Модель предметной области. Уровни абстракции в представлении данных

СУБД должна предоставлять доступ к данным посредством прикладных программ любым пользователям, включая и тех, которые практически не имеют представления о:

- физическом размещении в памяти данных и их описаний;

- механизмах поиска запрашиваемых данных;

- проблемах, возникающих при одновременном запросе одних и тех же данных многими пользователями (прикладными программами);

- способах обеспечения защиты данных от некорректных обновлений и (или) несанкционированного доступа;

- поддержании баз данных в актуальном состоянии

и множестве других функций СУБД [5, 8, 17].

При выполнении основных из этих функций СУБД должна использовать различные описания данных. Очевидно, что в таких описаниях обязательно должны быть учтены:

сущности интересующей предметной области;

атрибуты, характеризующие неотъемлемые свойства каждой сущности;

связи, ассоциирующие выделенные сущности.

С самых общих позиций, в архитектуре современных СУБД выделяют три уровня абстракции, т.е. три уровня описания элементов хранимых данных. Эти уровни составляют трехуровневую архитектуру, представленную на рис.1.2, которая охватывает внешний, концептуальный и внутренний уровни [7].

Представленный подход к описанию данных предложен комитетом ANSI/SPARC (Комитет Планирования Стандартов и Норм Национального Института Стандартизации США) и имеет целью отделение пользовательского представления о базе данных от ее физической организации. Такое отделение обеспечивает независимость хранимых данных и желательно по следующим причинам.

§ Каждый пользователь должен иметь возможность обращаться к данным, используя свое представление о них, изменять свое представление о данных без влияния на представления других пользователей.

§ Пользователи не должны иметь дело с деталями физической организации данных, т.е. не должны зависеть от особенностей физического хранения данных.

§ Администратор базы данных (АБД) должен иметь возможность изменять структуру хранения данных в базе так, чтобы эти изменения оставались «прозрачными» для остальных пользователей.

§ Структура базы данных не должна зависеть от физических аспектов хранения, например, при переключении на новое устройство внешней памяти.

Рис.1.2. Трехуровневая архитектура ANSI/SPARC

Внешний уровень – представление базы данных с точки зрения конкретных пользователей.

Указанный уровень может включать несколько различных представлений БД со стороны различных групп пользователей. При этом каждый пользователь имеет дело с представлением предметной области, выраженным в наиболее понятной и удобной для него форме. Такое представление содержит только те сущности, атрибуты и связи, которые интересны ему при решении профессиональных задач.

Различные представления на внешнем уровне могут пересекаться, т.е. использовать общие описания абстракций предметной области.

На внешнем уровне создается инфологическая модель БД (внешняя схема), полностью независимая от платформы (т.е. вычислительной системы, на которой будет использоваться). Инфологическая модель является человеко-ориентированной: средой ее хранения может быть память человека, а не ЭВМ. Инфологическая модель не изменяется до тех пор, пока какие-то изменения в реальном мире не потребуют изменения в ней некоторого определения, чтобы эта модель продолжала отражать предметную область.

Концептуальный уровень – обобщающее представление базы данных, описывающее то, какие данные хранятся в БД, а также связи, существующие между ними.

Концептуальный уровень является промежуточным в трехуровневой архитектуре. Содержит логическую структуру всей базы данных. Фактически, это полное представление требований к данным со стороны организации, которое не зависит от соображений относительно способа их хранения. На концептуальном уровне необходимо выделить:

- сущности, их атрибуты и связи;

- ограничения, накладываемые на данные;

- семантическую информацию о данных;

- информацию о мерах обеспечения безопасности.

Концептуальный уровень поддерживает каждое внешнее представление. Поэтому на этом уровне содержатся любые доступные пользователю данные, за исключением сведений о методах хранения этих данных.

На концептуальном уровне создается даталогическая модель (концептуальная схема БД), представляющая собой описание инфологической модели (внешней схемы) на языке определения данных конкретной СУБД. Эта модель является компьютеро-ориентированной (зависит от применяемой на компьютере СУБД).

Внутренний уровень – физическое представление базы данных, описывающее методы их хранения в вычислительной системе.

Данный уровень описывает физическую реализацию базы данных и предназначен для достижения оптимальной производительности и обеспечения экономного использования дискового пространства. Содержит описания структур данных и отдельных файлов, используемых для хранения данных в запоминающих устройствах.

На внутреннем уровне осуществляется взаимодействие СУБД с методами доступа операционной системы с целью эффективного размещения данных на носителях, создания индексов и т.д. На этом уровне используется следующая информация:

- карта распределения дискового пространства для хранения данных и индексов;

- описание подробностей сохранения записей (с указанием реальных размеров сохраняемых элементов данных);

- сведения о размещении записей;

- сведения о возможном сжатии данных и выбранных методах их шифрования.

Реализация перечисленной информации производится на физическом уровне вычислительной системы, который контролируется операционной системой. В настоящее время функции СУБД и операционной системы на физическом уровне строго не разграничиваются. В одних СУБД используются все предусмотренные в данной операционной системе методы доступа, в других применяются только основные и реализована собственная файловая система.

На внутреннем уровне создается физическая модель БД (внутренняя схема), которая также является компьютеро-ориентированной (зависит от СУБД и операционной системы). С ее помощью СУБД дает возможность программам и пользователям осуществлять доступ к хранимым данным по именам, не заботясь об их физическом расположении. По этой модели СУБД отыскивает необходимые данные на внешних запоминающих устройствах.

Соответствующие трехуровневой архитектуре ANSI/SPARC три уровня моделей данных для описания предметной области и реализации базы данных представлены на рис.1.3 [5].

Рис.1.3. Уровни моделей данных

Для реализации рекомендаций ANSI/SPARC и выполнения сервисных функций, СУБД строится по модульному принципу и является сложным программным продуктом. Конкретный состав модулей и их взаимосвязей в реальных СУБД сильно различается, но можно выделить ряд их обобщенных компонентов.

Поиск по сайту: