2. Среда баз данных
2.1. Предметная область базы данных
Конечной целью проектирования базы данных (БД) является воплощение представлений проектировщика о предметной области и задачах, решаемых пользователями с помощью созданной базы. Пользователя не интересует физическая реализация базы, главным является модель данных, которыми он оперирует.
Модель данных предметной области включает следующие понятия:
сущность
атрибут
связь
Сущностью называется отдельный тип объекта, который нужно представить в базе.
Например, в рассмотренной ранее базе агентства по сдаче в аренду недвижимости сущностями являются «Сотрудник», «Сдаваемый в аренду объект», «Клиент», «Владелец недвижимости», «Договор аренды».
Атрибутом называется свойство, которое описывает некоторую характеристику рассматриваемого объекта.
Например, Объект «Сотрудник» имеет атрибуты: «Табельный номер», «должность», «зарплата», «телефон» и т.п.
Связь – это то, что объединяет несколько сущностей.
Например, «клиент» осматривает «сдаваемый в аренду объект»; «клиент» заключает «договор аренды» (осматривает, заключает – связь)
2.2. Трехуровневая архитектура базы данных
Отправной точкой при проектировании базы данных должно быть абстрактное и общее описание информационных потребностей организации, которые должны найти отражение в создаваемой БД, возможно у каждого пользователя свое представление Для удовлетворения этих потребностей архитектура большинства современных СУБД строится на базе трехуровневой архитектуры ANSI/SPARC, предложенной в 1975г. Комитетом планирования стандартов и норм Национального института стандартизации США. Эта архитектура выделяет три уровня абстракции описания элементов данных (см. рис.4):
внешний
концептуальный
внутренний
Уровень, на котором данные воспринимаются пользователем, называется внешним уровнем. Внешний уровень состоит из нескольких различных внешних представлений БД.
Каждый пользователь имеет дело со «своим» представлением, выраженным в наиболее удобной для него форме. Внешнее представление содержит:
только те сущности, атрибуты и связи, которые интересны пользователю. Другие данные тоже могут храниться в базе, но они пользователю «не видны»;
формы представления данных пользователю. Представления могут по-разному отображать одни и те же данные (например, формат даты);
производные или вычисляемые данные, которые не хранятся в базе, а также комбинированные данные из нескольких объектов.
СУБД и операционная система воспринимают данные на внутреннем уровне. Этот уровень определяет физическое представление БД в компьютере, целью которого является обеспечение оптимальной производительности. На внутреннем уровне хранится следующая информация:
распределение дискового пространства для хранения данных и индексов
сведения о размещении записей
сведения о сжатии данных и выбранных методах их шифрования
Ниже внутреннего уровня находится физический уровень, который контролируется ОС, но под управлением СУБД. Однако четкое разграничение функций СУБД и ОС не определено. Например, некоторые СУБД могут в полной мере использовать файловую систему ОС, другие – только основные возможности ОС, реализуя собственную файловую организацию.
Концептуальный у6ровень представления данных предназначен для отображения внешнего уровня на внутренний и обеспечения независимости представления данных от их физической организации. Этот уровень определяет информационное содержимое всей базы:
все сущности, атрибуты и связи БД
накладываемые на данные ограничения
семантическую информацию о данных
информацию о мерах обеспечения безопасности и целостности данных
Концептуальный уровень поддерживает каждое внешнее представление, то есть любые доступные пользователю данные должны содержаться (или могут быть вычислены) на этом уровне. Однако этот уровень не содержит никаких сведений о методах хранения данных. Например, описание сущности должно содержать сведения о типах данных атрибутов (целочисленный, действительный, текстовый) и их длине (количестве значащих цифр или максимальном количестве символов), но не должно включать сведений о числе требуемых байт памяти.
Важность трехуровневой архитектуры состоит в том, что:
задача создания базы данных разбивается на подзадачи, сложность задачи сокращается так, что она может быть реализована в конкретной среде
облегчается перенос разработанных баз данных на другие аппаратно-программные платформы
пользователи имеют возможность обращаться к данным, используя свои внешние представления, не зависящие от представлений других пользователей
взаимодействие пользователя с базой осуществляется на логическом уровне манипулирования данными и не зависит от особенностей хранения данных в базе
внутренняя структура БД не зависит физических способов хранения информации, например, от устройства хранения.
изменения на более низких уровнях (внутренней схемы и/или концептуальной схемы данных) не влияют на верхние уровни (в частности на работу пользователя с базой). Это свойство называется независимостью от данных