Трехуровневая архитектура системы управления базами данных.
Архитектура СУБД должна обеспечивать, в первую очередь, разграничение пользовательского и системного уровней. В настоящее время чаще всего поддерживается трехуровневая архитектура описания БД с тремя уровнями абстракции, на которых можно рассматривать базу данных. Такая архитектура включает: внешний уровень, внутренний урове¬нь, концептуальный уровень.
Описание структуры данных на любом уровне называется схемой.
Основным назначением трехуровневой архитектуры является обеспечение незави¬симости от данных. Суть этой независимости заключается в том, что изменения на нижних уровнях никак не влияют на верхние уровни. Различают два типа независимости от данных: логиче¬скую (означает полную защищенность внешних схем от изменений, вносимых в концептуальную схему) и физическую (защищенность концептуальной схемы от изменений, вносимых во внутреннюю схему).
На внешнем уровне пользователи воспринимают данные, где отдельные группы пользователей имеют свое представление (ПП) на базу данных. Каждый тип пользователей может применять для работы с БД свой язык общения. Конечные пользователи употребляют либо язык запросов, либо специальный язык, поддерживаемый приложениями и вызывающий определенные для пользователя экранные формы и пользовательские меню. Прикладные программисты чаще применяют либо языки высокого уровня, например, С, Pascal и так далее, либо специальные языки СУБД.
Концептуальный уровень является промежуточным уровнем в трехуровневой архитектуре и обеспечивает представление всей информации базы данных в абстрактной форме. Описание базы данных на этом уровне называется концептуальной схемой, которая включает объекты и их атрибуты, связи между объектами, ограничения, накладываемые на данные, семантическую информацию о данных, обеспечение безопасности и поддержки целостности данных. Концептуальная схема — это единое логическое описание всех элементов данных и отношений между ними, логическая структура всей базы данных.
Внутренняя схема описывает физическую реализацию базы данных и предна¬значена для достижения оптимальной производительности и обеспечения экономно¬го использования дискового пространства. На внутреннем уровне осуществляется взаимодействие СУБД с ме¬тодами доступа операционной системы с целью размещения данных на запоминающих уст-ройствах, создания индексов, извлечения данных и т. д. На внутреннем уровне хранится следующая информация: распределение дискового пространства для хранения данных и индексов, описание подробностей сохранения записей (с указанием реальных разме¬ров сохраняемых элементов данных), сведения о размещении записей, сведения о сжатии данных и выбранных методов их шифрования. Ниже внутреннего уровня находится физический уровень, кото¬рый контролируется операционной системой, но под руководством СУБД. Физический уровень учитывает, каким образом данные будут представлены в машине.
Реализация трехуровневой архитектуры БД требует, чтобы СУБД переводила информацию с одного уровня на другой, то есть преобразовывала адреса и указатели в соответствующие логические имена и отношения и наоборот. Выгодой такого перевода является независимость логического и физического представления данных, но и плата за эту независимость не малая — большая системная задержка.
Схема управления данными в СУБД. Классификация и структура СУБД.
Классификация СУБД:
по выполняемым функциям СУБД подразделяются на операционные и информационные;
по сфере применения СУБД подразделяются на универсальные и проблемно-ориентированные;
по используемому языку общения СУБД подразделяются на замкнутые, имеющие собственные самостоятельные языки общения пользователей с базами данных, и открытые, в которых для общения с базой данных используется язык программирования, расширенный операторами языка манипулирования данными;
по числу поддерживаемых уровней моделей данных СУБД подразделяются на одно-, двух-, трехуровневые системы;
база система управление модель
по способу установления связей между данными различают реляционные, иерархические и сетевые базы данных;
по способу организации хранения данных и выполнения функций обработки базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.
Структура СУБД:
· организацию и поддержание логической структуры данных (схемы данных), которая обеспечивается средствами модели организации данных (иерархической, сетевой, реляционной);
· организацию и поддержание физической структуры данных во внешней памяти, которая включает организацию и поддержание внутренней структуры файлов Базы данных, а так же создание и поддержание специальных структур (индексов, страниц) для эффективного и упорядоченного доступа к данным;
· организацию доступа к данным и их обработка в оперативной и внешней памяти, которая осуществляется через реализацию процессов, называемых транзакциями.
В структуре СУБД в современном представлении выделяют следующие функциональные блоки.
1. Процессор описания и поддержания структуры Базы данных. Этот процессор реализует модель организации данных, средствами которой проектировщик строит логическую структуру (схему) Базы данных, соответствующую инфологической схеме предметной области и обеспечивает построение и поддержание внутренней схемы Базы данных. Процессор обеспечивает установку логической структуры Базы данных и трансляцию (перевод) структуры Базы данных во внутреннюю схему Базы данных (в физические структуры данных).
2. Процессор запросов к Базе данных. Процессор интерпретирует сформированные запросы в терминах языка манипулирования данными и совместно с процессором описания и поддержания структуры Базы данных исполняет запросы.
3. Интерфейс ввода данных СУБД. Его функция заключается в реализации входного информационного языка Банка данных, который обеспечивает абонентам-поставщикам информации средства описания и ввода данных в информационную систему.
4. Интерфейс запросов. Совместно с процессором запросов интерфейс запросов обеспечивает концептуальную модель использования информационной системы в части стандартных типовых запросов, отражающих информационные потребности пользователей-абонентов системы.
5. Мониторинг транзакций. Функции мониторинга заключаются в организации совместного выполнения транзакций от нескольких пользователей над общими данными и обеспечение целостности данных.
6. Интерфейс выдачи сведений. Процессор запросов передает результат исполнения запросов интерфейсу выдачи сведений, который переводит эти результаты в форму, удобную для восприятия и выдачи пользователю-абоненту информационной системы.
7. Генератор отчетов. Для формирования отчетов служат специальные формы выдачи. Отчеты выдают результаты поиска и отбора информации из Базы данных для формализованного создания соответствующих текстовых документов. Для выполнения данной задачи используется генератор отчетов.
Организация данных на внешних носителях и методы доступа к ним.
Каждая БД, как известно, состоит из файлов. Файлы состоят из логических записей. Данные хранятся во внешней памяти на соответствующих носителях (магнитные ленты, диски, "винчестеры" и др.). Каждый файл представляется в виде одного или нескольких блоков (страниц) данных. В одном блоке может быть одна логическая запись, несколько записей (блокированные записи), часть ее (сегмент). В последнем случае сегменты одной записи хранятся в разных блоках. Адресные ссылки между сегментами позволяют выбрать запись целиком в оперативную память.
Каждая БД, как известно, состоит из файлов. Файлы состоят из логических записей. Данные хранятся во внешней памяти на соответствующих носителях (магнитные ленты, диски, "винчестеры" и др.). Каждый файл представляется в виде одного или нескольких блоков (страниц) данных. В одном блоке может быть одна логическая запись, несколько записей (блокированные записи), часть ее (сегмент). В последнем случае сегменты одной записи хранятся в разных блоках. Адресные ссылки между сегментами позволяют выбрать запись целиком в оперативную память.
В качестве адресов записей файла во внешней памяти используют: машинный адрес, относительный адрес, ключ записи.
Поля информационной части содержат значения элементов данных логической записи. При этом существует два основных способа размещения значений элементов в физической записи:
1. Размещение с заранее предписанных позиций предполагает, что значение элемента в каждом экземпляре записи появляется с одной и той же позиций, определенной в описании БД.
2. Размещение с разделителями позволяет не хранить в памяти незначащие символы.
Существуют два класса методов, реализующих доступ к данным по ключу:
· методы поиска по дереву
· методы хеширования.
Понятие и назначение объектов БД. Общий подход к организации представлений, таблиц, индексов и кластеров.
База данных(БД) - это поименованная совокупность структурированных данных, отражающих состояние объекта или множества объектов, их свойства и взаимоотношения.
Microsoft Access позволяет создавать и использовать объекты семи различных типов.
Таблиц - это основные объекты любой базы данных. Во-первых, в таблицах хранятся все данные, имеющиеся в базе, а во-вторых, таблицы хранят и структуру базы (поля, их типы и свойства).
Запросы. Эти объекты служат для извлечения данных из таблиц и предоставления их пользователю в удобном виде. С помощью запросов выполняют такие операции, как отбор данных, их сортировку и фильтрацию. С помощью запросов можно выполнять преобразование данных по заданному алгоритму, создавать новые таблицы, выполнять автоматическое наполнение таблиц данными, импортированными из других источников, выполнять простейшие вычисления в таблицах и многое другое.
Особенность запросов состоит в том, что они черпают данные из базовых таблиц и создают на их основе временную результирующую таблицу. Если хотят подчеркнуть факт «временности» этой таблицы, то ее еще называют моментальным снимком. Когда мы работаем с основными таблицами базы, мы физически имеем дело с жестким диском, то есть с очень медленным устройством (напомним, что это связано с особенностью сохранения данных, рассмотренной выше). Когда же на основании запроса мы получаем результирующую таблицу, то имеем дело с электронной таблицей, не имеющей аналога на жестком диске, — это только образ отобранных полей и записей. Разумеется, работа с «образом» происходит гораздо быстрее и эффективнее — это еще одно основание для того, чтобы широко использовать запросы.
Формы — это средства для ввода данных, хотя с их помощью данные можно и просматривать. Смысл их в том, чтобы предоставить пользователю средства для заполнения только тех полей, которые ему заполнять положено. Одновременно с этим в форме можно разместить специальные элементы управления (счетчики, раскрывающиеся списки, переключатели, флажки и прочие) для автоматизации ввода.
Отчеты - предназначены только для вывода данных, причем для вывода не на экран, а на печатающее устройство (например, принтер), В связи с этим отчеты отличаются тем, что в них приняты специальные меры для группирования выводимых данных и для вывода специальных элементов оформления, характерных для печатных документов (верхний и нижний колонтитулы, номера страниц, служебная информация о времени создания отчета и т п.).