Языки управления базами данных

Тематика БД складывалась независимо от развития ЯП и изначально была обременена прессом удостоверения соответствия представления данных ре- альным объектам. В результате были созданы средства, поддерживающие надежность информационной обработки, и методы подготовки данных, га- рантирующие ее эффективность. При переходе в мир параллелизма такие средства заимствуются языками программирования и могут быть успешно применены в системах реализации ЯП.

Обычно при проектировании БД разрабатывают три уровня моделей кон- цептуальную, физическую и семантическую. Подобная трехуровневая схема сложилась и при организации WEB-сервисов над БД – уровень пользователя, уровень реализации и уровень сервера.

Модели для работы с объектами представляются в виде системы таблиц, рассматриваемых как достаточные данные для оперирования объектами. Каждому объекту соответствует строка в таблице. Реальность объектов за- ставляет поддерживать возможность уточнения данных, добавления и ис- ключения строк из таблиц. Уровень эффективности работы с таблицами до- стигается приведением к нормальным формам. Причем, вопреки общепри- нятому мнению, что скорость повышается потерями памяти, а экономия памяти влечет замедление обработки, механизмы нормализации БД спо- собны давать выигрыш одновременно и по памяти, и по скорости.

1НФ – приведение к первой нормальной форме сводится к обеспече- нию различимости строк таблицы, независимости строк и столбцов от по- рядка вхождения в таблицу и элементарности ее клеток. Любая таблица мо- жет быть приведена к 1НФ. Для различимости достаточно ввести столбец с уникальными номерами, элементарность может быть обеспечена введе- нием столбцов для всех элементов структурных данных, формально неза- висимость от порядка вхождения может быть обеспечена введением столбца, хранящего дату или другой параметр, отражающий порядок явно.

2НФ – вводит для таблиц в форме 1НФ понятие ключевого атрибута, до- статочного для выяснения остальных атрибутов объекта, что приводит к по- нятию функциональной зависимости атрибутов.

3НФ – требует, чтобы каждый неключевой атрибут предоставлял инфор- мацию о ключе.

4НФ – все зависимости фактически представляются как функциональные зависимости от ключей.

5НФ – обратимая декомпозиция 4НФ к декомпозиции без потерь, когда отношение «разделяется» на отношения-проекции таким образом, что из по- лученных проекций возможна «сборка» исходного отношения с помощью операции естественного соединения. Такая форма исключает возникновение некоторых аномалий, вызывающих ошибки при распределенной обработке данных.

Существует еще ряд нормальных форм, гарантирующих безопасность и надежность работы БД. Особенности языков управления данными связаны с пониманием, что данные являются представлением реальных объектов, подверженных изменениям и уточнению знаний о них, происходящему в процессе применения объектов.

Важнейший механизм БД, заслуживающий наследования современными ЯП – это транзакции, вносящие определенность в организацию процессов из действий, возможно подверженных сбоям. В отличие от организации процес- сов операционными системами, транзакция четко требует при сбоях восста- новления данных в состояние предшествующее неудачному действию. Ме- ханизм отложенного исполнения несколько напоминает «ленивые вычисле- ния», но обладает большей ясностью причин изменения порядка обработки данных.

Выводы:

1. Определение парадигм для ЯНУ не вызывает затруднений – в них явно видна ключевая идея, а семантические системы сравнительно изолированы в определении языка. Основные различия сосредоточены на конкретизации понятия «значение» и спектра средств укрупнения осмысленных единиц при подготовке программы.

2. Функциональные модели ЯНУ достаточно просты. По уровню сложно- сти они проще, чем Pure Lisp или pi-код, используемые при изучении и реа- лизации языков высокого уровня, так как не гарантируют защиту контекста. Реализационная семантика ЯНУ, как правило, требует введения дополни- тельных понятий (очередь, логика, словарь, точка возврата, позиция в стеке, шкала прерываний и т. п.), возникающих на уровне схем программ и про- граммисткой терминологии.

3. Механизмы представления и обработки данных, накопленные в ЯНУ, в значительной мере унаследованы методами реализации ЯВУ, что позво- ляет локализовать изучение таких механизмов. Практика программирова- ния на ЯНУ имеет образовательное значение. Ценящие подготовку высоко- квалифицированных программистов вузы, готовящие победителей между- народных чемпионатов по программированию, включают в начальное обучение программирование на ассемблере и управление процессами на Linux.

Таблица 24