10. Реляционное исчисление. Эквивалентность реляционного исчисления и реляционной алгебры. (страница 21 меточдички)

Реляционное исчисление — прикладная ветвь формального механизма исчисления предикатов первого порядка. В основе исчисления лежит понятие переменной с определенной для нее областью допустимых значений и понятиеправильно построенной формулы, опирающейся на переменные, предикаты и кванторы. Наряду с реляционной алгеброй является способом получения результирующего отношения в реляционной модели данных. В зависимости от того, что является областью определения переменной, различают:

11. Языки запросов, языки манипулирования. Принципы оптимизации запросов. (стр. 95 методички)

Как известно, двумя фундаментальными языками запросов к реляционным БД являются языки реляционной алгебры и реляционного исчисления. При всей своей строгости и теоретической обоснованности эти языки редко используются в современных реляционных СУБД в качестве средств пользовательского интерфейса. Запросы на этих языках трудно формулировать и понимать. SQL представляет собой некоторую комбинацию реляционного исчисления кортежей и реляционной алгебры, причем до сих пор нет общего согласия, к какому из классических языков он ближе. При этом возможности SQL шире, чем у этих базовых реляционных языков, в частности, в общем случае невозможна трансляция запроса, сформулированного на SQL, в выражение реляционной алгебры, требуется некоторое ее расширение.

Существенными свойствами подъязыка запросов SQL являются возможность простого формулирования запросов с соединениями нескольких отношений и использование вложенных подзапросов в предикатах выборки.

Существенной особенностью SQL является возможность указания в запросе потребности группирования отношения-результата по указанным полям с поддержкой условий выборки на всю группу целиком. Такие условия выборки могут содержать агрегатные функции, вычисляемые на группе. Эта возможность SQL главным образом отличает этот язык от языков реляционной алгебры и реляционного исчисления, не содержащих аналогичных средств.

Самый общий вид запроса на языке SQL представляет теоретико-множественное алгебраическое выражение, составленное из элементарных запросов. В SQL System R допускались все базовые теретико-множественные операции (UNION, INTERSECT и MINUS).

Операторы манипулирования данными UPDATE и DELETE построены на тех же принципах, что и оператор выборки данных SELECT. Набор кортежей указанного отношения, подлежащих модификации или удалению, определяется входящим в соответствующий оператор логическим выражением, которое может включать сложные предикаты, в том числе и с вложенными подзапросами.

 Операторы определения и манипулирования схемой БД

В число операторов определения схемы БД SQL System R входили операторы создания и уничтожения постоянных и временных хранимых отношений (CREATE TABLE и DROP TABLE) и создания и уничтожения представляемых отношений (CREATE VIEW и DROP VIEW). В языке и в реализации System R не запрещалось использовать операторы определения схемы в пределах транзакции, содержащей операторы выборки и манипулирования данными. Допускалось, например, использование операторов выборки и манипулирования данными, в которых указываются отношения, не существующие в БД к моменту компиляции оператора. Конечно, эта возможность существенно усложняла реализацию и требовалась по существу очень редко.

Оператор манипулирования схемой БД ALTER TABLE позволял добавлять указываемые поля к существующим отношениям. В описании языка определялось, что выполнение этого оператора не должно приводить к недействительности ранее откомпилированных операторов над отношением, схема которого изменяется, и что значения вновь определенных полей в существующих кортежах отношения становятся неопределенными.

Запрос - это языковое выражение, которое описывающее данные, подлежащие выборке из базы данных. В контексте оптимизации запросов часто предполагается, что запросы выражаются в манере, основанной на содержании, (в большинстве случаев ориентированной на множества, что дает оптимизатору достаточную возможность выбора между возможными процедурами вычисления.

Экономический принцип требует, чтобы процедуры оптимизации пытались либо максимизировать пропускную способность при заданном числе ресурсов, либо минимизоровать потребление ресурсов при данной пропускной способности. Оптимизация запросов направленая на минимизация времени отклика для заданного запроса и смеси типов запросов в данной системной среде.

Путь обработки запроса в реляционной СУБД

Следуя, можно представить, что обработка запроса, поступившего в систему представленным на некотором языке запросов, состоит из этапов или фаз.

На первой фазе запрос, представленный на языке запросов, подвергается лексическому и синтаксическому анализу. При этом вырабатывается его внутреннее представление, отражающее структуру запроса и содержащее информацию, которая характеризует объекты базы данных, упомянутые в запросе (отношения, поля и константы). Информация о хранимых в базе данных объектах выбирается из каталогов базы данных. Внутреннее представление запроса используется и преобразуется на следующих стадиях обработки запроса.

На второй фазе запрос в своем внутреннем представлении подвергается логической оптимизации. При этом могут применяться различные преобразования, "улучшающие" начальное представление запроса. Среди этих преобразований могут быть эквивалентные преобразования, после проведения которых получается внутренне представление, семантически эквивалентное начальному (например, приведение запроса к некоторой канонической форме), Преобразования могут быть и семантическими, когда получаемое представление не является семантически эквивалентным начальному, но гарантируется, что результат выполнения преобразованного запроса совпадает с результатом запроса в начальной форме при соблюдении ограничений целостности, существующих в базе данных. В любом случае после выполнения второй фазы обработки запроса его внутреннее представление остается непроцедурным, хотя и является в некотором смысле более эффективным, чем начальное.

Третий этап обработки запроса состоит в выборе на основе информации, которой располагает оптимизатор, набора альтернативных процедурных планов выполнения данного запроса в соответствии с его внутреннем представлением, полученным на второй фазе.

На четвертом этапе по внутреннему представлению наиболее оптимального плана выполнения запроса формируется выполняемое представление плана. Выполняемое представление плана может быть программой в машинных кодах, если, как в случае System R, система ориентирована на компиляцию запросов в машинные коды, или быть машинно-независимым, но более удобным для интерпретации, если, как в случае INGRES, система ориентирована на интерпретацию запросов. В нашем случае это непринципиально, поскольку четвертая фаза обработки запроса уже не связана с оптимизацией.

Наконец, на последнем, пятом этапе обработки запроса происходит его реальное выполнение в соответствии с выполняемым планом запроса. Это либо выполнение соответствующей подпрограммы, либо вызов интерпретатора с передачей ему для интерпретации выполняемого плана.

12. SQL-92. Основные понятия. Описание данных. (стр. 30)

SQL-92 — третья версия языка запросов к базам данных SQL. Третья версия стала весьма существенным обновлением языка. За исключением некоторых мелких противоречий стандарт SQL-89 практически полностью совместим со стандартом SQL-92.

 Схемой называется именованный набор (множество) объектов базы данных, управляемых одним пользователем и в определенных случаях рассматриваемых как единое целое. Предшествующие SQL стандарты определяли процедуры создания и исключения (отмены) таблиц и других объектов, однако это отождествляло схемы с контрольным списком полномочий согласно идентификатору авторизации пользователя (Autorization ID) и, хотя понятие ID не содержалось в стандарте, именно оно соответствовало понятию "схема".

 В языке SQL значение любого типа является примитивным в том смысле, что в соответствии со стандартом оно не может быть логически разбито на другие значения. Значения могут быть определенными или неопределенными. Неопределенное значение - это зависящее от реализации значение, которое гарантированно отлично от любого определенного значения соответствующего типа. Можно считать, что имеется всего одно неопределенное значение, входящее в любой тип данных языка SQL. Для неопределенного значения отсутствует представляющий его литерал, хотя в некоторых случаях используется ключевое слово NULL для выражения того, что желательно именно неопределенное значение.

В SQL/92 определяются различные типы данных, обозначаемые следующими ключевыми словами: CHARACTER, CHARACTERVARYING, BIT, BITVARYING, NUMERIC, DECIMAL, INTEGER, SMALLINT, FLOAT, REAL, DOUBLEPRECISION, DATE, TIME, TIMESTAMP и INTERVAL.

Типы данных CHARACTER и CHARACTERVARYING совместно называются типами данных символьных строк; типы данных BIT и BITVARYING - типами данных битовых строк. Типы данных символьных строк и типы данных битовых строк совместно называются строчными типами данных, а значения строчных типов называются строками.

Типы данных NUMERIC, DECIMAL, INTEGER и SMALLINT совместно называются типами данных точных чисел. Типы данных FLOAT, REAL и DOUBLEPRECISION совместно называются типами данных приблизительных чисел. Типы данных точных чисел и типы данных приблизительных чисел совместно называются числовыми типами. Значения числовых типов называются числами.

Типы данных DATE, TIME и TIMESTAMP совместно называются типами даты-времени. Значения типов даты-времени называются "дата-время". Тип данных INTERVAL называется интервальным типом.

13. SQL-92. Операторы манипулирования данными. (стр. 30)

Каждый из операторов этой группы является абсолютно независимым от какого бы то ни было другого оператора, т. е. для выполнения любого оператора этой группы не требуется предварительное выполнение как ого бы то ни было другого оператора. 

Оператор выборки

<select statement> ::=

SELECT [ALL | DISTINCT] <select name>

INTO <select target list>

<table expression>

<select target list>::=

<target specification> [{, <target specification>}. . . ]

Поскольку, как мы уже объясняли в подразделе 2. 3. 2, результатом одиночного оператора выборки должна являться таблица, состоящая не более, чем из одной строки, список целей специфицируется в самом операторе. После выполнения оператора цели содержат соответствующие поля (столбцы) результирующей строки(если, конечно, результирующая таблица не является пустой).

Оператор поискового удаления

Оператор описывается следующим синтаксическим правилом:

<delete statement: searched> ::=

DELETE FROM <table name>

WHERE [<search condition>]

Таблица T, указанная в разделе FROM оператора DELETE, должна быть изменяемой. На условие поиска накладывается то условие, что на столбцы таблицы T не должны содержаться ссылки ни в как ом вложенном подзапросе предикатов раздела WHERE.

Фактически, оператор выполняется следующим образом: последовательно просматриваются все строки таблицы T, и те строки, для которых результатом вычисления условия выборки является true, удаляются из таблицы T. При отсутствии раздела WHERE удаляются все строки таблицы T (обычно при выполнении поискового оператора DELETE без раздела WHERE в интерактивном режиме до удаления всех строк запрашивается подтверждение правильности такого действия).

Оператор поисковой модификации

Оператор обладает следующим синтаксисом:

<update statement: searched> ::=

UPDATE <table name>

SET <set clause: searched>

[{, <set clause: searched>}. . . ]

[WHERE <search conditions>]

<set clause: searched> ::=

<object column: searched> =

{ <value expression> | NULL }

<object column: searched> ::= <column name>

Таблица T, указанная в операторе UPDATE, должна быть изменяемой. На условие поиска накладывается то условие, что на столбцы таблицы T не должны содержаться ссылки ни в как ом вложенном подзапросе предикатов раздела WHERE.

Оператор фактически выполняется следующим образом: таблица T последовательно просматривается, и каждая строка, для которой результатом вычисления условия поиска является true, изменяется в соответствии с разделом SET. Если арифметическое выражение в разделе SET содержит ссылки на столбцы таблицы T, то при вычислении арифметического выражения используются значения столбцов текущей строки до их модификации.