В процессе проектирования базы данных рекомендуется использовать трехуровневую схему описания данных (так называемая трехуровневая модель ANSI/SPARC). Проект трехуровневой модели был выдвинут в 1975 году подкомитетом SPARC (Standards Planning and Requirements Committee) ANSI и имел целью выделить 3 уровня описания данных предметной области, различающихся степенью абстракции (рис.3.1).
:
Рис.3.1 – Модель ANSI/SPARC
Внешнее представление (внешняя схема) данных является совокупностью требований к данным со стороны некоторой конкретной функции, выполняемой пользователем. Поскольку пользователей много и их представления о данных предметной области существенно различаются, в процессе анализа предметной области может быть сформировано несколько внешних схем (допустим, данные, которые требуются для сотрудников бухгалтерии, отдела кадров, планово-финансового отдела и т.д.).
Концептуальная схема является полной совокупностью всех требований к данным, полученной из пользовательских представлений о реальном мире. Концептуальная схема описывает все элементы данных и связи между ними, с указанием необходимых ограничений поддержки целостности данных. Для каждой базы данных имеется только одна концептуальная схема. В процессе разработки это схема проектировщика базы данных, в процессе сопровождения системы – это представление администратора базы данных (АБД).
Важно отметить, что внешние схемы и концептуальная схема относятся к логическому уровню представления базы данных, т.е. не учитывают особенностей СУБД, которая используется для создания и поддержки БД – имена типов данных, принятых в СУБД, физические имена файлов, способ хранения данных и.т.д. В связи с этим трудно провести четкую грань между двумя понятиями, применяемыми в теории проектирования баз данных – концептуальная схема и логическая схема. Будем считать, что концептуальная схема базы данных – это схема логического уровня, которая содержит полное описание данных предметной области и связей между ними. Все внешние схемы могут быть выведены из концептуальной, но процесс проектирования начинается с внешних схем, поскольку каждый из пользователей владеет только частью информации о предметной области.
Внутренняя схема – это уровень разработчиков СУБД и, частично, АБД и системного администратора. Внутренний уровень описывает физическую реализацию базы данных и предназначен для достижения оптимальной производительности, обеспечения экономного использования дискового пространства, организации мероприятий по защите данных. Он содержит детальное описание структур данных и физической организации файлов с данными, описание вспомогательных структур (индексов), используемых для ускорения поиска, сведения о распределении дискового пространства для хранения данных и индексов, сведения о сжатии данных и выбранных методах их шифрования и т.д. В настоящее время производители СУБД предоставляют АБД довольно много информации о физической организации базы данных, поскольку уровень развития СУБД еще не настолько высок, чтобы все настройки, необходимые для оптимального функционирования базы данных, можно было выполнить автоматически.
Как показывает изучение трехуровневой архитектуры БД, концептуальная схема является самым важным уровнем представления базы данных. Она поддерживает все внешние представления, а сама поддерживается средствами внутренней схемы. Внутренняя схема является всего лишь физическим воплощением концептуальной схемы. Именно концептуальная схема призвана быть полным и точным представлением требований к данным в рамках некоторой предметной области.
Процесс разработки концептуальной схемы БД требует глубокого анализа семантической информации о предметной области. Этот начальный этап проектирования получил название семантического анализа предметной области. В результате анализа должны быть определены все элементы данных предметной области в контексте их взаимосвязи с другими данными.
