Предисловие (стр. 30 )

Предложенная в отчете модель информационной архитектуры не только позволяет конструктивно описать взгляд изнутри системы на происходящие в ней процессы управления данными. В соответствии с таким подходом к архитектуре удается сформировать и более дифференцированную точку зрения на функции персонала администрирования  системы базы данных (см. п. 5.10).

Концептуальный уровень архитектуры ANSI/X3/SPARC служит для поддержки единого взгляда на базу данных, общего для всех ее приложений и в этом смысле независимого от них. Именно в среду концептуального уровня при проектировании базы данных отображается концептуальная модель предметной области системы базы данных. Представление базы данных на концептуальном уровне системы называется концептуальной базой данных, а описание такого представления - концептуальной схемой базы данных.

Механизмы СУБД, поддерживающие внутренний уровень архитектуры, служат для поддержки представления базы данных в среде хранения, которое называется внутренней или хранимой базой данных. Это - единственный архитектурный уровень, где база данных в действительности представлена полностью в "материализованном" виде. На всех остальных уровнях в процессе выполнения различных операций над базой данных появляются и исчезают лишь отдельные экземпляры или множества экземпляров ее объектов. Описание представления базы данных на внутреннем уровне архитектуры называется внутренней схемой или схемой хранения.

Наконец, пользователи базы данных имеют дело с представлениями базы данных на внешнем уровне, с так называемыми внешними базами данных. Описания таких представлений называются внешними схемами. В системе базы данных может одновременно поддерживаться несколько внешних схем для различных групп пользователей или приложений.

Следует подчеркнуть, что в отличие от хранимой базы данных, концептуальная и внешние базы данных являются виртуальными. Составляющие их данные материализуются только при обращении к ним.

Ясно, что схема базы данных может быть специфицирована персоналом администратора системы базы данных на каком-либо уровне архитектуры системы только при условии, если данный уровень является управляемым и его внешний интерфейс поддерживает возможности определения данных. Только в этом случае становятся возможными формирование и системная поддержка независимого взгляда на базу данных для какой-либо группы персонала или пользователей, взаимодействующей с базой данных через внешний интерфейс данного архитектурного уровня.

Поскольку все уровни предлагаемой модели информационной архитектуры должны отражать разные точки зрения на одну и ту же единственную базу данных, материализованную в среде хранения, необходимо в составе функциональной архитектуры СУБД иметь такие механизмы, которые обеспечивали бы соответствие между представлениями базы данных на разных уровнях информационной архитектуры системы. В архитектурной модели ANSI/X3/SPARC предполагается, что такое соответствие поддерживается механизмами междууровневого отображения данных "внешний - концептуальный" и "концептуальный - внутренний". Именно функциональные возможности этих механизмов обеспечивают абстракцию данных в системе, определяют ту степень свободы, которая предоставляется на связанных ими уровнях для выбора представления базы данных, и тем самым ­достижимую в системе степень независимости данных.

Механизмы междууровневого отображения данных в СУБД обеспечивают отображение моделей данных смежных архитектурных уровней системы. Каждому элементу представления базы данных на одном из смежных уровней они ставят в соответствие некоторый элемент или некоторую продуцируемую конструкцию из элементов представления базы данных другого уровня. Аналогично поддерживается и отображение операций над данными.

Рассмотрим теперь пространственную архитектуру систем баз данных. Пространственная архитектура системы базы данных характеризует размещение функциональных компонентов системы и ее информационных ресурсов в пространстве. По этому критерию различаются сосредоточенные и распределенные системы.

В сосредоточенной системе все ее функциональные компоненты и база данных поддерживаются и функционируют на отдельном компьютере. Большое количество систем с такой архитектурой базируется на платформах персональных компьютеров, а также мейнфреймов.

В отличие от них, распределенные системы базируются на компьютерных сетях различного масштаба – локальных, территориальных, глобальных и т. д. Функциональные компоненты и/или информационные ресурсы систем с такой архитектурой поддерживаются на различных узлах сети.

Системы с распределенной архитектурой дают возможность обобществлять информационные, вычислительные и коммуникационные ресурсы узлов сети для использования их в рамках данного приложения или группы приложений. В некоторых случаях при этом обеспечивается прозрачность распределения обобществляемых ресурсов, например, в распределенных системах баз данных с глобальной схемой.

Распределенные системы баз данных начали разрабатываться еще в 70-х годах. Появление беспроводных коммуникаций и мобильных компьютеров в последние годы позволило создавать мобильные компьютерные сети и базирующиеся на них мобильные системы баз данных и мобильные прикладные системы. В мобильных компьютерных сетях имеется стационарная часть – совокупность взаимосвязанных компьютеров, местоположение которых остается неизменным, и мобильная часть, включающая коммуникационные средства и компьютеры, перемещаемые в пространстве и способные обмениваться данными с компьютерами стационарной части сети. Компьютеры стационарной части выполняют функции хостов (рабочих машин) и базовых станций. Базовые станции обеспечивают коммуникации мобильных компьютеров с хостами. Хосты служат для поддержки систем баз данных, исполнения приложений и т. п. Конечно, возможно совмещение функций рабочей станции и хоста на одном компьютере.

Нужно заметить, что мобильные системы баз данных обладают рядом специфических особенностей, которые оказывают существенное влияние на используемые в них технологии. Так, ограниченная емкость источников питания мобильных компьютеров требует применения нетрадиционных моделей транзакций. Вместо традиционных частых коротких транзакций в данном случае более эффективны длинные, но более редкие транзакции. Мобильность компьютеров порождает данные новой природы в базах данных. Интерпретация значений таких данных зависит от местоположения мобильного компьютера клиента. В мобильных системах баз данных могут существовать также запросы, результаты обработки которых также зависят от местоположения пользователя в момент  задания запроса. Специфические требования к механизмам защиты целостности данных в локальных СУБД мобильных компьютеров связаны также с возможностью неожиданного прерывания сеанса взаимодействия со стационарной частью системы базы данных. В связи с тем, что мобильный компьютер не находится в состоянии постоянного взаимодействия со стационарной частью системы, необходимы особые методы синхронизации тиражируемых данных в мобильных системах. В настоящее время многие из этих и других возникающих в системах такого рода проблем уже нашли свое решение.

Процессы перемещения данных, которыми обмениваются функциональные компоненты распределенных между узлами компьютерной сети, использовались в системах с распределенной архитектурой изначально. Создание языка Java привело к использованию в них также и мобильных функциональных компонентов.

Одной из разновидностей распределенных архитектур является архитектура промежуточного слоя. Функциональные компоненты системы занимают в этом случае промежуточное положение между приложениями, с одной стороны, и средствами операционной системы и сетевого программного обеспечения, с другой стороны. Популярность такой архитектуры связана с тем, что она обеспечивает приложению, использующему основанные на ее принципах программные средства, независимость от сетевых протоколов и специфики операционных систем. Тем самым обеспечивается также интероперабельность компонентов такого приложения или различных взаимодействующих приложений, функционирующих в разных сетевых и операционных средах. Указанные возможности достигаются благодаря стандартизации интерфейсов и протоколов, поддерживаемых программным обеспечением промежуточного слоя. Разработанные технологии, основанные на концепции промежуточного слоя, обеспечивают прозрачность распределения ресурсов прикладной системы и ее неоднородности для разработчика приложений.

Программное обеспечение, базирующееся на принципах архитектуры промежуточного слоя, является основой трехзвенного подхода к построению современных систем баз данных, который является дальнейшим развитием архитектуры «клиент-сервер» (см. ниже). Такой подход является в настоящее время доминирующим при создании крупных информационных систем.

Функциональная архитектура системы базы данных характеризует состав функциональных компонентов системы, их функции, взаимосвязи, средства взаимодействия друг с другом и с системным персоналом (называемые интерфейсами), а также роли функциональных компонентов в их взаимодействиях.

Функциональная архитектура систем баз данных воплощается ее средствами программного обеспечения. Таким образом, компоненты функциональной архитектуры реализуются механизмами СУБД, используемой в системе базы данных. К их числу относятся, в частности, функциональные компоненты СУБД, обеспечивающие управление средой хранения данных и методы доступа к ним, поддержку предусмотренных уровней представления данных (концептуальный, внутренний и внешний уровни в терминах архитектуры ANSI/X3/SPARC) и междууровневых отображений данных, компоненты, реализующие механизмы управления транзакциями, поддержку функций администратора системы, интерактивные пользовательские интерфейсы и интерфейсы прикладного программирования, и т. д.

Декомпозиция системы на отдельные функциональные компоненты, их взаимосвязи и способы взаимодействия в значительной мере зависят от реализационных решений, в частности, связанных со спецификой аппаратно-программной платформы, для которой она предназначена. Например, возможности распараллеливания процессов функционирования СУБД, обеспечиваемые используемой аппаратной платформой, без сомнения, влияют на функциональную архитектуру системы. Точно так же имеется своя специфика в функциональной архитектуре СУБД для управления базами данных, поддерживаемыми в оперативной памяти.