Revista Electrónica Granma Ciencia. Vol.8, No.3, Septiembre-Diciembre de 2004 ISSN X

Transcripción

1 Revista Electrónica Granma Ciencia. Vol.8, No.3, Septiembre-Diciembre de 2004 ISSN X TÍTULO: El Lenguaje SQL, su aplicación en el acoplamiento de tablas en Base de Datos Relacionales. Caso Oracle. AUTOR: Osmani A. Miranda Escalona INSTITUCIÓN: Jefatura Provincial del MININT. Carretera Central, Via Santiago de Cuba km 1 ½ Rpto. Viviendas Campesinas. Bayamo. Granma. miranda@udg.co.cu RESUMEN El modelo relacional es hoy el más utilizado entre los que se emplean para el diseño de bases de datos. En su uso juegan un importante papel los acoplamientos entre las diferentes relaciones o tablas de datos. En este trabajo se explica como se realizan los acoples naturales, internos, externo izquierdo, externo derecho y externo total entre tablas, empleando el Lenguaje Estructurado de Consultas (SQL). La implementación del SQL tiene algunas variaciones en dependencia del Sistema de Gestión de Bases de Datos Relacional (SGBDR) que lo emplee. Veremos aquí el caso Oracle. INTRODUCCIÓN El concepto Base de Datos (BD) está asociado indudablemente al Sistema Objeto de Estudio (SOE). Se pudo elegir en su lugar el término Sistema Objeto, Sistema Objeto de Análisis o Sistema Objeto de Automatización. De cualquier manera la BD es un modelo del mundo real o de una abstracción que se quiere analizar o automatizar. Un modelo se emplea para designar a una construcción hecha por el hombre, para simular el comportamiento de la parte del mundo que estudia, excluyendo las características no esenciales de acuerdo con el problema estudiado. De esta manera, se pueden crear modelos Físicos, Químicos, Matemáticos, Lógicos o Termodinámicos, entre otros. En este caso se construyen Modelos de Datos. Existen tres modelos de datos fundamentales: Jerárquico, Reticular y Relacional. Modelo de Datos Jerárquico: Los datos en este modelo se almacenan en registros, compuestos a su vez por campos que contienen, además de los datos de cada nodo, enlaces entre registros representantes de relaciones de padres a hijos, usando una estructura arborescente de un único tipo.

2 Modelo de Datos Reticular: Puede ser visto como una extensión del anterior donde los datos se almacenan también en registros enlazados, diferenciándose, en que se utilizan redes en lugar de árboles. Modelo de Datos Relacional: Este modelo creado por E.F. Codd fue presentado en 1970 con fundamentos matemáticos sólidos que sirven de base, no solo al modelo, sino también a los lenguajes de manipulación en particular. La esencia de este modelo radica en establecer nexos (relaciones) entre datos de dos o más conjuntos de entidades modeladas o entre los elementos de un mismo conjunto de entidades. Estas asociaciones se representan a través de tablas cuyas columnas representan los atributos de las entidades asociadas. Las filas describen ocurrencias de esas relaciones; también se les llama tuplas. La estructura de una base de datos con un nivel de complejidad moderado, generalmente está compuesta por varias tablas relacionadas entre sí. Para manipular la información contenida en ella es necesario realizar acoples entre las diferentes tablas. En este artículo se pretende ofrecer elementos acerca de los fundamentos matemáticos del acoplamiento de tablas en bases de datos relacionales y su definición con el lenguaje SQL estándar y su implementación en el Sistema de Gestión de Bases de Datos Relacionales (SGBDR) Oracle. De los fundamentos matemáticos del modelo relacional. La simplicidad en la estructura del Modelo Relacional y su excelente poder semántico le dio una fuerza que le permite mantenerse hasta los días de hoy como el más usado para el diseño de BD. El modelo relacional ha sido ampliado con variantes, como el Relacional Anidado y el Binario,n para darle mayores posibilidades sin que pierda la fuerza que lo caracteriza en las consultas. Para el modelo Relacional es introducida una alteración radical en los conceptos aplicados hasta el momento en que aparece. Es la relación o tabla el elemento que se utiliza para almacenar, no solamente a los datos, sino a prácticamente todos los componentes que se utilizan en la construcción de la estructura conceptual del modelo. Definición de Tabla o Relación. Una Tabla o Relación se define formalmente como: R D 1 x D 2 x... x D n donde: n : Grado de la relación o tabla y la cantidad de dominios que participan en el producto cartesiano que definen el espacio existencial de la relación. D i es el décimo dominio (no necesariamente distintos) del espacio de R. Ese producto define un conjunto de tuplas t de la forma: t = (d1,d2,..., dn ) de modo que (d1 D1, d2 D2,...,dn Dn). Sean: t i una tupla de ese espacio o universo.

3 M la extensión del producto cartesiano de los dominios. E = {ti / i = [1, M] } P un predicado que caracteriza los miembros de E que pueden formar parte de R. Se dice entonces que: R = {t / P(t) /\ ( t E) } Se interpreta diciendo que R está compuesta por las tuplas t que satisfacen el predicado P y que pertenecen al espacio E. Fig. 1: Definición de una relación

4 Veamos a continuación un ejemplo de relación o tabla. Fig. 2: Ejemplo de relación Álgebra Relacional como base teórica operacional. El Álgebra Relacional es una extensión del Álgebra de Relaciones donde son definidas algunas operaciones adicionales para aumentar su poder expresivo. Las operaciones se pueden dividir en dos grupos: Básicas, se dividen en Unarias y Binarias, y Derivadas. Básicas Unarias: Complemento, Proyección y Selección. Básicas Binarias: Unión, Intersección, Diferencia, Producto, Cociente. Derivadas Binarias: Equis Join, Alfa Join. Teniendo en cuenta los objetivos de este material solo profundizaremos en las operaciones de Unión, Equis Join y Alfa Join. Unión Aplicación binaria de E x E en E tal que: E = {D 1 xd 2 x...xd n }. R E. S E. Permite obtener otra Relación T denotada por T = R S de modo que: T E. T = {t / (t R) \/ (t S) }. Ejemplo. Sea R la misma relación anterior, con esquema: R (Numlínea, NotaProm, Grado) y S otra de igual esquema pero con extensión: S ={(2, 1, 3),( 2, 3, 4),( 3, 4, 5),( 1, 2, 3)} Encuentre la Relación T cuya extensión sea R S.

5 Producto Extendido Aplicación binaria de E x W en E W tal que: E = {D 1 xd 2 x...xd n }. W = {H 1 xh 2 x...xh m }. E y W pueden tener dominios iguales pero no con igual denominación. R E. S W. Permite obtener otra Relación T denotada por T = RxS de modo que: T E W. T = {t / (t E W) } con forma t=(d 1,d 2,...d n,h 1+n,h 2+n,...h m+n ). H i puede coincidir con D j para alguna i, j. Derivadas El Producto Cartesiano es, posiblemente, la operación que se emplea con mayor frecuencia para solucionar las más variadas consultas que se hacen a una BD. Eso se debe a que constituye la operación intermedia necesaria para realizar cualquiera de las operaciones de Join (Agrupación) disponibles en los LMD del SGBD que se utiliza. Se estudiarán las dos más conocidas, que son: el Agrupamiento Natural (Natural Join) y el Agrupamiento Alfa.(Alfa Join). Acerca de SQL El Dr. E.F Codd publicó un artículo en Junio de 1970 bajo el título "A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks" donde presentaba el modelo relacional; aceptado en ese momento, como un modelo matemático para la implementación de SGBDR. Es entonces cuando IBM desarrolla el Structured English Query Language ("SEQUEL"): lenguaje computacional para emplearlo. En 1979, Relational Software. Inc, hoy Oracle Corporation, presenta la primera implementación comercial de SQL, el cual es actualmente reconocido como un lenguaje estándar para SGBDR. El término SQL cuya traducción es Structured Query Language : En 1992, ANSI e ISO organizaciones de definición de estándares completaron la estandarización de SQL y definieron el conjunto de sentencias básicas que debía tener toda implementación para ser llamada estándar. A este SQL se le denominó popularmente ANSI- SQL, SQL92 o SQL2; aunque los nombres formales del nuevo estándar son: (ANSI X , "Database Language SQL") o (ISO/IEC 9075:1992, "Database Language SQL"). Hoy en día todas las bases de datos comerciales cumplen el estándar ANSI, aunque cada fabricante añade sus mejoras al lenguaje SQL. Acoples en SQL Estándar El Lenguaje SQL permite recuperar datos correspondientes a varias tablas mediante acoples de estos datos. Las consultas multitablas corresponden a lo que en el álgebra relacional se

6 llama producto cartesiano y al acople como un subconjunto del primero. Se denomina acople al proceso de formar combinaciones de filas haciendo coincidir los contenidos de las columnas relacionadas. Es común encontrar en las combinaciones multitablas aquellas que implican solo dos tablas y que tienen una relación padre hijo. La tabla padre es aquella que tiene la llave primaria y la tabla hijo es aquella que tiene la llave foránea. Veamos un ejemplo: Se tiene una Base de Datos donde se controlan medios técnicos de informática y comunicaciones. Existe una tabla principal Mtécnico con los datos generales y existen otras microcomputadora, radio, teléfono, impresora, monitor, y otras con datos específicos de cada medio técnico. En este caso la tabla padre es Mtécnico y cualquiera de los otros es hija de ésta. Tenemos en la tabla Mtécnico los siguientes datos (Número de serie, ubicación, estado técnico, fecha de alta y fecha de baja) y en la tabla microcomputadora los datos (Número de serie, microprocesador, velocidad, RAM, Tipo de RAM, TipoBUS). Se quiere recuperar el número de serie, ubicación y estado técnico de las microcomputadoras con microprocesador PENTIUM IV. Para realizar esta consulta en SQL estándar se escribe: SELECT NoSerie, ubicacion, estado FROM Mtecnico MT, Microcomputadora MC WHERE MT.NoSerie=MC.NoSerie and Microprocesdor= PENTIUM IV ; En la cláusula WHERE se igualan la llave primaria de una tabla (MT.NoSerie) con la extranjera de la otra (MC.NoSerie). A estas columnas que se emparejan se denominan columnas de emparejamiento. En estos casos la comparación se llama equicomposiciones, ya que siempre es por igualdad. En dependencia de los requerimientos de la consulta una tabla puede actuar unas veces como padre y otras como hijo. La composición puede ser de más de dos tablas. Veamos otro ejemplo donde adicionamos una tercera tabla: soportes, donde se registran datos acerca de los soportes magnéticos y ópticos de información. Los datos contenidos en esa tabla son: (NoSerie, Tipo, Capacidad, Tecnología). Se quieren los mismos datos que en el ejemplo anterior pero adicionándole el requerimiento de que las microcomputadoras deben poseer discos duros con tecnología SCSI. La consulta se escribiría: SELECT NoSerie, ubicacion, estado FROM Mtécnico MT, Microcomputadora MC, Soporte SO WHERE MT.NoSerie=MC.NoSerie and MC.NoSerie=SO.NoSerie and Microprocesdor= PENTIUM IV and (SO.Tipo= DISCO DURO and SO.Tecnologia= SCSI ); Pueden existir composiciones de desigualdad, aunque son muy raras. Algunas consultas multitabla afectan a una relación de una tabla con ella misma. Por ejemplo. Se tiene una tabla nombrada software con los software instalados en las

7 microcomputadoras con los siguientes datos (NroSerie de la microcomputadora, código, nombre, versión, tipo, cod_so). Se desea listar el nombre de los software registrados y el sistema operativo del cual depende. SELECT SW.Nombre, SO.Nombre FROM software SW, software SO WHERE SW.cod_SO=SO.codigo; Nótese como es necesario en este caso definir alias para evitar ambigüedades al nombrar las columnas. Acoples externos En los acoples realizados anteriormente se recuperan sólo las filas que emparejan datos, es decir, si en la tabla padre existen filas que no tienen filas relacionadas en la tabla hijo, estas no se seleccionarán. Tiene la desventaja de que se puede perder información de utilidad en dependencia de los requerimientos de la aplicación o el contexto. Para evitar este inconveniente existen los acoples externos cuya finalidad es que las filas sin emparejar aparezcan en los resultados. Existen entonces tres casos de acoples externos: - Recupera todas las filas de la tabla padre y solo la de la tabla hijo relacionada con ellas (acople izquierdo). - Recupera todas las filas de la tabla hijo y solo la de la tabla padre relacionada con ellas (acople derecho). - Recupera todas las filas de la tabla padre y todas las filas de la tabla hijo estableciendo los nexos correspondientes (acople completo). Fig. 3: Tipos de Acoples Para indicar la composición externa de las tablas se utilizan símbolos especiales para el emparejamiento de las columnas, o una sintaxis especial de la cláusula FROM. Los símbolos que se emplean para los acoples externos son los siguientes: (*=) para el acople izquierdo, (=*) acople derecho y (*=*) acople completo.

8 Ejemplos: Consulta simple de las microcomputadoras SELECT NoSerie, RAM,TipoRAM,TipoBus FROM microcomputadora; Se obtendría la siguiente recuperación: NoSerie RAM TipoRAM TipoBus FY SIMM ISA FX DIMM ISA DH DIMM PCI HY SIMM PCI DF DIMM ISA JK SIMM PCI JK DIMM PCI 7 filas seleccionadas Realizando un acople interno con los soportes de información pudiéramos obtener los siguientes resultados: SELECT NoSerie, RAM,TipoRAM,TipoBus WHERE MC.NoSerie= SO.Noserie; NoSerie RAM TipoRAM TipoBus FY SIMM ISA DH DIMM PCI HY SIMM PCI DF DIMM ISA JK SIMM PCI JK DIMM PCI 6 filas seleccionadas En este caso solo se recuperan 6 filas ya que la microcomputadora con número de serie FX no tiene registrado soportes de información. Veamos ahora el caso del acople externo izquierdo. SELECT NoSerie, RAM,TipoRAM,TipoBus,Tipo, Capacidad WHERE MC.NoSerie*= SO.Noserie; NoSerie RAM TipoRAM TipoBus Tipo Capacidad FY SIMM ISA Disco Duro 10 Gb FX DIMM ISA NULL NULL DH DIMM PCI Disco Duro 10 Gb HY SIMM PCI Disco Duro 10 Gb DF DIMM ISA Disco Duro 40 Gb JK SIMM PCI Disco Duro 40 Gb

9 JK SIMM PCI Lector de CD 700 Mb JK SIMM PCI Disco 31/2 1,44 Mb JK DIMM PCI Disco Duro 40 Gb 9 filas seleccionadas La fila de la tabla microcomputadora que no aparecía en la tabla selección anterior, ahora aparece rellenando los valores de las columnas correspondientes a la tabla soportes con valores nulos. Caso de acoplamiento externo derecho SELECT NoSerie, RAM,TipoRAM,TipoBus,Tipo, Capacidad WHERE MC.NoSerie=* SO.Noserie; NoSerie RAM TipoRAM TipoBus Tipo Capacidad FY SIMM ISA Disco Duro 10 Gb DH DIMM PCI Disco Duro 10 Gb HY SIMM PCI Disco Duro 10 Gb DF DIMM ISA Disco Duro 40 Gb JK SIMM PCI Disco Duro 40 Gb JK SIMM PCI Lector de CD NULL JK SIMM PCI Disco 3½ 1,44 Mb JK DIMM PCI Disco Duro 40 Gb NULL NULL NULL NULL Disco 3½ 1,44 Mb NULL NULL NULL NULL Disco 5¼ 1,2 Mb 10 filas seleccionadas Caso de acoplamiento externo completo SELECT NoSerie, RAM,TipoRAM,TipoBus,Tipo, Capacidad WHERE MC.NoSerie*=* SO.Noserie; NoSerie RAM TipoRAM TipoBus Tipo Capacidad FY SIMM ISA Disco Duro 10 Gb FX DIMM ISA NULL NULL DH DIMM PCI Disco Duro 10 Gb HY SIMM PCI Disco Duro 10 Gb DF DIMM ISA Disco Duro 40 Gb JK SIMM PCI Disco Duro 40 Gb JK SIMM PCI Lector de CD NULL JK SIMM PCI Disco 3½ 1,44 Mb JK DIMM PCI Disco Duro 40 Gb NULL NULL NULL NULL Disco 3½ 1,44 Mb NULL NULL NULL NULL Disco 5¼ 1,2 Mb 11 filas seleccionadas

10 Los símbolos *=, =* y *=* no son empleados por el SQL estándar sino por algunas implementaciones que veremos más adelante, solo los hemos empleado para simplificar la explicación. En realidad, todas los acoples internos y externos se pueden incluir en la cláusula FROM de la sentencia SELECT con la siguiente sintaxis: Donde: Fig. 4: Sintaxis para la implementación de acoples en SQL92 Fig. 4.1: Detalle de la Sintaxis (tipos de acoples) Por lo que los ejemplos anteriormente expuestos quedarían. Composición interna: SELECT MC.NoSerie, RAM,TipoRAM,TipoBus FROM microcomputadora MC INNER JOIN soportes SO ON MC.NoSerie= SO.Noserie; SELECT MC.NoSerie, RAM,TipoRAM,TipoBus FROM microcomputadora INNER JOIN soportes USING (NoSerie);

11 La segunda variante utilizando USING se puede emplear cuando las columnas de emparejamiento tienen igual nombre en ambas tablas. Acople externo izquierdo: FROM microcomputadora LEFT OUTER JOIN soportes USING (NoSerie); Acople externo derecho: FROM microcomputadora RIGHT OUTER JOIN soportes USING (NoSerie); Acople externo completo: FROM microcomputadora FULL OUTER JOIN soportes USING (NoSerie); Implementación en Oracle En esta sección nos referiremos a la versiones anteriores a Oracle 9i, las cuales no implementan los acoples externos con la misma sintaxis del SQL estándar, por lo que nos detendremos en ese aspecto. Para escribir una consulta que funcione como un acoplamiento externo de las tablas A y B y seleccione todas las filas de A se debe aplicar el operador de acople externo (+) a todas las columnas de B en la condición de acople. Para cada fila de A que no acople con filas en B, Oracle rellenará con nulos para cualquier lista que contenga columnas de B. De forma que los ejemplos que estudiamos se representarían como sigue: Acople externo izquierdo WHERE MC.NoSerie= SO.Noserie(+); Acople externo derecho WHERE MC.NoSerie(+)=SO.Noserie; El acoplamiento externo total no se implementa directamente sino que es necesario obtenerlo a través de la unión de un acople externo izquierdo y uno derecho tal como sigue. Implementación de acople externo total: WHERE MC.NoSerie= SO.Noserie(+)

12 UNION WHERE MC.NoSerie(+)=SO.Noserie; Los acoples externos en Oracle están sujetos a las siguientes reglas y restricciones: - El operador (+) puede aparecer solo en la cláusula WHERE y puede ser aplicada solo a columnas de una tabla o vista. - Si las tablas A y B están acopladas por múltiples condiciones de acoplamiento, debe usarse el operador (+) en todas las condiciones, de lo contrario Oracle asumirá que se trata de un acople interno sin alertas. - El operador (+) puede ser aplicado solo a columnas, no a expresiones; sin embargo una expresión puede contener columnas marcadas con el operador (+). - Una condición que contenga el operador (+) no puede ser combinada con otra condición usando el operador lógico OR. - Una condición no puede usar el operador de comparación IN para comparar columnas marcadas con el operador (+) con una expresión. - Una condición no puede comparar cualquier columna marcada con el operador (+) con una subconsulta. Si la cláusula WHERE contiene condiciones que comparan una columna de una tabla B con una constante, el operador (+) debe ser aplicado a la columna, la cual debería retornar valores nulos, de lo contrario Oracle solo retornará el resultado de un acople interno. En una consulta que funciona como acoplamiento externo de más de dos pares de tablas, la tabla simple puede ser generadora de nulos solo para otra tabla. Por esta razón no se puede aplicar el operador (+) a una columna de B en la condición de acople para A y B y en la condición de acople para B y C. Lo nuevo en Oracle 9i Oracle 9i experimenta un salto importante con respecto a las versiones anteriores. Permite el uso del estándar ANSI para la sintaxis de los acoples externos aunque mantiene la posibilidad de emplear la sintaxis anterior, es decir, a través el operador (+). Los ejemplos mostrados para explicar la implementación de acoples internos y externos en el SQL estándar empleando las cláusulas [INNER, o (FULL,RIGHT,LEFT) JOIN] son completamente válidos también para Oracle 9i. También es válido en recurrir de las cláusulas ON o a la cláusula USING cuando las columnas de las dos que participan en el acople tienen el mismo nombre. Se puede emplear también CROSS JOIN para obtener el producto cartesiano de las relaciones o tablas que se acoplarán. De esta forma quedaría la sintaxis ANSI general del acople que implementa Oracle 9i tal como se describe en la figura 4.

13 CONCLUSIONES En este trabajo se han relacionado algunos aspectos esenciales acerca de los fundamentos matemáticos del modelo relacional y la importancia del acoplamiento entre las diferentes tablas que puedan resultar de un proceso de normalización de una base de datos; así como la forma en que el Lenguaje SQL implementa estos acoplamientos. Ejemplificamos además, como algunos de los más actualmente usados Sistemas de Gestión de Bases de Datos Relacionales (SGBDR) implementa este lenguaje, cada uno con sus particularidades. BIBLIOGRAFÍA Cobo, Luis. <luiscobo@esivc.colombus.cu> Introducción al Lenguaje Estructurado de Consultas (SQL) domingo, Enero 25, :19 AM. Greenwald, Rick. Robert Stackowiack y Jonathan Stern. Oracle esentials: Oracle 9i, Oracle 8i y Oracle 8, Second Edition. O Reilly and Associates, Inc. Sebastopol, p. Loney, Kevin. George Koch: Oracle 9i: The Complete Reference. KcGraw-Hill/Osborne p. Marrero Cruz, Arnaldo. Implementación y Programación de Bases de Datos SQL Server, Data CIMEX SA, 1998 [disquete]. Martínez del Busto, Maria Elena. Curso de SQL, Maestría de Computación Aplicada 2004, Conferencias 1,5 y 6 [disquete]. Navarro, José. Iniciación a Oracle 8i [disquete]. MySQL Reference Manual for version b., 1999 [disquete] Teach Yourself SQL in 21 Days, Second Edition, Macmillan Computer Publishing. Manual de Acces Intermedio [disquete].