Aula número 7. Relações básicas

Como já sabemos, os bancos de dados são como uma espécie de contêiner, cujo objetivo principal é armazenar os dados apresentados na forma de relacionamentos.

Você precisa saber que, dependendo de sua natureza e estrutura, os relacionamentos são divididos em:

1) relacionamentos básicos;

2) relacionamentos virtuais.

Os relacionamentos de exibição base contêm apenas dados independentes e não podem ser expressos em termos de outros relacionamentos de banco de dados.

Em sistemas de gerenciamento de banco de dados comercial, os relacionamentos básicos são geralmente referidos simplesmente como mesas em contraste com as representações correspondentes ao conceito de relações virtuais. Neste curso, consideraremos com algum detalhe apenas os relacionamentos básicos, as principais técnicas e princípios de trabalhar com eles.

1. Tipos de dados básicos

Tipos de dados, como relacionamentos, são divididos em básico и virtual.

(Falaremos sobre tipos de dados virtuais um pouco mais tarde; dedicaremos um capítulo separado a este tópico.)

Tipos de dados básicos - estes são quaisquer tipos de dados que são definidos inicialmente em sistemas de gerenciamento de banco de dados, ou seja, presentes por padrão (em oposição a um tipo de dados definido pelo usuário, que analisaremos imediatamente após passar pelo tipo de dados base).

Antes de prosseguir com a consideração dos tipos de dados básicos reais, listamos quais tipos de dados existem em geral:

1) dados numéricos;

2) dados lógicos;

3) dados de cadeia;

4) dados que definem a data e hora;

5) dados de identificação.

Por padrão, os sistemas de gerenciamento de banco de dados introduziram vários dos tipos de dados mais comuns, cada um dos quais pertencendo a um dos tipos de dados listados.

Vamos chamá-los.

1. Em numérico tipo de dados é distinguido:

1) inteiro. Essa palavra-chave geralmente denota um tipo de dados inteiro;

2) Real, correspondendo ao tipo de dado real;

3) Decimal(n, m). Este é um tipo de dados decimal. Além disso, na notação n é um número que fixa o número total de dígitos do número, e m mostra quantos caracteres deles estão após a vírgula;

4) Dinheiro ou Moeda, introduzido especificamente para a representação conveniente de dados do tipo de dados monetários.

2. Em lógico tipo de dados geralmente alocam apenas um tipo básico, este é lógico.

3. Corda o tipo de dados tem quatro tipos básicos (significando, é claro, os mais comuns):

1) Bit(n). São cadeias de bits com comprimento fixo n;

2) Varbit(n). Também são cadeias de bits, mas com comprimento variável não superior a n bits;

3) Cara(n). São cadeias de caracteres com comprimento constante n;

4) Varchar(n). São cadeias de caracteres, com comprimento variável que não excede n caracteres.

4. Tipo data e hora inclui os seguintes tipos de dados básicos:

1) Data - tipo de dado de data;

2) Hora - tipo de dado que expressa a hora do dia;

3) Data-hora é um tipo de dados que expressa data e hora.

5. Identificação O tipo de dados contém apenas um tipo incluído por padrão no sistema de gerenciamento de banco de dados, que é o GUID (Globally Unique Identifier).

Deve-se notar que todos os tipos de dados básicos podem ter variantes de diferentes intervalos de representação de dados. Para dar um exemplo, as variantes do tipo de dados inteiro de quatro bytes podem ser tipos de dados de oito bytes (grande) e dois bytes (pequeno).

Vamos falar separadamente sobre o tipo de dados GUID básico. Esse tipo destina-se a armazenar valores de dezesseis bytes do chamado identificador global exclusivo. Todos os diferentes valores desse identificador são gerados automaticamente quando uma função interna especial é chamada NovoId(). Esta designação vem da frase completa em inglês New Identification, que significa literalmente "novo valor identificador". Cada valor de identificador gerado em um computador específico é exclusivo em todos os computadores fabricados.

O identificador GUID é usado, em particular, para organizar a replicação de banco de dados, ou seja, ao criar cópias de alguns bancos de dados existentes.

Esses GUIDs podem ser usados ​​por desenvolvedores de banco de dados junto com outros tipos básicos.

Uma posição intermediária entre o tipo GUID e outros tipos base é ocupada por outro tipo base especial - o tipo contador.

Uma palavra-chave especial é usada para designar dados desse tipo. Contador(x₀, ∆x), que se traduz literalmente do inglês e significa "contador". Parâmetro x₀ define o valor inicial e ∆x - passo de incremento.

Os valores desse tipo de contador são necessariamente inteiros.

Deve-se notar que trabalhar com esse tipo de dados básico inclui vários recursos muito interessantes. Por exemplo, valores desse tipo de contador não são definidos, como estamos acostumados ao trabalhar com todos os outros tipos de dados, eles são gerados sob demanda, assim como para valores do tipo identificador globalmente exclusivo. Também é incomum que o tipo de contador só possa ser especificado ao definir a tabela, e só então! Este tipo não pode ser usado no código. Você também precisa lembrar que ao definir uma tabela, o tipo de contador só pode ser especificado para uma coluna.

Os valores dos dados do contador são gerados automaticamente quando as linhas são inseridas. Além disso, essa geração é realizada sem repetição, de modo que o contador sempre identificará de forma única cada linha. Mas isso cria alguns inconvenientes ao trabalhar com tabelas contendo dados de contador. Se, por exemplo, os dados na relação dada pela tabela forem alterados e tiverem que ser apagados ou trocados, os valores do contador podem facilmente "confundir as cartas", principalmente se um programador inexperiente estiver trabalhando. Vamos dar um exemplo que ilustra tal situação. Seja dada a seguinte tabela representando alguma relação, na qual quatro linhas são inseridas:

O contador deu automaticamente a cada nova linha um nome exclusivo.

E agora vamos remover a segunda e quarta linhas da tabela, e então adicionar uma linha adicional. Essas operações resultarão na seguinte transformação da tabela de origem:

Assim, o contador removeu a segunda e a quarta linhas junto com seus nomes exclusivos e não as "reatribuiu" a novas linhas, como seria de esperar. Além disso, o sistema de gerenciamento de banco de dados nunca permitirá que você altere o valor do contador manualmente, assim como não permitirá que você declare vários contadores em uma tabela ao mesmo tempo.

Normalmente, o contador é usado como substituto, ou seja, uma chave artificial na mesa.

É interessante saber que os valores únicos de um contador de quatro bytes a uma taxa de geração de um valor por segundo durarão mais de 100 anos. Vamos mostrar como é calculado:

1 ano = 365 dias * 24 h * 60 s * 60 s < 366 dias * 24 h * 60 s * 60 s < 2²⁵ com.

1 segundo > 2^-25 ano

2^4*8 valores / 1 valor/segundo = 2³² c > 2⁷ ano > 100 anos.

2. Tipo de dados personalizado

Um tipo de dados customizado difere de todos os tipos básicos, pois não foi originalmente integrado ao sistema de gerenciamento de banco de dados, não foi declarado como um tipo de dados padrão. Esse tipo pode ser criado por qualquer usuário e programador de banco de dados de acordo com suas próprias solicitações e requisitos.

Assim, um tipo de dado definido pelo usuário é um subtipo de algum tipo base, ou seja, é um tipo base com algumas restrições no conjunto de valores permitidos.

Na notação de pseudocódigo, um tipo de dados personalizado é criado usando a seguinte instrução padrão:

Criar subtipo nome do subtipo

Formato nome do tipo base

As restrição de subtipo;

Portanto, na primeira linha, devemos especificar o nome do nosso novo tipo de dados definido pelo usuário, na segunda - qual dos tipos de dados básicos existentes tomamos como modelo, criando nosso próprio e, finalmente, na terceira - aquelas restrições que precisamos adicionar às restrições existentes no conjunto de valores do tipo de dados base - amostra. As restrições de subtipo são escritas como uma condição dependente do nome do subtipo que está sendo definido.

Para entender melhor como a instrução Create funciona, considere o exemplo a seguir. Suponha que precisamos criar nosso próprio tipo de dados especializado, por exemplo, para trabalhar no correio. Este será o tipo para trabalhar com dados como números de CEP. Nossos números serão diferentes dos números decimais comuns de seis dígitos, pois só podem ser positivos. Vamos escrever um operador para criar o subtipo que precisamos:

Criar subtipo Código postal

Formato decimal(6, 0)

As Código postal > 0.

Por que escolhemos decimal(6, 0)? Relembrando a forma usual do índice, vemos que tais números devem consistir em seis inteiros de zero a nove. É por isso que tomamos o tipo decimal como o tipo de dados base.

É curioso notar que, em geral, a condição imposta ao tipo de dado base, ou seja, a restrição de subtipo, pode conter os conectivos lógicos not, e, ou, e em geral ser uma expressão de qualquer complexidade arbitrária. Os subtipos de dados personalizados definidos dessa maneira podem ser usados ​​livremente junto com outros tipos de dados básicos tanto no código do programa quanto ao definir tipos de dados nas colunas da tabela, ou seja, os tipos de dados básicos e os tipos de dados do usuário são completamente iguais ao trabalhar com eles. No ambiente de desenvolvimento visual, eles aparecem em listas de tipos válidos junto com outros tipos de dados básicos.

A probabilidade de precisarmos de um tipo de dados não documentado (definido pelo usuário) ao projetar um novo banco de dados próprio é bastante alta. De fato, por padrão, apenas os tipos de dados mais comuns são costurados no sistema de gerenciamento de banco de dados, adequados, respectivamente, para resolver as tarefas mais comuns. Ao compilar bancos de dados de assunto, é quase impossível fazer sem projetar seus próprios tipos de dados. Mas, curiosamente, com igual probabilidade, podemos precisar remover o subtipo que criamos, para não bagunçar e complicar o código. Para fazer isso, os sistemas de gerenciamento de banco de dados geralmente têm um operador especial embutido. cair, que significa "remover". A forma geral deste operador para remover tipos personalizados desnecessários é a seguinte:

Subtipo de descarte o nome do tipo personalizado;

Os tipos de dados personalizados geralmente são recomendados para subtipos que são gerais o suficiente.

3. Valores padrão

Os sistemas de gerenciamento de banco de dados podem ter a capacidade de criar quaisquer valores padrão arbitrários ou, como também são chamados, padrões. Esta operação em qualquer ambiente de programação tem um peso bastante grande, pois em quase todas as tarefas pode ser necessário introduzir constantes, valores padrão imutáveis.

Para criar um padrão em sistemas de gerenciamento de banco de dados, a função já familiar para nós da passagem de um tipo de dados definido pelo usuário é usada Crie. Somente no caso de criação de um valor padrão, uma palavra-chave adicional também é usada omissão, que significa "padrão". Em outras palavras, para criar um valor padrão em um banco de dados existente, você deve usar a seguinte instrução:

Criar padrão nome padrão

As expressão constante;

É claro que no lugar de um valor constante ao aplicar este operador, você precisa escrever o valor ou expressão que queremos tornar o valor ou expressão padrão. E, é claro, precisamos decidir sob qual nome será conveniente usá-lo em nosso banco de dados e escrever esse nome na primeira linha do operador.

Observe que, nesse caso específico, essa instrução Create segue a sintaxe Transact-SQL incorporada ao sistema Microsoft SQL Server.

Então o que temos? Deduzimos que o padrão é uma constante nomeada armazenada em bancos de dados, assim como seu objeto. No ambiente de desenvolvimento visual, os padrões aparecem na lista de padrões destacados.

Aqui está um exemplo de criação de um padrão. Suponha que para o correto funcionamento do nosso banco de dados seja necessário que um valor funcione nele com o significado de um tempo de vida ilimitado de algo. Em seguida, você precisa inserir na lista de valores desse banco de dados o valor padrão que atende a esse requisito. Isso pode ser necessário, apenas porque cada vez que você encontrar essa expressão bastante complicada no texto do código, será extremamente inconveniente escrevê-la novamente. É por isso que usaremos a instrução Create acima para criar um padrão, com o significado de um tempo de vida ilimitado de algo.

Criar padrão "sem limite de tempo"

As ‘9999-12-31 23: 59:59’

A sintaxe Transact-SQL também foi usada aqui, segundo a qual os valores das constantes de data e hora (neste caso, '9999-12-31 23:59:59') são escritos como cadeias de caracteres de uma determinada direção. A interpretação de strings de caracteres como valores de data e hora é determinada pelo contexto em que as strings são usadas. Por exemplo, em nosso caso particular, primeiro o valor limite do ano é escrito na linha constante e depois o tempo.

No entanto, apesar de toda a sua utilidade, os padrões, como um tipo de dados definido pelo usuário, às vezes também podem exigir que sejam removidos. Os sistemas de gerenciamento de banco de dados geralmente têm um predicado integrado especial, semelhante a um operador que remove um tipo de dados mais definido pelo usuário que não é mais necessário. Este é um predicado Cair e o próprio operador se parece com isso:

Soltar padrão nome padrão;

4. Atributos Virtuais

Todos os atributos em sistemas de gerenciamento de banco de dados são divididos (por analogia absoluta com relacionamentos) em básicos e virtuais. Assim chamado atributos básicos são atributos armazenados que precisam ser usados ​​mais de uma vez e, portanto, é aconselhável salvar. E, por sua vez, atributos virtuais não são armazenados, mas atributos computados. O que isto significa? Isso significa que os valores dos chamados atributos virtuais não são realmente armazenados, mas são calculados através dos atributos base em tempo real por meio de fórmulas fornecidas. Neste caso, os domínios dos atributos virtuais computados são determinados automaticamente.

Vamos dar um exemplo de uma tabela que define uma relação, na qual dois atributos são comuns, básicos e o terceiro atributo é virtual. Ele será calculado de acordo com uma fórmula especialmente inserida.

Assim, vemos que os atributos "Peso Kg" e "Preço Rub por Kg" são atributos básicos, pois possuem valores ordinários e ficam armazenados em nosso banco de dados. Mas o atributo "Custo" é um atributo virtual, pois é definido pela fórmula de seu cálculo e não será realmente armazenado no banco de dados.

É interessante notar que, devido à sua natureza, os atributos virtuais não podem assumir valores padrão e, em geral, o próprio conceito de valor padrão para um atributo virtual não tem sentido e, portanto, não é aplicável.

E você também precisa estar ciente de que, embora os domínios dos atributos virtuais sejam determinados automaticamente, o tipo de valores calculados às vezes precisa ser alterado do existente para outro. Para fazer isso, a linguagem dos sistemas de gerenciamento de banco de dados possui um predicado Convert especial, com a ajuda do qual o tipo da expressão calculada pode ser redefinido. Convert é a chamada função de conversão de tipo explícito. Está escrito da seguinte forma:

Converter (tipo de dados, expressão);

A expressão que é o segundo argumento da função Convert será calculada e emitida como tal dado, cujo tipo é indicado pelo primeiro argumento da função.

Considere um exemplo. Suponha que precisamos calcular o valor da expressão "2 * 2", mas precisamos gerar isso não como um inteiro "4", mas como uma string de caracteres. Para realizar essa tarefa, escrevemos a seguinte função Convert:

Converter (Carac(1), 2 * 2).

Assim, podemos ver que esta notação da função Convert dará exatamente o resultado que precisamos.

5. O conceito de chaves

Ao declarar o esquema de uma relação base, podem ser fornecidas declarações de várias chaves. Já encontramos isso muitas vezes antes. Finalmente, é hora de falar com mais detalhes sobre o que são as chaves de relacionamento, e não se limitar a frases gerais e definições aproximadas.

Então, vamos dar uma definição estrita de uma chave de relação.

Chave do esquema de relacionamento é um subesquema do esquema original, consistindo em um ou mais atributos para os quais é declarado condição de exclusividade valores em tuplas de relacionamento. Para entender o que é a condição de unicidade, ou, como também é chamada, restrição única, vamos começar com a definição de uma tupla e a operação unária de projetar uma tupla em um subcircuito. Vamos trazê-los:

t = t(S) = {t(a) | a ∈ def( t) ⊆ S} - definição de uma tupla,

t(S) [S' ] = {t(a) | a ∈ def (t) ∩ S'}, S' ⊆ S é a definição da operação de projeção unária;

É claro que a projeção da tupla no subesquema corresponde a uma substring da linha da tabela.

Então, o que exatamente é uma restrição de exclusividade de atributo chave?

A declaração da chave K para o esquema da relação S leva à formulação da seguinte condição invariante, chamada, como já dissemos, restrição de exclusividade e denotado como:

Inv < K → S > r(S):

Inv < K → S > r(S) = ∀t₁, T₂ ∈ r(t ₁[K]=t₂ [K] → t ₁(S) =t₂(S)), K ⊆ S;

Então, essa restrição de unicidade Inv < K → S > r(S) da chave K significa que se quaisquer duas tuplas t₁ e t₂, pertencentes à relação r(S), são iguais na projeção sobre a chave K, então isso necessariamente acarreta a igualdade dessas duas tuplas e na projeção sobre todo o esquema da relação S. Em outras palavras, todos os valores das tuplas pertencentes aos atributos-chave são únicas, únicas em sua relação.

E o segundo requisito importante para uma chave de relação é requisito de redundância. O que isto significa? Esse requisito significa que nenhum subconjunto estrito da chave precisa ser exclusivo.

Em um nível intuitivo, fica claro que o atributo chave é aquele atributo de relação que identifica de forma única e precisa cada tupla da relação. Por exemplo, na seguinte relação dada por uma tabela:

o atributo chave é o atributo "Gradebook #", porque alunos diferentes não podem ter o mesmo número de boletim de notas, ou seja, este atributo está sujeito a uma restrição única.

É interessante que no esquema de qualquer relação possa ocorrer uma variedade de chaves. Listamos os principais tipos de chaves:

1) chave simples é uma chave que consiste em um e não mais atributos.

Por exemplo, em uma folha de exame para uma determinada disciplina, uma chave simples é o número do cartão de crédito, pois pode identificar exclusivamente qualquer aluno;

2) chave composta é uma chave que consiste em dois ou mais atributos. Por exemplo, uma chave composta na lista de salas de aula é o número do prédio e o número da sala de aula. Afinal, não é possível identificar de forma única cada público com um desses atributos, e é bastante fácil fazer isso com sua totalidade, ou seja, com uma chave composta;

3) superchave é qualquer superconjunto de qualquer chave. Portanto, o esquema da própria relação é certamente uma superchave. Disso podemos concluir que qualquer relação teoricamente tem pelo menos uma chave, podendo ter várias delas. No entanto, declarar uma superchave no lugar de uma chave normal é logicamente ilegal, pois envolve relaxar a restrição de exclusividade imposta automaticamente. Afinal, a superchave, embora tenha a propriedade de unicidade, não tem a propriedade de não redundância;

4) chave primária é simplesmente a chave que foi declarada primeiro quando a relação base foi definida. É importante que uma e apenas uma chave primária seja declarada. Além disso, os atributos de chave primária nunca podem assumir valores nulos.

Ao criar uma relação base em uma entrada de pseudocódigo, a chave primária é denotada chave primária e entre colchetes está o nome do atributo, que é essa chave;

5) chaves candidatas são todas as outras chaves declaradas após a chave primária.

Quais são as principais diferenças entre chaves candidatas e chaves primárias? Primeiro, pode haver várias chaves candidatas, enquanto a chave primária, como mencionado acima, pode ser apenas uma. E, em segundo lugar, se os atributos da chave primária não podem assumir valores nulos, essa condição não é imposta aos atributos das chaves candidatas.

Em pseudocódigo, ao definir uma relação de base, as chaves candidatas são declaradas usando as palavras Chave candidata e entre colchetes a seguir, como no caso de declarar uma chave primária, é indicado o nome do atributo, que é a chave candidata dada;

6) chave externa é uma chave declarada em uma relação de base que também se refere a uma chave primária ou candidata da mesma ou de alguma outra relação de base.

Nesse caso, o relacionamento ao qual a chave estrangeira se refere é chamado de referência (ou pai) atitude. Uma relação que contém uma chave estrangeira é chamada filho.

Em pseudocódigo, a chave estrangeira é denotada como chave estrangeira, entre parênteses imediatamente após essas palavras, é indicado o nome do atributo dessa relação, que é uma chave estrangeira, e após isso a palavra-chave é escrita referências ("refere-se a") e especifique o nome da relação de base e o nome do atributo ao qual essa chave estrangeira específica se refere.

Além disso, ao criar uma relação base, para cada chave estrangeira, uma condição é escrita, chamada restrição de integridade referencial, mas falaremos sobre isso em detalhes mais tarde.

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