этом

одни и те же реквизиты в одних информационных объектах могут быть ключевыми, а в другихописательными. Информационный объект может иметь несколько ключей.

1.10. Нормализация отношений

Одни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т. е. возможна организация различных наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов. Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.

Определенный набор отношений обладает лучшими свойствами при включении, модификации, удалении данных, чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.

Нормализация отношений — формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных.

Е. Коддом выделены 3 нормальные формы отношений и предложен механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей (самой совершенной) нормальной форме.

1.10.1. Первая нормальная форма

Отношение называется нормализованным или приведенным к первой нормальной форме, если все его атрибуты простые (далее неделимы).

Преобразование отношения к первой нормальной форме может привести к увеличению количества реквизитов (полей) отношения и изменению ключа.

Например, отношение Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа) находится в первой нормальной форме.

1.10.2. Вторая нормальная форма

Чтобы рассмотреть вопрос приведения отношений ко второй нормальной форме, необходимо дать пояснения к таким понятиям, как функциональная зависимость и полная функциональная зависимость.

Описательные реквизиты информационного объекта логически связаны с общим для них ключом, эта связь носит характер функциональной зависимости реквизитов.

Функциональная зависимость реквизитов — зависимость, при которой в экземпляре информационного объекта определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита.

Такое определение функциональной зависимости позволяет при анализе всех взаимосвязей реквизитов предметной области выделить самостоятельные информационные объекты.

Пример графического изображения функциональных зависимостей реквизитов Студент показан на рисунке далее, на котором ключевой реквизит указан *.

В случае составного ключа вводится понятие функционально полной зависимости.

Функционально полная зависимость неключевых атрибутов заключается в том, что каждый неключевой атрибут функционально

зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа.

Таблица находится во второй нормальной форме, если она удовлетворяет требованиям первой нормальной формы и все ее поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом, то есть любое не ключевое поле однозначно идентифицируется полным набором ключевых полей.

Итак, таблица, находящаяся во второй нормальной форме,

должна удовлетворять следующим правилам:

1.Таблица должна содержать данные об одном типе объектов;

2.Каждая таблица должна содержать одно поле или несколько полей, образующих уникальный идентификатор (или первичный ключ) для каждой строки;

3.Все поля, не имеющие ключа, должны определяться полным уникальным идентификатором данной таблицы.

Отношение Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа) находится в первой и во второй нормальной форме одновременно, так как описательные реквизиты однозначно определены и функционально зависят от ключа Номер.

Отношение Успеваемость = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дисциплина, Оценка) находится в первой нормальной форме и имеет составной ключ Номер + Дисциплина. Это отношение не находится во второй нормальной форме, так как атрибуты Фамилия, Имя, Отчество не находятся в полной функциональной зависимости с составным ключом отношения.

Лекция 2. Продолжение прошлой лекции

●Третья нормальная форма;

●Отношения;

●Ключ;

●Пример выгрузки данных;

●Заполнение таблиц;

●Реляционные операции;

●Соединение таблиц;

●Изменение таблицы.

2.1. Третья нормальная форма

Понятие третьей нормальной формы основывается на понятии нетранзитивной зависимости.

Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, если один из двух описательных реквизитов зависит от ключа, а другой описательный реквизит зависит от первого описательного реквизита.

Таблица находится в третьей нормальной форме, если она удовлетворяет определению второй нормальной формы и ни одно из ее неключевых полей функционально не зависит от любого другого неключевого поля. Можно сказать, что таблица находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме и каждое неключевое поле нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Требование третьей нормальной формы сводится к тому, чтобы все неключевые поля зависели только от первичного ключа и не зависели друг от друга. Другими словами, нужно иметь возможность изменять значение любого неключевого поля, не изменяя значения любого другого поля базы данных. Это требование исключает любое поле, значения в котором получаются как результат вычислений, использующих значения других полей.

Если в состав описательных реквизитов информационного объекта Студент включить фамилию старосты группы (Староста), которая определяется только номером группы, то одна и та же фамилия старосты будет многократно повторяться в разных экземплярах данного информационного объекта. В этом случае наблюдаются затруднения в корректировке фамилии старосты в случае назначения нового старосты, а также неоправданный расход памяти для хранения дублированной информации.

Для устранения транзитивной зависимости описательных реквизитов необходимо провести «расщепление» исходного информационного объекта. В результате расщепления часть реквизитов удаляется из исходного информационного объекта и включается в состав других (возможно, вновь созданных) информационных объектов.

Исходный информационный объект Студент группы можно представить в виде совокупности правильно структурированных информационных объектов (Студент и Группа), реквизитный состав которых тождественен исходному объекту.

Отношение Студент = (НомерСтудента, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, НомерГруппы) и Группа = (НомерГруппы, НомерСтаросты) находится одновременно в первой, второй и третьей нормальных формах.

2.2. Отношения

Реляционные базы данных состоят из нескольких таблиц, связь между которыми устанавливается с помощью совпадающих полей. Каждая запись в таблицах идентифицирует один объект. Отношение между объектами определяет отношение между таблицами. Существует 4 типа отношений:

Отношение «один-к-одному» (1:1) означает, что каждая запись в одной таблице соответствует только одной записи в другой таблице.