2.6. Трехуровневая архитектура системы баз данных

Архитектура ANSU/SPARC (Study Group on Data Management System) включает три уровня: внутренний, концептуальный и внешний (рис. 2.4) [9].

Внешний уровень связан со способами представления данных для отдельных пользователей.

Концептуальный уровень является «промежуточным» между внутренним и внешним уровнями.

Внутренний уровень – это уровень, наиболее близкий к физическому хранению, т.е. связанный со способами сохранения информации на физических устройствах хранения.

Внешний уровень – это индивидуальный уровень пользователя. У каждого пользователя есть свой язык общения: для прикладного программиста – один из распространенных языков программирования или специальный язык рассматриваемой системы, для конечного пользователя – специальный язык запросов или язык специального назначения, возможно, основанный на формах и меню, созданный специально с учетом требований пользователя и поддерживаемый некоторым оперативным приложением. Все эти языки включают подъязык данных – подмножество операторов всего языка (базового языка), связанное только с объектами и операциями баз данных. Любой подъязык данных является комбинацией, по крайней мере, двух подчиненных языков – языка определения данных (data definition language – DLL), который поддерживает определения или объявления объектов базы данных, и языка обработки данных (data manipulation language – DML), который поддерживает операции с такими объектами или их обработку.

Внешний уровень

(индивидуальные представления

пользователей)

Концептуальный уровень

(обобщенное представление

пользователей)

Внутренний уровень

(представление в памяти)

Рис. 2.4. Три уровня архитектуры

Внешнее представление – это содержимое базы данных, каким видит его определенный пользователь. Внешнее представление состоит из множества экземпляров каждого типа внешней записи, которые не обязательно должны совпадать с хранимыми записями. Находящийся в распоряжении пользователя подъязык данных определен в терминах внешних записей.

Каждое внешнее представление определяется средствами внешней схемы, которая в основном состоит из определений каждого типа записей во внешнем представлении. Внешняя схема написана с помощью языка определения данных из пользовательского подъязыка данных.

Концептуальное представление – это представление всего содержимого базы данных в несколько более абстрактной форме по сравнению с физическим способом хранения данных, т.е. представление данных такими, какие «они есть на самом деле», а не такими, какими вынужден их видеть пользователь в рамках, например, определенного языка или используемого аппаратного обеспечения. Концептуальное представление состоит из множества экземпляров каждого типа концептуальной записи. Концептуальная запись не обязательно должна совпадать с внешней и хранимой записью. Концептуальное представление определяется с помощью концептуальной схемы, которая включает определения каждого типа концептуальных записей. Для обеспечения независимости данных нельзя включать в определения концептуального языка любое рассмотрение структуры хранения или метода доступа.

Определения в концептуальной схеме могут включать определения многих дополнительных средств, таких как средства безопасности или правила для обеспечения целостности.

Отображение концептуальный – внутренний определяет как концептуальные записи и поля представлены на внутреннем уровне. При изменении структуры хранимой записи изменяется и отображение таким образом, чтобы концептуальная схема осталась неизменной.

Отображение внешний – концептуальный определяет соответствие между некоторыми внешними представлениями и концептуальным представлением.

Внутреннее представление (хранимая база данных) – это представление нижнего уровня всей базы данных; оно состоит из множества экземпляров каждого типа внутренней записи (хранимая запись).

Внутреннее представление не связано с физическим уровнем, так как в нем не рассматриваются физические записи (блоки и страницы) и физические области хранения, такие как цилиндры и дорожки. Внутреннее представление предполагает бесконечное линейное адресное пространство; подробности того, как адресное пространство отображено на физическое устройство, зависят от системы и не включены в общую архитектуру.

Внутреннее представление описывается с помощью внутренней схемы (определения структуры хранения), которая определяет различные типы хранимых записей, существующие индексы, способы представления хранимых полей, физическую последовательность хранимых записей и т.д. Внутренняя схема пишется с использованием внутреннего языка определения данных.

Если внешний уровень связан с индивидуальным представлением пользователей, то концептуальный уровень связан с обобщенным представлением пользователей. Иначе говоря, может быть несколько внешних представлений, каждое из которых состоит из более или менее абстрактного представления определенной части базы данных, и может быть только одно концептуальное представление, состоящее из абстрактного представления базы данных в целом.

Также есть единственное внутреннее представление, отражающее всю базу данных как физически хранимую. Основные компоненты архитектуры и их взаимосвязь показаны на рис. 2.5. Многие системы позволяют выражать определение одного внешнего представления через другое (с помощью отображения внешний-внешний), не требуя обязательно явно определять отображение на концептуальный уровень.