Ограничения целостности.

Существуют три подхода, каждый из которых поддерживает целостность по ссылкам. Первый подход заключается в том, что запрещается производить удаление записи, на которую существуют ссылки (т.е. сначала нужно либо удалить ссылающиеся записи, либо соответствующим образом изменить значения их внешнего ключа). При втором подходе при удалении записи, на которую имеются ссылки, во всех ссылающихся записях значение внешнего ключа автоматически становится неопределенным. Наконец, третий подход (каскадное удаление) состоит в том, что при удалении записи из таблицы, на которую ведет ссылка, из ссылающейся таблицы автоматически удаляются все ссылающиеся записи.[7, 12, 13].

1. Нормализация базы данных

Процесс трансформации данных в реляционную форму называется нормализацией[9]. Говоря проще, нормализация - это удаление избыточных данных из каждой таблицы в базе данных. У нормализации двойная цель - удалить лишние копии данных и обеспечить максималь­ную гибкость как в структурах таблиц, так и в интерфейсных приложениях на случай возможных будущих изменений в базах данных.

О нормализации таблиц в базе данных нужно заботится на раннем этапе проектирования приложения, так как при “живых” данных довольно трудно менять структуру базы. Иногда процесс нормализации порождает добавочные таблицы, которые были не включены в первона­чальный проект. Узнав об этом как можно раньше, не придется зря тратить силы на их разработку.

Нормализация обычно подразделяется на пять форм или стадий— от первой нормальной формы по пятую нормальную форму. То есть просто пять установок реляционного критерия, который либо обнаруживает таблицу, либо нет. Каждая последующая стадия строится на предыдущей. Формально существует пять форм, но на практике, как правило, используется только первые три. Последние две считаются слишком специальными, чтобы их применять к обычным проектам баз данных.[7, 8, 10].

1. Первая нормальная форма

Для того чтобы таблица считалась нормализованной к первой нормальной форме, каждое из ее полей должно быть неделимым и не должно содержать никаких повторяющихся групп.

Поле считается неделимым, если оно содержит только один элемент данных. Например, поле Address, которое содержит не только название улицы, но также и города, почтовый код, не является неделимым. Чтобы соответствовать первой нормальной форме, такие столбцы должны быть разбиты на несколько полей.[7, 8, 10].

Повторяющаяся группа — это поле, которое повторяется внутри определения записи с целью хранения нескольких значений для атрибута.

1. Вторая нормальная форма

Для того чтобы привести таблицу ко второй нормальной форме, нужно, чтобы все не ключевые поля полностью зависели от первичного ключа таблицы и от каждого поля в первичном ключе, если последний состоит из нескольких полей. Это зна­чит, что каждое не ключевое поле должно уникально определяться первичным ключом и полями, его составляющими.[7, 8, 10].

1. Третья нормальная форма

Для того чтобы таблица была приведена к третьей нормальной форме, нужно, чтобы все не ключевые поля полностью зависели от первичного ключа таблицы и не зависели друг от друга. Таким образом, к квалификации второй нормальной формы добавляется требование независимости каждого не ключевого поля таблицы от других не ключевых полей.[7, 8, 10].

1. Четвертая нормальная форма

Четвертая нормальная форма запрещает хранить независимые элементы в одной и той же таблице, когда между этими элементами существуют взаимоотношения типа многие-ко-многим. Четвертая нормальная форма требует, чтобы запомнили такие элементы в отдельных таблицах и создали таблицу от­ношений для организации связей между таблицами, характеризующихся взаимоотношениями типа многие-ко-многим.

Конечно же, поскольку два столбца находятся во взаимоотношении многие-ко-многим, то они уже не являются неза­висимыми, и тем самым уже нарушают третью нормальную форму. По этой причине четвертая нормальная форма рас­сматривается больше теоретически, т.к. частично она перекрывается третьей нормальной формой.[7, 8, 10].

1. Пятая нормальная форма

Пятая нормальная форма требует, чтобы вы имели возможность перестраивать свои данные в нормализованных таб­лицах, в которые они были переведены. Это значит, что если вы начинаете с ненормализованных таблиц, то у вас не должно быть препятствий к вырезке и вставке данных и после нормализации. Это осуществимые, если есть гарантия, что в процессе нормализации не будет потери данных.

На практике идея сохранения всех элементов в базе данных в процессе нормализации воплощается чисто интуитивно. Ведь вряд ли будут слепо выбрасывать из таблиц элементы данных. Но тем не менее, пятая нормальная форма при­звана застраховать вас от такого несчастного случая.[7, 8, 10].

1. Язык SQL как стандартный язык баз данных.

Стремительный рост популярности SQL является одной из самых важных тенденций в современной компьютерной промышленности. За несколько последних лет SQL стал единственным языком баз данных. На сегодняшний день SQL поддерживают свыше ста СУБД, работающих как на персональных компьютерах, так и на больших ЭВМ. Был принят, а затем дополнен официальный международный стандарт на SQL. Язык SQL является важным звеном в архитектуре систем управления базами данных, выпускаемых всеми ведущими поставщиками программных продуктов, и служит стратегическим направлением разработок компании Microsoft в области баз данных. Зародившись в результате выполнения второстепенного исследовательского проекта компании IBM, SQL сегодня широко известен и в качестве мощного рыночного фактора.[13]

1. Язык SQL

QL является инструментом, предназначенным для обработки и чтения данных, содержащихся в компьютерной базе данных. SQL - это сокращенное название структурированного языка запросов (Structured Query Language). Как следует из названия, SQL является языком программирования, который применяется для организации взаимодействия пользователя с базой данных. На самом деле SQL работает только с базами данных реляционного типа. На рис. 8 изображена схема работы SQL. Согласно этой схеме, в вычислительной системе имеется база данных, в которой хранится важная информация. Если вычислительная система относится к сфере бизнеса, то в базе данных может храниться информация о материальных ценностях, выпускаемой продукции, объемах продаж и зарплате. В базе данных на персональном компьютере может храниться информация о выписанных чеках, телефонах и адресах или информация, извлеченная из более крупной вычислительной системы. Компьютерная программа, которая управляет базой данных, называется системой управления базой данных, или СУБД.

Если пользователю необходимо прочитать данные из базы данных, он запрашивает их у СУБД с помощью SQL. СУБД обрабатывает запрос, находит требуемые данные и посылает их пользователю. Процесс запрашивания данных и получения результата называется запросом к базе данных: отсюда и название — структурированный язык запросов.

Однако это название не совсем соответствует действительности. Во-первых, сегодня SQL представляет собой нечто гораздо большее, чем простой инструмент создания запросов, хотя именно для этого он и был первоначально предназначен. Несмотря на то, что чтение данных по-прежнему остается одной из наиболее важных функций SQL, сейчас этот язык используется для реализации всех функциональных возможностей, которые СУБД предоставляет пользователю, а именно:

• Организация данных. SQL дает пользователю возможность изменять структуру представления данных, а также устанавливать отношения между элементами базы данных.

• Чтение данных. SQL дает пользователю или приложению возможность читать из базы данных содержащиеся в ней данные и пользоваться ими.

• Обработка ванных. SQL дает пользователю или приложению возможность изменять базу данных, т.е. добавлять в нее новые данные, а также удалять или обновлять уже имеющиеся в ней данные.

• Управление доступом. С помощью SQL можно ограничить возможности пользователя по чтению и изменению данных и защитить их от несанкционированного доступа.

• Совместное использование данных. SQL координирует совместное использование данных пользователями, работающими параллельно, чтобы они не мешали друг другу.

• целостность данных. SQL позволяет обеспечить целостность базы данных, защищая ее от разрушения из-за несогласованных изменений или отказа системы.

Таким образом, SQL является достаточно мощным языком для взаимодействия с СУБД.

Во-вторых, SQL — это не полноценный компьютерный язык типа COBOL, FORTRAN или С. В SQL нет оператора IF для проверки условий, нет оператора GOTO для организации переходов и нет операторов DO или FOR для создания циклов. SQL является подъязыком баз данных, в который входит около тридцати операторов, предназначенных для управления базами данных. Операторы SQL встраиваются в базовый язык, например COBOL, FORTRAN или С, и дают возможность получать доступ к базам данных. Кроме того, из такого языка, как С, операторы SQL можно посылать СУБД в явном виде, используя интерфейс вызовов функций.

Наконец, SQL — это слабо структурированный язык, особенно по сравнению с такими сильно структурированными языками, как С или Pascal. Операторы SQL напоминают английские предложения и содержат "слова-пустышки", не влияющие на смысл оператора, но облегчающие его чтение. В SQL почти нет нелогичностей, к тому же имеется ряд специальных правил, предотвращающих создание операторов SQL, которые выглядят как абсолютно правильные, но не имеют смысла.

Несмотря на не совсем точное название, SQL на сегодняшний день является единственным стандартным языком для работы с реляционными базами данных. SQL — это достаточно мощный и в то же время относительно легкий для изучения язык.[13, 8].

1. Достоинства SQL

SQL — это легкий для понимания язык и в то же время универсальное программное средство управления данными.

Успех языку SQL принесли следующие его особенности:

• независимость от конкретных СУБД;

• переносимость с одной вычислительной системы на другую;

• наличие стандартов;

• одобрение компанией IBM (СУБД DB2);

• поддержка со стороны компании Microsoft (протокол ODBC);

• реляционная основа;

• высокоуровневая структура, напоминающая английский язык;

• возможность выполнения специальных интерактивных запросов:

• обеспечение программного доступа к базам данных;

• возможность различного представления данных;

• полноценность как языка, предназначенного для работы с базами данных;

• возможность динамического определения данных;

• поддержка архитектуры клиент/сервер.

Все перечисленные выше факторы явились причиной того, что SQL стал стандартным инструментом для управления данными на персональных компьютерах, мини-компьютерах и больших ЭВМ. Ниже эти факторы рассмотрены более подробно.[13, 8, 17].

1. Независимость от конкретных СУБД

Все ведущие поставщики СУБД используют SQL, и ни одна новая СУБД, не поддерживающая SQL, не может рассчитывать на успех. Реляционную базу данных и программы, которые с ней работают, можно перенести с одной СУБД на другую с минимальными доработками и переподготовкой персонала. Программные средства, входящие в состав СУБД для персональных компьютеров, такие как программы для создания запросов, генераторы отчетов и генераторы приложений, работают с реляционными базами данных многих типов. Таким образом, SQL обеспечивает независимость от конкретных СУБД, что является одной из наиболее важных причин его популярности.

1. Переносимость с одной вычислительной системы на другие

Поставщики СУБД предлагают программные продукты для различных вычислительных систем: от персональных компьютеров и рабочих станций до локальных сетей, мини-компьютеров и больших ЭВМ. Приложения, созданные с помощью SQL и рассчитанные на однопользовательские системы, по мере своего развития могут быть перенесены в более крупные системы. Информация из корпоративных реляционных баз данных может быть загружена в базы данных отдельных подразделений или в личные базы данных. Наконец, приложения для реляционных баз данных можно вначале смоделировать на экономичных персональных компьютерах, а затем перенести на дорогие многопользовательские системы.

1. Стандарты языка SQL

Официальный стандарт языка SQL был опубликован Американским институтом национальных стандартов (American National Standards Institute — ANSI) и Международной организацией по стандартам (International Standards Organization — ISO) в 1986 году и значительно расширен в 1992 году. Кроме того, SQL является федеральным стандартом США по обработке информации (FIPS — Federal Information Processing Standard) и, следовательно, соответствие ему является одним из основных требований, содержащихся в больших правительственных контрактах, относящихся к области вычислительной техники. В Европе стандарт X/OPEN для переносимой среды программирования на основе операционной системы UNIX включает в себя SQL в качестве стандарта для доступа к базам данных. SQL Access Group — консорциум поставщиков компьютерного оборудования и баз данных — определил для SQL стандартный интерфейс вызовов функций, который является основой протокола ODBC компании Microsoft и входит также в стандарт X/OPEN. Эти стандарты служат как бы официальной печатью, одобряющей SQL, и они ускорили завоевание им рынка.[13, 8, 17].

1. Одобрение SQL компанией IBM (СУБД DB2)

SQL был придуман научными сотрудниками компании IBM и широко используется ею во множестве пакетов программного обеспечения. Подтверждением этому служит флагманская СУБД DB2 компании IBM. Все основные семейства компьютеров компании IBM поддерживают SQL: система PS/2 для персональных компьютеров, система среднего уровня AS/400. система RS/6000 на базе UNIX, а также операционные системы MVS и VM больших ЭВМ. Широкая поддержка SQL фирмой IBM ускорила его признание и еще в самом начале возникновения и развития рынка баз данных явилась своего рода недвусмысленным указанием для других поставщиков баз данных и программных систем, в каком направлении необходимо двигаться.

1. Протокол ODBC и компания Microsoft

Компания Microsoft рассматривает доступ к базам данных как важную часть своей операционной системы Windows. Стандартом этой компании по обеспечению доступа к базам данных является ODBC (Open Database Connectivity — взаимодействие с открытыми базами данных) — программный интерфейс, основанный на SQL. Протокол ODBC поддерживается наиболее распространенными приложениями Windows (электронными таблицами, текстовыми процессорами, базами данных и т.п.), разработанными как самой компанией Microsoft, так и другими ведущими поставщиками. Поддержка ODBC обеспечивается всеми ведущими реляционными базами данных. Кроме того, ODBC опирается на стандарты, одобренные консорциумом поставщиков SQL Access Group, что делает ODBC как стандартом де-факто компании Microsoft, так и стандартом, независимым от конкретных СУБД.[13, 8, 17].

1. Реляционная основа

SQL является языком реляционных баз данных, поэтому он стал популярным тогда, когда популярной стала реляционная модель представления данных. Табличная структура реляционной базы данных интуитивно понятна пользователям, поэтому язык SQL является простым и легким для изучения. Реляционная модель имеет солидный теоретический фундамент, на котором были основаны эволюция и реализация реляционных баз данных. На волне популярности, вызванной успехом реляционной модели, SQL стал единственным языком для реляционных баз данных.[13, 8, 17].

1. Высокоуровневая структура, напоминающая английский язык

Операторы SQL выглядят как обычные английские предложения, что упрощает их изучение и понимание. Частично это обусловлено тем, что операторы SQL описывают данные, которые необходимо получить, а не определяют способ их поиска. Таблицы и столбцы в реляционной базе данных могут иметь длинные описательные имена. В результате большинство операторов SQL означают именно то, что точно соответствует их именам, поэтому их можно читать как простые, понятные предложения.

1. Интерактивные запросы

SQL является языком интерактивных запросов, который обеспечивает пользователям немедленный доступ к данным. С помощью SQL пользователь может в интерактивном режиме получить ответы на самые сложные запросы в считанные минуты или секунды, тогда как программисту потребовались бы дни или недели, чтобы написать для пользователя соответствующую программу. Из-за того, что SQL допускает немедленные запросы, данные становятся более доступными и могут помочь в принятии решений, делая их более обоснованными.[13, 8, 17].

1. Программный доступ к базе данных

Программисты пользуются языком SQL, чтобы писать приложения, в которых содержатся обращения к базам данных. Одни и те же операторы SQL используются как для интерактивного, так и для программного доступа, поэтому части программ, содержащие обращения к базе данных, можно вначале тестировать в интерактивном режиме, а затем встраивать в программу. В традиционных базах данных для программного доступа используются одни программные средства, а для выполнения немедленных запросов — другие, без какой либо связи между этими двумя режимами доступа.[13, 8, 17].

1. Различные представления данных

С помощью SQL создатель базы может сделать так, что различные пользователи базы данных будут видеть различные представления её структуры и содержимого. Например, базу данных можно спроектировать таким образом, что каждый пользователь будет видеть только данные, относящиеся к его подразделению или торговому региону. Кроме того, данные из различных частей базы данных могут быть скомбинированы и представлены пользователю в виде одной простой таблицы. Следовательно, представления можно использовать для усиления защиты базы данных и ее настройки под конкретные требования отдельных пользователей.[13, 8, 17].

1. Полноценный язык для работы с базами данных

Первоначально SQL был задуман как язык интерактивных запросов, но сейчас он вышел далеко за рамки чтения данных. SQL является полноценным и логичным языком, предназначенным для создания базы данных, управления ее защитой, изменения ее содержимого, чтения данных и совместного использования данных несколькими пользователями, работающими параллельно. Приемы, освоенные при изучении одного раздела языка, могут затем применяться в других командах, что повышает производительность работы пользователей.[13, 8, 17].

1. Динамическое определение данных

С помощью SQL можно динамически изменять и расширять структуру базы данных даже в то время, когда пользователи обращаются к ее содержимому. Это большое преимущество перед языками статического определения данных, которые запрещают доступ к базе данных во время изменения ее структуры. Таким образом, SQL обеспечивает максимальную гибкость, так как дает базе данных возможность адаптироваться к изменяющимся требованиям, не прерывая работу приложения, выполняющегося в реальном масштабе времени.[13, 8, 17].

1. Архитектура клиент/сервер

SQL — естественное средство для реализации приложений клиент/сервер. В этой роли SQL служит связующим звеном между клиентской системой, взаимодействующей с пользователем, и серверной системой, управляющей базой данных, позволяя каждой системе сосредоточиться на выполнении своих функций. Кроме того, SQL позволяет персональным компьютерам функционировать в качестве клиентов по отношению к сетевым серверам или более крупным базам данных, установленным на больших ЭВМ; это позволяет получать доступ к корпоративным данным из приложений, работающих на персональных компьютерах.[13, 8, 17].

1. Архитектуры баз данных

Для рассмотрения способов организации баз данных нужно определить несколько понятий.