Уровни представления данных в БД

С БД работают люди, имеющие разный уровень компьютерной подготовки и разное представление о данных.

Это - системные программисты, разрабатывающие автоматизированную систему и БД, ответственные за все вопросы, связанные с правильным функционированием БД;

программисты, готовящие прикладные программы для решения задач обработки данных;

пользователи - не программисты, специалисты в той предметной области, где используется БД и решающие с помощью компьютера свои повседневные задачи.

У каждого из них существует свой взгляд на данные, хранящиеся в БД, для каждого необходимы свои средства взаимодействия с БД.

В БД выделяют 5 уровней представления данных: уровень пользователя, внешний уровень, концептуальный уровень, уровень хранения и физический уровень. Два последних уровня часто рассматривают как единый уровень - внутренний. Для каждого уровня характерно определенное представление данных и определенный перечень выполняемых функций.

В различных АИС, используемых на практике, реализовано различное число уровней представления данных, минимально - 2: концептуальный и внутренний. Однако, для того, чтобы удовлетворялись все требования, предъявляемые к БД, необходимо три уровня: внешний, концептуальный и внутренний.

Центральной частью БД является концептуальный уровень представления данных или концептуальная схема. Концептуальная схема (или схема БД) - это описание общей логической структуры данных.

Схема строится на основании изучения той предметной области, в которой будет использоваться БД. В процессе обследования предметной области выделяются объекты предметной области и свойства (характеристики) объектов. Объектом может быть человек, предмет, документ, процесс, явление т.п. Выявляются логические связи между объектами, существующие в предметной области. При этом учитывается круг задач, решаемых на БД, выявляются информационные потребности пользователей, т.е. определяются возможные запросы к БД. Объекты предметной области, их свойства и существующие между ними связи отображаются в логическойструктуре данных, на основании которой строится модель данных, а затем - схема БД.

Подсхема В

Внешний

уровень

Отображение А внешний - Отображение В внешний-

концептуальный концептуальный

Концептуальный

уровень

Отображение концептуальный - внутренний

Внутренний

уровень

На данные, подлежащие хранению в БД, накладываются определенные ограничения, определяются операции, которые будут выполняться над данными. Т. о. концептуальная схема - это логическая структура данных (модель данных), ограничения, накладываемые на данные и операции с данными.

Разработанная схема описывается на ЯОД (языке описания данных) той СУБД, которая будет использоваться. Описание схемы БД хранится в памяти машины наряду с самими данными и образует так называемые метаданные. В некоторых СУБД метаданные выделяются в отдельную подсистему, называемую словарем данных.

Схема, содержащая конкретные данные, называется экземпляромсхемы или текущим состоянием БД. С течением времени текущее состояние меняется, но схема остается неизменной.

Так, например, табло в аэропорту можно рассматривать как схему данных. Данные на табло меняются, но схема табло остается неизменной.

На концептуальном уровне представления данных никак не учитывается способ хранения данных в памяти ЭВМ, стратегия доступа к данным, программные средства реализации БД. Этим обеспечивается независимость концептуального уровня от уровня хранения данных.

Концептуальная схема – это основная составляющая архитектуры БД. От того, насколько правильно она разработана, насколько адекватно отображает предметную область, зависит работоспособность всей БД.

С БД будут работать пользователи разных уровней.

Для пользователей - программистов, решающих конкретные прикладные задачи, разрабатывается внешний уровень представления данных или так называемые подсхемы или, иначе, представления (view). В каждую подсхему из схемы выделяется то подмножество данных, которое необходимо для решения определенного круга задач. Такой пользователь имеет представление о схеме данных, знает, как построена его подсхема, может самостоятельно писать программы обработки данных. Но он не имеет доступа ко всей БД и не может изменять концептуальную схему БД. Работа с БД через подсхему - это эффективное средство защиты данных. В ряде СУБД есть специальные средства создания представлений (подсхем).

Самый верхний уровень - уровень пользователя - разрабатывается для пользователей-непрограммистов. Такой пользователь (кассир в ж/д кассе, банковский служащий) может ничего не знать о базах данных и программировании. Он знает лишь определенную совокупность действий или простейших команд, которые позволяют ему выполнять свою работу, используя данные из БД. Такой пользователь имеет доступ только к подсхеме. Для него разрабатывается специальный дружественный интерфейс, обеспечивающий простое и удобное взаимодействие с системой, - интерфейс пользователя - непрограммиста. Такой интерфейс часто основан на принципе "меню" с инициативой со стороны системы.

Уровень хранения - это описание способа хранения БД на ВЗУ. На этом уровне определяются форматы хранимых записей, типы данных, типы файлов, способы индексации, выбирается метод доступа к данным. Разные СУБД предоставляют системному программисту различные возможности для работы на этом уровне.

Физический уровень или физическая БД - это собственно данные, размещенные на носителе. На этом уровне определяется, на каких участках носителя размещаются файлы БД, каким образом адресуются данные и т.п. Этот уровень обычно "закрыт" от программиста СУБД и операционной системой.

Как отмечалось выше, уровень хранения и физический уровень обычно рассматриваются как один внутренний уровень.

В архитектуре БД есть два дополнительных связующих уровня, называемых отображениями.

Отображение внешний - концептуальный (между внешним и концептуальным уровнями) описывает, как именно и по каким правилам из концептуальной схемы формируется подсхема. Отображение концептуальный - внутренний описывает, как концептуальная схема преобразуется в хранимую БД.

Основное назначение отображений - обеспечивать независимость данных. При любых изменениях в каком-либо из нижних уровней вышестоящий уровень не должен претерпевать изменений. Все изменения "скрываются" в отображениях. Например, при внесении изменений в хранимую БД концептуальная схема не должна меняться, а в прикладные программы пользователей не потребуется вносить исправления, т.е. обеспечивается независимость прикладных программ от хранимых данных.

СУБД поддерживает все уровни представления данных и отображения.

Лицо или группа лиц, ответственных за всю БД в целом, за систему защиты и за все уровни представления данных называется Администратором Базы Данных (АБД).