| ||||||||||||
| ||||||||||||
|
2008 г.
Понятие модели данных. Обзор разновидностей моделей данныхСергей Кузнецов Манипулирование данными в SQLСредства манипулирования данными составляют значительную часть языка SQL, но сейчас мы не будем их обсуждать. Здесь мы ограничимся общей характеристикой оператора SQL SELECT, предназначенного для выборки данных и имеющего следующий синтаксис: SELECT [ ALL | DISTINCT ] select_item_commalist FROM table_reference_commalist [ WHERE conditional_expression ] [ GROUP BY column_name_commalist ] [ HAVING conditional_expression ] [ ORDER BY order_item_commalist ] Выборка данных производится из одной или нескольких таблиц, указываемых в разделе FROM запроса. В последнем случае на первом этапе выполнения оператора SELECT образуется одна общая таблица, получаемая из исходных таблиц путем применения операции расширенного декартова умножения. Таблицы могут быть как базовыми, реально хранимыми в базе данных (традиционными или типизированными), так и порожденными, т.е. задаваемыми в виде некоторого оператора SELECT. Это допускается, поскольку результатом выполнения оператора SELECT в его базовой форме является традиционная таблица. Кроме того, в разделе FROM можно указывать выражения соединения базовых и/или порожденных таблиц, результатами которых опять же являются традиционные таблицы. На следующем шаге общая таблица, полученная после выполнения раздела, подвергается фильтрации путем вычисления для каждой ее строки логического выражения, заданного в разделе WHERE запроса. В отфильтрованной таблице остаются только те строки общей таблицы, для которых значением логического выражения является true. Если в операторе отсутствует раздел GROUP BY, то после этого происходит формирование результирующей таблицы запроса путем вычисления выражений, заданных в списке выборки оператора SELECT. В этом случае список выборки вычисляется для каждой строки отфильтрованной таблицы, и в результирующей таблице появится ровно столько же строк. При наличии раздела GROUP BY из отфильтрованной таблицы получается сгруппированная таблица, в которой каждая группа состоит из кортежей отфильтрованной таблицы с одинаковыми значениями столбцов группировки, задаваемых в разделе GROUP BY. Если в запросе отсутствует раздел HAVING, то результирующая таблица строится прямо на основе сгруппированной таблицы. Иначе образуется отфильтрованная сгруппированная таблица, содержащая только те группы, для которых значением логического выражения, заданного в разделе HAVING, является true. Результирующая таблица на основе сгруппированной или отфильтрованной сгруппированной таблицы строится путем вычисления списка выборки для каждой группы. Тем самым, в результирующей таблице появится ровно столько строк, сколько групп содержалось в сгруппированной или отфильтрованной сгруппированной таблице. Если в запросе присутствует ключевое слово DISTINCT, то из результирующей таблицы устраняются строки-дубликаты, т.е. запрос вырабатывает не мультимножество, а множество строк. Наконец, в запросе может присутствовать еще и раздел ORDER BY. В этом случае результирующая таблица сортируется в порядке возрастания или убывания в соответствии со значениями ее столбцов, указанных в разделе ORDER BY. Результатом такого запроса является не таблица, а отсортированный список, который нельзя сохранить в базе данных. Сам же запрос, содержащий раздел ORDER BY, нельзя использовать в разделе FROM других запросов. Приведенная характеристика средств манипулирования данными языка SQL является не вполне точной и полной. Кроме того, она отражает семантику оператора SQL, а не то, как он обычно исполняется в SQL-ориентированных СУБД. Ограничения целостности в модели SQLКак отмечалось в начале этого раздела, наиболее важным отличием модели данных SQL от реляционной модели данных является то, что таблицы SQL могут содержать мультимножества строк. Из этого, в частности, следует, что в модели SQL отсутствует обязательное предписание об ограничении целостности сущности. В базе данных могут существовать таблицы, для которых не определен первичный ключ. С другой стороны, если для таблицы определен первичный ключ, то для нее ограничение целостности сущности поддерживается точно так же, как это требуется в реляционной модели данных. Ссылочная целостность в модели данных SQL поддерживается в обязательном порядке, но в трех разных вариантах, лишь один из которых полностью соответствует реляционной модели. Это связано с уже упоминавшимся в этом разделе интенсивным использованием в SQL неопределенных значений. Подробнее особенности ограничений ссылочной целостности в SQL рассматриваются в гл. 11. Кроме того, в SQL имеются развитые возможности явного определения ограничений целостности на уровне столбцов таблиц, на уровне таблиц целиком и на уровне базы данных. 4.3. Истинная реляционная модельДейт и Дарвен очень подробно и тщательно разработали предлагаемый ими вариант реляционной модели данных. В последнем издании книги [12], изданном в крупном формате, около 600 страниц, причем это очень насыщенный текст. Поэтому в кратком очерке истинной реляционной модели, предлагаемом в этом разделе, мы можем описать только ее самые общие и внешние черты. За подробностями отсылаю читателей к [11]. Типы и структуры данных истинной реляционной моделиКристофер Дейт и Хью Дарвен поставили перед собой трудную задачу: показать, что на основе идей Эдгара Кодда можно реализовать СУБД, обеспечивающие возможности по части представления и хранения данных сложной структуры, не меньшие тех, которые обеспечивают объектные и SQL-ориентированные СУБД. Этому мешал, прежде всего, тезис Кодда о нормализации отношений: в реляционной базе данных должны содержаться только отношения, атрибуты которых определены на «доменах, элементы которых являются атомарными (не составными) значениями» [1]. В [13] Дейт пишет: «Я согласен с Коддом, что желательно оставаться в рамках логики первого порядка, если это возможно. В то же время я отвергаю идею "атомарных значений", по крайней мере, в смысле абсолютной атомарности. В Третьем манифесте мы допускаем наличие доменов, содержащих значения произвольной сложности. (Они могут быть даже отношениями.) Тем не менее, мы остаемся в рамках логики первого порядка.» Если учесть, что [1] является первой официальной публикацией Кодда по поводу реляционной модели данных, то трудно сказать, что Дейт очень уж строго следует всем его заветам. Те постулаты Кодда, которые вредят достижению цели Третьего манифеста, просто отвергаются. В истинно реляционной модели очень большое внимание уделяется типам данных. Предлагаются три категории типов данных: скалярные типы, кортежные типы и типы отношений. Скалярный тип данных – это привычный инкапсулированный тип, реальная внутренняя структура которого скрыта от пользователей. Предлагаются механизмы определения новых скалярных типов и операций над ними. Типом атрибута определяемого скалярного типа может являться любой определенный к этому моменту скалярный тип, любой кортежный тип и тип отношения. Некоторые базовые скалярные типы данных должны быть предопределены в системе. В число этих типов должен входить тип truth value (так Дейт и Дарвен называют булевский тип) ровно с двумя значениями true и false. Кортежный тип – это безымянный тип данных, определяемый с помощью генератора типа TUPLE c указанием множества пар <имя_атрибута, тип_атрибута> (заголовка кортежа). Типом атрибута кортежного типа может являться любой определенный к этому моменту скалярный тип, любой кортежный тип и тип отношения. Значением кортежного типа является кортеж, представляющий собой множество триплетов <имя_атрибута, тип_атрибута, значение_атрибута>, которое соответствует заголовку кортежа этого кортежного типа. Тип отношения – это безымянный тип данных, определяемый с помощью генератора типа RELATION c указанием некоторого заголовка кортежа. Значением типа отношения является заголовок отношения, совпадающий с заголовком кортежа этого типа отношения, и тело отношения, представляющее собой множество кортежей, соответствующих этому заголовку. Кортежные типы и типы отношений не являются инкапсулированными: имеется возможность прямого доступа к атрибутам. Для всех разновидностей типов данных разработана модель множественного наследования, позволяющая определять новые типы данных на основе уже определенных типов. Модель наследования по Дейту и Дарвену не является частью истинной реляционной модели данных. Понятно, что при таких определениях значениями атрибутов отношения могут быть не только значения произвольно сложных скалярных типов, типами атрибутов которых могут быть, в частности, отношения, но и просто отношения. Тем не менее, в [8] Дейт и Дарвен говорят: «Каждый кортеж в [отношении] R содержит в точности одно значение v для каждого атрибута A в [заголовке отношения] H. Иными словами, R находится в первой нормальной форме, 1NF.» Это хорошее и понятное определение первой нормальной формы, но трудно сказать, согласился ли бы с ним Кодд. База данных в истинной реляционной модели – это набор долговременно хранимых именованных переменных отношений, каждая из которых определена на некотором типе отношений. В каждый момент времени каждая переменная отношения базы данных содержит некоторое значение отношения соответствующего типа. Манипулирование данными в истинной реляционной моделиВообще говоря, в качестве эталонного средства манипулирования данными в истинной реляционной модели можно использовать упоминавшуюся в подразделе 3.2 реляционную алгебру Кодда. Однако в [9-10, 12] Дейт и Дарвен предложили новую реляционную алгебру, названную ими Алгеброй A, которая основывается на реляционных аналогах булевских операций конъюнкции, дизъюнкции и отрицания. Можно показать, что через ее операции выражаются все операции алгебры Кодда. Ограничения целостности в истинной реляционной моделиВ число обязательных требований истинной реляционной модели входит требование определения хотя бы одного возможного ключа для каждой переменной отношения (возможный ключ – это одно из подмножеств заголовка переменной отношения, обладающее упоминавшимися в подразделе 3.3 свойствами первичного ключа). Кроме того, говорится, что «любое условное выражение, которое является (или логически эквивалентно) замкнутой правильно построенной формулой (WFF) реляционного исчисления, должно быть допустимо в качестве спецификации ограничения целостности» [11]. Средства поддержки декларативной ссылочной целостности фигурируют только в разделе рекомендуемых возможностей: «В D [конкретную реализацию истинной реляционной модели] следует включить некоторую декларативную сокращенную форму для выражения ссылочных ограничений (называемых также ограничениями внешнего ключа)». 5. ЗаключениеВ данной лекции было введено важнейшее в технологии баз данных понятие модели данных. Кратко рассмотрены особенности трех ранних моделей данных: модели инвертированных таблиц, иерархической модели и сетевой модели данных. В отдельном разделе представлена исходная реляционная модель данных, определенная Эдгаром Коддом. Описаны основные черты трех современных моделей данных, системы типов данных которых позволяют сохранять в базе данных и обрабатывать данные произвольно сложной структуры: объектно-ориентированная модель данных, модель данных SQL и истинно реляционная модель данных. Литература
|
 | |||||||||
| |||||||||
|
CITForum © 1997–2025