Chapter 2

Database Environment

Transparencies

1

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Chapter 2 - Objectives



Purpose of three-level database architecture.



Contents of external, conceptual, and internal levels.



Purpose of external/conceptual and
conceptual/internal mappings.



Meaning of logical and physical data independence.



Distinction between DDL and DML.



A classification of data models.

2

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Chapter 2 - Objectives



Purpose/importance of conceptual

modeling.



Typical functions and services a DBMS

should provide.



Function and importance of system

catalog.



Software components of a DBMS.



Meaning of client–server architecture and

advantages of this type of architecture for a

DBMS.



Function and uses of Transaction

3

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Objectives of Three-Level

Architecture



All users should be able to access same

data.



A user’s view is immune to changes made

in other views.



Users should not need to know physical

database storage details.

4

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Objectives of Three-Level

Architecture



DBA should be able to change database

storage structures without affecting the

users’ views.



Internal structure of database should be

unaffected by changes to physical aspects

of storage.



DBA should be able to change conceptual

structure of database without affecting all

users.

5

© Pearson Education Limited 1995, 2005

ANSI-SPARC

Three-Level

Architecture

6

© Pearson Education Limited 1995, 2005

ANSI-SPARC Three-Level

Architecture



External Level



Users’ view of the database.



Describes that part of database that is

relevant to a particular user.



Conceptual Level



Community view of the database.



Describes what data is stored in database

and relationships among the data.

7

© Pearson Education Limited 1995, 2005

ANSI-SPARC Three-Level

Architecture



Internal Level



Physical representation of the database on

the computer.



Describes how the data is stored in the

database.

8

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Differences between Three Levels

of ANSI-SPARC Architecture

9

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Data Independence



Logical Data Independence



Refers to immunity of external schemas to

changes in conceptual schema.



Conceptual schema changes (e.g.

addition/removal of entities).



Should not require changes to external

schema or rewrites of application programs.

10

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Data Independence



Physical Data Independence



Refers to immunity of conceptual schema to

changes in the internal schema.



Internal schema changes (e.g. using different

file organizations, storage structures/devices).



Should not require change to conceptual or

external schemas.

11

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Data Independence and the

ANSI-SPARC Three-Level

Architecture

12

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Database Languages



Data Definition Language (DDL)



Allows the DBA or user to describe and

name entities, attributes, and relationships

required for the application



plus any associated integrity and security

constraints.

13

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Database Languages



Data Manipulation Language (DML)



Provides basic data manipulation operations

on data held in the database.



Procedural DML



allows user to tell system exactly how to

manipulate data.



Non-Procedural DML



allows user to state what data is needed

rather than how it is to be retrieved.



Fourth Generation Languages (4GLs)

14

© Pearson Education Limited 1995, 2005

15

Model danych

Spójny zestaw pojęć służący do opisywania

danych i związków między nimi oraz do

manipulowania danymi i ich związkami, a

także do wyrażania więzów nałożonych na

dane.



Składniki modelu danych:



Część strukturalna;



Część wykonawca;



Opcjonalny zbiór zasad integralności.

16

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Model danych



Cel



Reprezentacja struktury danych.



Kategorie modeli danych:



Obiektowe



Rekordowe



Fizyczne.

17

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Model danych



Modele danych bazujące na obiektach



Model związków encji



Model semantyczny



Model funkcjonalny



Model obiektowy.



Modele danych bazujące na rekordach



Relacyjny model danych,



Sieciowy model danych,



Hierarchiczny model danych.



Fizyczne modele danych

18

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Schemat relacyjny

19

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Przykład schematu sieciowego

20

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Przykład schematu hierarchicznego

21

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Modelowanie konceptualne (logiczne)



Modelowanie konceptualne stanowi

podstawę systemu, na którym oparte są

wszystkie perspektywy użytkowników.



Model taki powinien w pełni i wiernie

odzwierciedlać dane rozważanej organizacji.



Modelowanie konceptualne jest procesem

opracowywania modelu wykorzystania

informacji niezależnego od szczegółów

implementacyjnych.



Wynikiem jest model logiczny danych.

22

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Funkcje DBMS



Zapis, odczyt i aktualizacja danych.



Katalog dostępny dla użytkowników.



Obsługa transakcji.



Sterowanie współbieżnością.



Obsługa odtwarzania bazy.

23

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Funkcje DBMS



Obsługa autoryzacji.



Obsługa transmisji danych.



Obsługa integralności danych.



Usługi wspierające niezależność danych.



Programy narzędziowe.

24

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Katalog systemowy



Repozytorium informacji opisujących dane

przechowywane w bazie, nazywanych inaczej

metadanymi.



Jest to jeden z podstawowych składników DBMS.



Zazwyczaj zawiera:



Nazwy, typy i rozmiary elementów danych;



Więzy przypisane do elementów danych;



Nazwy uprawnionych użytkowników;



Nazwy elementów danych, do których dany

użytkownik ma dostęp, wraz z typami dozwolonego

dostępu;



Statystykę aktywności.

25

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Składniki DBMS

26

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Składniki zarządcy bazy danych (DM)

27

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Architektury wielodostępnego

DBMS (SZBD)



Przetwarzanie zdalne



Serwer plików



Klient-serwer

28

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Przetwarzanie zdalne



Architektura tradycyjna.



Komputer centralny z wieloma terminalami.



Architektura zanikająca.

29

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Serwer plików



Do serwera plików podłączonych jest poprzez

sieć wiele stacji roboczych.



Baza danych rezyduje na serwerze plików.



DBMS i aplikacje są zainstalowane na każdej ze

stacji roboczych.



Wady:



Duże natężenie ruchu w sieci.



Dla każdej stacji roboczej potrzeban jest pełna kopia

DBMS.



Trudniejsze w realizacji są: współbieżność,

odzyskiwanie danych po awari i kontrola

integralności danych.

30

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Architektura serwera plików

31

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Tradycyjna dwuwarstwowa architektura

Klient-Serwer



Klient (warstwa 1) zarządza interfejsem

użytkownika i obsługuje aplikacje.



Serwer (warstwa 2) przechowuje bazę danych i

DBMS.



Zalety:



Szerszy dostęp do istniejących baz danych;



Wyższa wydajność systemu;



Możliwa redukcja kosztów sprzętu;



Redukuje koszty komunikacji;



Rozszerza zakres niesprzeczności danych.

32

© Pearson Education Limited 1995, 2005

33

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Tradycyjna dwuwarstwowa architektura

Klient-Serwer

34

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Tradycyjna dwuwarstwowa architektura

Klient-Serwer



W tradycyjnej architekturze istniały dwa problemy

unimożliwiające skalowalność systemu:



‘Gruby’ klient wymagał znaczących zasobów do

efektywnej obsługi na komputerze klienta.



Znaczące nakłady na administrację po stronie klienta.



W 1995 zaproponowano wersję trójwarstwową

(np. dla intranetu), z której każda może być

obsługiwana przez inną platformę – np.

przeglądarka internetowa może być klientem.

35

1995, 2005

Trójwarstwowa architektura Klient-

Serwer



Zalety:



‘Cienki’ klient, wymaga mniej kosztownego sprzętu.



Konserwacja aplikacji jest scentralizowana.



Łatwiejsza w modyfikacji, czy zastąpieniu jednej

warstwy inną bez efektów ubocznych.



Rozdzielenie sterowania aplikacją od funkcji bazy

danych ułatwia zarządzanie obciążeniem.



Łatwa migracja do środowiska internetowego.

36

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Trójwarstwowa architektura Klient-

Serwer

37

© Pearson Education Limited 1995, 2005

Trójwarstwowa architektura Klient-

Serwer

Monitory przetwarzania transakcji (TPM)



Monitor przetwarzania transakcji to program,

który steruje przepływem danych pomiędzy

klientami, z serwerem. Musi udostępniać

niesprzeczne środowisko, służące w

szczególności do przetwarzania transakcji on-

line (Online Transaction Processing - OLTP).

38

© Pearson Education Limited 1995, 2005

TPM jako środkowa warstwa architektury

trójpoziomowej klient-serwer

39

© Pearson Education Limited 1995, 2005