Arhitectura sistemelor de gestiune a bazelor de date

Arhitectura sistemelor de gestiune a bazelor de date

Asigurarea independentei fizice si logice a datelor impune adoptarea unei arhitecturi de baze de date organizata pe trei niveluri:

nivelul intern (baza de date fizica);

nivelul conceptual (modelul conceptual, schema conceptuala);

nivelul extern (modelul extern, subschema, vizualizarea).

Nivelul central este nivelul conceptual. Acesta corespunde structurii canonice a datelor ce caracterizeaza procesul de modelat, adica structura semantica a datelor fara implementarea pe calculator. Schema conceptuala permite definirea tipurilor de date ce caracterizeaza proprietatile elementare ale entitatilor, definirea tipurilor de date compuse care permit regruparea atributelor pentru a descrie entitatile modelului si legaturile intre aceste entitati, definirea regulilor pe care trebuie sa le respecte datele etc.

Nivelul intern corespunde structurii interne de stocare a datelor. Schema interna permite descrierea datelor unei baze sub forma in care sunt stocate in memoria calculatorului. Sunt definite fisierele care contin aceste date, articolele din fisiere, drumurile de acces la aceste articole etc.

La nivel conceptual sau intern, schemele descriu o baza de date. La nivel extern schemele descriu doar o parte din date care prezinta interes pentru un utilizator sau un grup de utilizatori. Schema externa reprezinta o descriere a unei parti a bazei de date ce corespunde viziunii unui program sau unui utilizator. Modelul extern folosit este dependent de limbajul utilizat pentru prelucrarea bazei de date. Schema externa permite asigurarea unei securitati a datelor. Un grup de lucru va accesa doar datele descrise in schema sa externa, iar restul datelor sunt protejate impotriva accesului neautorizat sau rau intentionat.

Pentru o baza de date particulara exista o singura schema interna, o singura schema conceptuala, dar exista mai multe scheme externe.

In afara de aceste trei niveluri, arhitectura presupune si anumite corespondente dintre acestea:

corespondenta conceptual-intern defineste relatia dintre nivelul conceptual si baza de date stocata, specificand modul in care inregistrarile si campurile conceptuale sunt reprezentate la nivel intern;

corespondenta extern-conceptual defineste relatia dintre o anumita vizualizare externa si nivelul (vizualizarea) conceptual, reprezentand cheia independentei logice de date;

corespondenta extern-extern permite definirea unor vizualizari externe in functie de altele, fara a necesita o definitie explicita a corespondentei cu nivelul conceptual.

Arhitectura functionala de referinta propusa de grupul de lucru ANSI/X3/SPARC este axata pe dictionarul datelor si cuprinde doua parti:

prima, permite descrierea datelor (compozitia dictionarului datelor);

a doua, permite prelucrarea datelor (interogarea si reactualizarea bazei de date).

In fiecare parte se regasesc cele trei niveluri: intern, conceptual si extern. Acestea nu sunt neaparat distincte pentru orice SGBD.

Interfetele numerotate din figura 1.1, ce descriu arhitectura de referinta a unui SGBD, corespund urmatoarelor transformari:

a)       Limbaj de descriere a datelor conceptuale, format sursa – permite administratorului intreprinderii sa defineasca schema conceptuala, format sursa.

b)       Limbaj de descriere a datelor conceptuale, format obiect – se obtine din compilarea celui precedent si permite aranjarea schemei obiect in dictionarul datelor.

ANALIZA: Filtre numerice iir - lucrarea de laborator ANALIZA: Recursivitate - proiect de tehnologie didactica

c)       Limbaj de descriere a datelor conceptuale, format editare – permite administratorilor aplicatiilor si a bazelor sa consulte schema conceptuala pentru a defini reguli de corespondenta.

d)       Limbaje de descriere a datelor externe, format sursa – permit administratorilor aplicatiilor sa defineasca scheme externe corespunzand schemei conceptuale. Deoarece sistemele de gestiune pot suporta mai multe modele externe, pot exista mai multe limbaje de descriere a datelor externe.

e)       Limbaje de descriere a datelor externe, format obiect – corespund formelor compilate ale celor precedente si permit aranjarea schemelor externe (obiect) in dictionarul datelor.

f)        Limbaj de descriere a datelor interne, format sursa – permite administratorului bazei de date sa defineasca schema interna si regulile de corespondenta cu schema conceptuala.

g)       Limbaj de descriere a datelor interne, format obiect – corespunde formei compilate a celui precedent si permite aranjarea schemei interne (obiect) in dictionarul datelor.

h)       Limbaje de prelucrare a datelor externe, format sursa – permit programatorilor de aplicatii sau utilizatorilor neinformaticieni sa manipuleze date externe (view).

i)        Limbaje de prelucrare a datelor externe, format obiect – corespund formelor compilate ale celor precedente.

j)        Limbaj de prelucrare a datelor conceptuale, format obiect – produs de procesorul de transformare extern/ conceptual pentru a manipula datele externe.

k)       Limbaj de prelucrare a datelor interne, format obiect –produs de procesorul de transformare conceptual/intern pentru a gestiona datele interne.

l)        Limbaj de stocare a datelor, format obiect – corespunde interfetei cu sistemul de stocare a datelor.

m)     Interfata cu memoria secundara – permite efectuarea de intrari/iesiri in/din unitatea de memorie secundara.

n)       Interfata de acces la dictionarul datelor – permite diverselor procesoare de transformare sa acceseze scheme obiect si reguli de corespondenta.

Procesoarele din figura 1.1 au urmatoarele functii:

procesorul schemei conceptuale compileaza schema conceptuala si daca nu sunt erori depune schema compilata in dictionarul datelor;

procesorul schemei externe compileaza schemele externe si regulile de corespondenta externa si daca nu sunt erori aranjeaza schema compilata si regulile de corespondenta in dictionarul datelor;

procesorul schemei interne are rol similar pentru schema interna;

procesorul de transformare extern/conceptual transforma manipularile externe in manipulari conceptuale si invers, datele conceptuale in date externe;

procesorul de transformare conceptual/intern transforma manipularile conceptuale in manipulari interne si invers, datele interne in date conceptuale;

procesorul de transformare intern/stocare transforma manipularile interne in primitive ale sistemului de stocare si invers, elibereaza datele stocate intr-un format corespunzator schemei interne.

Fig. 1.1 Arhitectura de referinta a unui SGBD.

Gardarin a propus o arhitectura functionala apropiata de arhitectura sistemelor de gestiune actuale care are la baza doar doua niveluri:

schema, care corespunde integrarii schemelor interne si conceptuale;

vizualizarea, care este o schema externa.

Sistemul de gestiune gestioneaza un dictionar de date care este alimentat prin comenzi de definire a schemei si prin comenzi de definire a vizualizarilor.

Aceste comenzi, precum si cererile de prelucrare sunt analizate si tratate de un procesor numit analizor. Analizorul realizeaza analiza sintactica si semantica a cererii si o traduce in format intern. O cerere in format intern care face referinta la o vizualizare este tradusa in una sau mai multe cereri care fac referinta la obiecte ce exista in baza de date (modificarea cererilor).

In cadrul acestei arhitecturi exista un procesor, numit translator, care realizeaza modificarea cererilor, asigura controlul drepturilor de acces si controlul integritatii in cazul reactualizarilor.

Componenta cheie a sistemului de gestiune este procesorul optimizor care elaboreaza un plan de acces optim pentru a trata cererea. Acest procesor descompune cererea in operatii de acces elementare si alege o ordine de executie optimala. De asemenea, evalueaza costul planului de acces inaintea executiei sale.

Planul de acces ales si elaborat de optimizor este executat de un procesor numit executor. La acest nivel este gestionat controlul concurentei.