Архитектура базы данных. Физическая и логическая независимость данных.

Аритектура базы данных в соответствии со стандартом АNSY. Для обеспечения независимости прикладных программ от данных необходимо ввести модель данных, которая будет отражать для пользователей информационное содержание базы данных (БД), но подробности организации физического хранения данных в ней будут отсутствовать.

Модель имеет свою схему данных, в которой отражена структура данных, имена записей, имена и форматы полей. Для работы с данными модели разрабатывается язык описания данных (ЯОД) и язык манипулирования данными (ЯМД). Запросы к данным из (БД) должны выражаться в прикладных программах пользователей на этих языках. Программы пользователя оперируют только записями модели.

Записи модели создаются системой на момент, когда они затребованы прикладной программой (при чтении данных из БД) либо формируются в прикладной программе, а затем данные из этих записей переносятся в БД в хранимые записи (при вводе данных в базу). Для образования записей модели СУБД должна располагать информацией о том, как записи и их поля строятся соответственно из хранимых в физической базе данных (ФБД) записей и полей (и аналогично обратные преобразования при вводе данных в БД).

Эта информация задается Администратором базы данных (АБД) в виде специального отображения данных из физической базы данных в данные для принятой модели (ЛМД). На СУБД возлагается задача реализации этого отображения (прямого и обратного):

«ЛМД??ФМД»

В описании отображения, кроме указания соответствий между полями записей модели и полями хранимых записей, указаны все необходимые сведения о хранимых данных: в каком коде они представлены, как упорядочены, какие существуют индексы, где расположены те или иные данные, с какими данными они связаны, какие методы доступа необходимо использовать для манипулирования хранимыми данными.

Так как. СУБД функционирует в среде ЭВМ с мощными операционными системами (ОС), то часть задач по обработке данных возлагается на ОС. При проектировании СУБД не разрабатывают программы манипулирования данными на физическом уровне, а используют программы методов доступа ОС. Такой подход обеспечивает относительную независимость операций хранения и обработки данных от используемых технических средств, предоставляемых ОС. Поэтому вводится в рассмотрение модель представления хранимых данных (внутренняя модель базы данных). Архитектура базы данных тогда будет иметь следующий вид:

«Модель??Внутренняя модель??Физическая база данных»

Это так называемая двухуровневая архитектура базы данных. Во внутренней модели БД может быть представлена в виде совокупности хранимых файлов, для которых известна структура хранимых записей, определены служебные поля, реализующие необходимые связи между записями, известны методы доступа СУБД к этим записям. Двухуровневая архитектура базы данных обеспечивает физическую независимость хранимых данных от используемых технических средств, а именно возможно переносить хранимые данные с одного устройства хранения на другое с сохранением работоспособности приложений.

Для обеспечения же логической независимости прикладных программ от данных была предложена трёхуровневая модель системы управления базой данных.

Трехуровневая архитектура согласно стандарту ANSI три уровня абстракций данных: концептуальный уровень, внешний и внутренний уровни. На концептуальном уровне выполняется концептуальное проектирование БД, которая включает анализ всех информационных потребностей пользователей и определяется информационная модель данных. Результатом концептуального проектирования является концептуальная модель, которая представляет собой единое логическое описание элементов данных и связи между ними.