2.2. Три уровня архитектуры: внешний, концептуальный и внутренний

В любой ИС базы данных есть концептуальный уровень – логическое описание всех данных системы. Этот уровень занимает центральное место. Концептуальный уровень характеризуется независимостью и полнотой. То есть он не зависит от того, как данные хранятся в действительности, и содержит описание всех данных, хранящихся в системе. Концептуальный уровень БД состоит из описаний всех объектов БД, доступных пользователям и их приложениям. Объект БД – это ее определенный логический элемент: файл, набор записей, поле, множество полей и т.п. СУБД ведет словарь данных, в котором хранится, помимо прочей информации, список существующих в настоящий момент объектов БД, их свойства и связи. Каждому объекту соответствует один и только один элемент в словаре данных.

Полное описание логических объектов базы данных, сохраняемых в словаре данных, носит название концептуальной схемы.

Концептуальный уровень является самым низкоуровневым представлением, доступным пользователю БД. От решения вопросов о том, как в действительности хранятся данные на физическом уровне, пользователи БД намеренно полностью отстранены.

Одно и то же множество объектов БД может отображаться в различных представлениях. Описание соответствия между представлением и множеством объектов БД называется определением. Все определения представлений хранятся в словаре данных и являются полноправными объектами БД. Это дает возможность нескольким приложениям использовать одно и то же представление. Множество всех определений представлений образует так называемый внешний уровень БД – интерфейс между БД и ее пользователями. Если концептуальная схема БД модифицируется, то все определения представлений, затронутых этой модификацией, необходимо переписать, чтобы представление осталось для своих пользователей неизменным даже в том случае, когда оно основывается на совершенно иной части логической базы данных. Таким образом, пользователи и приложения отстраняются от модификации БД на логическом уровне. Это называется логической независимостью данных.

Существует также физическая независимость данных. Она заключается в отстранении пользователей и приложений от изменения физического хранилища баз данных.

На самом нижнем уровне СУБД устанавливает соответствие между представлением БД в виде концептуальной схемы и ее физическим представлением. Это отображение называется внутренним уровнем системы базы данных. Внутренний уровень - это интерфейс между СУБД и системой компьютера, на которой ИС выполняется. Если физическое хранилище базы данных изменяется, то СУБД должна на внутреннем уровне переустановить соответствие концептуальной схемы новому физическому представлению. Сама концептуальная схема должна остаться неизменной. Это позволяет приложениям продолжать работать так, словно ничего не изменилось.

Таким образом, СУБД состоит из трех уровней:

• Множество отображений концептуального уровня в представления пользователей;

• Сам концептуальный уровень и

• Отображение концептуального уровня в физическое хранилище.

Эти уровни называются внешним, концептуальным и внутренним уровнем соответственно (рис. 2.3).

В целях дальнейшего повышения производительности СУБД зачастую сами выполняют многие операции, не обращаясь к средствам системы-хоста. Некоторые ИС полностью игнорируют систему-хост. В этом случае СУБД непосредственно получает доступ к данным, хранящимся на диске, и осуществляет их организацию.

Представления пользователей и приложений

Отображения Внешний уровень

Концептуальная схема Концептуальный уровень

Отображение Внутренний уровень

С истема-хост

Хранилище данных

Рис. 2.3. Уровни СУБД