Функции СУБД и независимость данных.
Понятие независимости данных.
Основное, качественное отличие СУБД от предшествующих систем обработки информации является независимость данных. Для предшествующих систем сведения об организации данных и способах доступа к ним были встроены в логику и код приложения. Если, по каким-то причинам, необходимо было изменить структуру записей или способ доступа к файлу с информацией, то для приложений, не использующих технологию СУБД, необходимо было переписать приложения (программы).
СУБД построены таким образом, чтобы обеспечивать развитие БД, не оказывая существенного влияния на приложения.
Уровни абстракции архитектуры СУБД.
Три уровня абстракции в структуре СУБД, внешний – концептуальный – внутренний, обеспечивают два уровня независимости данных.
Первый уровень независимости данных обеспечивается отображением концептуального уровня на внутренний (физический) уровень и называется физической независимостью данных. Это отображение описывает, как концептуальные записи представлены на внутреннем уровне. Так как, отображение описывается в файле с информацией, то при изменении внутренней структуры хранимой базы, изменяется и отображение концептуальный – внутренний так, чтобы концептуальная схема осталась не изменой.
Пример: некоторое приложение работает с хранимым файлом, в котором описаны два поля «А» и «В». Если этот файл заменить на другой, в котором хранимые поля переставлены местами («В» и «А»), то это изменение структуры записи хранимого файла не приведет к нарушению работы данного приложения.
Пример: изменение размеров полей не приводит к нарушению работы ранее написанных приложений.
Второй вид независимости обеспечивается отображением внешний – концептуальный и называется логической независимостью данных. Отображение внешний – концептуальный определяет соответствие между некоторым внешним представлением и концептуальной схемой. По мере использования БД может потребоваться модификация концептуальной схемы, например, с целью включения информации о новых типах объектов или дополнительной информации об уже представленных в ней объектах.
Пример: требуется информация об уровнях шума и загрязнении атмосферы на авиарейсах компании. Если таких сведений в базе данных нет, то возможно включение в БД сведения о шуме и загрязнении каждого самолета, без перестройки уже разработанных приложений.
Некоторые модификации концептуальной схемы можно выполнить, не затрагивая существующих представлений. Другие модификации становятся возможными, если переопределить отображение схемы уровня представлений на концептуальную схему. При этом не требуется каких-либо изменений в существующих приложениях (прикладных программах). Единственный вид изменений в концептуальной схеме, который не может быть осуществлен путем переопределения соответствия между схемой представления и концептуальной схемой, это удаление информации из концептуальной схемы, соответствующей представленной во внешней схеме (схеме представлений). Такие изменения обычно требуют переработки приложений или отказ от некоторых программ.
Администратор баз данных.
Для реализации большой БД важную роль играют два специалиста: администратор данных (системный аналитик) и администратор БД. Иногда функции этих специалистов совмещаются в одном лице.
Администратор данных (системный аналитик) – это специалист, отвечающий за стратегию и политику принятия решений, связанных с данными предприятия на уровне представлений. Он определяет, какие именно данные необходимо сохранять в БД. Определяет объекты, в которых заинтересовано предприятие, а также информацию, которую необходимо записывать об этих объектах. Этот процесс иногда называют логическим проектированием БД. При этом осуществляется тесное взаимодействие с конкретными пользователями и формализация схем уровня представлений. Для выполнения этой работы необходим специалист знакомый с предметной областью (или способный освоить любую предметную область) и одновременно знакомый с законами и принципами программирования. Часто этот специалист уже на уровне разработки представлений может дать совет по повышению эффективности работы предприятия и на западе называется системным аналитиком (человек способный проанализировать систему).
Администратор БД – это специалист, обеспечивающий необходимую техническую поддержку реализации логического проектирования. Приведём список функций администратора БД при совмещении им функций системного аналитика:
1) Создание схем представлений.
2) Определение концептуальной схемы с помощью концептуального языка определения данных. При этом используется одна из 3-х моделей концептуального уровня.
3) Определение внутренней схемы (физическое представление) с использованием внутреннего языка определения данных. Определение соответствия между внутренней и концептуальной схемами.
4) Взаимодействие с пользователями:
- предоставления пользователям полномочий на использование БД или её частей;
- помощь пользователям в разработке схем представлений;
- определение соответствия между схемами представления и концептуальной схемой;
- консультации по разработке приложений (для прикладных программистов) обеспечение технического образования, помощь в выявлении и решении возникающих проблем.
5) Определение правил безопасности и целостности. Т.е. описание условий непротиворечивости и ограничений в доступе к файлам БД.
6) Определение процедур резервного копирования и восстановления информации после аппаратных или программных сбоев.
7) Управление производительностью и реагирование на изменяющиеся требования:
- модификация реализации концептуальной схемы внутренней (физической), если сведения об использовании БД показывают, что другая организация была бы более эффективной;
- модификация концептуальной схемы с целью устранения недостатков первоначального проекта, или в связи с изменением требований предприятия.
Этапы работы СУБД.
СУБД– представляет собой программное обеспечение, которое управляет доступом к БД. Это происходит следующим образом:
1) Пользователь выдаёт запрос на доступ, применяя определенный подъязык данных, например SQL.
2) СУБД перехватывает и анализирует запрос.
3) СУБД строит преобразование внутренний – концептуальный и внешний – концептуальный.
4) СУБД выполняет необходимые операции над хранимой БД.
Функции СУБД
1) Определение данных.
СУБД должна допускать определение данных (внешние схемы, концептуальную схему, внутреннюю схему, а также все связанные отношения). Описания должны быть произведены на некотором исходном языке и СУБД должна преобразовать эти описания в форматы соответствующих компонент БД (т.е. включать обработку синтаксиса языка определения данных).
2) Обработка данных.
СУБД должна обрабатывать запросы пользователей на выборку, изменение, удаление существующих данных в БД или на добавление новых данных. Т.е. СУБД должна включать в себя компонент процессора языка обработки данных.
Замечание: Запросы языка обработки данных бывают планируемые и непланируемые.
Планируемый запрос – это запрос, необходимость которого предусмотрена заранее. Администратор БД, возможно, должен настроить физический проект БД таким образом, чтобы гарантировать достаточное быстродействие для таких запросов.
Непланируемый запрос – это специальный запрос, необходимость которого не была предусмотрена заранее. Возможность эффективной реализации такого запроса может быть предусмотрена в физической реализации БД.
Получение наибольшей производительности для непланируемых запросов представляет собой одну из проблем. Планируемые запросы обычно осуществляются из написанных заранее приложений, а непланируемые формируются интерактивно.
3) Безопасность и целостность данных.
СУБД должна контролировать пользовательские запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности, определенных Администратором Базы Данных.
4) Восстановление данных и дублирование.
СУБД, или другой связанный с ней программный компонент, должен осуществлять необходимый контроль над восстановлением данных и дублированием.
5) СУБД должна обеспечить функцию словаря данных.
Словарь данных является базой данных, но не пользовательской, а системной. Словарь данных содержит данные о данных (так называемые метаданные), т.е. определения других объектов системы. В словаре, например, могут храниться определения различных схем (внешней, концептуальной, внутренней), отображения схем и другая информация.
6) Обеспечение производительности.
Очевидно, что СУБД должна выполнять все указанные функции с максимально возможной производительностью.
Итак, кратко можно сказать, что назначение СУБД в предоставлении пользовательского интерфейса с БД. Это интерфейс можно рассматривать как границу в системе, ниже которой всё невидимо для пользователя. Следовательно, пользовательский интерфейс находится на внешнем уровне. Хотя встречаются случаи, когда внешнее представление практически не отличается от относящейся к нему части концептуальной схемы.