Трехуровневая архитектура организации БД

В процессе научных исследований, посвященных тому, как именно должна быть устроена СУБД, предлагались различные способы реализации. Самым жизнеспособным из них оказалась предложенная американским комитетом по стандартизации ANSI (American National Institute) трехуровневая система организации БД.

 

 

Рисунок 4.1. Трехуровневая архитектура БД, предложенная ANSI

 

Архитектура включает три уровня: внутренний, концептуальный и внешний. В общих чертах они представляют собой следующее:

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

Внешний - наиболее близок к пользователям, т.е. он связан со способами представления данных для отдельных пользователей.

Концептуальный уровень – это промежуточный уровень между двумя первыми; другими словами, это центральное управляющее звено, где БД представлена в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной БД. Фактически концептуальный уровень отражает обобщенную модель предметной области (объектов реального мира), для которой создавалась БД. Как любая модель, концептуальная модель отражает только существенные, с точки зрения обработки, особенности объектов реального мира.

Внешний уровень - это индивидуальный уровень пользователя. У каждого пользователя есть свой язык общения. Все эти языки включают подъязык данных, т.е. подмножество операторов всего языка, связанное только с объектами и операциями БД.

В принципе любой подъязык данных является на самом деле комбинацией, по крайней мере двух подчиненных языков - языка определения данных (DDL), который поддерживает определения или объявления объектов БД, и языка обработки данных (DML), который поддерживает операции с такими объектами или их обработку.

Внешнее представление - это содержимое БД, каким видит его определенный пользователь (т.е. для этого пользователя внешнее представление и есть БД).

Концептуальное представление - это представление всей информации БД в несколько более абстрактной форме по сравнению с физическим способом хранения данных. Однако концептуальное представление существенно отличается от способа представления данных какому- либо отдельному пользователю. Концептуальное представление - это представление данных такими, какие они есть на самом деле, а не такими, какими вынужден их видеть пользователь. Концептуальная схема - это определение такого представления. В большинстве существующих систем концептуальная схема в действительности представляет собой немного больше, чем простое объединение всех отдельных внешних схем с дополнительными средствами безопасности и правилами обеспечения целостности.

Внутреннее представление - это представление нижнего уровня всей БД. Внутреннее представление так же, как внешнее и концептуальное, не связанно с физическим уровнем. Это представление предполагает бесконечное линейное адресное пространство.

Внутреннее представление описывается с помощью внутренней схемы, которая определяет не только различные типы хранимых записей, но также существующие индексы, способы представления хранимых полей, физическую последовательность хранимых записей и т.д.

Эта архитектура позволяет обеспечить логическую (между уровнями 1 и 2) и физическую (между 2 и 3) независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих на этой же БД. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с данной БД. Это именно то, чего не хватало при использовании файловых систем.

Выделение концептуального уровня позволило разработать аппарат централизованного управления БД.