Архітектура баз даних

Базу даних можна уявити як людинозорієнтовану і комп'ютерозорієнтова-ну модель даних, кожна з яких визначає своє середовище збереження даних. Людинозорієнтована модель бази даних відображається в паперових документах і в пам'яті людини, а компютерозорієнтоваиа - на фізичних носіях ЕОМ. Кожний рівень даних характеризується своїм описом (сприйняттям) елементів даних - зовнішній (інфологічний), концептуальний (даталогічний) і внутрішній (фізичний) рівень. Ці рівні формують трирівневу архітектуру баз даних.

Опис, виконаний із використанням природної мови, математичних формул, таблиць, графіків та інших засобів, зрозумілий людям, які працюють над проектуванням бази даних, називають інфологічною моделлю даних. Основними конструктивними елементами іифологічної моделі є сутності, зв'язки між ними та їхні властивості. Сутність - це будь-який об'єкт, інформацію про який потрібно зберігати в базі даних. Сутностями можуть бути товари, виробники товарів, банківські рахунки тощо. Властивість - піменована характеристика сутності (поточний рахунок, фірма " Світоч" тощо). Для прискорення пошуку конкретних атрибутів бази даних використовують ключі. Ключ - мінімальний набір атрибутів, за значенням яких можна однозначно знайти необхідний примірник сутності. Наприклад, для сутності Розклад_занять ключем є атрибут №_групи або набір: Дмс-ципліна, Час і Лектор.

Одна з основних вимог до організації бази даних - це забезпечення можливостей знаходження одних інформаційних об'єктів за значенням інших, для цього необхідно встановити між ними певні зв'язки. Оскільки в реальних базах даних нерідко зберігаються сотні і навіть тисячі сутностей, то теоретично між ними може бути встановлено більше, ніж мільйон зв'язків. Наявність такої множини зв'язків і визначає складність інфологічних моделей.

Під час побудови інфологічних моделей, як правило, використовують мову ER-діаграм (від англ. Entity-Relationship - сутність-зв'язок). У них сутності відображаються прямокутниками, асоціації - ромбами або шестикутниками, атрибути - овалами, а зв'язки між ними - неналравленими ребрами, над якими можуть проставлятися ступені зв'язку (1 або буква, яка заміняє слово " багато") і необхідні пояснення. Між двома сутностями, наприклад А і В, можливі чотири типи зв'язків.

Перший тип - зв'язок " один-до-одного" (1: 1): у кожний момент часу кожному представникові сутності А відповідає 1 або 0 представників сутності В.

Другий тип - зв'язок " один-до-багатьох" (1: М): одному представникові сутності А відповідає 0, 1 або кілька представників сутності В.

Між двома сутностями можливі зв'язки в обох напрямках, тому існують ще два типи зв'язків " багато-до-одного" (м: 1) і " багато-до-бага-тьох" (м: n).

Побудова хорошої інфологічної моделі - досить складний процес. Досвід побудови таких моделей десятиліттями формували провідні спеціалісти у сфері обробки даних.

Інфологічна модель даних є основою для розробки концептуальної моделі даних (даталогічноі). Концептуальний рівень описує дані, які мають зберігатись на машинних носіях, а також зв'язки, які існують між ними, і містить логічну структуру всієї бази даних. На цьому рівні описуються типи даних, здійснюється їх нормалізація, визначається перелік файлів бази даних.

Організація обробки даних у СУБД

База даних, як правило, містить дані, що потрібні багатьом користувачам. Отримання одночасного доступу кількох користувачів до спільної бази даних можливе в разі встановлення СУБД у локальній мережі персональних комп'ютерів і створення бази даних для багатьох користувачів (рис. 2.20).

Рис. 2.20. СУБД у багатокористувацькій системі

Організація обробки даних залежить від способу їх розподілу. Існують централізований, децентралізований і мішаний способи розподілу даних.

Централізована організація даних є найпростішою для реалізації (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Централізована організація даних

На одному сервері є єдина копія бази даних. Усі операції з базою даних забезпечує сервер. Доступ до даних здійснюється за допомогою віддаленого запиту, або трансакції. Перевагою такого способу є легка підтримка бази даних в актуальному стані, недоліком - обмеження розміру бази ємністю зовнішньої пам'яті сервера, усі запити направляються до одного сервера, що зумовлює затримку зв'язку і, відповідно, обробки.

Децентралізована організація даних передбачає поділ інформаційної бази на кілька фізично поділених. Кожний клієнт використовує свою базу даних, яка може бути або частиною загальної інформаційної бази (рис. 2.22), або її копією (рис. 2.23).

Рис. 2.22. Децентралізована організація даних засобом поділу

Рис. 2.23. Децентралізована організація даних засобом дублювання

Переваги цього методу: користувацькі запити надходять до локальних баз, що скорочує час відповіді; збільшується надійність зберігання; вартість запитів знижується тощо.

Недоліки системи - підвищення вимог до ємності зовнішньої пам'яті, ускладнення в редагуванні баз даних, оскільки потрібна синхронізація для узгодження копій.

Така система організації даних передбачає наявність інформації про її розташування, тобто має бути керуюча програма, за допомогою якої здійснюється пошук потрібних даних.

У базі з централізованою організацією даних головну роль виконує сервер бази даних. Він забезпечує реалізацію багатокористувацького інтерфейсу (доступ користувачів до всіх файлів). Файлові сервери здійснюють переміщення повних копій файлів від сервера до робочої станції і у зворотному напрямку.

Можлива і мішана організація даних, яка об'єднує два способи -поділ і дублювання, набуваючи при цьому і переваг, і недоліків обох способів (рис. 2.24).

Рис. 2.24. Мішана організація даних

У мережі СУБД стежить за розмежуванням доступу різних користувачів до спільної бази даних і забезпечує захист даних за одночасної роботи користувачів зі спільними даними.

У мережі з файловим сервером база даних може розміщуватися на сервері. При цьому СУБД завантажується і здійснює обробку даних бази на робочих станціях користувачів.

Концепція файлового сервера в локальній мережі забезпечується низкою мережевих операційних систем (Microsoft Windows NT, Novell NetWare тощо)

У мережі, що підтримує концепцію " клієнт/сервер", використовується сервер баз даних, який розміщується на потужній машині, виконує обробку даних, що розміщені на сервері, і відповідає за їхню цілісність і збереження. Для управління базою даних насервері використовується мова структурованих запитів SQL (Structured Queries Language).

На робочих станціях-клієнтах працює СУБД-клієнт. Користувачі можуть взаємодіяти не лише зі своїми локальними базами, а й з даними, що розташовані на сервері. СУБД-клієнт, в якій підтримується SQL, у повному обсязі може надсилати на сервер запити SQL, отримувати потрібні дані, а також надсилати поновлені дані. При цьому зі спільною базою даних можуть працювати СУБД різного типу, що встановлені на робочих станціях, якщо в них підтримується SQL.