Архитектура систем баз данных
Соглашения по архитектуре БД были приняты в 1975 году комитетом планирования стандартов и норм – SPARC (Standards Planning And Requirements Committee) национального института стандартизации США - ANSI (American National Standards Institute)
Комитет ANSI/SPARC признал необходимость использования трехуровневого подхода. Три уровня абстракции формируют трехуровневую архитектуру, которая содержит внешний, концептуальный и внутренний уровни (Рис. 3).
Рис.3. Трехуровневая архитектура
Внешний уровень – представление БД с точки зрения пользователей. Этот уровень описывает части базы данных, которые относятся к каждому пользователю.
Внешнее представление содержит только те сущности, атрибуты и связи, которые интересны пользователю. О других сущностях и связях отдельный пользователь может даже и не знать.
Например, служащий отдела кадров может рассматривать БД как набор записей с информацией об отделах и как набор записей с информацией о служащих, при этом ничего не знать о записях с информацией о поставщиках и деталях, с которыми работают служащие в отделе снабжения (Рис.4).
Рис.4. Представление пользователей
Концептуальный уровень – это обобщенное представление базы данных. Этот уровень описывает то, какие данные хранятся в БД, а также связи, существующие между ними. Фактически, это полное представление требований к данным со стороны организации, которые не зависят от способа их хранения. Концептуальный уровень поддерживает каждое внешнее представление, в том смысле что любые доступные пользователю данные должны содержаться (или могут быть вычислены) на этом уровне.
На концептуальном уровне выполняется концептуальное проектирование БД. Проектирование включает анализ информационных потребностей пользователей и определение нужных им элементов данных. Результатом концептуального проектирования является концептуальная схема, единое логическое описание всех элементов данных и отношений между ними (Рис. 5).
Рис.5. Концептуальный уровень
Внутренний уровень – это уровень, наиболее близкий к физическому хранению, т.е. связанный со способами хранения информации на физических устройствах хранения. На этом уровне осуществляется взаимодействие СУБД с методами доступа операционной системы.
Заключение. Реализация трех уровней требует, чтобы СУБД переводила с одного уровня на другой: с внешнего на концептуальный, а затем на физический и обратно. Цена такого перевода состоит в большой системной задержке.
Более полные сведения о трех уровнях архитектуры баз данных можно найти в литературе.
Кроме названных трех уровней абстрагирования в БнД существует еще один, им предшествующий. Модель этого уровня должна выражать информацию о предметной области в виде, независимом от конкретной используемой СУБД. Модель этого уровня называется инфологической моделью предметной области.
Трехуровневая архитектура позволяет обеспечить логическую и физическую независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие, при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с данной базой .
Схемы. На самом верхнем уровне имеется несколько внешних схем (подсхем), которые соответствуют различным представлениям данных.
На концептуальном уровне существует концептуальная схема. СУБД должна отвечать за установление соответствия между этими тремя типами схем, осуществлять проверку непротиворечивости этих схем.