Γενικευμένη αρχιτεκτονική μιας υποβάσης δεδομένων. Γενική αρχιτεκτονική της βάσης δεδομένων

Chercher

• να παρέχει στον χρήστη τη δυνατότητα να δημιουργεί νέες βάσεις δεδομένων και να ορίζει το σχήμα τους (λογική δομή δεδομένων) χρησιμοποιώντας μια ειδική γλώσσα (γλώσσα ορισμού δεδομένων). υποστήριξη πολλαπλών προβολών των ίδιων δεδομένων.
• σας επιτρέπουν να κάνετε ερωτήματα σε δεδομένα (πληροφορίες από τη βάση δεδομένων) και να αλλάζετε δεδομένα χρησιμοποιώντας μια γλώσσα ερωτημάτων ή γλώσσα χειρισμού δεδομένων. επιτρέπουν την ενοποίηση και την κοινή χρήση δεδομένων μεταξύ των εφαρμογών·
• υποστήριξη της αποθήκευσης πολύ μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων για μεγάλο χρονικό διάστημα, προστατεύοντάς τα από τυχαία ζημιά και μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση· παρέχει τροποποίηση της βάσης δεδομένων εάν είναι απαραίτητο και πρόσβαση στα δεδομένα μέσω ερωτημάτων, π.χ. εγγυάται την ασφάλεια και την ακεραιότητα των δεδομένων·
• έλεγχος της πρόσβασης σε δεδομένα για πολλούς χρήστες ταυτόχρονα· να αποκλείσει την επιρροή του αιτήματος ενός χρήστη στο αίτημα ενός άλλου και να αποτρέψει την ταυτόχρονη πρόσβαση, η οποία θα μπορούσε να καταστρέψει τα δεδομένα, π.χ. εξασφάλιση ταυτόχρονου ελέγχου της πρόσβασης στα δεδομένα.

Σε ένα πληροφοριακό σύστημα με βάση δεδομένων, μπορούν να διακριθούν πολλά στοιχεία.

• 1. Χρήστες -άτομα που χρησιμοποιούν πληροφορίες στη βάση δεδομένων. Είναι σύνηθες να διακρίνονται οι ακόλουθες ομάδες χρηστών: διαχειριστές συστήματος - υπεύθυνοι για τις βασικές λειτουργίες του συστήματος. διαχειριστές βάσης δεδομένων - διαχειρίζονται τη λειτουργία του DBMS και διασφαλίζουν τη λειτουργία της βάσης δεδομένων. σχεδιαστές βάσεων δεδομένων - ανάπτυξη της δομής της βάσης δεδομένων. αναλυτές συστήματος - καθορίζουν τις κύριες λειτουργίες του συστήματος βάσης δεδομένων και σχεδιάζουν φόρμες εισαγωγής δεδομένων, αναφορές και διαδικασίες που παρέχουν πρόσβαση και χειρισμό δεδομένων (προσθήκη, αλλαγή, διαγραφή). προγραμματιστές - δημιουργία κώδικα προγράμματος. άμεσοι χρήστες - χρησιμοποιήστε προγράμματα εφαρμογών για να εκτελέσετε τις απαραίτητες λειτουργίες για την αυτοματοποίηση των δραστηριοτήτων τους.
• 2. Εφαρμογές -προγράμματα χρηστών που χρειάζονται πληροφορίες από το σύστημα.
• 3. Σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων -Λογισμικό που ελέγχει την πρόσβαση στα δεδομένα και παρέχει την καθορισμένη λειτουργικότητα του IS με τη βάση δεδομένων.
• 4. Πληροφορίες- επεξεργασμένα δεδομένα (συμβολοσειρές που αποθηκεύονται σε αρχεία).
• 5. Σύστημα κεντρικού υπολογιστή -ένα σύστημα υπολογιστή στο οποίο αποθηκεύονται αρχεία. Οι σειρές δεδομένων είναι προσβάσιμες από το κεντρικό σύστημα. Ο ρόλος του DBMS είναι να δημιουργεί ερωτήματα που επιτρέπουν τη χρήση της λειτουργικότητας διαχείρισης αρχείων του κεντρικού συστήματος για την εξυπηρέτηση διαφόρων εφαρμογών. Ένα DBMS είναι ένα πρόσθετο επίπεδο λογισμικού που είναι χτισμένο πάνω από το λογισμικό του συστήματος υποδοχής.
• 6. Εξοπλισμός -όλο το λογισμικό συστήματος (υπολογιστής γενικής χρήσης, προσωπικός υπολογιστής, φορητός υπολογιστής, υπολογιστής τσέπης).
• 7. Περιφερειακά -φυσικές συσκευές που παρέχουν είσοδο/έξοδο, καθώς και ηλεκτρονικές συσκευές για τη σύνδεση πρόσθετων υπολογιστών και την οργάνωση ενός δικτύου.

Μια γραφική ερμηνεία ενός IS με μια βάση δεδομένων με τη μορφή μιας λογικής ακολουθίας επιπέδων παρουσιάζεται στο Σχήμα. 3.1.

Ρύζι. 3.1

Στο χαμηλότερο επίπεδο υπάρχουν δεδομένα αποθηκευμένα σε φυσικά αρχεία (φυσική μνήμη βάσης δεδομένων). Στο ανώτατο επίπεδο βρίσκονται εφαρμογές που έχουν τη δική τους αναπαράσταση των ίδιων φυσικών δεδομένων. Κάθε προβολή βάσης δεδομένων προϋποθέτει μια συγκεκριμένη λογική δομή που έχει δημιουργηθεί από τα υποκείμενα φυσικά δεδομένα. Για την παροχή μιας διεπαφής μεταξύ της φυσικής μνήμης της βάσης δεδομένων και των διαφόρων λογικών εκδόσεων της (το σύνολο των υποστηριζόμενων προβολών), το ίδιο το DBMS αποτελείται επίσης από πολλά επίπεδα (στοιχεία).

Συνήθως, ένα σύγχρονο DBMS περιέχει τα ακόλουθα στοιχεία:

• τον πυρήνα, ο οποίος είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση δεδομένων σε εξωτερικό και RAM·
• επεξεργαστή γλώσσας βάσης δεδομένων που παρέχει ανάκτηση και τροποποίηση δεδομένων και τη δημιουργία, κατά κανόνα, εκτελέσιμου εσωτερικού κώδικα ανεξάρτητου από μηχανή·
• ένα υποσύστημα υποστήριξης χρόνου εκτέλεσης που ερμηνεύει προγράμματα χειρισμού δεδομένων που δημιουργούν μια διεπαφή χρήστη με το DBMS.
• προγράμματα υπηρεσιών (εξωτερικά βοηθητικά προγράμματα) που παρέχουν μια σειρά από πρόσθετες δυνατότητες για τη συντήρηση του πληροφοριακού συστήματος.

Τα συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων ταξινομούνται σύμφωνα με διάφορα κριτήρια, για παράδειγμα: σύμφωνα με το μοντέλο δεδομένων - ιεραρχικά, δικτυακά, σχεσιακά, αντικειμενοστρεφή, αντικειμενοστρεφή. με μέθοδο τοποθέτησης - τοπικό (όλα τα μέρη του τοπικού DBMS βρίσκονται σε έναν υπολογιστή), κατανεμημένα (τμήματα του DBMS βρίσκονται σε δύο ή περισσότερους υπολογιστές). με τη μέθοδο πρόσβασης στη βάση δεδομένων - file-server, client-server, embedded, - καθώς και με άλλα χαρακτηριστικά |9, 33].

Εννοιολογικά, λογικά και φυσικά μοντέλα της θεματικής περιοχής. Θεματική περιοχήαντιπροσωπεύει ένα μέρος του πραγματικού κόσμου που εξερευνάται ή χρησιμοποιείται. Αυτό θα μπορούσε να είναι «Κατασκευή προϊόντων κατά παραγγελία», «Πωλήσεις τελικών προϊόντων», «Εγγραφή υπαλλήλου για εργασία» κ.λπ. Λόγω της πολυπλοκότητας του θέματος, δεν είναι δυνατό να καλυφθούν οι πτυχές του ενιαία μοντέλο επιπέδου. Επομένως, χρησιμοποιούνται τρία επίπεδα: εννοιολογικό (εννοιολογικό), λογικό και φυσικό.

Εννοιολογικό επίπεδοαντικατοπτρίζει τη θεματική περιοχή στην πιο γενική της μορφή. Καθορίζει το περιεχόμενο και τη δομή της θεματικής περιοχής, ανεξάρτητα από τα μοντέλα δεδομένων (βλ. παράγραφο 3.3) και τον τύπο του DBMS που χρησιμοποιείται. Αυτό το επίπεδο θα πρέπει να είναι κατανοητό από τον χρήστη και εντελώς ανεξάρτητο από το πώς θα αποθηκευτούν πραγματικά τα δεδομένα στη βάση δεδομένων. Αλλαγές σε αυτό το μοντέλο θα πρέπει να γίνονται μόνο όταν συμβαίνουν αλλαγές στον πραγματικό κόσμο, έτσι ώστε το μοντέλο να συνεχίσει να είναι αντανάκλαση του τομέα.

Λογικόςτο επίπεδο είναι ενδιάμεσο, στο οποίο το μοντέλο επισημοποιείται. Σε αυτό το επίπεδο, η θεματική περιοχή εμφανίζεται με τη μορφή αντικειμένων πληροφοριών (οντοτήτων) και συνδέσεων μεταξύ τους. Για το σχεσιακό μοντέλο, οι οντότητες είναι «πρωτότυπα» πινάκων και οι σχέσεις αντιπροσωπεύουν τις σχέσεις μεταξύ τους. Το λογικό μοντέλο αποτελεί τη βάση της κατασκευής μιας βάσης δεδομένων, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης εργαλείων CASE.

ΦυσικόςΤο επίπεδο μοντέλου τομέα καθορίζει τη μέθοδο υλοποίησης στο περιβάλλον του επιλεγμένου DBMS. Ένα λογικό μοντέλο μπορεί να αντιστοιχεί σε πολλά φυσικά μοντέλα (για διαφορετικά DBMS). Τα εργαλεία CASE μετατρέπουν αυτόματα ένα λογικό μοντέλο σε φυσικό για ένα συγκεκριμένο DBMS. Με βάση το φυσικό μοντέλο, σχεδιάζεται η δομή της βάσης δεδομένων. Με τη χρήση των εργαλείων CASE, αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται αυτόματα και ονομάζεται μπροστινή σχεδίαση. Τα εργαλεία CASE σάς επιτρέπουν επίσης να δημιουργήσετε φυσικά και στη συνέχεια λογικά μοντέλα (αντίστροφη μηχανική) με βάση μια υπάρχουσα βάση δεδομένων.

Αρχιτεκτονική DBMS τριών επιπέδων. Οι πρώτες προσπάθειες τυποποίησης της γενικής αρχιτεκτονικής ενός DBMS χρονολογούνται από το 1971, όταν προτάθηκε μια προσέγγιση δύο επιπέδων στην αρχιτεκτονική DBMS με βάση τη χρήση μιας άποψης συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της έννοιας ενός σχήματος βάσης δεδομένων και των προβολών χρήστη (υποσχήμα).

Το 1978, η επιτροπή ANSI/SPARC (ANSI, Αμερικανικό Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων, SPARC,

Επιτροπή Προτύπων Προγραμματισμού και Απαιτήσεων - Η Επιτροπή Προγραμματισμού Προτύπων και Κανονισμών) επισημοποιεί τη διαφορά μεταξύ της λογικής και της φυσικής αναπαράστασης των δεδομένων. Ειδικότερα, προτάθηκε μια γενικευμένη δομή συστημάτων βάσεων δεδομένων. Αυτή η δομή ονομάζεται αρχιτεκτονική τριών επιπέδων, συμπεριλαμβανομένων των εσωτερικών, εννοιολογικών και εξωτερικών επιπέδων (Εικ. 3.2).

Ρύζι. 3.2.

Η εισαγωγή μιας αρχιτεκτονικής βάσης δεδομένων τριών επιπέδων κατέστησε δυνατό τον διαχωρισμό της προβολής χρήστη της βάσης δεδομένων από τη φυσική της αναπαράσταση. Η ανάγκη για έναν τέτοιο διαχωρισμό οφείλεται κυρίως στους ακόλουθους λόγους:

• κάθε χρήστης θα πρέπει να μπορεί να έχει πρόσβαση στα ίδια δεδομένα χρησιμοποιώντας τη δική του προβολή αυτών των δεδομένων και επίσης να τα αλλάζει εάν είναι απαραίτητο, κάτι που δεν θα πρέπει να επηρεάζει την προβολή άλλων χρηστών·
• η πρόσβαση του χρήστη στη βάση δεδομένων δεν πρέπει να εξαρτάται από τις ιδιαιτερότητες της αποθήκευσης δεδομένων σε αυτήν.
• ο διαχειριστής της βάσης δεδομένων μπορεί, εάν είναι απαραίτητο, να αλλάξει τη δομή της αποθήκευσης δεδομένων στη βάση δεδομένων, συμπεριλαμβανομένης της εννοιολογικής δομής της βάσης δεδομένων, και αυτές οι ενέργειες δεν πρέπει να επηρεάζουν τις απόψεις των χρηστών των δεδομένων.
• Η εσωτερική δομή της αποθήκευσης δεδομένων δεν πρέπει να εξαρτάται από αλλαγές στις φυσικές συσκευές αποθήκευσης.

Εσωτερικό επίπεδοστο μοντέλο DBMS τριών επιπέδων, αυτό είναι το επίπεδο που καθορίζει τη φυσική εμφάνιση της βάσης δεδομένων, πιο κοντά στη φυσική αποθήκευση. Ασχολείται με τους τρόπους αποθήκευσης πληροφοριών σε φυσικές συσκευές. Μονάδες δίσκου, φυσικές διευθύνσεις, ευρετήρια, δείκτες κ.λπ. σχετίζονται με αυτό το επίπεδο. Το επίπεδο είναι ευθύνη των σχεδιαστών φυσικής βάσης δεδομένων που αποφασίζουν ποιες φυσικές συσκευές θα αποθηκεύουν δεδομένα, ποιες μεθόδους πρόσβασης δεδομένων θα χρησιμοποιηθούν και ποια μέτρα πρέπει να ληφθούν για τη διατήρηση ή τη βελτίωση της απόδοσης του DBMS. Αυτό το επίπεδο είναι κλειστό για τους χρήστες.

Εννοιολογικό επίπεδο -δομικό επίπεδο, το οποίο δίνει μια ιδέα για το λογικό διάγραμμα της βάσης δεδομένων. Σε αυτό το επίπεδο πραγματοποιείται ο εννοιολογικός σχεδιασμός της βάσης δεδομένων, ο οποίος περιλαμβάνει ανάλυση των πληροφοριακών αναγκών των χρηστών και τον εντοπισμό των στοιχείων δεδομένων που χρειάζονται. Το αποτέλεσμα του εννοιολογικού σχεδιασμού είναι ένα εννοιολογικό διάγραμμα βάσης δεδομένων, καθώς και μια λογική περιγραφή όλων των στοιχείων δεδομένων και των σχέσεων μεταξύ τους. Όπως προαναφέρθηκε, το εννοιολογικό διάγραμμα της βάσης δεδομένων δεν σχετίζεται άμεσα με το επιλεγμένο μοντέλο δεδομένων και το ΣΔΒΔ, ενώ το λογικό διάγραμμα προϋποθέτει ήδη την αναπαράσταση της δομής δεδομένων στο πλαίσιο του επιλεγμένου μοντέλου (βλ. παράγραφο 3.3).

Εξωτερικό επίπεδο -το δομικό επίπεδο της βάσης δεδομένων που ορίζει τις προβολές των δεδομένων των χρηστών. Κάθε χρήστης ή ομάδα χρηστών έχει τη δική του άποψη για τα δεδομένα στη βάση δεδομένων. Αυτή η προσαρμοσμένη περιγραφή των στοιχείων δεδομένων και οι σχέσεις μεταξύ τους μπορεί να προκύψει άμεσα από το εννοιολογικό διάγραμμα. Η συλλογή των διαφόρων προβολών των δεδομένων των χρηστών αποτελεί το εξωτερικό επίπεδο.

Υπό σχήμα δεδομένων(σχήμα βάσης δεδομένων) αναφέρεται στη γενική περιγραφή της βάσης δεδομένων. Σύμφωνα με την αρχιτεκτονική τριών επιπέδων, διακρίνονται τρεις τύποι σχημάτων βάσης δεδομένων:

• 1) το εξωτερικό επίπεδο παρουσίασης της βάσης δεδομένων αντιστοιχεί, κατά κανόνα, σε πολλά εξωτερικά σχήματα (υποσχήματα) της βάσης δεδομένων. Κάθε ένα από αυτά τα σχήματα αντιστοιχεί στην παρουσίαση δεδομένων από μια συγκεκριμένη ομάδα χρηστών DBMS.
• 2) το εννοιολογικό διάγραμμα περιγράφει όλα τα στοιχεία δεδομένων, τις σχέσεις μεταξύ τους, καθώς και τους απαραίτητους περιορισμούς για τη διατήρηση της ακεραιότητας των δεδομένων. Υπάρχει μόνο ένα εννοιολογικό σχήμα δεδομένων για κάθε βάση δεδομένων.
• 3) το εσωτερικό σχήμα είναι μια πλήρης περιγραφή του εσωτερικού μοντέλου δεδομένων και περιέχει ορισμούς αποθηκευμένων εγγραφών, μεθόδους παρουσίασης, περιγραφές πεδίων δεδομένων, πληροφορίες για ευρετήρια κ.λπ. Υπάρχει μόνο ένα εσωτερικό σχήμα για κάθε βάση δεδομένων.

Με βάση τα διάφορα σχήματα βάσης δεδομένων στο μοντέλο τριών επιπέδων, προκύπτει ότι το ΣΔΒΔ πρέπει να δημιουργεί αντιστοιχία και να παρακολουθεί τη συνοχή των σχημάτων που αναφέρονται.

Το εννοιολογικό σχήμα είναι ο κεντρικός σύνδεσμος μεταξύ κάθε εξωτερικού σχήματος και του εσωτερικού σχήματος της βάσης δεδομένων. Ένα εννοιολογικό σχήμα σχετίζεται με ένα εσωτερικό σχήμα μέσω μιας εσωτερικής εννοιολογικής χαρτογράφησης. Κάθε εξωτερικό σχήμα συνδέεται με τη σειρά του με ένα εννοιολογικό διάγραμμα χρησιμοποιώντας μια εξωτερική εννοιολογική χαρτογράφηση, η οποία επιτρέπει την αντιστοίχιση της προβολής του χρήστη στο αντίστοιχο τμήμα του εννοιολογικού διαγράμματος.

Στη θεωρία και την πρακτική των βάσεων δεδομένων, συνηθίζεται να γίνεται διάκριση μεταξύ των εννοιών της «περιγραφής βάσης δεδομένων» και της «βάσης δεδομένων». Υπό περιγραφή της βάσης δεδομένωνκατανοούν το σχήμα της βάσης δεδομένων που δημιουργήθηκε κατά τη διαδικασία σχεδιασμού της βάσης δεδομένων, η αλλαγή του οποίου αναμένεται σε εξαιρετικές περιπτώσεις. Υπό βάση δεδομένωνκατανοεί όλες τις πληροφορίες που περιέχονται στη βάση δεδομένων, οι οποίες μπορεί να αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου. Το σύνολο των πληροφοριών που είναι αποθηκευμένες στη βάση δεδομένων σε οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή ονομάζεται κατάσταση της βάσης δεδομένων.Έτσι, το ίδιο σχήμα βάσης δεδομένων μπορεί να αντιστοιχεί σε πολλές διαφορετικές καταστάσεις βάσης δεδομένων. Η κατάσταση της βάσης δεδομένων ονομάζεται επίσης λεπτομέρεια.

Ο κύριος σκοπός της αρχιτεκτονικής τριών επιπέδων είναι να εξασφαλίσει ανεξαρτησία δεδομένων, δηλ. οποιεσδήποτε αλλαγές στα κατώτερα επίπεδα της βάσης δεδομένων δεν θα πρέπει να επηρεάζουν τα ανώτερα επίπεδα.

Υπάρχουν δύο είδη ανεξαρτησίας:

• λογική - πλήρης προστασία των εξωτερικών κυκλωμάτων από αλλαγές που έγιναν στο εννοιολογικό κύκλωμα.
• φυσική - προστασία του εννοιολογικού σχήματος από αλλαγές που έγιναν στο εσωτερικό σχήμα.

Η υποβολή της καλής σας δουλειάς στη βάση γνώσεων είναι εύκολη. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru/

1. Αρχιτεκτονική DBMS

Τρία επίπεδα αρχιτεκτονικής.

Η αρχιτεκτονική ANSI/SPARC περιλαμβάνει τρία επίπεδα: εσωτερικό, εννοιολογικό και εξωτερικό. Σε γενικές γραμμές έχουν ως εξής:

Το εσωτερικό στρώμα είναι το επίπεδο που βρίσκεται πιο κοντά στη φυσική αποθήκευση, δηλ. που σχετίζονται με μεθόδους αποθήκευσης πληροφοριών σε φυσικές συσκευές αποθήκευσης.

Το εξωτερικό επίπεδο είναι πιο κοντά στους χρήστες, δηλ. Αφορά τους τρόπους με τους οποίους παρουσιάζονται τα δεδομένα σε μεμονωμένους χρήστες.

Το εννοιολογικό επίπεδο είναι ένα «ενδιάμεσο» επίπεδο μεταξύ των δύο πρώτων.

Εξωτερικό επίπεδο (προβολές μεμονωμένων χρηστών).

Εννοιολογικό επίπεδο (γενικευμένη άποψη των χρηστών).

Εσωτερικό επίπεδο (αναπαράσταση στη μνήμη).

Εάν το εξωτερικό επίπεδο είναι με μεμονωμένες απόψεις των χρηστών, τότε το εννοιολογικό επίπεδο συνδέεται με μια γενικευμένη άποψη των χρηστών. Με άλλα λόγια, μπορεί να υπάρχουν πολλές εξωτερικές όψεις, καθεμία από τις οποίες αποτελείται από μια περισσότερο ή λιγότερο αφηρημένη αναπαράσταση ενός συγκεκριμένου τμήματος της βάσης δεδομένων, και μπορεί να υπάρχει μόνο μία εννοιολογική άποψη, που αποτελείται από μια αφηρημένη αναπαράσταση της βάσης δεδομένων στο σύνολό της .

Το εξωτερικό επίπεδο είναι το επίπεδο μεμονωμένου χρήστη. (Γ) Ο χρήστης μπορεί να είναι προγραμματιστής εφαρμογών ή τελικός χρήστης οποιουδήποτε επιπέδου δεξιοτήτων. Ξεχωριστή θέση μεταξύ των χρηστών κατέχει ο διαχειριστής της βάσης δεδομένων. (Σε αντίθεση με άλλους χρήστες, ενδιαφέρεται επίσης για το εννοιολογικό και εσωτερικό επίπεδο).

Κάθε χρήστης έχει τη δική του γλώσσα επικοινωνίας.

Για έναν προγραμματιστή εφαρμογών, αυτή είναι είτε μία από τις κοινές γλώσσες προγραμματισμού, όπως C, COBOL ή PL/1, είτε μια ειδική γλώσσα του εν λόγω συστήματος. Τέτοιες πρωτότυπες γλώσσες ονομάζονται (ανεπίσημα!) γλώσσες τέταρτης γενιάς με το σκεπτικό ότι ο κώδικας μηχανής, η γλώσσα συναρμολόγησης και γλώσσες όπως η COBOL μπορούν να θεωρηθούν γλώσσες των τριών πρώτων «γενιών» και Οι πρωτότυπες γλώσσες εκσυγχρονίζονται από τις γλώσσες τρίτης γενιάς με τον ίδιο τρόπο πώς βελτιώνονται οι γλώσσες τρίτης γενιάς.

Για τον τελικό χρήστη, αυτή είναι είτε μια ειδική γλώσσα ερωτημάτων είτε μια γλώσσα ειδικού σκοπού, ίσως με βάση τη φόρμα και το μενού, προσαρμοσμένη ειδικά στις απαιτήσεις και που υποστηρίζεται από κάποια διαδικτυακή εφαρμογή.

Αν και είναι αρχιτεκτονικά βολικό να γίνει διάκριση μεταξύ μιας υπογλώσσας δεδομένων και της υποκείμενης γλώσσας που την περιλαμβάνει, στην πράξη μπορεί να είναι δυσδιάκριτα όσον αφορά τον χρήστη. Φυσικά, από την πλευρά του χρήστη, είναι προτιμότερο να είναι δυσδιάκριτα ή δυσδιάκριτα, λέγονται έντονα συζευγμένα. Εάν διακρίνονται καθαρά και εύκολα, λέγεται ότι είναι χαλαρά συνδεδεμένα. Τα περισσότερα συστήματα σήμερα υποστηρίζουν μόνο αδύναμη επικοινωνία. Ένα στενά συνδεδεμένο σύστημα μπορεί να παρέχει στον χρήστη ένα πιο ενοποιημένο σύνολο δυνατοτήτων, αλλά είναι κατανοητό ότι απαιτεί περισσότερη προσπάθεια από την πλευρά των σχεδιαστών και των προγραμματιστών του συστήματος (που είναι πιθανό να αναμένουν το status quo). Ωστόσο, υπάρχουν στοιχεία που υποδηλώνουν ότι θα υπάρξει μια σταδιακή κίνηση προς πιο στενά συνδεδεμένα συστήματα τα επόμενα χρόνια.

Η γλώσσα επεξεργασίας δεδομένων αποτελείται από εκτελέσιμες δηλώσεις PL/1 που μεταφέρουν πληροφορίες από και προς τη βάση δεδομένων. και πάλι, πιθανώς να περιλαμβάνει νέους ειδικούς φορείς.

Γενικά, μια εξωτερική αναπαράσταση αποτελείται από πολλαπλές εμφανίσεις κάθε τύπου εξωτερικής εγγραφής, οι οποίες με τη σειρά τους δεν χρειάζεται απαραίτητα να ταιριάζουν με τις ευάλωτες εγγραφές. Η υπογλώσσα δεδομένων που έχει στη διάθεση του ο χρήστης ορίζεται από την άποψη των εξωτερικών εγγραφών. Για παράδειγμα, μια λειτουργία ανάκτησης γλώσσας επεξεργασίας δεδομένων θα δειγματίσει από παρουσίες εξωτερικών και όχι αποθηκευμένων εγγραφών.

Εννοιολογικό επίπεδο.

Μια εννοιολογική προβολή είναι μια αναπαράσταση όλων των πληροφοριών της βάσης δεδομένων σε μια ελαφρώς πιο αφηρημένη μορφή (όπως συμβαίνει με μια εξωτερική προβολή) σε σύγκριση με τον φυσικό τρόπο αποθήκευσης δεδομένων. Ωστόσο, μια εννοιολογική αναπαράσταση είναι αρκετά διαφορετική από τον τρόπο που παρουσιάζονται τα δεδομένα σε κάθε μεμονωμένο χρήστη. Σε γενικές γραμμές, μια εννοιολογική προβολή είναι μια αναπαράσταση των δεδομένων όπως είναι "πραγματικά", παρά όπως αναγκάζεται ο χρήστης να τα δει, για παράδειγμα, από μια συγκεκριμένη γλώσσα ή το υλικό που χρησιμοποιείται.

Μια εννοιολογική αναπαράσταση αποτελείται από πολλαπλές περιπτώσεις κάθε τύπου εννοιολογικής εγγραφής. Για παράδειγμα, μπορεί να αποτελείται από ένα σύνολο περιπτώσεων εγγραφής που περιέχουν πληροφορίες για άτομα, συν ένα σύνολο περιπτώσεων που περιέχουν πληροφορίες για εξαρτήματα κ.λπ. Η εννοιολογική εγγραφή δεν πρέπει απαραίτητα να συμπίπτει με την εξωτερική εγγραφή, αφενός, και με την αποθηκευμένη εγγραφή, αφετέρου.

Μια εννοιολογική άποψη ορίζεται χρησιμοποιώντας ένα εννοιολογικό σχήμα, το οποίο περιλαμβάνει ορισμούς για κάθε τύπο εννοιολογικής εγγραφής. Ένα εννοιολογικό σχήμα χρησιμοποιεί μια διαφορετική γλώσσα ορισμού δεδομένων, εννοιολογική.

Μια εννοιολογική προβολή είναι μια αναπαράσταση ολόκληρου του περιεχομένου μιας βάσης δεδομένων και ένα εννοιολογικό σχήμα είναι ο ορισμός μιας τέτοιας αναπαράστασης. Ωστόσο, θα ήταν λάθος να υποθέσουμε ότι ένα εννοιολογικό σχήμα δεν είναι τίποτα άλλο από ένα σύνολο ορισμών, περισσότερο σαν απλές σχέσεις εγγραφής σε ένα πρόγραμμα COBOL (ή άλλο).

Τώρα ας προχωρήσουμε σε μια πιο λεπτομερή μελέτη των τριών επιπέδων αρχιτεκτονικής.

Εσωτερικό επίπεδο.

Το τρίτο επίπεδο της αρχιτεκτονικής είναι το εσωτερικό επίπεδο. Μια εσωτερική προβολή είναι μια προβολή χαμηλού επιπέδου ολόκληρης της βάσης δεδομένων. Αποτελείται από πολλές περιπτώσεις κάθε τύπου εσωτερικής εγγραφής. Ο όρος "εσωτερική εγγραφή" ανήκει στην ορολογία ANSI/SPARC και αναφέρεται σε μια κατασκευή που ονομάζεται αποθηκευμένη εγγραφή. Η εσωτερική αναπαράσταση, όπως η εξωτερική και η εννοιολογική αναπαράσταση, δεν σχετίζεται με το φυσικό επίπεδο επειδή δεν λαμβάνει υπόψη τις φυσικές περιοχές της συσκευής αποθήκευσης, όπως οι κύλινδροι και οι ράγες. Με άλλα λόγια, η εσωτερική αναπαράσταση προϋποθέτει έναν άπειρο γραμμικό χώρο διευθύνσεων. οι λεπτομέρειες του τρόπου με τον οποίο ο χώρος διευθύνσεων αντιστοιχίζεται στη φυσική συσκευή αποθήκευσης είναι πολύ συγκεκριμένες για το σύστημα και δεν περιλαμβάνονται σκόπιμα στη συνολική αρχιτεκτονική.

Η εσωτερική αναπαράσταση περιγράφεται χρησιμοποιώντας ένα εσωτερικό σχήμα, το οποίο ορίζει όχι μόνο τους διαφορετικούς τύπους εγγραφών που αποθηκεύονται, αλλά και τα ευρετήρια που υπάρχουν, τον τρόπο αναπαράστασης των πεδίων, τη φυσική ακολουθία των εγγραφών που αποθηκεύονται και ούτω καθεξής. Το εσωτερικό σχήμα γράφεται χρησιμοποιώντας μια άλλη γλώσσα ορισμού δεδομένων - εσωτερική.

Συμπερασματικά, σημειώνουμε ότι σε ορισμένες εξαιρετικές περιπτώσεις, τα προγράμματα εφαρμογών, ιδιαίτερα αυτά που ονομάζονται βοηθητικά προγράμματα, μπορούν να εκτελούν λειτουργίες απευθείας σε εσωτερικό παρά σε εξωτερικό επίπεδο. Φυσικά, αυτή η πρακτική δεν συνιστάται. ορίζει τον κίνδυνο όσον αφορά την ασφάλεια (οι κανόνες ασφαλείας αγνοούνται) και την ακεραιότητα (οι κανόνες ακεραιότητας αγνοούνται επίσης), επιπλέον, το πρόγραμμα θα εξαρτηθεί από τα φορτωμένα δεδομένα. αλλά μερικές φορές αυτός μπορεί να είναι ο μόνος τρόπος για να επιτύχετε την απαιτούμενη λειτουργία ή να επιτύχετε την απαιτούμενη απόδοση - ακριβώς όπως ένας χρήστης μιας γλώσσας υψηλού επιπέδου χρειάζεται μερικές φορές να καταφύγει στη γλώσσα assembly για τους ίδιους λόγους.

Οι εφαρμογές που χρησιμοποιούν βάσεις δεδομένων ταξινομούνται συνήθως σε μία από τις αρχιτεκτονικές λογισμικού, οι οποίες έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.

Οι βάσεις δεδομένων και το λογισμικό για τη δημιουργία και τη συντήρησή τους (DBMS) έχουν αρχιτεκτονική πολλαπλών επιπέδων.

Υπάρχουν εννοιολογικά, εσωτερικά και εξωτερικά επίπεδα αναπαράστασης δεδομένων βάσης δεδομένων, τα οποία αντιστοιχούν σε μοντέλα παρόμοιων σκοπών.

Το εννοιολογικό επίπεδο αντιστοιχεί στη λογική πτυχή της παρουσίασης των δεδομένων τομέα σε μια ολοκληρωμένη μορφή. Το εννοιολογικό μοντέλο αποτελείται από πολλές περιπτώσεις διαφορετικών τύπων δεδομένων, δομημένες σύμφωνα με τις απαιτήσεις του DBMS για τη λογική δομή της βάσης δεδομένων.

Το εσωτερικό επίπεδο αντιπροσωπεύει την απαιτούμενη οργάνωση των δεδομένων στο περιβάλλον αποθήκευσης και αντιστοιχεί στη φυσική πτυχή της παρουσίασης δεδομένων. Το εσωτερικό μοντέλο αποτελείται από μεμονωμένες περιπτώσεις εγγραφής που είναι φυσικά αποθηκευμένες σε εξωτερικά μέσα.

Το εξωτερικό επίπεδο υποστηρίζει ιδιωτικές προβολές δεδομένων που απαιτούνται από συγκεκριμένους χρήστες. Το εξωτερικό μοντέλο είναι υποσύνολο του εννοιολογικού μοντέλου. Είναι δυνατή η διασταύρωση εξωτερικών μοντέλων με βάση δεδομένα. Η ιδιωτική δομή λογικών δεδομένων για μια μεμονωμένη εφαρμογή (εργασία) ή χρήστη αντιστοιχεί σε ένα εξωτερικό μοντέλο ή υποσχήμα βάσης δεδομένων. Με τη βοήθεια εξωτερικών μοντέλων, υποστηρίζεται η εξουσιοδοτημένη πρόσβαση στα δεδομένα της βάσης δεδομένων της εφαρμογής (η σύνθεση και η δομή των δεδομένων του εννοιολογικού μοντέλου βάσης δεδομένων που διατίθεται στην εφαρμογή είναι περιορισμένη και καθορίζονται οι αποδεκτοί τρόποι επεξεργασίας αυτών των δεδομένων: εισαγωγή, επεξεργασία, διαγραφή, αναζήτηση).

Η εμφάνιση νέων ή οι αλλαγές στις ανάγκες πληροφοριών των υπαρχουσών εφαρμογών απαιτούν τον καθορισμό σωστών εξωτερικών μοντέλων για αυτές, ενώ δεν συμβαίνουν αλλαγές στο επίπεδο του εννοιολογικού και του εσωτερικού μοντέλου δεδομένων. Οι αλλαγές στο εννοιολογικό μοντέλο, που προκαλούνται από την εμφάνιση νέων τύπων δεδομένων ή αλλαγές στις δομές, ενδέχεται να μην επηρεάζουν όλες τις εφαρμογές, π.χ. εξασφαλίζεται κάποια ανεξαρτησία των προγραμμάτων από δεδομένα. Οι αλλαγές στο εννοιολογικό μοντέλο θα πρέπει να αντικατοπτρίζονται στο εσωτερικό μοντέλο και εάν το εννοιολογικό μοντέλο παραμένει αμετάβλητο, είναι δυνατό να τροποποιηθεί ανεξάρτητα το εσωτερικό μοντέλο βάσης δεδομένων προκειμένου να βελτιωθούν τα χαρακτηριστικά του (χρόνος πρόσβασης δεδομένων, κατανάλωση μνήμης εξωτερικών συσκευών κ.λπ. ). Έτσι, η βάση δεδομένων εφαρμόζει την αρχή της σχετικής ανεξαρτησίας της λογικής και φυσικής οργάνωσης των δεδομένων.

Μιλώντας για το πώς θα πρέπει να είναι ένα τόσο σύνθετο προϊόν λογισμικού όπως ένα DBMS, πρώτα απ 'όλα είναι απαραίτητο να ορίσουμε με σαφήνεια τη βασική έννοια του συστήματος, η οποία καθορίζει όλα τα επόμενα στάδια της ανάπτυξής του.

Οι κύριες διατάξεις αυτής της έννοιας:

Η αρχιτεκτονική του DBMS πρέπει να διασφαλίζει, πρώτα απ 'όλα, τη διάκριση μεταξύ των επιπέδων χρήστη και συστήματος.

Είναι απαραίτητο να δοθεί η ευκαιρία σε κάθε χρήστη να έχει τη δική του, διαφορετική από τους άλλους, ιδέα για τις ιδιότητες των αποθηκευμένων δεδομένων.

Στη συνέχεια, το αρχικό στάδιο του σχεδιασμού οποιουδήποτε συγκεκριμένου πληροφοριακού συστήματος θα πρέπει να είναι αφηρημένες περιγραφές των αναγκών πληροφοριών κάθε ομάδας χρηστών, βάσει των οποίων δημιουργείται μια αφηρημένη, αλλά ήδη κοινή για ολόκληρο τον οργανισμό, περιγραφή των δομών των αποθηκευμένων δεδομένων, και το DBMS μέσω του οποίου θα δημιουργηθεί και θα υποστηριχθεί αυτό το IS πρέπει να έχει ορισμένες δυνατότητες για αυτό.

Αρχιτεκτονική βάσης δεδομένων τριών επιπέδων

Όπως αναφέρθηκε ήδη, μία από τις πιο σημαντικές πτυχές της ανάπτυξης του DBMS ήταν η ιδέα του διαχωρισμού της λογικής δομής της βάσης δεδομένων και του χειρισμού δεδομένων που απαιτούν οι χρήστες από τη φυσική αναπαράσταση που απαιτείται από το υλικό του υπολογιστή. Και αυτή η ιδέα πρέπει να μπει στα θεμέλια πάνω στα οποία θα χτιστεί ολόκληρο το κτίριο του πληροφοριακού συστήματος.

Αυτή η υποενότητα θα εξετάσει την αρχιτεκτονική της βάσης δεδομένων που έχει αναγνωριστεί επίσημα εδώ και ένα τέταρτο του αιώνα και περιγράφει τα περισσότερα υπάρχοντα συστήματα με επαρκή ακρίβεια. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι η σύγχρονη αγορά λογισμικού προσφέρει μόνο συστήματα που ακολουθούν αυστηρά αυτήν την αρχιτεκτονική ως τη μόνη δυνατή. Όταν εξετάζετε συγκεκριμένα συστήματα διαχείρισης δεδομένων, μερικές φορές μπορεί να παρατηρήσετε έλλειψη υποστήριξης για ορισμένες πτυχές μιας δεδομένης αρχιτεκτονικής.

Η ίδια βάση δεδομένων, ανάλογα με την οπτική γωνία, μπορεί να έχει διαφορετικά επίπεδα περιγραφής. Με βάση τον αριθμό των επιπέδων περιγραφής δεδομένων που υποστηρίζονται από το DBMS, διακρίνονται τα συστήματα ενός, δύο και τριών επιπέδων. Επί του παρόντος, η πιο συχνά υποστηριζόμενη αρχιτεκτονική είναι μια αρχιτεκτονική περιγραφής βάσης δεδομένων τριών επιπέδων, με τρία επίπεδα αφαίρεσης στα οποία μπορεί να προβληθεί η βάση δεδομένων. Αυτή η αρχιτεκτονική περιλαμβάνει:

εξωτερικό επίπεδο στο οποίο οι χρήστες αντιλαμβάνονται δεδομένα, όπου μεμονωμένες ομάδες χρηστών έχουν τη δική τους άποψη (PP) της βάσης δεδομένων·

το εσωτερικό επίπεδο στο οποίο το DBMS και το λειτουργικό σύστημα αντιλαμβάνονται δεδομένα·

εννοιολογικό επίπεδο παρουσίασης δεδομένων, σχεδιασμένο για τη χαρτογράφηση του εξωτερικού επιπέδου στο εσωτερικό, καθώς και για τη διασφάλιση της απαραίτητης ανεξαρτησίας μεταξύ τους· συνδέεται με μια γενικευμένη άποψη των χρηστών.

Αυτή η αρχιτεκτονική DBMS δεν ωρίμασε αμέσως, αλλά σταδιακά μέσα σε μερικά χρόνια. Οι πρώτες προτάσεις ήρθαν το 1971 από την ομάδα εργασίας CODASYL (Διάσκεψη για τα Συστήματα Δεδομένων και τις Γλώσσες), η οποία δικαιολογούσε την ανάγκη για μια προσέγγιση δύο επιπέδων, βασισμένη στη διάκριση της άποψης συστήματος και των απόψεων των χρηστών.

Το 1975, η επιτροπή SPARC (Standards Planning and Requirements Committee) του Αμερικανικού Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων πρότεινε μια γενικευμένη δομή για συστήματα βάσεων δεδομένων, αναγνωρίζοντας την ανάγκη για μια αρχιτεκτονική τριών επιπέδων, η οποία αναγνωρίστηκε επίσημα το 1978.

Η περιγραφή μιας δομής δεδομένων σε οποιοδήποτε επίπεδο ονομάζεται σχήμα. Υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι σχημάτων βάσης δεδομένων, τα οποία ορίζονται σύμφωνα με τα επίπεδα αφαίρεσης της αρχιτεκτονικής τριών επιπέδων. Στο υψηλότερο επίπεδο, υπάρχουν πολλά εξωτερικά σχήματα ή υποσχήματα που αντιστοιχούν σε διαφορετικές προβολές των δεδομένων. Σε εννοιολογικό επίπεδο, η περιγραφή της βάσης δεδομένων ονομάζεται εννοιολογικό σχήμα και στο χαμηλότερο επίπεδο αφαίρεσης, εσωτερικό σχήμα.

Ο κύριος σκοπός της αρχιτεκτονικής τριών επιπέδων είναι να διασφαλίσει την ανεξαρτησία των δεδομένων. Η ουσία αυτής της ανεξαρτησίας είναι ότι οι αλλαγές στα κατώτερα επίπεδα δεν επηρεάζουν τα ανώτερα επίπεδα. Υπάρχουν δύο τύποι ανεξαρτησίας δεδομένων: η λογική και η φυσική.

Ρύζι. Αρχιτεκτονική DBMS τριών επιπέδων

Λογική ανεξαρτησία δεδομένων σημαίνει ότι τα εξωτερικά σχήματα προστατεύονται πλήρως από τις αλλαγές που γίνονται στο εννοιολογικό σχήμα. Οι αλλαγές στο εννοιολογικό σχήμα, όπως η προσθήκη ή η διαγραφή νέων οντοτήτων, χαρακτηριστικών ή σχέσεων, θα πρέπει να πραγματοποιούνται χωρίς να απαιτούνται αλλαγές σε υπάρχοντα εξωτερικά σχήματα για άλλες ομάδες χρηστών. Έτσι, οι ομάδες χρηστών που δεν επηρεάζονται από αυτές τις αλλαγές δεν θα χρειαστεί να κάνουν αλλαγές στα προγράμματά τους.

Η ανεξαρτησία των φυσικών δεδομένων σημαίνει ότι το εννοιολογικό σχήμα προστατεύεται από αλλαγές που γίνονται στο εσωτερικό σχήμα. Οι εσωτερικές αλλαγές σχήματος, όπως η χρήση διαφορετικών συστημάτων αρχείων ή δομών αποθήκευσης, διαφορετικών συσκευών αποθήκευσης, τροποποιήσεων ευρετηρίου ή κατακερματισμού, θα πρέπει να πραγματοποιούνται χωρίς να απαιτούνται αλλαγές στο εννοιολογικό ή εξωτερικό σχήμα. Ο χρήστης μπορεί να παρατηρήσει αλλαγές μόνο στη συνολική απόδοση του συστήματος. Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε καθένα από τα τρία ονομαζόμενα επίπεδα.

Εξωτερικό επίπεδο

Το εξωτερικό επίπεδο είναι το επίπεδο χρήστη. Ο χρήστης μπορεί να είναι προγραμματιστής ή τελικός χρήστης ή διαχειριστής βάσης δεδομένων. Η προβολή της βάσης δεδομένων από τη σκοπιά των χρηστών ονομάζεται εξωτερική όψη. Κάθε ομάδα χρηστών προσδιορίζει στη μοντελοποιημένη θεματική περιοχή, κοινή σε ολόκληρο τον οργανισμό, εκείνες τις οντότητες, τα χαρακτηριστικά και τις σχέσεις που την ενδιαφέρουν. Εκφράζοντάς τα με τη μορφή που είναι πιο βολική για τον εαυτό του, σχηματίζει την προβολή χρήστη και τα ίδια δεδομένα μπορούν να εμφανίζονται διαφορετικά σε διαφορετικές προβολές χρήστη. Για παράδειγμα, σε ένα πανεπιστημιακό σύστημα πληροφοριών, ένας χρήστης από το λογιστήριο θα ενδιαφέρεται για πληροφορίες σχετικά με φοιτητές που πρέπει να λάβουν υποτροφία, αλλά δεν θα ενδιαφέρεται καθόλου για πληροφορίες σχετικά με την πρόοδο όλων των φοιτητών και πολλά άλλα. Αυτές οι μερικές ή παρακαμφθείσες περιγραφές της βάσης δεδομένων για συγκεκριμένες ομάδες χρηστών ή εστιασμένες σε συγκεκριμένες πτυχές του τομέα ονομάζονται υποσχήμα.

Όταν εξετάζετε το εξωτερικό επίπεδο της βάσης δεδομένων, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι κάθε τύπος χρήστη μπορεί να χρησιμοποιήσει τη δική του γλώσσα επικοινωνίας για να εργαστεί με τη βάση δεδομένων. Οι τελικοί χρήστες χρησιμοποιούν είτε μια γλώσσα ερωτημάτων είτε μια ειδική γλώσσα που υποστηρίζεται από εφαρμογές που επικαλούνται οθόνες και προσαρμοσμένα μενού για συγκεκριμένους χρήστες. Οι προγραμματιστές εφαρμογών χρησιμοποιούν συχνότερα είτε γλώσσες υψηλού επιπέδου, όπως C, Pascal, κ.λπ., είτε ειδικές γλώσσες DBMS. Οι γλώσσες του τελευταίου τύπου ταξινομούνται ως γλώσσες τέταρτης γενιάς.

Οποιαδήποτε γλώσσα υψηλού επιπέδου χρησιμοποιείται (στην περίπτωση αυτή ονομάζεται γλώσσα βάσης), πρέπει επίσης να περιλαμβάνει μια υπογλώσσα για εργασία με δεδομένα. Το σύστημα μπορεί να υποστηρίξει οποιονδήποτε αριθμό υπογλώσσων δεδομένων, οποιονδήποτε αριθμό βασικών γλωσσών. ]Αλλά η γλώσσα__Ј(Зь) υποστηρίζεται σχεδόν από όλα τα συστήματα Μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο ως ενσωματωμένη γλώσσα σε άλλες γλώσσες, όσο και ως ξεχωριστή ανεξάρτητη γλώσσα ερωτημάτων.

Εννοιολογικό επίπεδο

Το εννοιολογικό επίπεδο είναι το ενδιάμεσο επίπεδο στην αρχιτεκτονική τριών επιπέδων και παρέχει μια αφηρημένη αναπαράσταση όλων των πληροφοριών της βάσης δεδομένων. Η περιγραφή της βάσης δεδομένων σε αυτό το επίπεδο ονομάζεται εννοιολογικό σχήμα, το οποίο είναι το αποτέλεσμα του εννοιολογικού σχεδιασμού.

Ο εννοιολογικός σχεδιασμός της βάσης δεδομένων περιλαμβάνει την ανάλυση των αναγκών πληροφοριών των χρηστών και τον εντοπισμό των στοιχείων δεδομένων που χρειάζονται. Έτσι, ένα εννοιολογικό σχήμα είναι μια ενιαία λογική περιγραφή όλων των στοιχείων δεδομένων και των σχέσεων μεταξύ τους, της λογικής δομής ολόκληρης της βάσης δεδομένων. Υπάρχει μόνο ένα εννοιολογικό σχήμα για κάθε βάση δεδομένων.

Το εννοιολογικό διάγραμμα πρέπει να περιέχει:

αντικείμενα και τα χαρακτηριστικά τους·

συνδέσεις μεταξύ αντικειμένων?

περιορισμοί που τίθενται στα δεδομένα·

σημασιολογικές πληροφορίες σχετικά με τα δεδομένα·

διασφάλιση της ασφάλειας και διατήρηση της ακεραιότητας των δεδομένων.

Το εννοιολογικό επίπεδο υποστηρίζει κάθε εξωτερική αναπαράσταση, με την έννοια ότι οποιαδήποτε δεδομένα είναι προσβάσιμα στον χρήστη πρέπει να περιέχονται (ή μπορούν να υπολογιστούν) σε αυτό το επίπεδο. Ωστόσο, αυτό το επίπεδο δεν περιέχει πληροφορίες σχετικά με τις μεθόδους αποθήκευσης δεδομένων.

Εσωτερικό επίπεδο

Το εσωτερικό επίπεδο είναι το τρίτο επίπεδο της αρχιτεκτονικής της βάσης δεδομένων. Η εσωτερική αναπαράσταση δεν σχετίζεται με το φυσικό επίπεδο, καθώς το φυσικό επίπεδο αποθήκευσης πληροφοριών είναι σημαντικά ξεχωριστό για κάθε σύστημα. Σε εσωτερικό επίπεδο, όλες αυτές οι ατομικότητες δεν λαμβάνονται υπόψη και η περιοχή αποθήκευσης αναπαρίσταται ως ένας άπειρος γραμμικός χώρος διευθύνσεων.

Στο κάτω επίπεδο βρίσκεται το εσωτερικό σχήμα, το οποίο είναι μια πλήρης περιγραφή του εσωτερικού μοντέλου δεδομένων. Υπάρχει μόνο ένα εσωτερικό σχήμα για κάθε βάση δεδομένων.

Το εσωτερικό σχήμα περιγράφει τη φυσική υλοποίηση της βάσης δεδομένων και έχει σχεδιαστεί για να επιτυγχάνει βέλτιστη απόδοση και να διασφαλίζει την αποτελεσματική χρήση του χώρου στο δίσκο. Σε αυτό το επίπεδο το DBMS αλληλεπιδρά με τις μεθόδους πρόσβασης του λειτουργικού συστήματος (βοηθητικές λειτουργίες για αποθήκευση και ανάκτηση εγγραφών δεδομένων) προκειμένου να τοποθετηθούν δεδομένα σε συσκευές αποθήκευσης, να δημιουργήσουν ευρετήρια, να ανακτήσουν δεδομένα κ.λπ.

Οι ακόλουθες πληροφορίες αποθηκεύονται σε εσωτερικό επίπεδο:

κατανομή χώρου στο δίσκο για αποθήκευση δεδομένων και ευρετηρίων. P περιγραφή των λεπτομερειών αποθήκευσης εγγραφών (που υποδεικνύει τα πραγματικά μεγέθη των αποθηκευμένων στοιχείων δεδομένων).

πληροφορίες σχετικά με την απόσπαση εγγραφών·

πληροφορίες σχετικά με τη συμπίεση δεδομένων και επιλεγμένες μεθόδους κρυπτογράφησης. Το DBMS είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία αντιστοιχίας μεταξύ και των τριών τύπων σχημάτων σε διαφορετικά επίπεδα, καθώς και για τον έλεγχο της συνοχής τους.

Κάτω από το εσωτερικό επίπεδο βρίσκεται το φυσικό επίπεδο, το οποίο ελέγχεται από το λειτουργικό σύστημα αλλά υπό την καθοδήγηση του DBMS.

Το φυσικό επίπεδο εξετάζει πώς θα αναπαρασταθούν τα δεδομένα στο μηχάνημα. Παρέχει μια φυσική προβολή της βάσης δεδομένων: μονάδες δίσκου, φυσικές διευθύνσεις, ευρετήρια, δείκτες κ.λπ. Αυτό το επίπεδο είναι ευθύνη των σχεδιαστών φυσικής βάσης δεδομένων, οι οποίοι εργάζονται μόνο με στοιχεία γνωστά στο λειτουργικό σύστημα. Τομείς ενδιαφέροντός τους: δείκτες, υλοποίηση διαδοχικής διανομής, μέθοδοι αποθήκευσης πεδίων εσωτερικών εγγραφών στο δίσκο. Ωστόσο, οι λειτουργίες του DBMS και του λειτουργικού συστήματος σε φυσικό επίπεδο δεν είναι σαφώς διαχωρισμένες και ενδέχεται να διαφέρουν από σύστημα σε σύστημα. Ορισμένα DBMS χρησιμοποιούν πολλές από τις μεθόδους πρόσβασης που παρέχονται από το λειτουργικό σύστημα, ενώ άλλα χρησιμοποιούν μόνο τις πιο βασικές και υλοποιούν τη δική τους οργάνωση αρχείων.

Λοιπόν, ας συνοψίσουμε.

Η υλοποίηση μιας αρχιτεκτονικής βάσης δεδομένων τριών επιπέδων απαιτεί το DBMS να μεταφέρει πληροφορίες από το ένα επίπεδο στο άλλο, δηλαδή να μετατρέπει διευθύνσεις και δείκτες σε αντίστοιχα λογικά ονόματα και σχέσεις και το αντίστροφο. Το όφελος μιας τέτοιας μετάφρασης είναι η ανεξαρτησία της λογικής και φυσικής αναπαράστασης των δεδομένων, αλλά το τίμημα για αυτήν την ανεξαρτησία είναι σημαντικό - μια μεγάλη καθυστέρηση του συστήματος.

Για να δημιουργήσει μια αντιστοίχιση μεταξύ οποιωνδήποτε εξωτερικών και εσωτερικών σχημάτων, το ΣΔΒΔ πρέπει να χρησιμοποιεί πληροφορίες από το εννοιολογικό σχήμα. Το εννοιολογικό σχήμα σχετίζεται με το εσωτερικό σχήμα μέσω μιας εννοιολογικής-εσωτερικής χαρτογράφησης. Επιτρέπει στο DBMS να βρει την πραγματική εγγραφή ή σύνολο εγγραφών σε μια φυσική συσκευή αποθήκευσης που σχηματίζουν μια λογική εγγραφή σε ένα εννοιολογικό σχήμα.

Ταυτόχρονα, κάθε εξωτερικό σχήμα συνδέεται με ένα εννοιολογικό σχήμα χρησιμοποιώντας μια εξωτερική-εννοιολογική χαρτογράφηση. Με τη βοήθειά του, το DBMS μπορεί να αντιστοιχίσει τα ονόματα των προβολών χρηστών στο αντίστοιχο τμήμα του εννοιολογικού διαγράμματος.

Ανεξαρτησία δεδομένων - το DBMS δημιουργεί ένα περιβάλλον που μπορεί να εξασφαλίσει ανεξαρτησία δεδομένων, απλοποιώντας έτσι σημαντικά την εργασία των προγραμματιστών (η ανεξαρτησία δεδομένων προκύπτει εάν μια αλλαγή στον τύπο δεδομένων προκαλεί την αυτόματη αλλαγή από το DBMS σε όλη τη βάση δεδομένων, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη τροποποιήσετε τμήματα των προγραμμάτων που χρησιμοποιούν αυτά τα δεδομένα).

Δομική ανεξαρτησία - εμφανίζεται εάν οι αλλαγές στη δομή της βάσης δεδομένων δεν επηρεάζουν την ικανότητα του DBMS να έχει πρόσβαση στα δεδομένα.

2. Βάσεις δεδομένων. Σχήμα δεδομένων. Επίπεδα ανεξάρτητα από δεδομένα

εγγραφή πληροφοριών χρήστη

Έχουμε καταλάβει λίγο πολύ την αρχιτεκτονική της βάσης δεδομένων, τώρα μπορούμε να μιλήσουμε για την περιγραφή των δεδομένων στη βάση δεδομένων. Η περιγραφή μιας δομής δεδομένων σε οποιοδήποτε από τα τρία επίπεδα ονομάζεται σχήμα δεδομένων. Εφόσον έχουμε τρία επίπεδα αφαίρεσης δεδομένων, πρέπει να υπάρχουν τρία σχήματα δεδομένων που επιτρέπουν στον προγραμματιστή να παρουσιάσει μια δομή δεδομένων σε οποιοδήποτε από τα τρία επίπεδα.

Κάθε σχήμα δεδομένων έχει το δικό του όνομα και εξαρτάται από το επίπεδο. Στο υψηλότερο ή εξωτερικό επίπεδο, υπάρχουν πολλά εξωτερικά σχήματα ή υποσχήματα δεδομένων. Σε εννοιολογικό επίπεδο, μια βάση δεδομένων περιγράφεται χρησιμοποιώντας εννοιολογικά διαγράμματα. Το εσωτερικό επίπεδο του DBMS περιγράφεται χρησιμοποιώντας ένα εσωτερικό σχήμα δεδομένων.

Ο σκοπός της δημιουργίας μιας αρχιτεκτονικής βάσης δεδομένων τριών επιπέδων ήταν να εξασφαλιστεί η ανεξαρτησία των δεδομένων από τα επίπεδα. Ο όρος ανεξαρτησία δεδομένων πρέπει να κατανοηθεί ως εξής: οι αλλαγές σε χαμηλότερα επίπεδα (εννοιολογικά και εσωτερικά επίπεδα) ιδανικά δεν θα πρέπει να επηρεάζουν το ανώτερο επίπεδο με κανέναν τρόπο. Υπάρχουν δύο τύποι ανεξαρτησίας δεδομένων: η λογική ανεξαρτησία δεδομένων και η ανεξαρτησία φυσικών δεδομένων.

Λογική ανεξαρτησία δεδομένων σημαίνει ότι όλα τα εξωτερικά σας σχήματα θα παραμείνουν αμετάβλητα εάν κάνετε αλλαγές στο εννοιολογικό επίπεδο του DBMS, δηλαδή κάνετε αλλαγές στο εννοιολογικό σχήμα δεδομένων. Η πραγματοποίηση αλλαγών στο εννοιολογικό σχήμα δεδομένων σημαίνει: προσθήκη και διαγραφή νέων οντοτήτων (νέοι πίνακες), προσθήκη χαρακτηριστικών (στήλες) ή δημιουργία νέων σχέσεων μεταξύ πινάκων. Όλες οι παραπάνω λειτουργίες θα πρέπει να εκτελούνται χωρίς να χρειάζεται να γίνουν αλλαγές στα υπάρχοντα εξωτερικά σχήματα δεδομένων.

Η ανεξαρτησία φυσικών δεδομένων σημαίνει ότι το εννοιολογικό σχήμα δεδομένων σας θα προστατεύεται από αλλαγές και θα είναι ανεξάρτητο από αλλαγές σε εσωτερικό επίπεδο (αλλαγή του εσωτερικού σχήματος δεδομένων). Με την αλλαγή του εσωτερικού σχήματος δεδομένων εννοούμε: αλλαγή της δομής αρχείων της αποθήκευσης δεδομένων, χρήση διαφορετικών συστημάτων αρχείων, χρήση διαφορετικών συσκευών αποθήκευσης, τροποποίηση ευρετηρίων κ.λπ. Έτσι, όλες αυτές οι αλλαγές δεν θα πρέπει σε καμία περίπτωση να επηρεάσουν τα εννοιολογικά και εξωτερικά σχήματα δεδομένων.

Εξωτερικό επίπεδο αφαίρεσης. Σχήμα εξωτερικών δεδομένων. Εξωτερική αναπαράσταση της βάσης δεδομένων.

Το εξωτερικό επίπεδο είναι το επίπεδο χρήστη, αλλιώς γνωστό ως διεπαφή χρήστη. Το σχήμα εξωτερικών δεδομένων περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο διαφορετικές ομάδες χρηστών βλέπουν την αρχιτεκτονική της βάσης δεδομένων. Ως χρήστης εννοούμε: τον τελικό χρήστη της βάσης δεδομένων, τον σχεδιαστή βάσης δεδομένων, τον διαχειριστή της βάσης δεδομένων κ.λπ. Η εξωτερική προβολή της βάσης δεδομένων είναι ο τρόπος με τον οποίο ο χρήστης βλέπει τη δομή της βάσης δεδομένων.

Οι χρήστες μπορούν να χωριστούν σε ομάδες ανάλογα με τις προτεραιότητες και τα δικαιώματα πρόσβασης - αυτό σημαίνει ότι για κάθε ομάδα χρηστών υπάρχει το δικό της εξωτερικό σχήμα δεδομένων βάσης δεδομένων, οι δικές της προβολές δεδομένων, οι δικές της οντότητες, τα δικά της χαρακτηριστικά και οι δικές της σχέσεις, ακριβώς αυτές που είναι διαθέσιμο σε κάθε ομάδα χρηστών.

Αυτή η μερική περιγραφή της βάσης δεδομένων ή του μερικού σχήματος βάσης δεδομένων ονομάζεται υποσχήμα. Μια ομάδα χρηστών βλέπει μόνο αυτό που χρειάζεται ή μόνο αυτό που επιτρέπεται να δει. Επίσης, μια συγκεκριμένη ομάδα χρηστών μπορεί να εκτελέσει μόνο τις ενέργειες που τους επιτρέπονται.

Εννοιολογικό διάγραμμα δεδομένων. Εννοιολογική αναπαράσταση βάσης δεδομένων.

Το εννοιολογικό επίπεδο παρουσίασης δεδομένων είναι ένας ενδιάμεσος κρίκος μεταξύ των εσωτερικών και εξωτερικών επιπέδων, είναι η διεπαφή αλληλεπίδρασης μεταξύ αυτών των δύο επιπέδων. Ένα εννοιολογικό διάγραμμα προορίζεται να παρέχει μια αφηρημένη αναπαράσταση ολόκληρης της βάσης δεδομένων. Η ανάπτυξη ενός εννοιολογικού σχήματος δεδομένων ονομάζεται εννοιολογική σχεδίαση βάσης δεδομένων, η οποία περιλαμβάνει: την αξιολόγηση και τη συνεκτίμηση των αναγκών των χρηστών και την εκχώρηση κατάλληλων δικαιωμάτων σε αυτούς και τον καθορισμό για αυτούς των απαραίτητων ελέγχων και αλληλεπίδρασης με τη βάση δεδομένων.

Ένα εννοιολογικό διάγραμμα είναι μια ενιαία λογική περιγραφή μιας βάσης δεδομένων, η λογική δομή μιας βάσης δεδομένων. Το εννοιολογικό διάγραμμα ορίζει όλα τα λογικά στοιχεία της βάσης δεδομένων (οντότητες, χαρακτηριστικά κ.λπ.) και τις μεθόδους επικοινωνίας μεταξύ τους. Οποιαδήποτε βάση δεδομένων μπορεί να έχει μόνο ένα εννοιολογικό σχήμα δεδομένων, το οποίο πρέπει να περιλαμβάνει:

Πίνακες και τα χαρακτηριστικά τους

Σχέσεις μεταξύ πινάκων

Περιορισμοί δεδομένων

Σημασιολογία δεδομένων

Ο εννοιολογικός σχεδιασμός δεδομένων πρέπει να λαμβάνει υπόψη ζητήματα ασφάλειας και ακεραιότητας δεδομένων

Εσωτερικό επίπεδο αφαίρεσης. Σχήμα εξωτερικών δεδομένων. Εσωτερική αναπαράσταση της βάσης δεδομένων.

Το εσωτερικό επίπεδο παρουσίασης δεδομένων είναι το τρίτο και τελευταίο επίπεδο της αρχιτεκτονικής της βάσης δεδομένων. Η εσωτερική αναπαράσταση των δεδομένων δεν σχετίζεται με τη φυσική τους αναπαράσταση, αφού κάθε DBMS και κάθε διακομιστής βάσης δεδομένων έχει τη δική του αναπαράσταση δεδομένων σε φυσικό επίπεδο.

Το εσωτερικό σχήμα δεδομένων είναι μια πλήρης περιγραφή της φυσικής υλοποίησης της βάσης δεδομένων. Χρησιμοποιώντας το εσωτερικό σχήμα δεδομένων, διαμορφώνεται το DBMS. Με τη βοήθειά του, μπορείτε να επιτύχετε βέλτιστη απόδοση DBMS και να εξασφαλίσετε οικονομική χρήση του χώρου αποθήκευσης.

Οποιοδήποτε εσωτερικό σχήμα δεδομένων αποθηκεύει απαραίτητα:

Πώς πρέπει να κατανέμεται ο χώρος αποθήκευσης και τα ευρετήρια

Πληροφορίες σχετικά με τις αποθηκευμένες καταχωρήσεις

Πληροφορίες για υπάρχουσες εγγραφές

Μάθετε για τις μεθόδους κρυπτογράφησης και συμπίεσης δεδομένων

Το καθήκον του DBMS είναι να παρέχει συνδέσεις μεταξύ και των τριών επιπέδων, να διατηρεί αυτές τις συνδέσεις και να ελέγχει τη συνοχή μεταξύ των τριών επιπέδων παρουσίασης δεδομένων. Οι ασυνέπειες θα πρέπει να επιλυθούν στο στάδιο του σχεδιασμού της βάσης δεδομένων.

Κάτω από το εσωτερικό επίπεδο βρίσκεται το φυσικό επίπεδο, το οποίο ελέγχεται από το λειτουργικό σύστημα αλλά υπό την καθοδήγηση του DBMS. Το φυσικό επίπεδο εξετάζει πώς θα αναπαρασταθούν τα δεδομένα στο μηχάνημα. Παρέχει μια φυσική προβολή της βάσης δεδομένων: μονάδες δίσκου, φυσικές διευθύνσεις, ευρετήρια, δείκτες κ.λπ. Αυτό το επίπεδο είναι ευθύνη των σχεδιαστών φυσικής βάσης δεδομένων, οι οποίοι εργάζονται μόνο με στοιχεία γνωστά στο λειτουργικό σύστημα.

Οι τομείς ενδιαφέροντός τους: δείκτες, υλοποίηση διαδοχικής διανομής, μέθοδοι αποθήκευσης πεδίων εσωτερικών εγγραφών στο δίσκο. Ωστόσο, οι λειτουργίες του DBMS και του λειτουργικού συστήματος σε φυσικό επίπεδο δεν είναι σαφώς διαχωρισμένες και ενδέχεται να διαφέρουν από σύστημα σε σύστημα.

αποθηκευμένη εγγραφή πληροφοριών χρήστη

Δημοσιεύτηκε στο Allbest.ru

Παρόμοια έγγραφα

Οι όροι "λογικό" και "φυσικό" ως αντανάκλαση των διαφορών στις πτυχές της παρουσίασης δεδομένων. Μέθοδοι πρόσβασης σε αρχεία σε αρχεία. Δομή συστημάτων διαχείρισης βάσεων δεδομένων. Διακριτικά χαρακτηριστικά της επεξεργασίας δεδομένων χαρακτηριστικών συστημάτων αρχείων και DBMS.

διάλεξη, προστέθηκε 19/08/2013


Σχεδιασμός βάσης δεδομένων για εταιρεία παροχής τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών με χρήση του MS SQL SERVER DBMS. Δημιουργία ενός λογικού και φυσικού μοντέλου δεδομένων. Περιγραφή των αναγκών πληροφοριών του χρήστη. Δημιουργία αποθηκευμένων διαδικασιών και ενεργειών.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 21/03/2015


Δημιουργία βάσης δεδομένων. Αναζήτηση, αλλαγή και διαγραφή εγγραφών. Επεξεργασία και ανταλλαγή δεδομένων. Σχεδιασμός βάσης δεδομένων. Καθορισμός τύπων για το υπολογιζόμενο τμήμα της βάσης δεδομένων. Επεξεργασία πεδίων και εγγραφών. Έντυπα για την παρουσίαση πληροφοριών που περιέχονται στη βάση δεδομένων.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 23/02/2009


Σύντομη ιστορία της ανάπτυξης του ORACLE DBMS, βασικές έννοιες και ορισμοί, αρχιτεκτονική. Αρχές εργασίας με το ORACLE DBMS. Ανάπτυξη βάσεων δεδομένων, εργαλείων και τεχνολογιών για την εφαρμογή τους. δυνατότητες της διαδικαστικής γλώσσας PL/SQL. Τεχνικές για τη διαχείριση του ORACLE DBMS.

παρουσίαση, προστέθηκε 14/02/2014


Αρχές κατασκευής DBMS, τα πλεονεκτήματά τους. Αρχιτεκτονική ενός κατανεμημένου πληροφοριακού συστήματος. Ανάπτυξη ενός διαδικτυακού καταστήματος αγοράς βιβλίων: δημιουργία ενός μοντέλου φυσικών δεδομένων σε SQL, σχεδιασμός σχήματος βάσης δεδομένων χρησιμοποιώντας μια διεπαφή ιστού.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 11/01/2011


Στάδια δημιουργίας και ανάπτυξης βάσης δεδομένων. Δημιουργία μοντέλου τομέα. Ανάπτυξη μοντέλων δεδομένων και φυσικών δεδομένων, μεθόδων επεξεργασίας δεδομένων για τους υπαλλήλους του οργανισμού. Σχεδιασμός εφαρμογών χρήστη. Δημιουργία φόρμας κουμπιού.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 14/02/2011


Τα DBMS είναι συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων πολλών χρηστών που ειδικεύονται στη διαχείριση μιας σειράς πληροφοριών. Αιτήματα για δειγματοληψία και αλλαγή δεδομένων, δημιουργία αναφορών για αιτήματα δειγματοληψίας. Σχήμα βάσης δεδομένων. Πρόγραμμα διαχείρισης βάσεων δεδομένων.

περίληψη, προστέθηκε 27/12/2013


Θεωρητικές πτυχές του DBMS. Βασικές έννοιες. Λειτουργικότητα DBMS. Αρχιτεκτονική συστημάτων ελέγχου. Ανάπτυξη βάσεων δεδομένων. Μεγάλοι όγκοι δεδομένων τοποθετούνται συνήθως χωριστά από το εκτελέσιμο πρόγραμμα και οργανώνονται με τη μορφή βάσης δεδομένων.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 23/02/2006


Αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστή. Παράλληλη επεξεργασία δεδομένων σε συστήματα πολλαπλών επεξεργαστών. Εκσυγχρονισμός απαρχαιωμένων πληροφοριακών συστημάτων. Χαρακτηριστικά γνωρίσματα των σύγχρονων DBMS διακομιστών. Ο πιο δημοφιλής διακομιστής DBMS. Κατανεμημένα ερωτήματα και συναλλαγές.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε στις 11/11/2011


Δημιουργία βάσης δεδομένων, πραγματοποίηση αναζητήσεων, αλλαγή και διαγραφή εγγραφών, επεξεργασία, σχεδιασμός και κοινή χρήση δεδομένων. Καθορισμός τύπων για το υπολογιζόμενο τμήμα της βάσης δεδομένων. Συμπλήρωση πίνακα χρησιμοποιώντας τον Οδηγό Φόρμας. Μορφές παρουσίασης και ανάλυσης πληροφοριών.

Σύμφωνα με την αρχιτεκτονική τους, τα ΣΔΒΔ χωρίζονται σε ένα, δύο και τριών επιπέδων [ 191. Σε μια αρχιτεκτονική ενός επιπέδου (Εικ. 1.11, α) χρησιμοποιείται ένας ενιαίος σύνδεσμος (πελάτης), ο οποίος παρέχει την απαραίτητη λογική για τα δεδομένα διαχείριση και οπτικοποίηση τους. Σε μια αρχιτεκτονική δύο επιπέδων (Εικ. 1.11, 6) Ένα σημαντικό μέρος της λογικής διαχείρισης δεδομένων υλοποιείται από τον διακομιστή βάσης δεδομένων (DB server), ενώ ο σύνδεσμος πελάτη ασχολείται κυρίως με την εμφάνιση δεδομένων σε φιλική προς το χρήστη μορφή. Σε DBMS τριών επιπέδων (Εικ. 1.11, V)χρησιμοποιείται ένας ενδιάμεσος σύνδεσμος - ένας διακομιστής εφαρμογών,

Ρύζι. 1.11.

Α -μονής σύνδεσης? 6 - δύο συνδέσμων? V -τριών επιπέδων, που είναι ενδιάμεσος μεταξύ του πελάτη και του διακομιστή βάσης δεδομένων. Ο διακομιστής εφαρμογών σάς επιτρέπει να απαλλάσσετε πλήρως τον πελάτη από τις λειτουργίες διαχείρισης δεδομένων και επικοινωνίας με τον διακομιστή βάσης δεδομένων.

Ανάλογα με τη θέση των επιμέρους τμημάτων του DBMS, διακρίνονται τα τοπικά και τα δικτυακά DBMS. Όλα τα μέρη ενός τοπικού DBMS βρίσκονται στον υπολογιστή του χρήστη που έχει πρόσβαση στη βάση δεδομένων. Για να μπορούν πολλοί χρήστες να εργάζονται με την ίδια βάση δεδομένων ταυτόχρονα, κάθε υπολογιστής χρήστη πρέπει να έχει πρόσβαση στο δικό του αντίγραφο της τοπικής βάσης δεδομένων. Ένα σημαντικό πρόβλημα με ένα DBMS αυτού του τύπου είναι ο συγχρονισμός των περιεχομένων των αντιγράφων δεδομένων (data replication), γι' αυτό και τα τοπικά DBMS δεν είναι κατάλληλα για την επίλυση προβλημάτων που απαιτούν τη συνεργασία πολλών χρηστών.

Τα δίκτυα DBMS περιλαμβάνουν διακομιστή αρχείων, πελάτη-διακομιστή και κατανεμημένα DBMS. Ένα απαραίτητο χαρακτηριστικό αυτών των συστημάτων είναι ένα δίκτυο που παρέχει επικοινωνία υλικού μεταξύ υπολογιστών και καθιστά δυνατή τη συνεργασία πολλών χρηστών με την ίδια βάση δεδομένων.

Στα DBMS διακομιστών αρχείων, ολόκληρη η βάση δεδομένων βρίσκεται συνήθως σε μία ή περισσότερες συσκευές αποθήκευσης ενός αρκετά ισχυρού μηχανήματος, ειδικά αφιερωμένου για αυτούς τους σκοπούς και συνεχώς συνδεδεμένο στο δίκτυο. Ένας τέτοιος υπολογιστής ονομάζεται διακομιστής αρχείων. Το αναμφισβήτητο πλεονέκτημα ενός DBMS αυτού του τύπου είναι η σχετική απλότητα της δημιουργίας και της συντήρησής του, αφού στην πραγματικότητα όλα καταλήγουν στην οργάνωση ενός τοπικού δικτύου και στην εγκατάσταση λειτουργικών συστημάτων δικτύου στους υπολογιστές που είναι συνδεδεμένοι σε αυτό. Δεν υπάρχουν ιδιαίτερες διαφορές μεταξύ της τοπικής έκδοσης και της έκδοσης διακομιστή αρχείων του DBMS, καθώς σε αυτές όλα τα μέρη του DBMS συγκεντρώνονται στον υπολογιστή του χρήστη. Συνήθως είναι μονοβάθμιας αρχιτεκτονικής, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να χρησιμοποιούν διακομιστή εφαρμογών. Το μειονέκτημα των συστημάτων διακομιστή αρχείων είναι το σημαντικό φορτίο στο δίκτυο. Για παράδειγμα, εάν ένας χρήστης που εργάζεται σε υπολογιστή-πελάτη χρειάζεται να βρει πληροφορίες για ένα από τα βιβλία που είναι διαθέσιμα στη βιβλιοθήκη, τότε ολόκληρο το αρχείο που περιέχει πληροφορίες για όλα τα βιβλία μεταφέρεται πρώτα μέσω του δικτύου και μόνο τότε βρίσκονται οι απαραίτητες πληροφορίες στο τοπικό αντίγραφο των δεδομένων που δημιουργούνται με αυτόν τον τρόπο. Όταν εργάζεστε εντατικά με δεδομένα από πολλές δεκάδες χρήστες, το εύρος ζώνης του δικτύου μπορεί να είναι ανεπαρκές και ο χρήστης θα ενοχληθεί από σημαντικές καθυστερήσεις στην απόκριση του DBMS στις απαιτήσεις του. Τα DBMS διακομιστή αρχείων μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία σε σχετικά μικρούς οργανισμούς με έως και αρκετές δεκάδες τοποθεσίες πελατών.

Τα συστήματα πελάτη-διακομιστή (δύο επιπέδων) μειώνουν σημαντικά το φορτίο στο δίκτυο, καθώς ο πελάτης επικοινωνεί με δεδομένα μέσω ενός εξειδικευμένου μεσάζοντα - ενός διακομιστή βάσης δεδομένων, ο οποίος βρίσκεται στο μηχάνημα με τη βάση δεδομένων. Ο διακομιστής βάσης δεδομένων λαμβάνει ένα αίτημα από τον πελάτη, βρίσκει την απαιτούμενη εγγραφή στα δεδομένα και τη μεταδίδει στον πελάτη. Έτσι, ένα σχετικά σύντομο αίτημα και μία μόνο απαιτούμενη εγγραφή μεταδίδονται στο δίκτυο, ακόμα κι αν η βάση δεδομένων περιέχει εκατοντάδες χιλιάδες εγγραφές. Κατά κανόνα, ένα αίτημα σε έναν διακομιστή σχηματίζεται σε μια ειδική γλώσσα ερωτημάτων SQL, γι' αυτό οι διακομιστές βάσεων δεδομένων ονομάζονται συχνά διακομιστές SQL. Οι διακομιστές βάσεων δεδομένων είναι σχετικά πολύπλοκα προγράμματα που αναπτύχθηκαν από διάφορες εταιρείες, για παράδειγμα: Microsoft SQL Server (SQL Server) που παράγεται από τη Microsoft Corporation, Sybase Adaptive Server από τη Sybase Corporation, Oracle που παράγεται από την ομώνυμη εταιρεία, DB2 από την IBM Corporation, InterBase από Borland Corporation, κ.λπ. Τα DBMS πελάτη-διακομιστή παρέχουν λειτουργία, ή κλίμακα, σε εκατοντάδες και χιλιάδες τοποθεσίες πελατών.

Τα κατανεμημένα DBMS μπορούν να περιέχουν αρκετές δεκάδες ή εκατοντάδες διακομιστές βάσεων δεδομένων. Ο αριθμός των θέσεων πελατών σε αυτά μπορεί να φτάσει τις δεκάδες και τις εκατοντάδες χιλιάδες. Τυπικά, τέτοια DBMS υποστηρίζουν το έργο οργανισμών σε κρατικό επίπεδο (για παράδειγμα, την Κεντρική Εκλογική Επιτροπή της Ρωσικής Ομοσπονδίας), μεμονωμένα τμήματα των οποίων είναι διασκορπισμένα σε μια μεγάλη περιοχή. Σε κατανεμημένα DBMS, ορισμένοι διακομιστές μπορούν να αντιγράψουν ο ένας τον άλλον προκειμένου να επιτύχουν εξαιρετικά χαμηλή πιθανότητα αστοχιών και αστοχιών που μπορούν να παραμορφώσουν ζωτικές πληροφορίες.

Η συνάφεια των κατανεμημένων DBMS έχει αυξηθεί λόγω της ταχείας ανάπτυξης του Διαδικτύου. Με βάση τις δυνατότητες του Διαδικτύου, κατανεμημένα συστήματα κατασκευάζονται όχι μόνο από κρατικούς οργανισμούς, αλλά και από σχετικά μικρές εμπορικές επιχειρήσεις, επιτρέποντας στους υπαλλήλους τους να εργάζονται με εταιρικά δεδομένα στο σπίτι και σε επαγγελματικά ταξίδια.

Η αρχιτεκτονική του DBMS πρέπει να διασφαλίζει, πρώτα απ 'όλα, τη διάκριση μεταξύ των επιπέδων χρήστη και συστήματος. Επί του παρόντος, η πιο συχνά υποστηριζόμενη αρχιτεκτονική περιγραφής βάσης δεδομένων τριών επιπέδων με τρία επίπεδα αφαίρεσης στα οποία μπορεί να προβληθεί η βάση δεδομένων. Αυτή η αρχιτεκτονική περιλαμβάνει: εξωτερικό επίπεδο, εσωτερικό επίπεδο, εννοιολογικό επίπεδο.

Ο κύριος σκοπός της αρχιτεκτονικής τριών επιπέδων είναι να διασφαλίσει την ανεξαρτησία των δεδομένων. Η ουσία αυτής της ανεξαρτησίας είναι ότι οι αλλαγές στα κατώτερα επίπεδα δεν επηρεάζουν τα ανώτερα επίπεδα. Υπάρχουν δύο τύποι ανεξαρτησίας δεδομένων: λογική (σημαίνει πλήρης προστασία εξωτερικών σχημάτων από αλλαγές που έγιναν στο εννοιολογικό σχήμα) και φυσική (προστασία του εννοιολογικού σχήματος από αλλαγές που έγιναν στο εσωτερικό σχήμα).

Σε εξωτερικό επίπεδο, οι χρήστες αντιλαμβάνονται δεδομένα, όπου μεμονωμένες ομάδες χρηστών έχουν τη δική τους άποψη (PP) της βάσης δεδομένων. Κάθε τύπος χρήστη μπορεί να χρησιμοποιήσει τη δική του γλώσσα επικοινωνίας για να εργαστεί με τη βάση δεδομένων. Οι τελικοί χρήστες χρησιμοποιούν είτε μια γλώσσα ερωτημάτων είτε μια ειδική γλώσσα που υποστηρίζεται από εφαρμογές που επικαλούνται οθόνες και προσαρμοσμένα μενού για συγκεκριμένους χρήστες.

Το εννοιολογικό επίπεδο είναι το ενδιάμεσο επίπεδο στην αρχιτεκτονική τριών επιπέδων και παρέχει μια αφηρημένη αναπαράσταση όλων των πληροφοριών της βάσης δεδομένων. Η περιγραφή της βάσης δεδομένων σε αυτό το επίπεδο ονομάζεται εννοιολογικό σχήμα, το οποίο περιλαμβάνει αντικείμενα και τα χαρακτηριστικά τους, σχέσεις μεταξύ αντικειμένων, περιορισμούς που επιβάλλονται στα δεδομένα, σημασιολογικές πληροφορίες για τα δεδομένα, ασφάλεια και υποστήριξη ακεραιότητας δεδομένων.

Το εσωτερικό σχήμα περιγράφει τη φυσική υλοποίηση της βάσης δεδομένων και έχει σχεδιαστεί για να επιτυγχάνει βέλτιστη απόδοση και να διασφαλίζει την αποτελεσματική χρήση του χώρου στο δίσκο. Σε εσωτερικό επίπεδο, το DBMS αλληλεπιδρά με τις μεθόδους πρόσβασης του λειτουργικού συστήματος με σκοπό την τοποθέτηση δεδομένων σε συσκευές αποθήκευσης, τη δημιουργία ευρετηρίων, την ανάκτηση δεδομένων κ.λπ. Οι ακόλουθες πληροφορίες αποθηκεύονται σε εσωτερικό επίπεδο: κατανομή χώρου στο δίσκο για αποθήκευση δεδομένα και ευρετήρια, περιγραφή των λεπτομερειών αποθήκευσης εγγραφών, πληροφορίες σχετικά με την τοποθέτηση των εγγραφών, πληροφορίες σχετικά με τη συμπίεση δεδομένων και τις επιλεγμένες μεθόδους κρυπτογράφησης. Κάτω από το εσωτερικό επίπεδο βρίσκεται το φυσικό επίπεδο, το οποίο ελέγχεται από το λειτουργικό σύστημα αλλά υπό την καθοδήγηση του DBMS. Το φυσικό επίπεδο εξετάζει πώς θα αναπαρασταθούν τα δεδομένα στο μηχάνημα.

Η υλοποίηση μιας αρχιτεκτονικής βάσης δεδομένων τριών επιπέδων απαιτεί το DBMS να μεταφέρει πληροφορίες από το ένα επίπεδο στο άλλο, δηλαδή να μετατρέπει διευθύνσεις και δείκτες σε αντίστοιχα λογικά ονόματα και σχέσεις και το αντίστροφο. Το όφελος μιας τέτοιας μετάφρασης είναι η ανεξαρτησία της λογικής και φυσικής αναπαράστασης των δεδομένων, αλλά το τίμημα για αυτήν την ανεξαρτησία δεν είναι μικρό - μια μεγάλη καθυστέρηση του συστήματος.

Αρχιτεκτονική DBMS

Η αρχιτεκτονική της βάσης δεδομένων που προτείνεται από την ερευνητική ομάδα ANSI/SPARC περιλαμβάνει τρία επίπεδα: εσωτερικό, εννοιολογικό και εξωτερικό. Σε γενικές γραμμές έχουν ως εξής:

Εξωτερικό επίπεδο

Το εξωτερικό επίπεδο είναι το επίπεδο μεμονωμένου χρήστη. Κάθε χρήστης έχει τη δική του γλώσσα επικοινωνίας.

Για έναν προγραμματιστή εφαρμογών, αυτή είναι είτε μία από τις κοινές γλώσσες προγραμματισμού.

Για τον τελικό χρήστη, αυτή είναι είτε μια ειδική γλώσσα ερωτημάτων είτε μια γλώσσα ειδικού σκοπού, ίσως με βάση τη φόρμα και το μενού, προσαρμοσμένη ειδικά στις απαιτήσεις και που υποστηρίζεται από κάποια διαδικτυακή εφαρμογή.

Εννοιολογικό επίπεδο

Μια εννοιολογική προβολή είναι μια αναπαράσταση όλων των πληροφοριών της βάσης δεδομένων σε μια ελαφρώς πιο αφηρημένη μορφή (όπως συμβαίνει με μια εξωτερική προβολή) σε σύγκριση με τον φυσικό τρόπο αποθήκευσης δεδομένων. Ωστόσο, μια εννοιολογική αναπαράσταση είναι αρκετά διαφορετική από τον τρόπο που παρουσιάζονται τα δεδομένα σε κάθε μεμονωμένο χρήστη. Σε γενικές γραμμές, μια εννοιολογική προβολή είναι μια αναπαράσταση των δεδομένων όπως "είναι πραγματικά", παρά όπως ο χρήστης αναγκάζεται να τα δει στο πλαίσιο, για παράδειγμα, μιας συγκεκριμένης γλώσσας ή του υλικού που χρησιμοποιείται.

Μια εννοιολογική αναπαράσταση αποτελείται από πολλαπλές περιπτώσεις κάθε τύπου εννοιολογικής εγγραφής. Για παράδειγμα, μπορεί να αποτελείται από ένα σύνολο περιπτώσεων εγγραφής που περιέχουν πληροφορίες για άτομα, συν ένα σύνολο περιπτώσεων που περιέχουν πληροφορίες για εξαρτήματα κ.λπ. Η εννοιολογική εγγραφή δεν πρέπει απαραίτητα να συμπίπτει με την εξωτερική εγγραφή, αφενός, και με την αποθηκευμένη εγγραφή, αφετέρου.

Μια εννοιολογική άποψη ορίζεται χρησιμοποιώντας ένα εννοιολογικό σχήμα, το οποίο περιλαμβάνει ορισμούς για κάθε τύπο εννοιολογικής εγγραφής. Ένα εννοιολογικό σχήμα χρησιμοποιεί μια διαφορετική γλώσσα ορισμού δεδομένων, εννοιολογική.

Μια εννοιολογική προβολή είναι μια αναπαράσταση ολόκληρου του περιεχομένου μιας βάσης δεδομένων και ένα εννοιολογικό σχήμα είναι ο ορισμός μιας τέτοιας αναπαράστασης. Ωστόσο, θα ήταν λάθος να υποθέσουμε ότι ένα εννοιολογικό διάγραμμα δεν είναι τίποτα άλλο από ένα σύνολο ορισμών, περισσότερο σαν απλές σχέσεις μεταξύ εγγραφών σε ένα πρόγραμμα.

Εσωτερικό επίπεδο

Μια εσωτερική προβολή είναι μια προβολή χαμηλού επιπέδου ολόκληρης της βάσης δεδομένων. Αποτελείται από πολλές περιπτώσεις κάθε τύπου εσωτερικής εγγραφής.

Ο όρος "εσωτερική εγγραφή" ανήκει στην ορολογία ANSI/SPARC και αναφέρεται σε μια κατασκευή που ονομάζεται αποθηκευμένη εγγραφή. Η εσωτερική αναπαράσταση, όπως η εξωτερική και η εννοιολογική αναπαράσταση, δεν σχετίζεται με το φυσικό επίπεδο επειδή δεν λαμβάνει υπόψη τις φυσικές περιοχές της συσκευής αποθήκευσης, όπως οι κύλινδροι και οι ράγες. Με άλλα λόγια, η εσωτερική αναπαράσταση προϋποθέτει έναν άπειρο γραμμικό χώρο διευθύνσεων. οι λεπτομέρειες του τρόπου με τον οποίο ο χώρος διευθύνσεων αντιστοιχίζεται στη φυσική συσκευή αποθήκευσης είναι πολύ συγκεκριμένες για το σύστημα και δεν περιλαμβάνονται σκόπιμα στη συνολική αρχιτεκτονική.

Η εσωτερική αναπαράσταση περιγράφεται χρησιμοποιώντας ένα εσωτερικό σχήμα, το οποίο ορίζει όχι μόνο τους διαφορετικούς τύπους εγγραφών που αποθηκεύονται, αλλά και τα ευρετήρια που υπάρχουν, τον τρόπο αναπαράστασης των πεδίων, τη φυσική ακολουθία των εγγραφών που αποθηκεύονται και ούτω καθεξής. Το εσωτερικό σχήμα γράφεται χρησιμοποιώντας μια άλλη γλώσσα ορισμού δεδομένων - εσωτερική.

Οι εφαρμογές που χρησιμοποιούν βάσεις δεδομένων ταξινομούνται συνήθως σε μία από τις αρχιτεκτονικές λογισμικού, οι οποίες έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.

Τοπική αρχιτεκτονική.

Τόσο το πρόγραμμα όσο και η βάση δεδομένων βρίσκονται στον ίδιο υπολογιστή. Οι περισσότερες εφαρμογές επιτραπέζιου υπολογιστή τρέχουν σε αυτήν την αρχιτεκτονική.

Αρχιτεκτονική αρχείου - διακομιστή.

Η βάση δεδομένων βρίσκεται σε έναν ισχυρό αποκλειστικό υπολογιστή (διακομιστή) και προσωπικοί υπολογιστές συνδέονται με αυτόν μέσω τοπικού δικτύου. Αυτοί οι υπολογιστές έχουν εγκατεστημένα προγράμματα-πελάτες που έχουν πρόσβαση στη βάση δεδομένων μέσω του δικτύου. Το πλεονέκτημα αυτής της αρχιτεκτονικής είναι η δυνατότητα πολλών χρηστών να εργάζονται ταυτόχρονα με μία βάση δεδομένων.

Το μειονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι οι μεγάλοι όγκοι πληροφοριών που μεταδίδονται μέσω του δικτύου. Όλη η επεξεργασία γίνεται στην πλευρά του πελάτη, όπου δημιουργείται ένα αντίγραφο της βάσης δεδομένων. Αυτό οδηγεί σε περιορισμό του μέγιστου δυνατού αριθμού χρηστών και μεγάλες καθυστερήσεις κατά την εργασία με τη βάση δεδομένων. Αυτές οι καθυστερήσεις προκαλούνται από το γεγονός ότι δεν είναι δυνατή η ταυτόχρονη πρόσβαση στο συγκεκριμένο επίπεδο πίνακα. Έως ότου ένα πρόγραμμα σε μια από τις τοποθεσίες-πελάτες ολοκληρώσει τη συνεργασία με τον πίνακα (για παράδειγμα, η τροποποίηση εγγραφών), άλλα προγράμματα δεν μπορούν να έχουν πρόσβαση σε αυτόν τον πίνακα. Αυτό ονομάζεται κλείδωμα σε επίπεδο πίνακα και αποτρέπει τη σύγχυση σχετικά με τα περιεχόμενα του πίνακα.

Αρχιτεκτονική πελάτη - διακομιστή.

Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, ο διακομιστής όχι μόνο αποθηκεύει τη βάση δεδομένων, αλλά εκτελεί επίσης ένα πρόγραμμα DBMS που επεξεργάζεται τα αιτήματα των χρηστών και επιστρέφει σύνολα εγγραφών σε αυτούς. Σε αυτήν την περίπτωση, τα προγράμματα χρήστη δεν λειτουργούν πλέον, για παράδειγμα, με τη βάση δεδομένων ως σύνολο φυσικών αρχείων, αλλά στρέφονται στο DBMS, το οποίο εκτελεί λειτουργίες. Αυτό αφαιρεί το φορτίο από τοποθεσίες πελατών, καθώς το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας γίνεται στον διακομιστή. Το DBMS παρακολουθεί αυτόματα την ακεραιότητα και την ασφάλεια της βάσης δεδομένων και επίσης ελέγχει την πρόσβαση σε πληροφορίες χρησιμοποιώντας μια υπηρεσία κωδικού πρόσβασης. Τα DBMS πελάτη-διακομιστή επιτρέπουν μπλοκ σε επίπεδο εγγραφής και ακόμη και σε επίπεδο μεμονωμένου πεδίου. Αυτό σημαίνει ότι οποιοσδήποτε αριθμός χρηστών μπορεί να εργαστεί με τον πίνακα, αλλά μόνο ένας από αυτούς έχει πρόσβαση στη λειτουργία αλλαγής μιας συγκεκριμένης εγγραφής ή ενός από τα πεδία της.

Το κύριο μειονέκτημα αυτής της αρχιτεκτονικής δεν είναι πολύ υψηλή αξιοπιστία. Εάν ο διακομιστής πέσει, όλη η εργασία σταματά.

Κατανεμημένη αρχιτεκτονική.

Υπάρχουν πολλοί διακομιστές που εκτελούνται σε ένα δίκτυο και οι πίνακες της βάσης δεδομένων κατανέμονται μεταξύ τους για να επιτευχθεί αυξημένη απόδοση. Κάθε διακομιστής έχει το δικό του αντίγραφο του DBMS. Επιπλέον, μια τέτοια αρχιτεκτονική χρησιμοποιεί συνήθως ειδικά προγράμματα, τους λεγόμενους διακομιστές εφαρμογών. Σας επιτρέπουν να βελτιστοποιήσετε την επεξεργασία των αιτημάτων από μεγάλο αριθμό χρηστών και να κατανείμετε ομοιόμορφα το φορτίο μεταξύ των υπολογιστών στο δίκτυο.

Το μειονέκτημα της κατανεμημένης αρχιτεκτονικής είναι η αρκετά περίπλοκη και δαπανηρή διαδικασία δημιουργίας και συντήρησής της (διαχείριση), καθώς και οι υψηλές απαιτήσεις για διακομιστές.

Αρχιτεκτονική του Διαδικτύου.

Η πρόσβαση στη βάση δεδομένων και το DBMS (διανέμεται στον ίδιο υπολογιστή ή δίκτυο) πραγματοποιείται από ένα πρόγραμμα περιήγησης χρησιμοποιώντας ένα τυπικό πρωτόκολλο. Αυτό παρουσιάζει

ελάχιστες απαιτήσεις για εξοπλισμό πελάτη. Τέτοια προγράμματα ονομάζονται "thin clients" επειδή είναι σε θέση να λειτουργούν ακόμη και σε αδύναμους υπολογιστές, για παράδειγμα, δεν χρειάζεται να οργανώσετε ένα τοπικό δίκτυο, αλλά να έχετε πρόσβαση στον διακομιστή μέσω του Διαδικτύου σε ένα τοπικό δίκτυο (στην περίπτωση αυτή μιλάμε. σχετικά με τις τεχνολογίες intranet). Σε αυτήν την περίπτωση, δεν χρειάζεται να αναπτύξετε ειδικά προγράμματα πελάτη ή να βρείτε τις δικές σας προδιαγραφές για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ του διακομιστή και των τοποθεσιών πελάτη. Αρκεί να χρησιμοποιήσετε έτοιμα προγράμματα περιήγησης και λύσεις λογισμικού.