Трехуровневая архитектура ANSI SPARC (Standards Planning and Requirements Committee) – это разделение базы данных на три уровня: внешний, концептуальный и внутренний. Эта архитектура была разработана комитетом ANSI SPARC и стала широко использоваться в области проектирования и управления базами данных.
Внешний уровень предназначен для пользователей базы данных и соответствует основным приложениям базы данных. На этом уровне пользователи работают с данными, используя запросы и обработку данных. Внешний уровень предоставляет удобный и понятный интерфейс для доступа к данным и позволяет пользователям скрывать сложность структуры базы данных.
Концептуальный уровень служит для описания структуры и связей между данными в базе данных. Он определяет сущности и их атрибуты, а также связи между этими сущностями. На этом уровне база данных является абстракцией, независимо от физической организации данных. Концептуальный уровень позволяет проектировщикам баз данных создавать и изменять структуру базы данных, а также определять ограничения целостности.
Внутренний уровень отвечает за физическую организацию данных в базе данных. Он включает в себя управление хранением данных, организацию индексов и оптимизацию выполнения запросов. Внутренний уровень предоставляет высокую производительность и эффективность доступа к данным благодаря оптимизации и физической организации данных.
История и общая концепция
Трехуровневая архитектура ANSI SPARC (Стандартного комитета по системам баз данных) представляет собой модель, разработанную в 1970-х годах для организации и управления данными в базах данных. Она получила широкое распространение и стала основой для разработки большинства современных систем управления базами данных.
Концепция трехуровневой архитектуры основана на разделении базы данных на три уровня: внешний, концептуальный и внутренний.
Внешний уровень представляет собой пользовательский интерфейс, через который пользователи взаимодействуют с базой данных. На этом уровне определяются представления данных и задаются запросы для получения нужной информации.
Концептуальный уровень определяет общую структуру базы данных и ее схему. Здесь задается логическая модель данных, которая описывает сущности, их атрибуты и связи между ними. Концептуальный уровень не зависит от конкретных технических реализаций и позволяет абстрагироваться от деталей физического хранения данных.
Внутренний уровень определяет физическую организацию данных на диске, структуру файлов и методы доступа к ним. Здесь конкретно определяются способы хранения данных и их обработки.
Трехуровневая архитектура ANSI SPARC позволяет достичь высокой гибкости и независимости систем управления базами данных. Она обеспечивает удобное разделение задач между разными уровнями и позволяет изменять каждый уровень независимо от других. Это позволяет разработчикам и администраторам баз данных лучше сосредоточиться на решении конкретных задач и обеспечивает более эффективное использование ресурсов.
Уровни архитектуры
Трехуровневая архитектура ANSI SPARC состоит из трех основных уровней: внешнего, концептуального и внутреннего. Каждый из этих уровней выполняет определенные функции в рамках обработки данных в базе данных.
1. Внешний уровень: Этот уровень предназначен для взаимодействия с конечными пользователями, позволяя им просматривать, изменять и вводить данные в базу данных. На этом уровне пользователи работают с логической структурой данных, которая поддерживает их потребности и предпочтения.
2. Концептуальный уровень: Этот уровень представляет собой общую модель данных, которая описывает всю информацию, содержащуюся в базе данных. На этом уровне определены сущности, их отношения и ограничения целостности данных. Концептуальный уровень выступает в роли посредника между внешним и внутренним уровнями.
3. Внутренний уровень: Этот уровень отвечает за физическое представление данных в базе данных. Он определяет, как данные хранятся на жестком диске, с помощью каких структур данных организовано их хранение и доступ, а также процессы обработки данных для выполнения запросов.
Комбинирование этих трех уровней обеспечивает разделение задач и ответственностей, а также упрощает разработку, поддержку и модификацию баз данных. Каждый уровень имеет свои особенности и предоставляет абстракцию для работы с данными, учитывая различные потребности различных пользователей.
Уровень внешних схем
Уровень внешних схем предоставляет интерфейс между пользователем и базой данных, а также определяет доступ к данными, содержащимся во внутренних схемах. Он представляет собой модель данных, ориентированную на пользователей и внешние приложения.
На уровне внешних схем определяются внешние концепции данных и их отношения, а также пользовательские представления данных. Здесь создаются запросы, включающие операции чтения, вставки, обновления и удаления данных.
Внешние схемы могут быть созданы для разных пользователей и приложений, с учетом их уникальных потребностей в данных. Кроме того, они позволяют скрыть сложность внутренней организации данных, предоставляя пользователю простой и удобный интерфейс к базе данных.
| Преимущества уровня внешних схем: |
|---|
| 1. Облегчение доступа к данным для пользователей и приложений. |
| 2. Позволяет управлять различными представлениями данных для разных пользователей. |
| 3. Сокрытие сложности внутренней структуры базы данных. |
| 4. Увеличение гибкости и масштабируемости системы. |
Уровень концептуальных схем
Уровень концептуальных схем в трехуровневой архитектуре ANSI SPARC представляет собой высокоуровневую концепцию организации данных, независимую от конкретного программного обеспечения или физической реализации. Этот уровень определяет концептуальную модель базы данных, которая описывает сущности, их атрибуты и отношения между ними.
На уровне концептуальных схем создается схема базы данных, которая служит основой для проектирования и реализации физических и внешних схем. С помощью специального языка моделирования данных (например, ER-диаграммы) на уровне концептуальных схем определяются основные сущности и их атрибуты, а также связи и зависимости между ними.
Уровень концептуальных схем позволяет разграничить представление данных от их физической реализации, что обеспечивает независимость от конкретных технологий и позволяет проектировать основные структуры базы данных, не вдаваясь в детали их реализации.
В результате использования уровня концептуальных схем достигается логическая целостность данных, поскольку все сущности и их атрибуты определены один раз и используются в различных программах и приложениях. Благодаря этому уровню возможна централизованная и стандартизованная работа с данными в различных информационных системах и приложениях.
Уровень внутренних схем
Основной элемент внутренних схем является базовая таблица данных, которая содержит информацию о структуре и содержимом данных. Базовая таблица данных может быть представлена в виде таблицы, где каждая строка представляет отдельное значение, а каждый столбец — атрибут данных.
Для оптимизации операций с данными, внутренний уровень может использовать различные методы хранения данных, такие как хеширование, индексирование и сжатие данных. Эти методы позволяют ускорить процесс обработки данных и повысить производительность системы.
Внутренний уровень также отвечает за обеспечение целостности данных и защиты данных от повреждений или потерь. Для этого могут использоваться различные техники, такие как резервное копирование данных, контроль целостности и механизмы восстановления.
Одной из целей внутреннего уровня является абстрагирование от физических источников данных, что позволяет изменять структуру и способ хранения данных без внесения изменений во внешний уровень и пользовательские приложения.
Таким образом, уровень внутренних схем предоставляет базовый функционал для работы с данными на физическом уровне и обеспечивает эффективное и безопасное хранение данных.