Кто не делится найденным, подобен свету в дупле секвойи (древняя индейская пословица)
Версия для печати
Библиографическая запись:
Концептуальный, логический и физический уровни представления информации в базах данных. — Текст : электронный // Myfilology.ru – информационный филологический ресурс : [сайт]. – URL: https://myfilology.ru//165/bazy-dannyx/konczeptualnyj-logicheskij-i-fizicheskij-urovni-predstavleniya-informaczii-v-bazax-dannyx/ (дата обращения: 20.04.2024)
Концептуальный, логический и физический уровни представления информации в базах данных
Содержание
Современная технология баз данных основана на концепции многоуровневой архитектуры СУБД. Эти идеи впервые были сформулированы в отчёте рабочей группы по базам данных Комитета по планированию стандартов Американского национального института стандартов (ANSI/X3/SPARC). Этот отчёт был опубликован в 1975 г. В нём была предложена обобщенная трёхуровневая
модель архитектуры СУБД, включающая концептуальный, внешний и внутренний уровни.
Внешний и концептуальный уровни представляют собой уровни моделирования, а внутренний служит в качестве уровня реализации; иными словами, первые два уровня определены в терминах таких пользовательских информационных конструкций, как записи и поля, а последний — в терминах машинно-ориентированных конструкций наподобие битов и байтов.
Внутренний уровень (называемый также физическим) наиболее близок к физическому хранилищу информации, т.е. связан со способами сохранения информации на физических устройствах. На этом архитектурном уровне БД представлена в полностью "материализованном" виде, тогда как на других уровнях идёт работа на уровне отдельных экземпляров или множества экземпляров данных. Описание БД на внутреннем уровне называется внутренней схемой или схемой хранения.
Внутреннее представление — это низкоуровневое представление всей базы данных как базы, состоящей из некоторого множества экземпляров каждого из существующих типов внутренних записей. Термин "внутренняя запись" относится к терминологии ANSI/SPARC и означает конструкцию, иначе называемую хранимой записью. Внутреннее представление, так же как внешнее и концептуальное, отделено от физического уровня, поскольку в нем не рассматриваются физические записи, обычно называемые блоками или страницами, и физические области устройства хранения, такие как цилиндры и дорожки. Другими словами, внутреннее представление предполагает наличие бесконечного линейного адресного пространства. Особенности методов отображения этого адресного пространства на физические устройства хранения в значительной степени зависят от используемой операционной системы и по этой причине не включены в общую архитектуру. Следует отметить, что блоки (или страницы) устройства ввода—вывода — это количество данных, передаваемых из вторичной памяти (памяти накопителя) в основную (оперативную) память за одну операцию ввода-вывода. Обычно, страницы имеют размер от 1 Кбайт и выше, но не больше 64 Кбайт (1 Кбайт = 1024 байт).
Внутреннее представление описывается с помощью внутренней схемы, которая определяет не только различные типы хранимых записей, но также существующие индексы, способы представления хранимых полей, физическую упорядоченность хранимых записей и т.д. Внутренняя схема формируется с использованием еще одного языка определения данных — внутреннего.
Внешний уровень (называемый также пользовательским, или логическим) наиболее близок к пользователям, т.е. связан со способами представления данных для отдельных пользователей. Описание представления данных для группы пользователей называется внешней схемой. Наличие внешнего уровня позволяет поддерживать разное представление одних и тех же данных для различных групп пользователей или задач.
Пользователь может быть прикладным программистом или конечным пользователем с любым уровнем профессиональной подготовки. Особое место среди пользователей занимает администратор базы данных (АБД). В отличие от остальных пользователей, АБД интересуют также концептуальный и внутренний уровни.
У каждого пользователя есть свой язык для работы с СУБД.
Для прикладного программиста это либо один из распространенных языков программирования (например, PL/I, C++ или Java), либо специальный язык рассматриваемой системы. Такие оригинальные языки называют языками четвертого поколения на том основании, что машинный код, язык ассемблера и такие языки, как PL/I, можно считать языками трех первых "поколений", а оригинальные языки модернизированы по сравнению с языками третьего поколения в такой же степени, как языки третьего поколения улучшены по сравнению с языком ассемблера.
Для конечного пользователя это или специальный язык запросов, или язык специального назначения, который может быть основан на использовании форм и меню, разработан специально с учетом требований пользователя и может интерактивно поддерживаться некоторым оперативным приложением.
Система может поддерживать любое количество базовых языков и любое количество подъязыков данных. Однако существует один язык, который поддерживается практически всеми сегодняшними системами. Это язык SQL. Большинство систем позволяет использовать язык SQL и интерактивно, как самостоятельный язык запросов, и в форме внедрения его операторов в другие языки программирования, такие как PL/I и Java.
В соответствии с терминологией ANSI/SPARC, представление отдельного пользователя называется внешним представлением. Таким образом, внешнее представление — это содержимое базы данных, каким его видит определенный пользователь (т.е. для каждого пользователя внешнее представление и есть та база данных, с которой он работает). Например, пользователь из отдела кадров может рассматривать базу данных как набор записей с информацией об отделах плюс набор записей с информацией о служащих, и ничего не знать о записях с информацией о материалах и их поставщиках, с которыми работают пользователи в отделе снабжения. В общем случае внешнее представление состоит из некоторого множества экземпляров каждого из многих типов внешних записей (которые вовсе не обязательно должны совпадать с хранимыми записями). Предоставляемый в распоряжение пользователя подъязык данных всегда определяется в терминах внешних записей. Например, операция выборки языка обработки данных осуществляет выборку экземпляров внешних, а не хранимых записей
Концептуальный уровень архитектуры ANSI/SPARC служит для поддержки единого взгляда на базу данных, общего для всех её приложений и независимого от них и от среды хранения. Концептуальный уровень представляет собой формализованную информационно-логическую модель ПрО (предметной области). Описание этого представления называется концептуальной схемой или схемой БД. Концептуальный уровень связан с обобщенным представлением пользователей. Большинству пользователей нужна не вся база данных, а только ее небольшая часть, поэтому может существовать несколько внешних представлений, каждое из которых состоит из более или менее абстрактного представления определенной части базы данных, и только одно концептуальное представление, состоящее из абстрактного представления базы данных в целом.
Концептуальное представление — это представление всей информации базы данных в несколько более абстрактной форме (как и в случае внешнего представления) по сравнению с описанием физического способа хранения данных. Однако концептуальное представление существенно отличается от представления данных какого-либо отдельного пользователя. Вообще говоря, концептуальное представление — это представление данных в том виде, какими они являются на самом деле, а не в том, какими
их вынужден рассматривать пользователь в рамках, например, определенного языка или используемого аппаратного обеспечения.
Концептуальное представление состоит из некоторого множества экземпляров каждого из существующих типов концептуальных записей. Например, оно может состоять из набора экземпляров записей, содержащих информацию об отделах, набора экземпляров записей, содержащих информацию о поставщиках, набора экземпляров записей, содержащих информацию о материалах и т.д. Концептуальная запись вовсе не обязательно должна совпадать с внешней записью, с одной стороны, и с хранимой записью — с другой.
Концептуальное представление определяется с помощью концептуальной схемы, включающей определения для каждого существующего типа концептуальных записей. Концептуальная схема использует другой язык определения данных — концептуальный. Чтобы добиться независимости от данных, нельзя включать в определения концептуального языка какие-либо указания о структурах хранения или методах доступа. Определения концептуального языка должны относиться только к содержанию информации. Это означает, что в концептуальной схеме не должно быть никакого упоминания о представлении хранимого файла, упорядоченности хранимых записей, индексировании, хэш-адресации, указателях или других подробностях хранения данных или доступа к ним. Если концептуальная схема действительно обеспечивает независимость от данных в этом смысле, то внешние схемы, определенные на основе концептуальной, заведомо будут обеспечивать независимость от данных.
Концептуальное представление — это представление всего содержимого базы данных, а концептуальная схема — это определение такого представления. Однако было бы ошибкой полагать, что концептуальная схема представляет собой не более чем набор определений, весьма напоминающих простые определения записей в программе на языке COBOL (или каком-либо другом языке). Определения в концептуальной схеме могут характеризовать большое количество различных дополнительных аспектов обработки
данных, например таких, как ограничения защиты или требования поддержки целостности данных. Более того, некоторые авторитетные специалисты предлагают в качестве конечной цели создания концептуальной схемы рассматривать описание всего предприятия — не только самих его данных, но и того, как эти данные используются, как они перемещаются внутри предприятия, для чего используются в каждом конкретном месте, какая проверка и иные типы контроля применяются к ним в каждом отдельном случае и т.д. Однако необходимо подчеркнуть, что ни одна сегодняшняя система реально не поддерживает такого концептуального уровня, который хотя бы немного приблизился к указанной выше степени развития. В большинстве существующих систем концептуальная схема в действительности представляет собой нечто, что лишь немного больше простого объединения всех независимых внешних схем с привлечением дополнительных средств защиты и поддержкой правил обеспечения целостности. Вероятно, со временем системы станут гораздо "интеллектуальнее" с точки зрения поддержки концептуального уровня.
Реализация трехуровневой модели в реляционных системах:
Концептуальный уровень в такой системе определенно будет реляционным в том смысле, что видимые на этом уровне объекты являются реляционными таблицами, а используемые операторы — реляционными операторами (включая операторы выборки строк и столбцов).
Каждое внешнее представление, как правило, также будет реляционным или достаточно близким к нему. Следует иметь в виду, что термин внешнее представление (часто — просто представление) в реляционном контексте имеет довольно специфический смысл.
Внутренний уровень не будет реляционным, поскольку объекты на этом уровне не будут реляционными (хранимыми) таблицами; наоборот, они будут объектами такого же типа, как и находящиеся на внутреннем уровне объекты любой другой системы (хранимые записи, указатели, индексы, хэшированные значения и т.п.). В действительности реляционная модель как таковая не позволяет узнать ничего существенного о внутреннем уровне. Она имеет отношение лишь к тому, как воспринимает базу данных пользователь.
- Карпова И.П. Базы данных. Курс лекций и материалы для практических заданий. – Учебное пособие. – М.: Питер, 2013. – 240 с.
- Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных, 8-е издание.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом "Вильяме", 2005. — 1328 с.: ил.
08.01.2022, 1849 просмотров.