Эволюция концепции бд. Отличие представления данных в системе бд от файловой организации данных.
Понятие ≪база данных≫ появилось в 60-е года, до этого преобладала файловая организация данных, где использовался функциональный подход: ≪от задачи≫.
ПО – предметная область. У каждой программы своё представление данных (Модель данных ППi – на рисунке). Программист сам программировал доступ к физическому файлу данных.
Особенности: 1. Логическая и физическая структуры данных не разделялись; 2. Прикладной программист сам определял физическое размещение данных и разрабатывал программы доступа к ним на физическом уровне; 3. типовое ПО выполняло только I/O; 4. файл данных – файл с последовательным доступом; 5. прикладные программы зависели от аппаратного обеспечения. С появлением ОС были разработаны процедуры доступа к данным (на рисунке выделено пунктиром). С этих пор логическое представление данных отличается от физического.
Недостатки: 1. низкая эффективность использования данных (данные одной задачи изолированы от других задач, нет коллективного использования); 2. статичность структуры данных (изменения в ПО сложно отразить в структуре файлов – нужны новые поля, новые связи между разными типами данных); 3. избыточность данных и процедур их обработки (ситуация, когда одни и те же данные хранятся в разных файлах; что влечёт за собой избыточность процедур обработки); 4. возможная противоречивость данных (следствие избыточности); 5. низкая эффективность доступа к комбинированным данным (из разных файлов); 6. сложность в управлении (избыточное дублирование данных, избыточность процедур – причины сложности обновления).
Развитие техники привело к появлению системного подхода, где отправным моментом является объект исследования (ПО), а не прикладная задача.
БД – это не столько хранение больших объёмов данных, сколько целевая модель предметной области.
Для поддержки информационной модели требуется выполнение услови:
1. адекватность отображения ПО;
2. интеграция данных в сочетании с их коллективным использованием; 3. централизованное управление данными (функции создания, сопровождения едины для разных задач; они могут быть совмещены и поручены специальным органам, осуществляющим управление);
4. независимость данных (ПП не должны зависеть от их физической реализации, друг от друга на логическом уровне, от глобального логического представления ПО);
5. организация доступа и защиты данных.
Вывод: главная цель СУБД – обеспечение (поддержка) выполнения ПП пользователя.
Следовательно, можно выделить 2 функции: сервер (СУБД) и клиент (ПП).
Трехуровневая архитектура системы бд: модели данных, схемы структуры данных, отображения и интерфейсы, независимость данных, функционирование системы бд (прохождение запроса).
Выделяют три уровня абстракции (три уровня описаний элементов данных):
1. Внешний (внешняя модель данных)
2. Концептуальный (концептуальная МД)
3. Внутренний (внутренняя МД)
Цель трехуровневой архитектуры: отделение пользовательского представления базы данных от её физического представления.
1. Внешний уровень
Внешняя модель данных соответствует локальному логическому представлению данных ПО в конкретной прикладной программе. Внешнее представление содержит только те сущности, атрибуты и связи ≪реального мира≫, которые интересны пользователю.
2. Концептуальный уровень
Концептуальная модель данных даёт обобщающее глобальное логическое представление данных какой-то конкретной ПО, т.е. с точки зрения администратора БД так, чтобы БД можно было адаптировать к любым задачам. КМД создаётся независимо от программ. В КМД представлены следующие компоненты:
все сущности, их атрибуты и связи;
накладываемые на данные ограничения;
семантическая информация о данных
информация о мерах обеспечения безопасности и поддержки целостности данных.
Возникает конфликт между 1 и 2 уровнями. Но при этом внешняя модель является подмножеством концептуальной модели и, следовательно, должна быть согласована с ней. В зависимости от способа структуризации данных выделяют следующие модели данных: 1. Иерархическая МД, 2. Сетевая МД (тип структуры – ориентированный граф), 3. Реляционная МД (тип структуры – отношение), 4. Объектная МД.
3. Внутренний уровень
Внутренняя модель данных описывает физическую реализацию БД: указание реальных размеров сохраняемых элементов данных, распределение дискового пространства и т.п. Внутренняя МД использует методы доступа к данным ОС.
Многоуровневость представления даёт: 1. возможность согласования разных точек зрения на ПО (=> возможность интеграции данных и их использования); 2. поддержка целостности, не избыточности и непротиворечивости данных; 3. независимость ПП друг от друга и от среды хранения; 4. защита данных и управление доступа к ним.
Схемы данных
Общее описание БД на формализованном языке называется схемой данных. В связи с разными уровнями представления различают: 1. внутреннюю схему; 2. концептуальную схему; 3. внешнюю схему = подсхему.
Концептуальная схема описывает все элементы данных и связи между ними. На нижнем уровне находится внутренняя схема, которая содержит определения хранимых записей, методы представления, описания полей данных и т.п.
Отображения и интерфейсы
Существуют универсальные механизмы доступа к данным, которые позволяют программистам разрабатывать приложения, одинаковым образом взаимодействующие с различными источниками данных.
Универсальный механизм доступа к данным обычно реализован в виде библиотек и дополнительных модулей (драйверов - специфичных для той или иной СУБД, реализуют непосредственное обращение к функциям клиентского API конкретных СУБД).
Наиболее популярными механизмами являются Microsoft ODBC (Open Database Connectivity) и BDE (Borland Database Engine). В середине 1990-х годов произошёл переход от ODBC к OLE DB (управление данными как объектами). Чтобы облегчить работу с OLE DB, был создан дополнительный прикладной уровень ADO (ActiveX Data Objects).
Независимость данных
Основным назначением трехуровневой архитектуры является обеспечение независимости от данных, которая означает, что изменения на нижних уровнях никак не влияют на верхние уровни.
Различают два вида независимости:
1. физическая (независимость внешней и концептуальной модели от детализации данных на физическом уровне);
2. логическая (независимость внешней модели данных от глобального логического представления данных в виде концептуальной модели).
Сети ЭВМ и телекоммуникации (Катюхин В.Е.)