Что такое независимость данных
11) Независимость данных в СУБД
Что такое независимость данных СУБД?
Независимость данных определяется как свойство СУБД, которое помогает вам изменять схему базы данных на одном уровне системы базы данных, не требуя изменения схемы на следующем более высоком уровне. Независимость данных помогает вам отделить данные от всех программ, которые их используют.
Вы можете использовать эти сохраненные данные для вычислений и представления. Во многих системах независимость данных является важной функцией для компонентов системы.
В этом уроке вы узнаете:
Типы независимости данных
В СУБД существует два типа независимости данных
Уровни базы данных
Прежде чем мы изучим независимость данных, важно освежить в памяти уровень базы данных. База данных имеет 3 уровня, как показано на диаграмме ниже
Рассмотрим пример базы данных университета. На разных уровнях так будет выглядеть реализация:
Независимость физических данных
Независимость физических данных помогает вам отделить концептуальные уровни от внутренних и физических уровней. Это позволяет предоставить логическое описание базы данных без необходимости указывать физические структуры. По сравнению с логической независимостью легко достичь физической независимости данных.
Благодаря физической независимости вы можете легко изменять физические структуры или устройства хранения, влияя на концептуальную схему. Любые сделанные изменения будут поглощены сопоставлением концептуального и внутреннего уровней. Физическая независимость данных достигается благодаря наличию внутреннего уровня базы данных, а затем трансформации с концептуального уровня базы данных на внутренний уровень.
Примеры изменений в физической независимости данных
Из-за физической независимости любое из приведенных ниже изменений не повлияет на концептуальный уровень.
Независимость логических данных
Независимость логических данных — это способность изменять концептуальную схему без изменения
Любые сделанные изменения будут поглощены сопоставлением между внешним и концептуальным уровнями.
По сравнению с независимостью от физических данных трудно добиться логической независимости данных.
Примеры изменений в разделе «Логическая независимость данных»
Из-за логической независимости любое из приведенных ниже изменений не повлияет на внешний уровень.
Существует два типа независимости данных: физическая и логическая независимость данных.
Содержание
Первый уровень независимости данных
Второй уровень независимости данных
Физическая структура данных называется «описанием физических данных». Физическая независимость данных связана с сокрытием деталей структуры хранения от пользовательских приложений. Приложение не должно быть связано с этими проблемами, поскольку концептуально нет никакой разницы в операциях, выполняемых с данными. Есть три типа независимости данных:
Независимость от данных
Независимость данных можно объяснить следующим образом: каждый более высокий уровень архитектуры данных невосприимчив к изменениям следующего более низкого уровня архитектуры.
Логическая схема остается неизменной, даже если пространство для хранения или тип некоторых данных изменяются по причинам оптимизации или реорганизации. При этом внешняя схема не меняется. В этом случае могут потребоваться изменения внутренней схемы, поскольку здесь была реорганизована некоторая физическая схема. Физическая независимость данных присутствует в большинстве баз данных и файловых сред, в которых аппаратное хранилище кодирования, точное расположение данных на диске, объединение записей скрыто от пользователя.
Типы независимости данных
Возможность изменять определение схемы на одном уровне, не затрагивая схему этого определения на следующем более высоком уровне, называется независимостью данных. Существует два уровня независимости данных: физическая независимость данных и логическая независимость данных.
Логической независимости данных достичь труднее, чем физической, поскольку прикладные программы сильно зависят от логической структуры данных, к которым они обращаются.
Основные понятия и определения
Современные авторы часто употребляют термины » банк данных » и » база данных » как синонимы, однако в общеотраслевых руководящих материалах по созданию банков данных Государственного комитета по науке и технике (ГКНТ), изданных в 1982 г., эти понятия различаются. Там приводятся следующие определения банка данных, базы данных и СУБД :
Банк данных (БнД) — это система специальным образом организованных данных — баз данных, программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.
Система управления базами данных ( СУБД ) — совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.
Сухой канцелярский язык труден для восприятия, но эти определения четко разграничивают назначение всех трех базовых понятий, и мы можем принять их за основу.
Архитектура базы данных. Физическая и логическая независимость
Эта архитектура позволяет обеспечить логическую (между уровнями 1 и 2) и физическую (между уровнями 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 данной базой данных. Это именно то, чего не хватало при использовании файловых систем.
Выделение концептуального уровня позволило разработать аппарат централизованного управления базой данных.
Процесс прохождения пользовательского запроса
Рисунок 2.2 иллюстрирует взаимодействие пользователя, СУБД и ОС при обработке запроса на получение данных. Цифрами помечена последовательность взаимодействий:
БМД — это База Метаданных,именно здесь и хранится вся информация об используемых структурах данных, логической организации данных, правах доступа пользователей и, наконец, физическом расположении данных. Для управления БМД существует специальное программное обеспечение администрирования баз данных, которое предназначено для корректного использования единого информационного пространства многими пользователями.
Пользователи банков данных
Как любой программно-организационно-техничеcкий комплекс, банк данных существует во времени и в пространстве. Он имеет определенные стадии своего развития:
На каждом этапе своего существования с банком данных связаны разные категории пользователей.
Определим основные категории пользователей и их роль в функционировании банка данных:
Рассмотрим их более подробно.
В составе группы администратора БД должны быть:
Если речь идет о коммерческом банке данных, то важную роль здесь играют специалисты по маркетингу.
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.
Независимость данных
Существует два типа независимости данных: физическая и логическая независимость данных.
Физическая структура данных называется «описанием физических данных». Физическая независимость данных связана с сокрытием деталей структуры хранилища от пользовательских приложений. Приложение не должно быть связано с этими проблемами, поскольку концептуально нет никакой разницы в операциях, выполняемых с данными. Существует три типа независимости данных:
Независимость от данных
Независимость данных можно объяснить следующим образом: каждый более высокий уровень архитектуры данных невосприимчив к изменениям следующего более низкого уровня архитектуры.
Логическая схема остается неизменной, даже если пространство для хранения или тип некоторых данных изменяются по причинам оптимизации или реорганизации. При этом внешняя схема не меняется. В этом случае могут потребоваться изменения внутренней схемы, так как здесь была реорганизована некоторая физическая схема. Физическая независимость данных присутствует в большинстве баз данных и файловых сред, в которых аппаратное хранилище кодирования, точное расположение данных на диске, объединение записей скрыто от пользователя.
Возможность изменять определение схемы на одном уровне, не затрагивая схему этого определения на следующем более высоком уровне, называется независимостью данных. Существует два уровня независимости данных: физическая независимость данных и логическая независимость данных.
Логической независимости данных добиться труднее, чем физической, поскольку прикладные программы сильно зависят от логической структуры данных, к которым они обращаются.