Лекция № 3

Тема: Предпосылки развития баз данных. Понятие баз данных. Трехуровневая архитектура баз данных

Развитие методов обработки и хранения информации привело к созданию СУБД.

Банк данных – это система организованных данных – баз данных, программных, технических, языковых, организационно-методических средств для централизованного накопления и коллективного использования данных.

База данных – это поименованная совокупность данных, отражающая состояние объектов, их отношений в рассматриваемой предметной области.

Система управления базой данных (СУБД) – совокупность языковых и программных средств, предназначенная для создания, ведения и совместного использования базы данных многими пользователями, т.е. обобществление информации.

Для организации баз данных предложена трехуровневая система (1975 г. – американский комитет по стандартизации). Предложены 3 уровня абстракции. На каждом описываются элементы данных. Цель трехуровневой архитектуры заключается в отделении пользовательского представления базы данных от ее физического представления.

Причины:

1. пользователь не должен знать особенности физического размещения

2. администратору должно быть позволено менять концептуальную структуру БД, не влияя на приложения

3. пользователь работает с базой и оперирует данными, используя свое представление о данных

3 уровня абстракции:

1. внешний

2. концептуальный

3. внутренний

Внешний уровень определяет точку зрения на базу данных приложений. Каждое приложение видит, отображает и обрабатывает только те данные, которые ему необходимы.

Концептуальный уровень содержит логическую структуру всей базы данных с точки зрения администратора баз данных. Концептуальный уровень – полное представление требований к данным, не зависит от способа хранения. На этом уровне рассматривают компоненты: сущности, их атрибуты, их связи, ограничения, накладываемые на данные. Этот уровень не содержит сведений о методах хранения данных.

Внутренний уровень описывает физическую реализацию баз данных. Он содержит описания структур данных, организацию файлов для хранения данных на ЗУ. На этом уровне происходит взаимодействие СУБД с операционной системой с целью размещения данных, создания индексов извлечения данных и т.д. На внутреннем уровне хранится информация о распределении внешней памяти, размещении записей, сведения о сжатии данных, о выбранных методах шифрования. Совокупность всех уровней называется схемой базы данных.

09.04.2012

Лекция № 4

В соответствии с 3 уровнями абстракции рассматривают 3 схемы баз данных:

1. внешняя схема содержит несколько подсхем соответствующих разным приложениям и, соответственно, разным представлениям данных. Может быть несколько для базы данных.

2. концептуальная схема описывает все элементы данных, связи между ними и необходимые ограничения обеспечивающие целостность данных. Может быть только одна для базы данных.

3. внутренняя схема является описанием внутренней модели данных. Содержит определения хранимых записей, методы представления, описание полей данных, сведения об индексах. Для базы данных существует только одна внутренняя схема.

Система управления базами данных (СУБД) устанавливает соответствие между всеми схемами, проверяет их непротиворечивость, что означает, что любую внешнюю схему можно вывести из концептуальной.

Трехуровневая архитектура обеспечивает логическую независимость от данных (между 1ым и 2ым уровнями) и физическую независимость от данных (между 2ым и 3им уровнями).

Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других и защищенность внешних схем (приложений) от изменений в концептуальной схеме базы данных.

Физическая независимость означает защищенность концептуальной схемы от изменений, вносимых во внутреннюю схему.

Основные модели данных

Конкретная СУБД использует свой специальный язык, который состоит из 2 частей: языка определения данных и языка управления данными. Для описания схемы базы данных используется язык низкого уровня (близкий к программированию в машинных кодах: ассемблер и машинный код). Для понимания схемы базы данных ее нужно описать на более высоком уровне, который называется моделью данных.

Под моделью данных понимают набор понятий для описания данных, связей между ними и ограничений, накладываемых на данные в пределах предметной области. Модель данных является представлением объектов, событий, процессов предметной области, а также связей между ними.

Цель построения модели данных – представить данные в понятном, доступном виде.

Все модели данных предлагаемые в литературе подразделяются на 3 категории:

1. объектные модели данных

2. модели данных на основе записей

3. физические модели

Объектные и на основе записи используются для описания базы данных на внешнем и концептуальном уровне. Физическая – для описания базы на внутреннем уровне.

Внешний уровень использующий модели на основе записи данных называется еще даталогическим. Сюда относятся иерархическая, сетевая, реляционные.

Внутренний уровень – физические модели.

При построении объектных моделей используются понятия: сущности, атрибуты, связи.

К объектным моделям относятся модели:

1. «сущность-связь» или ER-модель (entity-relationship model)

2. семантические

3. функциональные

4. объектно-ориентированные модели

Объектная модель данных «сущность-связь»

Основными конструктивными элементами модели являются сущности, связи и атрибуты.

Сущность – множество экземпляров реальных объектов, которые обладают общими атрибутами/характеристиками и информацию о которых нужно хранить в базе данных. Любой объект может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована.

Тип сущности – это набор однородных предметов, событий или идей выступающих как целое.

Экземпляр сущности – это конкретный объект в наборе.

Атрибут – это поименованная характеристика сущности. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но может быть одинаковым для различных типов сущностей. Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности.

Абсолютного различия между типом сущности и атрибутом нет.

Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволит однозначно идентифицировать сущность по оставшимся атрибутам.

Связь (отношение) – осмысленная ассоциация двух или более сущностей.

23.04.2012