Архитектура базы данных. Физическая и логическая независимость
Терминология в СУБД, да и сами термины «база данных» и «банк данных»
частично заимствованы из финансовой деятельности. Это заимствование — не случайно
и объясняется тем, что работа с информацией и работа с денежными массами во
многом схожи, поскольку и там и там отсутствует персонификация объекта обработки:
две банкноты достоинством в сто рублей столь же неотличимы и взаимозаменяемы,
как два одинаковых байта (естественно, за исключением серийных номеров). Вы
можете положить деньги на некоторый счет и предоставить возможность вашим родственникам
или коллегам использовать их для иных целей. Вы можете поручить банку оплачивать
ваши расходы с вашего счета или получить их наличными в другом банке, и это
будут уже другие денежные купюры, но их ценность будет эквивалентна той, которую
вы имели, когда клали их на ваш счет.
В процессе
научных исследований, посвященных тому, как именно должна быть устроена СУБД,
предлагались различные способы реализации. Самым жизнеспособным из них оказалась
предложенная американским комитетом по стандартизации ANSI (American National
Standards Institute) трехуровневая система организации БД, изображенная на рис.
2.1:
Рис. 2.1. Трехуровневая модель системы управления базой данных, предложенная ANSI
Уровень внешних моделей
-
самый верхний уровень, где каждая модель имеет свое «видение»
данных. Этот уровень определяет точку зрения на БД отдельных приложений. 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, и наоборот,
именно эти сведения используются в подсистеме отдела кадров.
Концептуальный уровень
-
центральное управляющее звено, здесь база данных представлена в наиболее
общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими
с данной базой данных. Фактически концептуальный уровень отражает обобщенную
модель предметной области (объектов реального мира), для которой создавалась
база данных. Как любая модель, концептуальная модель отражает только существенные,
с точки зрения обработки, особенности объектов реального мира.
Физический уровень
-
собственно данные, расположенные в файлах или в страничных структурах, расположенных
на внешних носителях информации.
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.
Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса? (Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды. Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.