ANSI/SPARC 資料庫三層架構

 ANSI/SPARC 資料庫三層架構是什麼

• 一種標準化的資料庫設計模型。模型是什麼？簡化的表示，如地圖是現實世界的模型。
• 分層架構，為解決資料庫設計問題，提供資料抽象化與獨立性。

ANSI/SPARC 資料庫三層架構

外部層（External/View layer）：

不同使用者/應用程式觀點，不同終端使用者（End User）看到資料庫不同部分的資料（有不同view）。

概念層（Conceptual/Logical layer）：

以資料庫管理員觀點，看到資料庫的整體性資料（基礎表格base table）。

內部層（Internal/Physical layer）：

看到資料存在資料庫之資料結構。

資料獨立

改資料庫系統某層綱要，不用跟著該其上層綱要，類型：

邏輯資料獨立（logical data independence）定義/做法

改資料庫邏輯結構（概念綱要），不用跟著改使用者/應用程式（外部綱要），如擴大資料規模。

例如：在員工資料庫增加欄位，不影響現有應用程式對資料庫查詢。

實體資料獨立（physical data independence）定義/做法

改資料實際儲存方式（內部綱要），不用跟著改資料庫邏輯結構（概念綱要），與使用者/應用程式（外部綱要），如重組某些實體檔案結構。

例子：加一個新的索引來提高效能，不影響應用程式操作。

優點

減少應用程序的維護成本：因改資料庫的邏輯結構或物理存儲結構不影響應用程式，故能節省時間和資源。

靈活性：資料庫的設計和存儲方式可靈活變動。如，據需要優化查詢效能或存儲空間，而不影響應用程式的運行。

改進系統性能：資料庫管理員可以根據硬體和效能需求對物理存儲結構進行優化（如添加索引、調整存取方法），從而提高數據存取速度，這一切都不會影響數據庫的邏輯結構或應用程式。

簡化資料庫設計：設計者可以專注於數據的邏輯結構，而不必過度關注數據如何實際存儲。這種抽象層級的設計，使得數據模型的構建和管理更加容易和可控。

應對資料結構變更：隨著業務需求的改變，可能需要修改資料庫結構。資料獨立性允許在不影響應用層的情況下進行這些修改，從而提高了資料庫系統的可擴展性。

ANSI/SPARC 資料庫三層架構之綱要

或稱資料庫管理系統之三層模式（三層綱要架構/three-schema architecture），由 ANSI/SPARC討論，在資料庫系統內描述描述資料的資料（schema/meta data)亦分為三層。

三層定義參考ANSI/SPARC資料庫三層架構定義。

建三層綱要目的

實現資料獨立性：

   邏輯資料獨立性：通過概念模式，應用程式可以在不依賴物理存儲結構的情況下正常運作，即使底層的物理結構發生改變，應用層不會受到影響。

   物理資料獨立性：內部模式的改變（如文件結構或索引的優化）不會影響概念模式，這樣應用程式和使用者不需要知道資料如何具體存儲，只需關注數據的邏輯結構。

2. 提供靈活性：

   三層架構允許數據在不同層次上進行獨立變更。例如，內部模式的變更不會影響概念模式或外部模式，這樣可以靈活地調整存儲結構、優化效能或應對硬體更新，而不會干擾應用層邏輯。

3. 加強數據的安全性和隱私性：

   外部模式允許為不同的使用者和應用程式定義專屬的數據視圖，從而控制每個使用者能夠存取的數據範圍。這樣可以保護敏感資料，防止未經授權的存取或操作，從而增強資料庫系統的安全性。

4. 簡化資料庫的管理和維護：

   通過三層架構，資料庫管理員可以專注於不同層次上的問題。例如，內部層主要關注存儲效率和資源使用，概念層則關注數據模型設計和約束條件，外部層則關注使用者需求和應用程式的整合。這樣可以簡化資料庫系統的設計、優化和管理。

常見題目

• 繪圖說明ANSI/SPARC 資料庫架構
• 指出資料獨立概念在架構圖的位置與意義
• 舉例描述三層資料庫綱要與定義