Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных. Вводный курс Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

4.1. Языки баз данных

высокого уровня (в 70-х годах ФОРТРАН, КОБОЛ и др.), «зна-

ющих» особенности структуры и способы размещения данных

во внешней и оперативной памяти. В итоге работа с

бсхзами

дан-

ных осуществлялась через посредника в виде квалифицирован-

ного программиста, «переводящего» информационные потреб-

ности пользователя в машинный код', что схематично иллюст-

рируется на рис.

4.1 .

^Кг'

Пользователь

/^^

Инф

ормифюнные

потребности

ПроЕрашхкс т

Написание

затеек

программ обработки

^'Б^адахкых

Рис.

4.1.

Схема взаимодействия пользователя с базой данных в

ранних СУБД

Такое положение дел приводило к большим накл-адным рас-

ходам при создании и эксплуатации автоматизированных ин-

формационных систем и в определенной степени сдерживало

распространение вычислительной техники в процессах инфор-

мационного обеспечения деятельности предприятий и органи-

заций.

Основателем теории реляционных

СУБД

Е.

Коддом

было

вьщвинуто

предложение о создании специального

язь/л'д

для об-

щения (взаимодействия)

пользователя-/1епрогрс1ммиста с

база-

мидаппых. Идея такого языка сводилась к набору из нескольких

фраз-примитивов английского языка («выбрать», «обновить»,

«вставить», «удалить»), через которые пользователь-непрограм-

мист ставил бы «вопросы»

СУ БД по своим информационным

потребностям.

этом случае дополнительной функцией СУБД

должна быть интерпретация этих «вопросов» на низкоуровне-

вый язык машинных кодов для непосредственной обработки

этом плане примечателен афоризм Чарльза Бахмана, которым метко подме-

тил, что

«программист—это

штурман в море данных». Статью по поводу присужде-

ния ему премии Тьюринга ча пионерские работы в области

технолог1И1

баз данных он

так н

ншвал

—

«ТЬе

Ргоёгаттег

А8

NаV^^^а^ог»

(Программист

как штурман).

[Вацке-

В11Ч

Д. Стратегии клиент/сервер, - К.: Диалектика,

1996.

С.

216.]

121

4. Ввод, обработка и вывод данных в

фактографических

АИС

данных и предоставление результатов пользователю. Так роди-

лась уже упоминавшаяся по структуре СУБД «машина данных».

Иначе говоря, машина данных «понимает» язык базы данных и

в результате разделяет собственно данные и задачи

по

их обра-

ботке. В

таком

подходе взаимодействие пользователя с базой дан-

ных можно проиллюстрировать схемой, приведенной нарис. 4.2.

Инфор

мацио

нн

ые

потребности

Интерпретация на

язык машинных

кодов

Рис. 4.2. Схема

взтаюдействия

пользователя с базой дачных

через язык баз дачных

В практику эти идеи впервые претворились в ходе реали-

зации проекта 8уз1ет К (1975-1979 гг.) с участием еще одного

известного специалиста по базам данных Криса Дейта. В ходе

проекта 8у81ет

был создан язык

8Е^^Е^,

трансформировав-

шийся впоследствии

язык структурированных запросов

3^^

(81гис1иге(1 ^иегу ^апёиаёе)^. При этом дополнительно к воз-

можностям формирования «вопросов» к базе данных пользо-

вателю также решено было предоставить и возможность опи-

сания самой структуры данных, ввода данных и их изменения.

Идеи языка

8^^

оказались настолько плодотворными, что

он быстро завоевал популярность и стал широко внедряться в

создаваемых в конце 70-х и в 80-х годах реляционных СУБД.

Однако плодотворность идей языка

8^^

в отличие от первона-

чального замысла проявилась вовсе не в том, что на нем стали

^Добавим

также, что примерно в то же время в компании

1ВМ

был создан еще

один реляционный язык —

^ВЕ (Оиегу-Ву-Ехатр/е),

т. е. язык запросов по образцу,

применявшийся впоследствии во многих коммерческих системах обработки таблич-

ных данных и послуживший идеологической основой для создания визуальных «кон-

структоров»

мпросов

в современных СУБД.

122

4.1. Языки баз данных

«разговаривать» с базами данных пользователи, не являющие-

ся профессиональными программистами. Язык

8^^,

в конеч-

ном счете, позволил, как уже отмечалось, отделить низкоуров-

невые функции по организации структуры и обработке дан-

ных от высокоуровневых функций, позволяя при создании и

эксплуатации банков данных сосредоточиваться на смысловом,

а не техническом аспекте работы с данными.

Быстрое и массовое распространение языка

8^^

в реляци-

онных СУБД к середине 80-х годов привело фактически к при-

нятию его в качестве стандарта по организации и обработке

данных. В 1986 г. Американским национальным институтом

стандартов (АN8I) и Международной организацией по стандар-

тизации

(180)

язык был стандартизирован де-юре, т. е. признан

стандартным языком описания и обработки данных в реляци-

онных СУБД.

В1989

г.

АН81/180

была принята усовершенство-

ванная версия

8^^

—

8^^2,

а в

1992

г. третья версия —

8^^3.

Язык

8^^

относится к так называемым декларативным

(непроцедурным) языкам программирования. В отличие от про-

цедурных языков (С, Паскаль, Фортран, Кобол, Бейсик) на нем

формулируются предложения (инструкции) о том, «что сде-

лать», но не «как сделать, как получить». Машина данных в

СУБД исполняет роль интерпретатора и как раз строит ма-

шинный код, реализующий способ получения результата, зада-

ваемого 8^^-инструк^^ия^^п.

Язык

8^^

состоит из двух частей:

• языка

описания (определения) данных —

ййЬ

(Ва1а

ВеЯп111оп

^апёиаёе);

• языка манипулирования данными —

ВМЬ

(Ва1а

Машри/а110П

^апёиаёе).

Синтаксис 8^^-инструкций включает:

• название инструкции (команду);

• предлоэюения, определяющие источники, условия опера-

Щ1и;

• предикаты, определяющие способы и режимы отбора за-

писей, задаваемых предложениями;

123

4. Ввод, обработка и вывод

данЕшх

фактографических

АИС

• выражения, значения которых задают свойства и пара-

метры выполнения инструкции и предложения.

Структуру

8р/--инструкций

можно разделить на две основ-

ные части, схематично представленные на рис.

А.У.

Команда

Предик»

Арттменгы

(имена

пшец

фзткции

над полями)

Аргументы (источники, операции,

предикаты, выражения)

Рис. 4.3.

Структура

8^^-шIструкций

Первая часть включает название (команду)

8р/--инструк-

ции, предикат (необязательный элемент) и аргументы инструк-

ции, которыми являются перечисляемые через запятую имена

полей одной или нескольких таблиц.

Вторая часть состоит из одного или нескольких предложе-

ний, аргументы которых могут задавать источники данных (име-

на таблиц, операции над таблицами), способы, условия и ре-

жимы выполнения команды (предикаты сравнения, логические

и математические выражения по значениям полей таблиц).

Перечень

8р/--инструкций

разделяется по частям языка

8^^.

состав языка

^^^

входят несколько базовых инструкций,

обеспечивающих основной набор функций при создании реля-

ционных таблиц и связей между ними.

СКЕАТЕТАВ1Е...

— создать таблицу;

СКЕАТЕШОЕХ...

— создать индекс;

АЬТЕКТАВЬЕ...

— изменить структуру ранее создан-

ной таблицы;

ОЯОР...

— удалить существующую таблицу и

базы данных.

В структуре инструкций СКЕА ТЕ

ТАВЬЕиАЬТЕК

ТАВЬЕ

важную роль играет предложение СОМЗТЯАШТ(создалъ огра-

ничения на значения данных) со следующими установками —

Квадратные скобки, как это общепринято, означают необязательность элемен-

124

4.1. Языки баз данных

МОТ

МаЬЬ

(не допускаются нулевые,

точнее

«пустые» значе-

ния по соответствующему полю, иначе говоря, определяется

поле с обязательным заполнением),

А11Т0ШС

(поле с инкре-

ментальным, т. е. последовательно возрастающим с каждой но-

вой записью, характером значений) и

РШМАЛ

КЕУ(опрсде-

ление для поля уникального, т. е. без повторов, индекса, что в

результате задает режим заполнения данного поля с уникаль-

ными неповторяющимися по различным строкам значениями).

В состав языка

^М^

также входят несколько базовых ин-

струкций, охватывающих тем не менее основные операции по

вводу, обработке

выводу даппых.

ЗЕЬЕСГ...

— выбрать данные

пз

базы данных;

Ш8ЕКТ...

— добавить данные в базу данных;

ЦРОАТЕ...

— обновить данные в базе данных;

ВЕЬЕТЕ...

— удалить данные;

СЕЛМТ...

— предоставить привилегии пользова-

телю;

КЕУОКЕ...

— отменить привилегии пользователю;

СОММГГ...

— зафиксировать текущую транзак-

цию;

КОЬЬВЛСК...

— прервать текущую транзакцию.

Важное значение имеют разновидности инструкции

ЗЕЬЕСТ—ЗЕЬЕСТ...

ШТО

... (выбрать из одной или несколь-

ких таблиц набор записей, из которого создать новую таблицу)

иМЮМ

ЗЕЬЕСТ,

которая в дополнении с исходной инструк-

цией

8ЕЬЕСТ(8ЕЬЕСТ...

ПМЮМЗЕЬЕСТ...)

рссшизует

опера-

цию объединения таблиц.

Помимо предложения

С0М8ТКАШТ

8^^-инструкцияx

используются следующие

предлолсепия:

РКОМ...

—указываеттаблицы

или запросы, которые

содержат поля, перечисленные в инструкции

8ЕЬЕСТ\

\УНЕКЕ...

— определяет, какие записи из таблиц, пе-

речисленных в предложении РКОМ, следует включить в резуль-

тат выполнения инструкции

8ЕЬЕСТ,

1/РОАТЕ

или

ВЕЬЕТЕ;

125

4. Ввод, обработка и вывод данных в фактографических АИС

СКОиРВУ...

— объединяет записи с одинаковыми зна-

чениями в указанном списке полей в одну запись;

НАУШС...

—определяет,

какие сгруппированные за-

писи отображаются при использовании инструкции

ЗЕЬЕСТс

предложением

0К01/Р

ВУ;

1М...

— определяет таблицы в любой внешней

базе данных, с которой ядро СУБД может установить связь;

ОКВЕКВУ...

— сортирует записи, полученные в резуль-

тате запроса, в порядке возрастания или убывания на основе

значений указанного поля или полей.

В качестве

исто1шика

данных по предложению

РКОМ,

помимо

таблиц

запрххюв, могут использоваться также результаты операций

соедилениятаблицвтрехразновадяостях—ШМЕКЮШ...

ОМ...,

ЬЕРТЮШ.

..ОМ...

\\ШСНТЮ1М.

..ОМ...

(внугреннеесоединение,

левое и правое внешнее соединение, соответственно'').

Предикаты используются для задания способов и режи-

мов использования записей, отбираемых на основе условий в

инструкции

8^^.

Такими предикатами являются:

АЬЬ..

— отбирает все записи, соответству-

ющие условиям, заданным в инст-

рукции

8^^,

используется по умол-

чанию;

0157ШСГ...

— исключает записи, которые содер-

жат повторяющиеся значения в

выбранных полях;

П18Т1МСПЮЖ..

— опускает данные, основанные на

целиком повторяющихся записях, а

не на отдельных повторяющихся

полях;

ТОРп... — возвращает «записей, находящих-

ся в начале или в конце диапазона,

описанного с помощью преддоже-

итОЯВЕКВУ;

" Особенности разновидностей операций соединения рассматриваются в

п. 4.3.2.1.2.

126

4.1. Языки баз данных

Выраз/сениялш в инструкциях 5^^ являются любые ком-

бинации операторов, констант, значений текстовых констант,

функций, имен полей, построенные по правилам математичес-

ких выражений и результатом которых является конкретное, в

том числе и логическое значение.

Язык

5^^,

конечно же,

сточки

зрения профессиональных

программистов построен довольно просто, но, вместе с тем, как

уже отмечалось, надежды на то, что на нем станут общаться с

базами данных пользователи-непрограммисты, не оправдались.

Причина этого, вероятно, заключается в том, что, несмотря на

простоту, язык

8^^

все же является формализованным искус-

ственным языком, осваивание и использование которого в боль-

шинстве случаев тяготит конечных пользователей. Исследова-

ния основ и способов интерфейса человека с компьютером, эр-

гономических и психологических основ работы с компьютерной

информацией, проведенные в конце 70-х и в 80-х годах, показа-

ли, что пользователи-специалисты в конкретных

предметных

областях (а не в области вычислительной техники и програм-

мирования) более склонны к диалогово-визуальным формам

работы с вычислительными системами и компьютерной инфор-

мацией.

Поэтому с конца 80-х годов в развитии СУБД наметились

две тенденции:

• СУБД для конечных пользователей;

• СУБД для программистов (профессионалов).

В СУБД для конечных пользователей имеется развитый

набор диалоговых и визуально-наглядных средств работы с ба-

зой данных в виде специальных диалоговых интерфейсов и по-

шаговых «мастеров», которые «ведут» пользователя по пути

выражения им своих потребностей в обработке данных. Напри-

мер, при создании новой таблицы соответствующий «мастер»

последовательно запрашивает у пользователя имя таблицы,

имена, типы и другие параметры полей, индексов и т. д. При

этом интерфейсная часть СУБД формирует для ядра СУБД (ма-

шины данных) соответствующую и порой весьма сложную ин-

струкцию

8^^.

127

4. Ввод, обработка и вывод данных в фактографических ЛИС

В профессиональных СУБД язык базы данных (SQL) до-

полняется элементами, присущими процедурным языкам про-

граммирования — описателями и средствами работы с различ-

ного типа переменными, операторами, функциями, процедура-

ми и т. д. В результате формируется специализированный на

работу с данными декларативно-процедурный язык высокого

уровня, который встроен в СУБД (точнее надстроен над ядром

СУБД). Такие языки называют «включающими» (см. рис. 2.1).

На основе включающего языка разрабатываются полностыо

автономные прикладные информационные системы, реализу-

ющие более простой и понятный для специалистов в опреде-

ленной предметной области (скажем, в бухгалтерии) интерфейс

работы с информацией.

С учетом этапов в развитии программных средств СУБД

такие языки получили название языков четвертого поколе-

ния

—4GL

(Forth Generation Language). Языки 4GL могут быть

непосредственно встроены в сами СУБД, а могут существовать

в виде отдельных сред прогрсшмирования. В последнем слу-

чае в таких средах разрабатываются прикладные части инфор-

мационных систем, реализующие только интерфейс и высоко-

уровневые функции по обработке данных. За низкоуровневым,

как говорят, «сервисом» к данным такие прикладные системы

обращаются к SQL-серверам, являющимися отдельными спе-

цисшизироваиными

разновидностями СУБД. «Общение» меж-

ду прикладными системами и SQL-серверами происходит со-

ответственно на языке SQL.

Свои языки 4GL имеют практически все развитые профес-

сиональные СУБД—Огасlе, SyBase, Informix, Ingres, DB2, оте-

чественная СУБД ЛИНТЕР. Распространенными отдельными

средами программирования для создания информационных си-

стем в настоящее время являются системы Visual Basic фирмы

Microsoft и Delphi фирмы Borland International. Кроме того, уже

упоминавшиеся CASE-средства автоматизированного проекти-

рования — PowerBuilder фирмы PowerSoft, Огасlе Designer

фирмы Огасlе, SQLWindows фирмы Gupta и др., также, как

правило, имеют свои встроенные языки 4GL.

128

4.2. Ввод, загрузка и

редактпроваЕШс

данных

В заключение следует отметить, что в последнее время на-

метилась тенденция встраивания развитых языков уровня

4^^

и в СУБД для конечных пользователей. В качестве примера

можно привести СУБД Ассе88 фирмы

М1сго5оЛ,

имеющей один

из наиболее развитых интерфейсов по созданию и работе с ба-

зами данных для конечных пользователей, и в то же время ос-

нащенной встроенным языком уровня

4^^—УВА (У15иа/ Ва51с

Гог

АррЛсаиоп),

являющегося диалектом языка

У^зиа/

Ва51с.

4.2. Ввод, загрузка и редактирование данных

Базы данных создаются для удовлетворения информаци-

онных потребностей пользователей. Однако для выполнения

этой главной задачи базу данных необходимо не только пра-

вильно организовать и построить, но и наполнить самими дан-

ными. Как правило, эта задача требует больших затрат особен-

но на начальном этапе ввода информационных систем в эксп-

луатацию. Поэтому способам, удобству ввода и редактирования

данных в СУБД всегда придавалось и придается важное значе-

ние.

4.2.1. Ввод и редактирование данных

в реляционных СУБД

В настоящее время можно выделить четыре основных спо-

соба ввода, загрузки и редактирования данных в современных

реляционных СУБД:

• непосредственный

ввод и редактирование данных в таб-

личном режиме;

• ввод

и редактирование данных через

формы^ ;

• ввод, загрузка и редактирование данных через запросы на

изменения;

• ввод данных через импорт из внешних источников.

Ввод данных в табличном

режиме

и через формы явля-

ется наиболее естественным с точки зрения табличного харак-

' Если формы

прсдпазничены

только для ввода, просмотра и

измсметш

данных

их еще называют входными (вводными) формами.

129

4. Ввод, обработка и вывод данных в

фактографических

АИС

тера организации данных в реляционных СУБД. Как отмеча-

лось при рассмотрении реляционной модели организации дан-

ных, единичным элементом информации, имеющим отдельное

смысловое значение, является кортеж, т. е. табличная строка-

запись, состоящая из дискретного набора значений по полям

таблицы. Иначе говоря, данные в реляционные базы вводятся

или удаляются кортежами-записями.

Отображать кортеэ/си-записи можно двумя способами,

располагая поля записи вертикально или горизонтально (см.

рис.

4.4

рис.

4.5).

Название

пшх

Название

папх

Название

пшх

Запись 1

Зкачскив

поля1'**

'•&:'.?•*_?*»•

•'!:?лг(л>у«»!;Т

1^г

.•

«-,к.

.Зиачвннб.пвля!

Запись 2

Название пшх 1

Название

папх

Название

пшхН

{Значение

'П0Л(С!')1^><^

•

Значение

поля

•2'' *

Рис. 4.4. Вертикальный способ расположения полей записей

В первом случае пользователь «видит» и имеет доступ, как

правило, сразу ко всем полям одной записи и его внимание со-

средоточивается на одной записи как отдельном объекте. Запи-

си располагаются друг за другом вертикально, и на экране ком-

пьютера обеспечивается вертикальная прокрутка (скроллинг)

записей.

130