Chapter 2 : สถาปัตยกรรมระบบฐานข้อมูล ...

LOGO

1

Chapter 2 : Chapter 2 : สถาปตยกรรมสถาปตยกรรมระบบฐานขอมล ระบบฐานขอมล

(Database (Database Systems ArchitectureSystems Architecture))3204-2005 ระบบฐานขอมล

By Juthawut By Juthawut ChantharamaleeChantharamalee

2

วตถประสงคทราบถงแนวคดและความสำาคญของ

สถาปตยกรรมระบบฐานขอมลบอกวตถประสงคของสถาปตยกรรม 3 ระดบของ

ANSI-SPARC ไดอธบายเกยวกบสถาปตยกรรม 3 ระดบของ

ANSI-SPARC ไดอยางถกตองเขาใจถงสคมา (Schema) การแปลงรป

(Mapping) และอนสแตนซ (Instance)

รหสผใช ชอ - นามสกล เพศ ทอย เบอรตดตอ วนเกดB00514 สวาร ใจสบาย ญ 34 คลองสาน 025478556 12/01/1977A00128 กนก ยนด ช 126 บางพลด 026441255 09/07/1986A01245 เพญศร สขสม ญ 49/2 จตจกร 014544255 05/11/1971C13244 บญม ยนด ช 66 ลาดพราว 066458554 26/04/1980. . . . . .. . . . . .. . . . .

ฟลด เรคอรด

ไฟล

ไบต

โครงสรางแฟมขอมล (ทบทวน)

ศพทเทคนคทควรทราบเกยวกบฐานขอมล

ศพทเทคนค ศพททวไปเอนทต (Entity),รเลชน (Relation) ตาราง (Table)ทเพล (Tuple) แถว (Row) หรอ Recordแอททรบวต (Attribute) คอลมน (Column), Fieldคารดนาลต (Cardinality)จำานวนแถว (Number of

Rows)คยหลก (Primary Key) คาเอกลกษณ (Unique

Identifier)

เอนทต (Entity)ชอของวตถหรอสงใดสงหนง ทจำาเปนในการจดเกบ

ขอมล- คน เชน นกศกษา , ลกคา , อาจารย- สงของ เชน หนงสอ , วดโอ , สนคา

วตถทจดเกบขอมลสามารถบอกความแตกตางไดถกสรางขนโดยชดของแอททรบวต (Attribute)ประกอบดวยแอททรบวตและทเพล (Tuple)

แอททรบวต (Attribute)รายละเอยดของขอมลในเอนทต คณสมบต หรอคณลกษณะของเอนทต หรอความ

สมพนธ

เอนทต (ตาราง)

ทเพล (เรคคอรด)

แอททรบวต (ฟลด)

Key หลก ?

DATABASE

เบอรโทร เบอรปลายทาง เวลาเรมตน เวลาสนสด วนท

ตารางท 1

ตารางท 2เบอรโทร ชอ-นามสกล ทอย เบอร

ตดตอ อเมลตารางท 3

เบอรโทร ปญหา แกไข ผรบผดชอบ วนท เวลา

Database system

DATABASE

แผนกบญช แผนกประชาสมพนธ

DBMSฝายบรหาร

ระบบการจดการฐานขอมลDatabase management

systems : DBMS ซอฟทแวรระบบชนดหนง ทถกสรางขนมาเพอจดการ ขอมลในฐานขอมล เปนตวกลางระหวางผ

ใชกบฐานขอมลสวนประกอบของ DBMS• SQL (Structure Query Language)• โปรแกรมอำานวยความสะดวก (General Utilities)• โปรแกรมชวยสรางโปรแกรมประยกตและรายงาน (Applicaton and Report Generators)• พจนานกรมขอมล (Data Dictionary)

11

ความสามารถเบองตน• สรางตารางขอมล • เพม ปรบปรง เรยกคนขอมล• เกบรายละเอยดเกยวกบขอมลไวใน data dictionary• มระบบเสรมการทำางาน • มระบบสำารองขอมล• สนบสนนเครองมอการทำารายงาน

ระบบการจดการฐานขอมลDatabase management

systems : DBMS

12

ชอซอฟทแวร บรษทผผลต หมายเหตDB2 IBM ซอฟทแวรลขสทธInformix IBM ซอฟทแวรลขสทธIngres Ingres corporation ฟรซอฟทแวรInterBase Borland ซอฟทแวรลขสทธMaxDB MySQL AB ฟรซอฟทแวรMicrosoft Access Microsoft ซอฟทแวรลขสทธ

Microsoft SQL Server Microsoft ซอฟทแวรลขสทธMySQL MySQL AB ฟรซอฟทแวรOracle Oracle ซอฟทแวรลขสทธPostgreSQL PostgreSQL Global

Development Group ฟรซอฟทแวรSybase Sybase Inc. ซอฟทแวรลขสทธ

ซอฟทแวรระบบจดการฐานขอมล

13

ฮารดแวร- หนวยนำาขอมลเขา- หนวยนำาขอมลออก- หนวยประมวลผลกลาง- หนวยเกบขอมลสำารอง- อปกรณการสอสาร

ซอฟทแวร- โปรแกรมจดการฐานขอมล

บคลากร- ผใชงาน- ผควบคมระบบ- ผพฒนาโปรแกรม

ขนตอนการดำาเนนงาน- ขนตอนการปฏบตการของผปฏบตงาน

ขอมลฐาน

ขอมล

องคประกอบของระบบฐานขอมล

เพอใหการดงขอมลจากฐานขอมลไดรวดเรวและมประสทธภาพจำาเปนตองออกแบบเทคนคการจดเกบขอมลดวยโครงสรางทซบซอนขน เนองจากผใชงานทวไปไมใชผทฝกฝนมาทางคอมพวเตอร ดงนนจงควรซอนรายละเอยดความซบซอนดงกลาวเพอทำาใหการตดตอใชงานงายและสะดวกขน

ระบบฐานขอมลตองทำาใหผใชงานแตละคนมองเหนขอมลในระดบทตนตองการ กลาวคอ ระบบจดการฐานขอมลจะซอนรายละเอยดเกยวกบการจดการขอมลในระดบกายภาพ (โครงสรางของฐานขอมล)

แนวคดเกยวกบสถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล (architecture for ad database system) เปรยบเสมอนกรอบซงจะใชเปนประโยชนในการบรรยายถงแนวคดและอธบายถงโครงสรางของระบบฐานขอมลแบบตางๆ

สถาปตยกรรมระบบฐานขอมล หมายถง การอธบายเกยวกบโครงสรางและสวนประกอบหลกทนำามาประกอบรวมกนเปนระบบฐานขอมล

สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

กำาหนดมาตรฐานโดย ANSI /SPARC(American National Standards Institute/System Planning and Requirements Committee) ในป 1975

สถาปตยกรรมของฐานขอมลม 3 ระดบ ประกอบดวย ระดบภายนอก (External level) ระดบความคด (Concept level) ระดบภายใน (Internal level)

PhysicalStorage of data

สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

... ระดบภายนอก

ระดบแนวคด

ระดบภายใน

สคมา (Schema)(Global logical

view)

วว 2วว 1 วว nExternal level

Conceptual level

Internal level

Schema และ Instantเคารางฐานขอมล (Database Schema) คอ นยามหรอคำา

บรรยาย (Description) ของฐานขอมล ซงประกอบดวย นยามโครงสรางฐานขอมล และขอบงคบตางๆทฐานขอมลควรยดไว

แผนภาพเคาราง (Schema Diagram) คอแผนภาพแสดงเคารางฐานขอมล (Database schema)

Schema construct คอสวนประกอบของเคาราง (Schema) หรอวตถในเคาราง เชน STUDENT,COURSE เปนตน

Database Instant คอขอมลจรงทเกบไวในฐานขอมล ณ เวลาใดเวลาหนง หรออาจเรยกวา สถานะฐานขอมล (Database State) หรอ Occurrence

แผนภาพเคาราง (Schema diagram)

แผนภาพเคาราง (Schema diagram)

เคารางฐานขอมล (Database Schema)

และสถานะฐานขอมล (Database State)สถานะฐานขอมล (Database State) หมายถง เนอหาของฐานขอมลในชวง

เวลาใดเวลาหนงสถานะฐานขอมลเรมตน (Initial Database State) คอ สถานะฐานขอมลเมอ

ถกโหลดValid State หมายถงสถานะทเปนไปตามโครงสรางและขอบงคบของฐานขอมลลกษณะพเศษ (Distinction)

- เคารางฐานขอมล (Database Schema) นนมการเปลยนแปลงนอยครงมาก ในขณะทสถานะขอมล (Database State) จะเปลยนแปลงไปทกครงทมการปรบปรงแกไขฐานขอมล- เคาราง (Schema) อาจถกเรยกวา Intention ในขณะท สถานะ (State)

ถกเรยกวา Extension

PhysicalStorage of data

สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

... ระดบภายนอก

ระดบแนวคด

ระดบภายใน

สคมา (Schema)(Global logical

view)

วว 2วว 1 วว nExternal level

Conceptual level

Internal level

1.ระดบภายนอกหรอวว (External Level)

ระดบภายนอกจะเกยวของกบผใชงานมากทสด ซงจะเปนสวนทแสดงขอมลสำาหรบผใชงานในแตละรายไป จะไมสามารถเขาไปดโครงสรางของฐานขอมลได โดยผใชแตละคนสามารถเลอกขอมลทตนเองตองการและสนใจ เชน นกศกษาเขาไปใชงานเวบไซต ของกองบรการการศกษาเพอดผลการเรยน เปนตน• หนาตางหรอวว (view) ทผใชภายนอกมสทธ

เขาไปใชได โดยแตละคนจะมมมมองตางกน• โปรแกรมจะมองเหนโครงสรางขอมลเพยงบาง

สวนเทานน• สคมาระดบภายนอก (External Schema)

เปนการแสดงขอมลทถกดงมาจากฐานขอมลทอยในระดบแนวคดเฉพาะสวนทตองการ

1. ระดบภายนอกหรอวว(External Level, View)

เปนระดบของขอมลทเปนภาพทผใชงานมองเหน (View) เคารางของขอมลในระดบนเกดจากภาพและความตองการของผใชงานรหสพนกงาน ชอ วนทจาง เงนเดอน ตำาแหนง รหสแผนก MGRNO

รหสแผนก ชอแผนก ทตง

รหสโครงการ ชอโครงการ วนทเรม วนทจบ งบประมาณ

รหสโครงการ รหสพนกงาน จำานวนชวโมง

พนกงาน (User View 1)

แผนก(User View2)

โครงการ (User View3)

ทมงาน(User View4)

ระดบภายนอก (External Level)

รหสลกคา ชอ นามส

กล ทอย รหสไปรษณย

เบอรโทรศพท

00001

สมคด อยเสมอ

222 ต. โคกกรวดอ. เมองจ.นครราชสมา

30000 0-4421-4124

00002

สมหญง

งามทรพย

14/77 ถนน ลาดพราว บางกะป

กรงเทพฯ

10300 0-2666-7766

00003

สมชาย

หลอลำา 111/100 แขวงวง ใหม เขตวงเกา

กรงเทพฯ

10290 0-1111-2323

00004

สมปอง

มกจ 1/1 ถนนมขมนตรอ. เมองจ.นครราชสมา

30000 0-4444-4441

00005

สมสวน

มบญ 123 ต. ในเมองอ. เมอง จ.ขอนแกน

40002 0-4324-2333

2.ระดบแนวคด (Conceptual Level)

ระดบแนวคดอาจเรยกอกอยางวา โครงสรางขอมลระดบลอจคอล (logical) จะกลาวถงการออกแบบโครงสรางของขอมล เชน ขอมลทจดเกบจะประกอบดวยเอนทตใดบาง แตละเอนทตประกอบดวยแอทรบวทใด โครงสรางระดบนจะมงเนนความสมพนธ (relationship) หรอเรยกวาแบบจำาลองขอมล (data model) เปนระดบทจะอธบายถงวา ขอมลอะไรทจะจดเกบลงในฐานขอมลและมความสมพนธกนอยางไร ใครทสามารถเขาไปใชงานไดบาง ใชงานไดในระดบไหน โดยพจารณาจากผใชภายนอก (External Level) วาตองการขอมลใดบาง

2. ระดบแนวคด (Conceptual Level)

ประกอบดวยเคารางทอธบายถง ฐานขอมลม Entity (Table)ใดบาง โครงสรางของขอมล ความสมพนธของขอมล กฎเกณฑและขอจำากดตางๆ

โดยจะผานการวเคราะหจาก นกวเคราะหและออกแบบระบบ และผบรหารฐานขอมล (DBA)

ระดบแนวคด (Conceptual Level)

Employee

Dep2 Dep3Dep1

Student1B4555555SomchaiSaetung7146 Suranivet 7

StudentStudentIDFirstNameLastNameAddress

Order_Detail

OrderID

ProID

ProCount

Discount

Product

ProID

ProName

UnitPrice

ProDes

3. ระดบภายใน (Internal or Physical Level) ระดบภายในเปนระดบทเกยวของกบการ

ออกแบบการจดเกบขอมลของฐานขอมลในหนวยความจำาวาจดเกบโดยวธใด ผใชระดบภายนอก (External Level) จงจะสามารถใชงานฐานขอมลไดอยางรวดเรว เปนระดบทเกยวของกบผพฒนาโปรแกรมหรอผพฒนาระบบในระดบกายภาพ

ผออกแบบตองคำานงถงการใชอปกรณและเทคโนโลยในการเกบขอมล การเขาถง วธการบำารงรกษา

การแบงโครงสรางฐานขอมลออกเปน 3 ระดบเปนการแยกมมมองเฉพาะของผใชงานออกจากวธการจดเกบขอมลจรงบนสอบนทกขอมล มเหตผลสนบสนนการแบงแยกดงกลาวหลายประการดงน

1. ผใชงานแตละคนสามารถดงขอมลเดยวกนจากฐานขอมลนำามาจดโครงสรางทเหมาะสมกบการใชงาน ของตนเอง การปรบเปลยนโครงสรางควรทำาไดอยางอสระโดยไมสงผลกระทบกบผใชงานคนอน ๆ

2. ผใชงานไมจำาเปนตองไปยงเกยวหรอรบรรายละเอยดของการจดการขอมลบนสอบนทกขอมลวาใชเทคนคอะไร

สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

3. ผบรหารจดการฐานขอมล (DBA) ตองสามารถปรบเปลยนโครงสรางหรอนยามของฐานขอมลโดยไมสงผลกระทบตอมมมองเฉพาะของผใชงานทวไป และผใชงานทก ๆ ระดบ

4. โครงสรางการจดเกบขอมลภายในของฐานขอมลจะไมถกกระทบจากการเปลยนแหลงเกบขอมล ตวอยางเชน ยายหรอแบงขอมลไปเกบบนอปกรณบนทกขอมลใหม

สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

สถาปตยกรรมฐานขอมล

เคารางแนวคด

เคารางภายใน

ฐานขอมล

ววของผใช 1 ววของผใช 2External Level

Conceptual Level

Internal Level

ประโยชนของสถาปตยกรรม 3ระดบ

มมมองขอมลของผใชงาน• ทำาใหผใชงานไมตองสนใจวาขอมลจะถกเกบอยางไรในดสค

เมอตองการขอมลกสามารถอางถงตารางและเขตขอมลนน ๆ ไดโดยตรง ซง DBMS จะทำาหนาทดวาขอมลทตองการนนเกบอย ณ ตำาแหนงใด (track ใด cylinder ใด ในดสค และ

ทำาการดงขอมลนนจากดสกมาใหแกผใช)ความเปนอสระกนของขอมล

• การเปลยนแปลงขอมลในระดบแนวคดไมมผลกระทบกบโปรแกรมประยกตทผใชเขยนขนในระดบภายนอก

• การเปลยนแปลงวธการเกบขอมลในสอ ไมมผลกระทบกบการเกบขอมลระดบแนวคด

กลาวโดยสรประดบภายนอก (external level) เปนระดบใกลกบผใชงานมากทสด กลาวคอเปนการมองเหนขอมลในแงมมเฉพาะของผใชงาน (User View)

ระดบภายใน (internal level) เปนระดบใกลกบการจดเกบขอมลทางกายภาพมากทสด กลาวคอเปนการมองโครงสรางของขอมลสำาหรบระบบจดการฐานขอมล (DBMS) และระบบปฏบตการคอมพวเตอร (Operating System) โครงสรางระดบภายในเปนโครงสรางของขอมลทจดเกบบนสอบนทกขอมลรวมไปถงการจดการแฟมขอมล

ระดบแนวคด (Conceptual level) เปนระดบคนกลางระหวางระดบทงสองโดยมฟงกชนปรบเปลยน (mapping) และมความเปนอสระของขอมล (data independence) ระหวางระดบภายนอกและระดบภายใน

สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

Mapping•ในสถาปตยกรรม ANSI/SPARC มมมองทมตอขอมลในสถาปตยกรรมในระดบทสงกวาสามารถทจะถายทอด

มมมองนนไปยงสถาปตยกรรมในระดบทตำากวาได เรยกวา การทำา “

Mapping” แบงเปน 2 ลกษณะคอ

1. Conceptual/Internal Mapping

2. External/Conceptual Mapping

Mapping

Mapping 1. Conceptual/Internal

Mapping เปนการถายทอดมมมองทมตอขอมลจากระดบ Conceptual ไปยง

ระดบ Internal เพอนำาโครงสรางของขอมลตางๆ ในระดบ

Conceptual มากำาหนดโครงสรางของ Record และ Field ทจะนำาไปใชจดเกบขอมล เชนขอมลในระดบ Conceptual ถกแสดงอยางไรใน

ระดบ Internal

Mapping2. External/Conceptual

Mapping เปนการถายทอดมมมองทมตอขอมล

จากระดบ Externalไปยงระดบ Conceptual เพอกำาหนดโครงสรางของ Record และ Field ใหสามารถครอบคลมความตองการหรอมมมองตางๆ ของผใช เชน การแปลงขอมลระดบภายนอกเปนตารางหรอแอททรบวตตางๆ

ความเปนอสระของขอมล (Data Independence)

เนองจากในระบบแฟมขอมล เมอมการเปลยนแปลงโครงสรางทางกายภาพของแฟม

ขอมลใด จะตองมการเปลยนแปลงโปรแกรมตางๆ ทเรยกใชขอมลในแฟมขอมลนนดวย

เชน เปลยนแฟมขอมลพนกงาน จากเดมเรยงลำาดบตามชอมาเปนตามรหสพนกงานแทน ทำาให

ตองมการแกไขโปรแกรมตามโครงสรางทเปลยนแปลงไป ซงการทขอมลและโปรแกรมไมเปนอสระตอกนน เรยกวา “Data Dependence”

ความเปนอสระของขอมล (Data Independence)

• สถาปตยกรรมของระบบฐานขอมลทจดแบงออกเปน 3 ระดบ สามารถทจะใชอธบายถงความเปนอสระของขอมล ซงเปนจดเดนของระบบฐานขอมล คอเมอมการเปลยนแปลงโครงสรางทระดบใดกตาม จะไมมผลกระทบ

ทำาใหระดบทอยเหนอกวาตองทำาการเปลยนแปลงโครงสรางตามไปดวย แบงออก

เปน 2 ประเภทคอ 1. ความเปนอสระของขอมลในเชง

ตรรกะ(Logical Data Independence)2. ความเปนอสระของขอมลในเชง กายภาพ

(Physical Data Independence)

ความเปนอสระของขอมล (Data Independence)

ความเปนอสระของขอมลในเชงตรรกะ (Logical Data Independence)เปนความอสระของขอมลในระดบแนวคดกบระดบภายนอก นนคอถามการเปลยนแปลงขอมลในระดบแนวคดจะไมมผลตอระดบภายนอก

ความเปนอสระของขอมลในเชงกายภาพ (Physical Data Independence) เปนความอสระของขอมลในระดบภายในกบระดบแนวคด นนคอถามปรบปรงเคารางในระดบภายในโดยจะกระทบตอระดบภายแนวคดและระดบภายนอก

ความเปนอสระของขอมล

ภาษา COBOL

ขอมลระดบภายนอก

ขอมลระดบหลกการ

ขอมลระดบภายนอก

ภาษา SQLภาษา PASCAL

โครงสรางระดบภายนอก

โครงสรางระดบหลกการ

โครงสรางระดบภายใน

ผใช 1 ผใช 2 ผใช 3

DBMS

42

สรปสถาปตยกรรมของระบบฐานขอมล

(architecture for ad database system) เปรยบเสมอนกรอบซงจะใชเปนประโยชนในการบรรยายถงแนวคดและอธบายถงโครงสรางของระบบฐานขอมลแบบตางๆ

โครงสรางฐานขอมล 3 ระดบ คอ ระดบภายนอก ระดบภายใน และระดบแนวคดซงเปนรปแบบและโครงสรางทใชกบระบบฐานขอมลโดยทวไป

43

สรปความเปนอสระของขอมลเชงตรรกะ (logical data

independence) ในความหมายทใชกบระบบฐานขอมลจะหมายถงมมมองของผใชตอขอมลโดยเมอมการเปลยนแปลงแกไขโครงสรางขอมลในระดบแนวคด จะไมมผลกระทบตอโครงสรางขอมลในระดบภายนอกทผใชใชงานอย

ความเปนอสระของขอมลเชงกายภาพ (physical data independence) หมายถง เมอมการเปลยนแปลงแกไขโครงสรางขอมลในระดบภายใน จะไมมผลกระทบตอโครงสรางขอมลในระดบแนวคด หรอระดบภายนอก

44

คำาถามทายบทท 21. สถาปตยกรรมระบบฐานขอมล หมายถงอะไร2. สถาปตยกรรม 3 ระดบ ประกอบดวยระดบใด

บาง จงอธบาย3. จงสรปความหมายของคำาวา สกมา การแปลง

รป และอนสแตนซ4. การแปลงรปมกประเภท อะไรบาง จงอธบาย5. การอสระของขอมลมกชนด อะไรบาง จง

อธบาย

LOGO

45

The End Chapter 2 The End Chapter 2 3204-2005 ระบบฐานขอมล