Архитектура СУБД

Архитектура СУБД

Одна и та же БД в зависимости от точки зрения может иметь различные уровни описания. По числу уровней описания данных, поддерживаемых СУБД, различают одно-, двух- и трехуровневые системы. 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, на котором пользователи воспринимают данные, где отдельные группы пользователей имеют свое представление (ПП) на базу данных;
• внутренний уровень, на котором СУБД и операционная система воспринимают данные;
• концептуальный уровень представления данных, предназначенный для отображения внешнего уровня на внутренний уровень, а также для обеспечения необходимой их независимости друг от друга; он связан с обобщенным представлением пользователей.

В структуре СУБД можно выделить 4 уровня:

Уровень физической модели . Физическая модель данных располагается на самом нижнем уровне в структуре СУБД. Эта модель описывается в виде внутренней (машинной) схемы БД и содержит сведения о характеристиках устройств внешней памяти, форматах используемых физических записей, индексах, каталогах и т. д. база данных располагается на устройствах внешней памяти и непосредственно связана с физической моделью данных. Так как физическая модель отражает особенности размещения базы данных во внешней памяти, эту модель называют хранимой БД.

Уровень логической модели . Логическая модель данных – это абстрактное представление БД в терминах логических характеристик данных и отношений между элементами данных. Например, в терминах логических записей, полей логических записей, отношениях между логическими записями. Другое название логической модели – это концептуальная модель данных. Логическая модель выражается в СУБД с помощью концептуальной схемы . В СУБД логические модели данных ограничены определённой схемой (иерархической, сетевой, реляционной).

Уровень внешних моделей . Внешняя модель данных характеризует ту часть логической модели, которая «представляется» определённым пользователем или группой пользователей СУБД. Внешняя модель представляет собой описание тех элементов БД и отношений между этими элементами, которые необходимы для определения прикладной программы. Так как много пользователей и групп пользователей СУБД, то может быть и много разных внешних моделей в СУБД, представленных в виде подсхемы и записываемых на специальном языке, который может совпадать с языком описания схемы логической модели.

Прикладной уровень СУБД . Он охватывает прикладные программы, предназначенные для выполнения в среде СУБД. Прикладные программы создаются пользователями и не входят в состав системного программного обеспечения СУБД. Для организации СУБД, её использования и сопровождения необходимы языки различного назначения. Обычно используют языки высокого уровня или специальные языки описания данных (ЯОД) и языки манипулирования данными (ЯМД). В СУБД пользуются тремя видами описания данных: логическое, физическое и внешнее

Описание структуры данных на любом уровне называется схемой.

Существует три различных типа схем базы данных, которые определяются в соответствии с уровнями абстракции трехуровневой архитектуры.

На самом высоком уровне имеется несколько внешних схем или подсхем , которые соответствуют разным представлениям данных.

На концептуальном уровне описание базы данных называют концептуальной схемой , а на самом низком уровне абстракции — внутренней схемой .

Основным назначением трехуровневой архитектуры является обеспечение независимости 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: логическую и физическую. Логическая независимость от данных означает полную защищенность внешних схем от изменений, вносимых в концептуальную схему.

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

Внешний уровень — это пользовательский уровень.

Пользователем может быть программист, или конечный пользователь, или администратор базы данных. Представление базы данных с точки зрения пользователей называется внешним представлением . Каждая группа пользователей выделяет в моделируемой предметной области, общей для всей организации, те сущности, атрибуты и связи, которые ей интересны. Эти частичные или переопределенные описания БД для отдельных групп пользователей или ориентированные на отдельные аспекты предметной области называют подсхемой .

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 является результатом концептуального проектирования.

Внутренний уровень является третьим уровнем архитектуры БД. Внутреннее представление не связано с физическим уровнем, так как физический уровень хранения информации обладает значительной индивидуальностью для каждой системы. На нижнем уровне находится внутренняя схема, которая является полным описанием внутренней модели данных. Для каждой базы данных существует только одна внутренняя схема.