Замечание. Из соображений точности следует отметить, что современный язык PL/I на самом деле вообще не включает никаких особых средств для работы с базами данных. Оператор языка обработки данных (оператор CALL), в частности, обычно просто обращается к СУБД (хотя такие обращения могут быть синтаксически скрыты, чтобы сделать их более дружественными по отношению к пользователю). Разговор о внедрении операторов языка SQL будет продолжен в главе 4.

Вернемся к архитектуре. Как уже отмечалось, отдельного пользователя интересует лишь некоторая часть всей базы данных. Кроме того, представление пользователя об этой части будет, безусловно, чем-то абстрактным по сравнению с выбранным способом физического хранения данных, В соответствии с терминологией ANSI/SPARC представление отдельного пользователя называется внешним представлением. Таким образом, внешнее представление- это содержимое базы данных, каким его видит определенный пользователь (т.е. для каждого пользователя внешнее представление и есть та база данных, с которой он работает). Например, пользователь из отдела кадров может рассматривать базу данных как набор записей с информацией об отделах плюс набор записей с информацией о служащих и ничего не знать о записях с информацией о материалах и их поставщиках, с которыми работают пользователи в отделе снабжения.

В общем случае внешнее представление состоит из некоторого множества экземпляров каждого из многих типов внешних записей (которые вовсе не обязательно должны совпадать с хранимыми записями). Предоставляемый в распоряжение пользователя подъязык данных всегда определяется в терминах внешних записей. Например, операция выборки языка обработки данных осуществляет выборку экземпляров внешних, а не хранимых записей.

Замечание. Теперь мы видим, что термин логическая запись , употреблявшийся в главе 1, на самом деле относится к внешним записям. Поэтому в дальнейшем мы будем избегать его использования.

Каждое внешнее представление определяется посредством внешней схемы, которая, в основном, состоит из определений записей каждого из типов, присутствующих в этом внешнем представлении (см. рис. 2.2). Внешняя схема записывается с помощью языка определения данных, являющегося подмножеством подъязыка данных пользователя. (Поэтому язык определения данных иногда называют внешним языком определения данных.) Например, тип внешней записи о работнике можно определить как шестисимвольное поле с номером работника, плюс поле из пяти десятичных цифр, предназначенное для его зарплаты, и т.д. Кроме того, может потребоваться определить отображение между внешней и исходной концептуальной схемами (подробности - в следующем разделе). Это отображение рассматривается в разделе 2.6.

В данном случае предполагается, что вся информация на внешнем уровне представлена в форме записей. Но некоторые системы позволяют представлять информацию иначе: либо вместо записей, либо совместно с ними. Для использующих такие альтернативные методы систем все определения и пояснения этого раздела требуют соответствующих изменений. Это замечание касается также концептуального и внутреннего уровней. Детальное обсуждение подобных вопросов в этой части книги было бы преждевременным, поэтому мы вернемся к ним позднее, в главах 13 (в особенности - в разделе Список литературы ) и 24.

2.4. Концептуальный уровень

Концептуальное представление - это представление всей информации базы данных в несколько более абстрактной форме (как и в случае внешнего представления) по сравнению с физическим способом хранения данных. Однако концептуальное представление существенно отличается от представления данных каким-либо отдельным пользователем. Вообще говоря, концептуальное представление - это представление данных такими, какими они являются на самом деле, а не такими, какими их вынужден видеть пользователь в рамках, например, определенного языка или используемого аппаратного обеспечения.

Концептуальное представление состоит из некоторого множества экземпляров каждого из существующих типов концептуальных записей. Например, оно может состоять из набора экземпляров записей, содержащих информацию об отделах, набора экземпляров записей, содержащих информацию о поставщиках, набора экземпляров записей, содержащих информацию о материалах, и т.д. Концептуальная запись вовсе не обязательно должна совпадать с внешней записью, с одной стороны, и с хранимой записью - с другой.

Концептуальное представление определяется с помощью концептуальной схемы, включающей определения для каждого существующего типа концептуальных записей (см. рис. 2.2). Концептуальная схема использует другой язык определения данных- концептуальный. Чтобы добиться независимости данных, нельзя включать в определения концептуального языка какие-либо указания о структурах хранения или методах доступа. Определения концептуального языка должны относиться только к содержанию информации. Это означает, что в концептуальной схеме не должно быть никакого упоминания о представлении хранимого файла, упорядоченности хранимых записей, индексировании, хеш-адресации, указателях или других подробностях хранения данных или доступа к ним. Если концептуальная схема действительно обеспечивает независимость данных в этом смысле, то внешние схемы, определенные на основе концептуальной (раздел 2.6), заведомо будут обеспечивать независимость данных.

Концептуальное представление - это представление всего содержимого базы данных, а концептуальная схема - это определение такого представления. Однако было бы ошибкой полагать, что концептуальная схема представляет собой не более чем набор определений, весьма напоминающих простые определения записей в программе на языке COBOL (или каком-либо другом языке). Определения в концептуальной схеме могут включать большое количество различных дополнительных аспектов обработки данных, например таких, как ограничения защиты или требования поддержки целостности данных, упомянутые в главе 1. Более того, некоторые авторитетные специалисты предлагают в качестве конечной цели создания концептуальной схемы описание всего предприятия - не только самих его данных, но и того, как эти данные используются, как они перемещаются внутри предприятия, для чего используются в каждом конкретном месте, какая проверка и иные типы контроля применяются к ним в каждом отдельном случае и т.д. [2.3]. Однако необходимо подчеркнуть, что ни одна сегодняшняя система реально не поддерживает такого концептуального уровня, который хотя бы немного приблизился к указанной выше степени развитости. В большинстве существующих систем концептуальная схема в действительности представляет собой не-

что, что лишь немного больше простого объединения всех независимых внешних схем с привлечением дополнительных средств безопасности и поддержкой правил обеспечения целостности. Вероятно, со временем системы будут гораздо интеллектуальнее в поддержке концептуального уровня.

2.5. Внутренний уровень

Третьим уровнем архитектуры является внутренний уровень. Внутреннее представление - это низкоуровневое представление всей базы данных как базы, состоящей из некоторого множества экземпляров каждого из существующих типов внутренних записей. Термин внутренняя запись относится к терминологии ANSI/SPARC и означает конструкцию, иначе называемую хранимой записью (в дальнейшем мы будем использовать именно этот термин). Внутреннее представление, так же как внешнее и концептуальное, отделено от физического уровня, поскольку в нем не рассматриваются физические записи, обычно называемые блоками или страницами, и физические области устройства хранения, такие как цилиндры и дорожки. Другими словами, внутреннее представление предполагает наличие бесконечного линейного адресного пространства. Особенности методов отображения этого адресного пространства на физические устройства хранения в значительной степени зависят от используемой операционной системы и по этой причине не включены в общую архитектуру.

Замечание. Блоки (или страницы) устройства ввода-вывода - это количество данных, передаваемых из вторичной памяти (памяти накопителя) в основную (оперативную) память за одну операцию ввода-вывода. Обычно страницы имеют размер 1, 2 или 4 Кбайт (1 Кбайт = 1024 байт).

Внутреннее представление описывается с помощью внутренней схемы, которая определяет не только различные типы хранимых записей, но также существующие индексы, способы представления хранимых полей, физическую упорядоченность хранимых записей и т.д. (И снова за простым примером обратитесь к рис. 2.2.) Внутренняя схема описывается с использованием еще одного языка определения данных - внутреннего.

Замечание. В этой книге вместо терминов внутреннее представление и внутренняя схема обычно будут использоваться интуитивно более понятные термины хранимая структура или хранимая база данных и определение структуры хранения соответственно.

В заключение отметим, что в некоторых исключительных ситуациях прикладные программы, в частности те, которые называются утилитами (о чем подробнее будет рассказано в разделе 2.11), могут выполнять операции непосредственно на внутреннем, а не на внешнем уровне. Конечно, использовать такую практику не рекомендуется, поскольку она связана с определенным риском с точки зрения безопасности (правила безопасности игнорируются) и сохранения целостности данных (правила целостности тоже игнорируются). К тому же такая программа будет зависеть от обрабатываемых данных. Однако иногда подобный подход может быть единственным способом реализации требуемой функции или достижения необходимого быстродействия (так же, как пользователю языка высокого уровня иногда по тем же причинам необходимо прибегнуть к языку ассемблера).