ANSI SPARC (American National Standards Institute — Standards Planning and Requirements Committee) — это комитет по планированию и требованиям стандартов Американского национального института стандартов. Один из наиболее важных стандартов, разработанных этим комитетом, — трехуровневая архитектура ANSI SPARC.
Трехуровневая архитектура ANSI SPARC — это концепция организации баз данных, разделенная на три уровня: внешний уровень, концептуальный уровень и внутренний уровень. Каждый уровень выполняет свои специфические функции и предлагает преимущества для разработчиков и пользователей баз данных.
На внешнем уровне пользователи работают с базой данных, используя высокоуровневые запросы и команды. Они могут создавать, изменять и извлекать данные, не задумываясь о том, как эти данные хранятся и организованы в базе данных. Это предоставляет пользователю удобство и гибкость, так как он может работать с данными согласно своим потребностям без необходимости знать внутреннюю структуру базы данных.
На концептуальном уровне определяются структура и связи данных в базе данных. Здесь создаются сущности, атрибуты и отношения между ними. Концептуальный уровень предоставляет абстракцию от физического хранения данных и позволяет разработчику легко изменять структуру базы данных без влияния на внешний уровень. Это также обеспечивает независимость данных от программ и приложений, использующих базу данных.
На внутреннем уровне определяется физическое хранение данных в базе данных. Здесь данные организованы в файлы и блоки, оптимизируется доступ к данным и производятся операции с ними. Внутренний уровень обеспечивает эффективное использование ресурсов и оптимальную производительность базы данных.
Трехуровневая архитектура ANSI SPARC предлагает ряд преимуществ. Во-первых, она упрощает разработку и поддержку баз данных, поскольку существует четкое разделение обязанностей между уровнями. Это позволяет разработчикам фокусироваться на своих областях компетенции и более эффективно выполнять свою работу.
Во-вторых, трехуровневая архитектура обеспечивает независимость данных и программ. Изменение структуры базы данных на концептуальном уровне не влияет на пользователей и программы, которые используют эту базу данных. Это упрощает поддержку и обновление баз данных, так как изменения на одном уровне не требуют изменений на других уровнях.
Наконец, трехуровневая архитектура ANSI SPARC обеспечивает гибкость и адаптивность баз данных. Внешний уровень позволяет пользователям работать с данными согласно своим потребностям без влияния на физическое хранение данных. Концептуальный уровень позволяет легко изменять структуру баз данных без необходимости изменения программ и приложений. Внутренний уровень оптимизирует хранение и доступ к данным, обеспечивая высокую производительность.
Что такое ANSI SPARC?
ANSI SPARC определяет основные принципы и модель разработки и управления базами данных, которые являются ключевыми для эффективной и надежной работы с данными.
Основные компоненты трехуровневой архитектуры ANSI SPARC включают:
- Внешний уровень — представление данных пользователю, включая формы, отчеты и запросы;
- Концептуальный уровень — модель данных, описывающая структуру и связи между данными;
- Логический уровень — независимая от физической реализации модель данных, которая определяет операции и правила доступа и обработки данных.
Преимущества трехуровневой архитектуры ANSI SPARC включают:
- Логическая независимость — возможность изменять физическую реализацию базы данных без изменения логической модели данных;
- Физическая независимость — возможность изменять логическую модель данных без изменения приложений и пользовательского интерфейса;
- Унифицированная модель данных — обеспечивает единообразное представление данных и упрощает разработку и поддержку баз данных;
- Улучшенная безопасность — возможность определения прав доступа на уровне логической модели данных;
- Увеличенная производительность — оптимизация доступа к данным на различных уровнях архитектуры.
Цель трехуровневой архитектуры
Трехуровневая архитектура ANSI SPARC обеспечивает логическое разделение информационной системы на три уровня: внешний, концептуальный и физический. Каждый уровень имеет свою цель и выполняет определенные функции, что позволяет улучшить модульность, гибкость и поддерживаемость системы.
Основной целью трехуровневой архитектуры является достижение независимости между различными аспектами информационной системы: структурой данных, логическим представлением и физическим хранением. Это позволяет изменять и модифицировать один аспект системы, не затрагивая другие, что существенно упрощает разработку, сопровождение и обновление системы.
Внешний уровень представляет данные и операции с ними в терминах, понятных пользователю или прикладной программе. Он обеспечивает простую и удобную интерфейсную часть системы, а также скрывает подробности реализации и структуры данных.
Концептуальный уровень отражает логическую организацию данных и описывает их связи и правила доступа. Здесь определены сущности и их атрибуты, а также связи между ними. Этот уровень абстрагирует от конкретных физических характеристик данных и позволяет представлять их в удобной форме для работы с ними.
Физический уровень описывает способы физического хранения данных в системе. Он определяет, как данные хранятся в базе данных или других хранилищах, методы доступа и структуры файлов. Физическое представление данных может меняться независимо от остальных уровней и позволяет улучшить производительность системы.
Трехуровневая архитектура ANSI SPARC позволяет создавать сложные информационные системы с четким разделением ответственности между уровнями. Она обеспечивает гибкость, масштабируемость и удобство разработки, что делает ее привлекательным выбором для создания современных систем.
История развития архитектуры ANSI SPARC
Архитектура ANSI SPARC (Американский национальный институт стандартов) была разработана в 1970-х годах в ответ на потребности в создании унифицированной модели управления данными. Разработка этой архитектуры велась группой специалистов, объединенных под названием «Исследовательская группа по системам управления базами данных» (CODASYL).
Первоначально архитектура ANSI SPARC была задумана как решение проблемы несовместимости между различными системами управления базами данных (СУБД). В то время каждая СУБД имела свою уникальную структуру и способы работы с данными, что приводило к сложностям при обмене и интеграции информации между разными системами.
ANSI SPARC предложила трехуровневую архитектуру, состоящую из внешнего, концептуального и внутреннего уровней. Внешний уровень отвечает за представление данных пользователю, концептуальный уровень определяет общую структуру базы данных, а внутренний уровень обеспечивает хранение и организацию данных на физическом уровне.
За счет такого разделения на уровни, ANSI SPARC позволяет организовать работу с данными в базе данных более гибко и эффективно. Кроме того, эта архитектура обеспечивает независимость данных от физической реализации, что облегчает сопровождение и модификацию базы данных, а также повышает ее безопасность.
ANSI SPARC стал основой для развития многих современных СУБД, таких как Oracle, IBM DB2, MySQL и других. Благодаря этой архитектуре стало возможным создание стандартов и принципов проектирования баз данных, что значительно упрощает интеграцию и обмен информацией между разными системами.
Принципы трехуровневой архитектуры
1. Разделение данных, логики и представления
Одним из основных принципов трехуровневой архитектуры является разделение данных, логики и представления в приложении. В такой архитектуре данные, обработка данных и отображение данных находятся на разных уровнях. Это позволяет легко вносить изменения в одну часть системы, не затрагивая другие части, и сделать приложение более гибким и масштабируемым.
2. Независимость уровней
Каждый уровень в трехуровневой архитектуре должен быть независимым от других уровней. Это означает, что изменения, вносимые на одном уровне, не должны влиять на работу других уровней. Независимость уровней позволяет разным командам разработчиков работать над разными частями системы параллельно и упрощает тестирование и отладку приложения.
3. Однотипные интерфейсы
Каждый уровень в трехуровневой архитектуре должен иметь однотипный интерфейс для взаимодействия с другими уровнями. Это обеспечивает простоту и понятность взаимодействия между разными частями системы и позволяет легко заменять или модифицировать отдельные уровни.
4. Четкое разделение ответственности
Трехуровневая архитектура предполагает четкое разделение ответственности между уровнями. Каждый уровень должен быть ответственным только за свое конкретное задание. Например, уровень данных отвечает за хранение и извлечение данных, уровень бизнес-логики отвечает за обработку данных, а уровень представления отвечает за отображение данных пользователю.
5. Масштабируемость и гибкость
Трехуровневая архитектура обеспечивает масштабируемость и гибкость приложения. Благодаря разделению данных, логики и представления, каждый уровень может быть масштабирован и изменен независимо от других. Это позволяет легко обрабатывать большие объемы данных и адаптировать приложение под разные требования и условия.
Трехуровневая архитектура ANSI SPARC имеет ряд принципов, которые обеспечивают эффективную и структурированную разработку приложений. Соблюдение этих принципов позволяет создать гибкое, масштабируемое и удобное в обслуживании приложение.
Физический уровень
Физический уровень в трехуровневой архитектуре ANSI SPARC представляет собой самый нижний уровень и отвечает за физическую организацию данных. На этом уровне информация сохраняется на физических носителях, таких как жесткие диски, флеш-память или магнитные ленты.
Физический уровень отвечает за хранение данных в виде битов и байтов на физическом устройстве хранения. Он определяет как данные будут храниться, как они будут считываться и записываться.
На физическом уровне устанавливаются правила для физической структуры данных, такие как размер блока данных, порядок байтов, формат файлов и т. д. Физический уровень также отвечает за обеспечение доступа к данным, управление кэш-памятью и обработку ошибок.
Один из основных принципов физического уровня — это независимость организации данных от пользователей и логического уровня. Это означает, что пользователи или приложения не должны знать, как данные физически структурированы и хранятся. Они должны иметь доступ только к логическому уровню, который абстрагирует физическую структуру данных.
Физический уровень имеет преимущества, такие как эффективное хранение и использование данных, высокая производительность и возможность работы с различными физическими носителями. Он также обеспечивает низкий уровень абстракции, что может быть полезно при оптимизации производительности в больших базах данных.
Логический уровень
На логическом уровне реализуется описание данных и их структура, независимо от конкретного хранения. Здесь определяются сущности, атрибуты, связи между ними и ограничения на данные.
Логический уровень позволяет абстрагироваться от деталей физического хранения данных и сосредоточиться на их смысле и отношениях. Это способствует легкости внесения изменений в структуру данных и обеспечивает независимость приложений от особенностей хранения данных.
Один из ключевых принципов логического уровня — это использование независимого языка запросов, который позволяет описывать запросы к базе данных независимо от конкретного хранилища данных. Это обеспечивает повышенную гибкость и переносимость приложений.
Преимущества логического уровня включают:
- Гибкость изменения структуры данных без влияния на приложения, которые с ними работают;
- Упрощение разработки и поддержки приложений, так как они могут оперировать с абстрактным описанием данных;
- Повышение переносимости приложений между различными системами управления базами данных;
- Улучшение производительности, так как оптимизация запросов может быть выполнена на логическом уровне и применена ко всем физическим хранилищам данных.