Что относится к логической независимости данных
Физическая и логическая независимость данных
Физическая и логическая независимость данных. Модели данных
В процессе исследований посвященных устройству СУБД, предлагались различные способы ее реализации. Наиболее жизнеспособной оказалась трехуровневая модель, определяющая следующие уровни абстракций для определения структуры СУБД (рисунок 2.1): внутренний (физический), концептуальный и внешний (логический).
1. Внешний уровень, отражает представления прикладного программиста или конечного пользователя и связан с тем, как отдельные пользователи представляют себе эти данные или «видение» собственных данных каждым отдельным приложением.
2. Концептуальный уровень отражает обобщенную модель предметной области (объектов реального мира). Концептуальный уровень дает наиболее полное представление о структурах данных. Концептуальная модель состоит из множества экземпляров различных типов объектов и связей (концептуальных записей).
3. Внутренний уровень близок к физической памяти и связан со способом физического хранения данных, например, каким способом данные располагаются на носителях.
Рисунок 2.1— Трехуровневая модель СУБД (ANSI)
Эта архитектура была предложена ANSI (American National Standards Institute), ее основным достоинством является то, что она позволяет обеспечить логическую и физическую независимость при работе с данными.
Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой БД.
Физическая независимость предполагает возможность изменения способа хранения, расположения или переноса данных на носителях (на физическом уровне) без влияния на работоспособность всех приложений работающих с БД.
Другими словами, если происходит какое-либо изменение в расположении данных на носителях, это никак не отражается на работе приложений внешнего уровня. И наоборот, если происходит какое-либо дополнение приложений внешнего уровня, то изменений на физическом уровне не происходит.
Модели данных
Модель данных – это некоторая абстракция, прикладываемая к конкретным данным, позволяет пользователям трактовать их как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними.
В соответствии с изложенной ранее трехуровневой архитектурой мы сталкиваемся с понятием модели данных по отношению к каждому уровню (Рисунок 2.2).
Физическая модель данных оперирует категориями касающаяся организации внешней памяти и структур хранения, используемых в данной операционной среде. В настоящий момент в качестве физических моделей используются различные методы размещения данных, основанные на файловых структурах: это организация файлов прямого и последовательного доступа, индексных файлов, файлов, использующих различные методы кэширования, взаимосвязанных файлов. Кроме того, в современных СУБД широко используют страничную организацию данных. Физические модели данных, основанные на страничной организации, являются наиболее перспективными.
Наибольший интерес вызывают модели данных, используемые на концептуальном уровне. По отношению к ним внешние модели называются подсхемами и используют те же абстрактные модели, что и концептуальные модели данных.
Кроме трех рассмотренных уровней абстракций при проектировании БД существует еще один уровень, предшествующий им. Модель этого уровня должна выражать информацию о предметной области в виде, независимом от используемой СУБД. Эти модели называют инфологическими или семантическими, и отражают естественный и удобный для разработчиков и других пользователей форме, связанной с описанием объектов предметной области, их свойств и взаимосвязей. Инфологические модели используются на этапе проектирования БД.
Документальные модели данных соответствуют представлению о слабоструктурированной информации, ориентированной в основном на свободные форматы документов, текстов на естественном языке.
Модели, основанные на языках разметки документов, связаны, прежде всего, со стандартным общим языком разметки — SGML (Standart Generalised Markup Language), который был утвержден ISO в качестве стандарта еще в 80-х годах. Этот язык предназначен для создания других языков разметки, он определяет допустимый набор тегов (ссылок), их атрибуты и внутреннюю структуру документа. Контроль за правильностью использования тегов осуществляется при помощи специального набора правил. С помощью SGML можно описывать структурированные данные, организовывать информацию, содержащуюся в документах, представлять эту информацию в некотором стандартизованном формате. Но ввиду некоторой своей сложности SGML использовался в основном для описания синтаксиса других языков (наиболее известным из которых является HTML), и немногие приложения работали с SGML-документами напрямую.
XML (Extensible Markup Language) — это язык разметки, описывающий целый класс объектов данных, называемых XML-документами. Он используется в качестве средства для описания грамматики других языков и контроля за правильностью составления документов. То есть сам по себе XML не содержит никаких тегов, предназначенных для разметки, он просто определяет порядок их создания.
Тезаурусные модели основаны на принципе организации словарей, содержат определенные языковые конструкции и принципы их взаимодействия в заданной грамматике. Эти модели эффективно используются в системах-переводчиках, особенно многоязыковых переводчиках. Принцип хранения информации в этих системах и подчиняется тезаурусным моделям.
ПРЕДСТАЛЕНИЕ ДАННЫХ В БД. ЛОГИЧЕСКАЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ НЕЗАВИСИМОСТЬ ДАННЫХ
Лекция 2. Классические типы моделей данных. Логическая и физическая независимость данных
КЛАССИФИКАЦИЯ СУБД
ПОНЯТИЕ СУБД. ФУНКЦИИ СУБД
Общее управление БД осуществляется специально предназначенной для этого системой управления БД, состоящей из языковых, алгоритмических и программных средств.
СУБД – совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и использования информации, хранящейся в БД.
СУБД является составной частью автоматизированного банка данных и обеспечивает работу прикладных программных средств с БД.
Главная цель СУБД – предоставить пользователю возможность оперировать данными в близких ему терминах и понятиях, не связанных с конкретными способами хранения данных к компьютере.
СУБД имеет набор средств, которые обеспечивают определённые способы доступа к данным. Наиболее общими операциями, которые выполняются СУБД, являются операции поиска, исправления, добавления, и удаления данных. Операция поиска является главной.
Функции СУБД:
2. Создание, обновление и извлечение информации из БД. Средством извлечения информации из БД является язык обработки данных.
3. Защита данных. Использование системы разрешается лишь пользователям, имеющим на это право.
4. Целостность данных. При выполнении пользователем операций над данными поддерживается согласованность хранящихся данных.
5. Независимость данных. При использовании данных изменение одних не приводит к изменению других.
6. Восстановление БД после сбоев. В случае аппаратных или программных сбоев система должна возвращаться к некоторому согласованному состоянию данных.
Классификация СУБД может быть произведена по различным признакам, среди которых выделяют:
1. По форме представления информации: фактографические, документальные, мультимедийные, которые соответствуют цифровой, символьной и др. формам представления информации. К ним относят картографические, видео-, аудио-, графические и другие БД.
2. По типу используемой модели данных: иерархические, сетевые, реляционные.
3. По типологии хранения данных: локальные и распределённые (удалённые) БД.
4. По типологии доступа и характеру использования: специализированные и интегрированные.
5. По функциональному назначению (характеру решаемых задач): операционные и справочно-информационные.
6. По сфере возможного применения: универсальные и специализированные (или проблемно-ориентированные) системы.
7. По степени доступности: общедоступные и с ограниченным доступом пользователей.
Классификация не является полной. Различные источники предоставляют разнообразную классификацию.
Из определения БД и приведенных ранее основных требований следует, что данные могут использоваться (представлять) по-разному. С одной стороны разные прикладные задачи требуют разных наборов данных, обеспечивающих полноту информации, с другой стороны – они должны быть различными для различных категорий пользователей. Также должны быть различными и способы описания самих данных, их природы, формы хранения, условия взаимной непротиворечивости.
Выделяют три уровня представления данных: концептуальный, внутренний и внешний.
Эти уровни представлений введены исходя из различного рассмотрения БД.
1. Внешний уровень (логический уровень) – уровень представления данных конечного пользователя или прикладного программиста. Например, прикладному программисту требуются не все данные БД, а только некоторая их часть, используемая в его программе. Данный уровень обеспечивает именно эту форму представления данных. Внешний уровень также называют логическим уровнем, так как он не затрагивает физической организации (размещения) данных во внешней памяти. Этот уровень определяет точку зрения БД на отдельные приложения. Каждое приложение видит и обрабатывает только те данные, которые необходимы именно этому приложению. Например, система распределения работ использует сведения о квалификации сотрудника, но ее не интересуют сведения об окладе, домашнем адресе и телефоне сотрудника, именно эти сведения используются в подсистеме отдела кадров.
2. Концептуальный уровень – центральное управляющее звено, здесь БД представлена в наиболее общем виде. Представление на данном уровне представляет собой обобщённый взгляд на данные с позиции предметной области (разработчика приложений, пользователя или внешней информационной системы).
3. Внутренний уровень (физический уровень) – глобальное представление БД, определяет необходимые условия для организации хранения данных на внешних запоминающих устройствах. На этом уровне представления данные располагаются в файлах, с которыми взаимодействует СУБД.
Трёхуровневый подход позволяет обеспечить логическую (между 1 и 2) и физическую (между 2 и 3) независимость при работе с данными.
Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой же базой данных.
Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с одной базой данных.
ВНЕШНИЙ (ЛОГИЧЕСКИЙ) УРОВЕНЬ
| КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ |
ВНУТРЕННИЙ (ФИЗИЧЕСКИЙ) УРОВЕНЬ
Рис. 1. Уровни представления БД
Рассмотренная трехуровневая архитектура обеспечивает выполнение основных требований, предъявляемых к СУБД:
1. Адекватность отражения предметной области.
2. Возможность взаимодействия с БД различных пользователей при решении различных прикладных задач.
3. Обеспечение независимости программ и данных.
4. Надёжность функционирования БД и защита от несанкционированного доступа.
Концепция независимости данных, имеющая важнейшее значение в технологиях БД.
С информационной архитектурой системы БД тесно связана концепция независимости данных, имеющая важнейшее значение в технологии БД. Различают логическую и физическую независимость данных.
Обеспечение логической независимости данных означает способность СУБД предоставлять администратору систем БД определенную степень свободы вариации логического представления БД без необходимости соответствующей модификации приложений и пользовательских запросов. В терминах архитектурных моделей ANSI/X3/SPARK это свойство можно рассматривать как возможность вариации концептуальной схемы БД без необходимости изменения внешних схем.
Под физической независимостью данных понимается способность СУБД предоставлять администратору систем БД некоторую свободу модификации способов организации БД в среде хранения, не вызывая необходимости внесения соответствующих изменений в логическое её представление. Благодаря этому можно вносить изменения в организацию хранимых данных, производить настройку систем с целью повышения ее производительности и эффективности использования ресурсов памяти для хранения БД, не затрагивая созданных прикладных программ, использующих БД
Информационная архитектура системы БД характеризует поддерживаемые в системе представления информационных ресурсов, их свойства и взаимосвязи. Концепции многоуровневой архитектуры стали основой современной технологии БД. Была предложена обобщенная трехуровневая модель информационной архитектуры системы БД, включающая концептуальный, внутренний и внешний уровни. Такая модель описывает архитектуру любой системы с той лишь оговоркой, что кое-какие ее компоненты или функции в конкретной СУБД могут иметь вырожденный характер. Концептуальный уровень архитектуры служит для. далее Именно в среду концептуального уровня при проектировании БД отображается модель предметной области системы. Правильно созданный концептуальный уровень превращается в логическую схему с помощью языка описания данных, т.е. это концептуальный уровень представленный средствами языка описания данных выбранной СУБД. Логическая схема используется программами СУБД для размещения данных в среде хранения на внутреннем уровне, для поддержки единого взгляда на базу данных, общего для всех ее приложений и запросов к БД конечных пользователей.
Физическая схема БД создаётся на основе логической схемы. Механизмы СУБД, поддерживающие внутренний уровень архитектуры, служат для поддержки представления БД в среде хранения. Это единственный уровень информационной архитектуры, где БД в действительности представлена полностью в «материализованном» виде. Описание представления БД на внутреннем уровне архитектуры называется внутренней схемой или схемой хранения.
16. Что такое мобильные базы данных? Сверхбольшие БД.Какие новые достижения находят применение при создании БД?
Развитие беспроводной телекоммуникации открыло возможности для разработки распределённых систем с мобильной архитектурой, называемой системами мобильных баз данных. Однако с ними связан ряд проблем, которые ещё требуют своего разрешения: создание методов управления транзакциями, учитывающих специфику мобильных систем в мобильных и стационарных фрагментах БД и др. Еще одно актуальное направление – это создание техники управления сверхбольшими БД. В последние годы такие БД начали создаваться в ряде областей научных исследований, в частности в космических исследованиях, в молекулярной биологии, в физике частиц, в области аэрофотосъемки земной поверхности. В ближайшие годы объемы таких БД будут достигать 10 Пб.
Ежедневный прирост объема некоторых из них уже сейчас достигает нескольких терабайтов. Для систем такого рода требуются новые методы эффективного доступа и хранения данных, обеспечения целостности данных.
Развитие средств вычислительной и коммуникационной техники, новые достижения в смежных областях информационных технологий, развитие новых сфер применения будут предъявлять новые требования к технологиям БД и стимулировать дальнейшее развитие этого важного направления технологий современных информационных систем.
Хотя технологии БД имеют уже более чем 40-летнюю историю, они не только не исчерпали своего потенциала, но и до сих пор активно используются в разработках информационных систем различного назначения и продолжают развиваться. Существенное влияние оказывают высокие темпы развития ПК и сетевого оборудования, достижения в смежных областях информационных технологий.
Широко известна активная деятельность международного консорциума W3C, направленная на преодоление тех ограничений, которые свойственны действующей версии Web. Консорциум W3C является организацией, ответственной за техническую политику развития Web. Главные его усилия в настоящее время направлены на создание технологической платформы Web нового поколения, основанной на расширяемом языке разметки XML, принятом W3C в качестве стандарта консорциума. Эти разработки стимулировали исследования подходов к созданию систем БД XML, интеграции технологий Web и технологий БД, методов интеграции информационных ресурсов XML и систем БД. В результате сформировалось новое направление в технологиях БД, разработан ряд коммерческих и свободно распространяемых СУБД нового типа, называемых XML-ориентированными СУБД
17. Функции службы АБД. Обязанности администратора предметной области и приложений. Обязанности администратора БД.
На ранней стадии развития технологии баз данных появилась необходимость персонала АБД для централизованного характера управления данными в системах БД, постоянно требующего поиска компромиссов между противоречивыми требованиями различных пользователей или приложений в этой социальной пользовательской среде. Весь комплекс функций АБД ассоциировался с ролью системного персонала, для обозначения которой использовался термин «Администратор Базы Данных». Это сложилось только вместе с признанием концепции многоуровневой архитектуры СУБД.
Персонал АБД выполняет несколько функций, каждая из них возлагается на одно или несколько лиц в зависимости от масштаба системы, количества ее пользователей, поддерживаемого набора приложений и других факторов. В небольших системах каждая из этих функций или даже все они могут выполняться одним лицом. Более того, в простейших случаях, особенно часто встречающихся при работе с БД на ПК, одно лицо может совмещать в себе функции разработчика, пользователя, персонала АБД.
В соответствии со структуризацией различаются функции администратора предметной области, администратора приложений, администратора БД, администратора безопасности.
Администратор предметной области должен обеспечить адекватность концептуальной схемы БД информационным потребностям пользователей и приложений. Он несет ответственность и за адекватное отображение в концептуальной схеме БД тех изменений, которые происходят в предметной области системы. Он должен обеспечивать в необходимых случаях реструктуризацию БД – изменение концептуальной схемы БД – и приведение содержимого БД в соответствие с новой схемой.
Администратор приложений несет ответственность за обеспечение адекватности внешних схем БД информационным потребностям соответствующих приложений, а также за описания отображения внешних схем БД в концептуальную.
Задача администратора БД заключается в обеспечении необходимого уровня производительности системы. Эта задача решается путем использования эффективных методов доступа, рациональной стратегии размещения данных на носителях и оптимальной степени избыточности данных.
В обязанности администратора БД также включают:
— сбор и обработку статистики функционирования системы;
— обеспечение эффективного использования ресурсов пространства памяти на МД;
— обеспечение надежности функционирования системы;
— оценку необходимости перенастройки среды хранения БД;
— изменение при необходимости внутренней схемы базы данных;
— переопределение отображения концептуальной схемы в новую внутреннюю;
— приведение хранимой БД в соответствие новой внутренней схеме;
восстановление состояния БД при нарушениях ее логической и\или физической целостности.
В обязанности администратора безопасности входит управление полномочиями пользователей, определение ограничений управления доступом к данным в БД, поддержка технологии обеспечения безопасности данных.
В системах БД часто предусматривается также функция администратора данных. Эта функция заключается в обеспечении достоверности и полноты данных, содержащихся в БД, их согласованности, а также соблюдения регламента работ по актуализации БД.
В коммерческих СУБД предусматривается, как правило, специальный инструментарий, обычно организованный в виде различного рода программ-утилит АБД.
Дата добавления: 2015-04-21 ; просмотров: 26 ; Нарушение авторских прав
Независимость данных
База данных
Определение. Под базой данных (БД) понимается совокупность связанных данных конкретной предметной области, в которой определения данных и отношений между ними отделены от процедур.
Основное отличие баз данных от систем на основе файлов состоит в том, что эти системы имеют несколько назначений и несколько представлений о данных, а базы данных – несколько назначений и одно представление о данных.
Определение. Система управления данными (СУБД) – комплекс программно-аппаратных средств, обеспечивающих доступ к БД и управление данными.
Требования к СУБД
· Эффективное выполнение функций ПО.
· Предоставление непротиворечивой информации.
· Простота в эксплуатации.
· Простота физической реорганизации.
· Возможность централизованного управления.
Базы данных призваны ликвидировать неприятности, присущие системам на основе файлов, и они это успешно делают, но по сравнению с ними они тоже имеют некоторые недостатки. Объективно – это довольно высокая стоимость и необходимость специальной подготовки, что в простейших случаях хранения данных представляется излишним. Субъективно – пользователь нередко хочет видеть данные в своих файлах без посредников в виде СУБД. Кроме того, при переходе к использованию БД наблюдается снижение ответственности исполнителя, что влияет на достоверность данных. В свою очередь, достоверность трудно контролировать из-за отсутствия избыточности. Возникают проблемы и с защитой данных, для этого требуются специальные мероприятия.
Модели данных
Независимость данных
Прикладной программист, работая над проектом, должен знать ответы на следующие вопросы:
· каков формат данных;
· где они располагаются;
· как к ним обратиться.
Изменения в формате, расположении данных или способах доступа к ним могут повлиять на прикладную программу, что повлечет, как минимум, перекомпиляцию, что вообще неприятно, а для больших проектов особенно. Так как предметная область задачи меняется, такие изменения приходится делать не так уж редко. Независимость данных заключается в том, что программист всегда знает ответы на эти вопросы, то есть его программа не зависит от изменения в расположении, формате данных и способе доступа к ним.
Существует два уровня независимости. Процесс проектирования начинается с установления концептуальных требований, формируется концептуальная модель (КМ) которая представляет объекты и их связи без указания способов физического хранения. Затем КМ переводится в модель данных, совместимую с выбранной СУБД, возникает логическая модель (ЛМ). Наконец, ЛМ отображается на физическую память: метод доступа и расположение. Это внутренняя, физическая, модель (ФМ).
· 1-й уровень независимости – логическая независимость,
· 2-й уровень – физическая независимость.
При наличии независимости на 1-м уровне решения, принимаемые в КМ, не зависят от выбираемой СУБД. Независимость на 2-м уровне означает, что реализация ЛМ не зависит от метода доступа, расположения данных, типа ЭВМ, характеризующих ФМ. Отсюда следует, что для обеспечения независимости в КМ не должны учитываться особенности СУБД, а методы доступа к данным должны быть скрыты.
Определение. Данные независимы, если существует возможность нормального функционирования БД при изменениях как со стороны концептуальной, так и со стороны физической модели, то есть обеспечивается логическая и физическая независимость.