Язык SQL: общая характеристика, интерфейс с традиционными языками программирования

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петрозаводский государственный университет

Кольский филиал

Кафедраинформационных технологий

Доклад на тему:

«Язык SQL –общая характеристика, интерфейс с традиционными языками программирования»

студента 5 курса (гр. 2)

очного отделения

факультета ИПМ

специальности 230102 - Автоматизированныесистемы обработки информации и управления

Самсонова Антона Владимировича

Апатиты

2010

Оглавление

1       Характеристики

2       Вопросыпрактического программирования

3       Вопросысовместимости

4       РеализацииSQL

5       Типыкоманд SQL

6       Преимуществаи недостатки языка SQL

6.1    Преимущества

6.2    Недостатки

Список использованных источников

В начале 1970-х годов водной из исследовательских лабораторий компании IBM была разработанаэкспериментальная реляционная СУБД IBM System R, для которой затем был созданспециальный язык SEQUEL, позволявший относительно просто управлять данными вэтой СУБД. Аббревиатура SEQUEL расшифровывалась как Structured English QUEryLanguage — «структурированный английский язык запросов». Позже по юридическимсоображениям язык SEQUEL был переименован в SQL.

Целью разработки былосоздание простого непроцедурного языка, которым мог воспользоваться любойпользователь, даже не имеющий навыков программирования. Собственно разработкойязыка запросов занимались Дональд Чэмбэрлин (Donald D. Chamberlin) и Рэй Бойс(Ray Boyce). Пэт Селинджер (Pat Selinger) занималась разработкой стоимостногооптимизатора (cost-based optimizer), Рэймонд Лори (Raymond Lorie) занималсякомпилятором запросов.

Первыми СУБД,поддерживающими новый язык, стали в 1979 году Oracle V2 для машин VAX откомпании Relational Software Inc. (впоследствии ставшей компанией Oracle) иSystem/38 от IBM, основанная на System/R. Вопреки сложившемуся мнению, первойстала именно СУБД Oracle.

Рост количества данных,необходимость их хранения и обработки привели к тому, что возникла потребностьв создании стандартного языка баз данных, который мог бы функционировать вмногочисленных компьютерных системах различных видов. Действительно, с егопомощью пользователи могут манипулировать данными независимо от того, работаютли они на персональном компьютере, сетевой рабочей станции или универсальнойЭВМ.

SQL (англ. StructuredQuery Language — «язык структурированных запросов») — универсальныйкомпьютерный информационно-логический язык, появившийся в результате разработкиреляционной модели данных, применяемый для создания, модификации и управленияданными в реляционных базах данных.

Изначально, SQLбыл основным способом работы пользователя с базой данных и представлял собойнебольшую совокупность команд (операторов) допускающих создание таблиц,добавление в таблицы новых записей, извлечение записей из таблиц (в соответствиис заданным условием), удаление записей и изменение структур таблиц. В связи сусложнением язык SQL стал болееприкладным языком программирования, а пользователи получили возможностьиспользовать визуальные построители запросов.

SQL принципиально отличаетсяот традиционных алгоритмических языков программирования прежде всего тем, чтоон относится к непроцедурным языкам. На языке типа Кобол или Си можно записатьшаг за шагом все инструкции, необходимые для исполнения программы. Язык SQLпозволяет задать только то, “что нужно делать”, а само исполнение отдельныхопераций (“как делать”) возлагается непосредственно на СУБД. Такой подход взначительной мере определяется самой философией реляционных баз данных. СУБД вданном случае рассматривается как “черный ящик”, и что происходит внутри него,пользователя не должно касаться. Его должно интересовать только внесение в базуданных необходимых изменений и получение правильного ответа на запрос.

Другой особенностью SQLявляется так называемая трехзначная логика. В большинстве языков булевовыражение может принимать только два значения: истина и ложь. Язык SQLпозволяет записывать в базу данных значение NULL (пустое значение). NULL – этоспециальный код, который помещается в столбец таблицы, если по какой-нибудьпричине в нем отсутствуют данные. Когда значение NULL участвует в операцияхсравнения, булев результат будет ни истина и ни ложь, а неизвестно.

Все языкиманипулирования данными, созданные для многих СУБД до появления реляционных базданных, были ориентированы на операции с данными, представленными в виделогических записей файлов. Разумеется, это требовало от пользователя детальногознания организации хранения данных и серьезных усилий для указания того, какиеданные необходимы, где они размещаются и как их получить.

Благодаря работающим сфайловыми серверами СУБД, множество пользователей получают доступ к одним и темже базам данных. Упрощается разработка различных автоматизированных системуправления организациями. Однако при таком подходе вся обработка запросов изпрограмм или с терминалов пользовательских ЭВМ на них и выполняется, поэтомудля реализации даже простого запроса необходимо считывать с файлового сервераили записывать на него целые файлы, а это ведет к конфликтным ситуациям иперегрузке сети. Для исключения указанных недостатков была предложенатехнология клиент-сервер, но при этом понадобился единый язык общения ссервером – выбор пал на SQL.

Рассматриваемый языкSQL ориентирован на операции с данными, представленными в виде логически взаимосвязанныхсовокупностей таблиц-отношений. Важнейшая особенность его структур – ориентацияна конечный результат обработки данных, а не на процедуру этой обработки. ЯзыкSQL сам определяет, где находятся данные, индексы и даже какие наиболееэффективные последовательности операций следует использовать для получениярезультата, а потому указывать эти детали в запросе к базе данных не требуется.

SQL в настоящее времяполучил очень широкое распространение и фактически превратился в стандартныйязык реляционных баз данных. Стандарт на язык SQL был выпущен Американскимнациональным институтом стандартов (ANSI) в 1986 г., а в 1987 г. Международнаяорганизация стандартов (ISO) приняла его в качестве международного. Дальнейшееразвитие языка поставщиками СУБД потребовало принятия в 1992 году новогорасширенного стандарта (ANSI SQL-92 или просто SQL2). Следующим стандартом сталSQL:1999 (SQL3). В настоящее время действует стандарт, принятый в 2003 году(SQL:2003) с небольшими модификациями, внесёнными позже.

Как правило, любойпоставщик СУБД предоставляет вместе со своей системой внешнюю утилиту, котораяпозволяет вводить операторы SQL в режиме командной строки и выдает на консольрезультаты их выполнения (так, как это сделано на этой страничке,предоставляющей интерактивный доступ к БД publications). Недостатки такогорежима работы очевидны: необходимо знать SQL, необходимо помнить схему БД,отсутствует возможность удобного просмотра результатов выполнения запросов.Поэтому, подобные утилиты стали инструментами администраторов баз данных, а длясоздания пользовательских приложений используются универсальные испециализированные языки программирования. Приложения, написанные такимобразом, позволяют пользователю сосредоточиться на решении собственных задач, ане на структурах данных.

Почти все способыорганизации взаимодействия пользователя с базой данных основаны на модели"клиент-сервер". Т.е. предполагается, что каждое приложение обработкиданных разбито, как минимум, на две части:

клиента, которыйотвечает за организацию пользовательского интерфейса

сервер, которыйсобственно хранит данные, обрабатывает запросы и посылает их результаты клиентудля отображения

При этомпредполагается, что каждая часть приложения функционирует на отдельномкомпьютере, т.е. к выделенному серверу БД с помощью локальной сети подключеныперсональные компьютеры пользователей (клиенты). Это наиболее популярнаясегодня схема организации вычислительной среды.

Язык SQL позволяеттолько манипулировать данными, но в нем отсутствуют средства создания экранногоинтерфейса, что необходимо для пользовательских приложений. Для создания этогоинтерфейса служат универсальные языки третьего поколения (C, C++, Pascal) илипроблемно-ориентированные языки четвертого поколения (xBase, Informix 4Gl,Progress, Jam,...). Эти языки содержат необходимые операторы ввода / вывода наэкран, а также операторы структурного программирования (цикла, ветвтеления ит.д.). Также эти языки допускают определение структур, соответствующих записямтаблиц обрабатываемой базы данных. В исходный текст программы включаютсяоператоры языка SQL, которые во время исполнения передаются серверу БД, которыйсобственно и производит манипулирование данными. Отношения, полученные врезультате выполнения сервером SQL-запросов, возвращаются прикладной программе,которая заполняет строками этих отношений заранее определенные структуры.Дальнейшая работа клиентской программы (отображение, корректировка записей)ведется с этими структурами.

Каждая СУБД помимоинтерактивной SQL-утилиты обязательно имеет библиотеку доступа и набордрайверов для различных операционных систем.

Библиотека доступа -это, как правило, объектный файл, исходный код которого создан на универсальномязыке типа C. Эта библиотека содержит набор функций, позволяющихпользовательскому приложению соединятся с базой данных, передавать запросысерверу и получать ответные данные. Типичный набор функций такой библиотеки(имена функций зависят от используемой библиотеки):

Библиотечные вызовыпреобразуются драйвером базы данных в сетевые вызовы и передаются сетевымпрограммным обеспечением на сервер.

На сервере происходитобратный процесс преобразования: сетевые пакеты -> функции библиотеки ->SQL-запросы, запросы обрабатываются, их результаты передаются клиенту.

Как видим, такой способсоздания приложений чрезвычайно гибок, позволяет реализовать практически любоеприложение, но в то же время имеет явные недостатки:

разработка клиентскойпрограммы возможна только для той операционной системы и на том языкепрограммирования, который поддерживатеся библиотекой, необходим драйвер базыданных, который определяет допустимые типы сетевых интерфейсов, большой объемкодирования, нестандартизованные библиотечные функции.

В результате получаемприложение, которое привязано как к сетевой среде, так и кпрограммно-аппаратной платформе и используемой базе данных.

Некоторой модификациейданного способа является использование "встроенного" языка SQL. Вэтом случае в текст программы на языке третьего поколения включаются не вызовыбиблиотек, а непосредственно предложения SQL, которые предваряются ключевымвыражением "EXEC SQL". Перед компиляцией в машинный код такаяпрограмма обрабатывается препроцессором, который транслирует смесь операторов"собственного" языка СУБД и операторов SQL в "чистый"исходный код. Затем коды SQL замещаются вызовами соответствующих процедур избиблиотек исполняемых модулей, служащих для поддержки конкретного вариантаСУБД.

Такой подход позволил несколькоснизить степень привязанности к СУБД, например, при переключении прикладнойпрограммы на работу с другим сервером базы данных достаточно было зановообработать ее исходный текст новым препроцессором и перекомпилировать.

По традиции, как и сомногими стандартами в IT-индустрии, с языком SQL возникла проблема: на каком-тоэтапе многие производители использующего SQL программного обеспечения решили,что функционал в текущей (на тот момент времени) версии стандарта недостаточен,и его желательно расширить. В результате у разных производителей системуправления баз данных (СУБД) в ходу разные диалекты SQL, в общем случае междусобой несовместимые.

Среди недостатковиспользования стандартов оказывается ограничение гибкости и функциональныхвозможностей конкретной реализации. Под реализацией языка SQL понимаетсяпрограммный продукт SQL соответствующего производителя. Для расширенияфункциональных возможностей многие разработчики, придерживающиеся принятыхстандартов, добавляют к стандартному языку SQL различные расширения.

Все конкретныереализации языка несколько отличаются друг от друга. В интересах самих жепроизводителей гарантировать, чтобы их реализация соответствовала современнымстандартам ANSI в части переносимости и удобства работы пользователей. Тем неменее каждая реализация SQL содержит усовершенствования, отвечающие требованиямтого или иного сервера баз данных. Эти усовершенствования или расширения языкаSQL представляют собой дополнительные команды и опции, являющиеся добавлениямик стандартному пакету и доступные в данной конкретной реализации.

До 1996 года вопросамисоответствия коммерческих реализаций SQL стандарту занимался в основномНациональный институт стандартов и технологий (NIST), который и устанавливалуровень соответствия стандарту. Поздне́е подразделение, занимавшееся СУБД,было расформировано, и на текущий момент все усилия по проверке СУБД насоответствие стандарту ложатся на её производителя.

Положение изменилось свведением стандарта SQL:1999. Отныне стандарт приобрёл модульную структуру —основная часть стандарта была вынесена в раздел «SQL/Foundation», все остальныебыли выведены в отдельные модули. Соответственно, остался только один уровеньсовместимости — Core, что означало поддержку этой основной части. Поддержкаостальных возможностей оставлена на усмотрение производителей СУБД.

В настоящее время языкSQL поддерживается многими десятками СУБД различных типов.

Строго говоря, SQL неявляется языком программирования согласно определению этого термина. SQLпредставляет собой субъязык данных, предназначенный для использования только вкачестве интерфейса с БД. Сам по себе SQL не содержит тех средств, которыенеобходимы для разработки законченных программ. Подобные задачи должны решатьсялибо с помощью языков программирования или управления заданиями, либоинтерактивно, в результате действий, выполняемых самим пользователем. Попричине подобной незавершенности в плане организации вычислительного процессаязык SQL может применяться в форме одной из трех прикладных реализаций:

1.      Интерактивный(или автономный) SQL дает возможность пользователям непосредственно извлекатьинформацию из базы или записывать в нее данные. Информация, получаемая позапросу SQL, может быть выдана на экран, переадресована в файл или на принтер.

2.      Статический SQLпозволяет записать фиксированный исполняемый код SQL, он обычно используется вприложениях на процедурных языках.

Есть две разновидностистатического SQL: встроенный и модульный.

Встроенный SQLопределен как код SQL, который включен в исходный текст программы, написаннойна другом языке программирования. В реальной жизни большинство приложенийразрабатываются на алгоритмических языка (например, Си или Кобол), однако дляобращения к БД используется встроенный SQL.

В модульном вариантеоператоры SQL записаны в отдельных модулях, которые компонуются с модулямиосновного языка. В первый стандарт – SQL86 – был включен только модульный SQL,а встроенный SQL не нашел себе места в официальной части стандарта, хотя и былприведен в приложении. Сегодня встроенный SQL пользуется гораздо большейпопулярностью среди разработчиков, чем модульный, и стандарт SQL92 поддерживаетобе версии статического SQL.

3.      ДинамическийSQL дает возможность генерировать код SQL во время исполнения приложения ииспользуется вместо статического SQL в тех случаях, когда при разработкеприложения необходимый код SQL еще не может быть определен или зависит от того,какой выбор сделает пользователь.

Операторы динамическогоSQL обычно применяются в диалоговыхсредах для построения запросов и в графических средствах разработки приложенийБД.

Реализация в SQLконцепции операций, ориентированных на табличное представление данных,позволила создать компактный язык с небольшим набором предложений. Язык SQLможет использоваться как для выполнения запросов к данным, так и для построенияприкладных программ.

Основные категориикоманд языка SQL предназначены длявыполнения различных функций, включая построение объектов базы данных иманипулирование ими, начальную загрузку данных в таблицы, обновление и удалениесуществующей информации, выполнение запросов к базе данных, управление доступомк ней и ее общее администрирование.

Основные категориикоманд языка SQL:

DDL– язык определения данных;

DML– язык манипулирования данными;

DQL– язык запросов;

DCL– язык управления данными;

командыадминистрирования данных;

команды управлениятранзакциями

Определение структурбазы данных (DDL)

Язык определения данных(Data DefinitionLanguage, DDL)позволяет создавать и изменять структуру объектов базы данных, например,создавать и удалять таблицы. Основными командамиязыка DDL являются следующие: CREATE TABLE, ALTER TABLE, DROP TABLE, CREATEINDEX, ALTER INDEX, DROP INDEX.

Манипулирование данными(DML)

Язык манипулированияданными (DataManipulationLanguage, DML)используется для манипулирования информацией внутри объектов реляционной базыданных посредством трех основных команд: INSERT,UPDATE, DELETE.

Выборка данных (DQL)

Язык запросов DQLнаиболее известен пользователям реляционной базы данных, несмотря на то, что онвключает всего одну команду SELECT.Эта команда вместе со своими многочисленными опциями и предложениямииспользуется для формирования запросов к реляционной базе данных.

Язык управления данными(DCL - DataControlLanguage)

Команды управленияданными позволяют управлять доступом к информации, находящейся внутри базыданных. Как правило, они используются для создания объектов, связанных сдоступом к данным, а также служат для контроля над распределением привилегиймежду пользователями. Команды управления данными следующие: GRANT,REVOKE.

Командыадминистрирования данных

С помощью команд администрированияданных пользователь осуществляет контроль за выполняемыми действиями ианализирует операции базы данных; они также могут оказаться полезными прианализе производительности системы. Не следует путать администрирование данныхс администрированием базы данных, которое представляет собой общее управлениебазой данных и подразумевает использование команд всех уровней.

Команды управлениятранзакциями

Существуют следующиекоманды, позволяющие управлять транзакциями базы данных: COMMIT,ROLLBACK, SAVEPOINT,SET TRANSACTION.

6.1     Преимущества

Язык SQLявляется основой многих СУБД, т.к. отвечает за физическое структурирование изапись данных на диск, а также за чтение данных с диска, позволяет принимать SQL-запросыот других компонентов СУБД и пользовательских приложений. Таким образом, SQL– мощный инструмент, который обеспечивает пользователям, программам ивычислительным системам доступ к информации, содержащейся в реляционных базахданных.

Основные достоинстваязыка SQL заключаются вследующем:

стандартность– как уже было сказано, использование языка SQLв программах стандартизировано международными организациями;

независимость отконкретных СУБД – все распространенные СУБД используют SQL,т.к. реляционную базу данных можно перенести с одной СУБД на другую сминимальными доработками;

возможность переноса содной вычислительной системы на другую – СУБД может бытьориентирована на различные вычислительные системы, однако приложения, созданныес помощью SQL, допускаютиспользование как для локальных БД, так и для крупных многопользовательскихсистем;

реляционная основаязыка – SQLявляется языком реляционных БД, поэтому он стал популярным тогда, когдаполучила широкое распространение реляционная модель представления данных.Табличная структура реляционной БД хорошо понятна, а потому язык SQLпрост для изучения;

возможность созданияинтерактивных запросов – SQLобеспечивает пользователям немедленный доступ к данным, при этом винтерактивном режиме можно получить результат запроса за очень короткое времябез написания сложной программы;

возможностьпрограммного доступа к БД – язык SQLлегко использовать в приложениях, которым необходимо обращаться к базам данных.Одни и те же операторы SQLупотребляются как для интерактивного, так и программного доступа, поэтому частипрограмм, содержащие обращение к БД, можно вначале проверить в интерактивномрежиме, а затем встраивать в программу;

обеспечение различногопредставления данных – с помощью SQLможно представить такую структуру данных, что тот или иной пользователь будетвидеть различные их представления. Кроме того, данные из разных частей БД могутбыть скомбинированы и представлены в виде одной простой таблицы, а значит,представления пригодны для усиления защиты БД и ее настройки под конкретныетребования отдельных пользователей;

возможностьдинамического изменения и расширения структуры БД– язык SQL позволяетманипулировать структурой БД, тем самым обеспечивая гибкость с точки зренияприспособленности БД к изменяющимся требованиям предметной области;

поддержка архитектурыклиент-сервер – SQL– одно из лучших средств для реализации приложений на платформе клиент-сервер. SQLслужит связующим звеном между взаимодействующей с пользователем клиентскойсистемой и серверной системой, управляющей БД, позволяя каждой из нихсосредоточиться на выполнении своих функций.

Язык SQLможет использоваться широким кругом специалистов, включая администраторов базданных, прикладных программистов и множество других конечных пользователей.

Язык SQL– первый и пока единственный стандартный язык для работы с базами данных,который получил достаточно широкое распространение. Практически все крупнейшиеразработчики СУБД в настоящее время создают свои продукты с использованиемязыка SQL либо с SQL-интерфейсом.

6.2     Недостатки

- Несоответствиереляционной модели данных

Создатели реляционноймодели данных Эдгар Кодд, Кристофер Дейт и их сторонники указывают на то, чтоSQL не является истинно реляционным языком. В опубликованном Кристофером Дейтоми Хью Дарвеном Третьем Манифестеони излагают принципы СУБД следующего поколенияи предлагают язык Tutorial D, который является подлинно реляционным.

- Сложность

Хотя SQL и задумывалсякак средство работы конечного пользователя, в конце концов он стал настолькосложным, что превратился в инструмент программиста.

- Отступления отстандартов

Несмотря на наличиемеждународного стандарта ANSI SQL-92, многие компании, занимающиеся разработкойСУБД (например, Oracle, Sybase, Microsoft, MySQL AB), вносят изменения в языкSQL, применяемый в разрабатываемой СУБД, тем самым отступая от стандарта. Такимобразом, появляются специфичные для каждой конкретной СУБД диалекты языка SQL.

- Сложность работы сиерархическими структурами

СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Википедия – режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/SQL

Вопросы практического програмирования –режим доступа: http://www.mstu.edu.ru/education/materials/zelenkov/ch_4_7.html

Введение в структурированный язык запросовSQL – режим доступа: http://www.intuit.ru/department/database/sql/1/

Всё про Sql – режимдоступа: http://www.sql.ru/

Введение в стандарты языка баз данных SQL –режим доступа: http://citforum.ru/database/sqlbook/index.shtml