Datenunabhängigkeit im DBMS

• Einleitung
• Was ist Datenunabhängigkeit?
• Arten der Datenunabhängigkeit

Einführung

Heute werden wir eines der wichtigsten Themen von Datenbankmanagementsystemen aufgreifen, nämlich die Datenunabhängigkeit. Der Grund für die Implementierung von drei Ebenen der Datenabstraktion ist nichts anderes als das Erreichen der Datenunabhängigkeit. Datenunabhängigkeit ist etwas, das sich mit Änderungen befasst, die auf verschiedenen Ebenen des Schemas stattfinden. Neben der Bedeutung der Datenunabhängigkeit erfahren Sie hier mehr über deren Bedarf und Typen. Also, lassen Sie uns ohne weiteres beginnen!

Was ist Datenunabhängigkeit?

Wir alle kennen die beiden Begriffe ‘Daten’ und ‘Unabhängigkeit’ bereits getrennt voneinander, so dass wir die Bedeutung des gesamten Begriffs ‘Datenunabhängigkeit’ im gleichen Sinne mehr oder weniger entschlüsseln können. Aus dem Begriff selbst geht hervor, dass es sich um die Unabhängigkeit der in einer Datenbank vorhandenen Daten handelt. Mit anderen Worten, Sie können es wie folgt ausdrücken: ‘Datenunabhängigkeit ist die Eigenschaft von DBMS, die es dem Benutzer ermöglicht, die Schemadefinition auf einer Ebene zu ändern, ohne dass die Schemadefinition auf den nachfolgenden höheren Ebenen geändert werden muss’. Es ist sehr wichtig, dass, wenn wir Änderungen auf einer Ebene vornehmen, dies die anderen Ebenen nicht behindert. Um genau zu sein, bezieht sich Datenunabhängigkeit auf die Unabhängigkeit oder Eigenständigkeit von Daten, die in den drei Ebenen der Datenbankarchitektur vorhanden sind. Darüber hinaus hilft es Ihnen dabei, Daten von den Anwendungsprogrammen zu trennen, die sie verwenden. Es wird oft als eine Art Datentransparenz angesehen, mit der sich ein zentralisiertes Datenbankverwaltungssystem sehr befasst.

Bevor wir uns mit einem tieferen Aspekt der Datenunabhängigkeit befassen, wollen wir uns kurz an die Ebenen einer Datenbank erinnern. Internes oder physisches Schema ist die erste Ebene, die in direkter Verbindung mit der Datenbank steht, die sich auch auf Speicherebene befindet. Das zweite ist das konzeptionelle oder logische Schema, das als Vermittler zwischen der dritten und der ersten Ebene dient. Die dritte Ebene ist das externe Schema, das vorschreibt, wie die Datenbank für mehrere Endbenutzer sichtbar ist. Unter der Annahme einer Instanz einer Bibliotheksdatenbank sieht die Implementierung dieser drei Ebenen ungefähr so aus:

Die Datenunabhängigkeit trennt die Daten von der API und implementiert die auf einer der Ebenen vorgenommenen Änderungen an den Zuordnungen zwischen den Ebenen. Es hilft dabei, die Freiheit dieser einzelnen Ebenen der Datenbank gleichzeitig aufrechtzuerhalten. Unter bestimmten Gesichtspunkten bringen Datenunabhängigkeit und Betriebsunabhängigkeit zusammen das Datenabstraktionsphänomen in einem DBMS zum Vorschein.

Wie erreicht man Datenunabhängigkeit im DBMS?

Um Datenunabhängigkeit zu erlangen, stellen wir sicher, dass unsere Datenbank die Anforderungen der Datenabstraktion erfüllt. Mit einfachen Worten, Datenabstraktion ist der Prozess, bei dem die irrelevanten Details vor dem Endbenutzer verborgen bleiben. Wenn wir in Bezug auf reale Entitäten denken, können wir das Beispiel eines Autos nehmen. Wenn ein Fahrer ein Auto fährt, hat er das komplette Know-how, ein Auto zu fahren, aber wenn er aus irgendeinem Grund nicht in der Lage ist, das Auto zu starten, wird er Hilfe von einem Automechaniker brauchen. Das ist so, weil der Fahrer nur weiß, wie man ein Auto fährt, er weiß nicht, wie man mit den internen Schaltungsproblemen umgeht, Grund dafür ist, dass die interne Schaltung und der Mechanismus des Autos vor ihm verborgen sind. Ebenso ist die interne Struktur für Programmierer und Endbenutzer unsichtbar. Diese Eigenschaft, die Sichtbarkeit in einer Datenbank einzuschränken, wird als Datenabstraktion bezeichnet. Eine Datenbank enthält bis zu drei Abstraktionsebenen. Diese drei Ebenen sind unten aufgeführt:

• Physische Ebene (Internes Schema)
• Konzeptionelle Ebene (Logische Ebene)
• Ansichtsebene

Die physische Ebene der Datenabstraktion kümmert sich um das interne Schema. Diese Abstraktionsebene definiert, wie die Daten in einer Datenbank gespeichert werden. Es speichert die detaillierten und komplexen Datenstrukturen der Datenbank, an denen Endbenutzer und Programmierer nicht interessiert wären. Es wird auch als die niedrigste Ebene der Datenabstraktion angesehen.

Die konzeptionelle Ebene, die mittlere Ebene der Datenabstraktion, ist für die logische Ebene des Schemas. Die vorherige Ebene beantwortet die Frage ‘Wie?’. In ähnlicher Weise beantwortet diese Ebene die Frage ‘Warum? Es beschreibt, welche und welche Art von Daten in der Datenbank gespeichert sind.

Die letzte und höchste Ebene der Datenabstraktion ist die Ansichtsebene. Diese Ebene gibt an, wie die Daten von verschiedenen n Benutzern angezeigt werden sollen. Es ist für die Benutzerinteraktion mit der Datenbank verantwortlich.

Nehmen wir ein sehr kleines Beispiel, in dem wir die Details der Kunden eines Geschäfts gespeichert haben. Wenn wir also über die physische Ebene sprechen, werden die Daten als Speicherblöcke in Bytes, Gigabyte, Terabyte usw. gespeichert. Grundsätzlich handelt es sich um komplexe Speicher. Diese Informationen sind für die Programmierer nicht sichtbar. Die logische Ebene beschreibt die eingegebenen Kundendaten und deren Datentypen. Die logische Beziehung wird zwischen den Daten auf dieser Ebene mithilfe von Programmiersprachen implementiert. Diese Ebene wird hauptsächlich von Programmierern behandelt. Auf der Ansichtsebene interagiert der Benutzer über die Benutzeroberfläche mit dem System, um die Daten einzugeben, möglicherweise in einem Formularformat oder einem anderen festgelegten Format. Nun muss jede Ebene unabhängig von der anderen sein, so dass wir, wenn wir Änderungen auf einer Ebene vornehmen, keine Änderungen auf der nächsthöheren Ebene vornehmen müssen. Und genau das macht Data Independence.

Um diese drei Ebenen der Datenabstraktion beizubehalten, müssen wir möglicherweise Änderungen in einer Ebene der Datenbank vornehmen, was ohne Datenunabhängigkeit ein großer Aufwand sein könnte. Sie werden dem Punkt zustimmen, dass eine Änderung des gesamten Anwendungsprogramms, um eine geringfügige Änderung des physischen Schemas widerzuspiegeln, in Bezug auf Zeit und Programmierung nicht zu unseren Gunsten ist. Die Datenunabhängigkeit stellt sicher, dass Änderungen auf einer Ebene keine Auswirkungen auf die anderen Ebenen der Datenbank haben. Auf der Grundlage der drei Ebenen der Datenabstraktion wird die Datenunabhängigkeit in zwei Typen verzweigt.

Arten der Datenunabhängigkeit

Lassen Sie uns etwas über die beiden Arten der Datenunabhängigkeit und ihre Eigenschaften erfahren. Die beiden Kategorien sind:

• Unabhängigkeit von physikalischen Daten
• Unabhängigkeit von logischen Daten

Unabhängigkeit von physikalischen Daten: Unter physikalischer Datenunabhängigkeit erhalten wir die Freiheit, das physikalische Schema zu ändern, ohne die Anwendungsprogramme dafür ändern zu müssen. Es ist dafür verantwortlich, die interne Ebene von der konzeptionellen Ebene einer Datenbankstruktur zu trennen. Physische Datenunabhängigkeit ermöglicht die Bereitstellung einer logischen Beschreibung oder Übersicht der Datenbank, die nicht unbedingt erforderlich ist, um die Details der logischen Struktur einer Datenbank anzugeben. Gemäß der physischen Datenunabhängigkeit sollen Änderungen, die auf der internen Ebene vorgenommen werden, die Definition der konzeptionellen Ebene oder des Schemas auf Ansichtsebene nicht ändern.

Mit der physischen Unabhängigkeit können Sie die Dateispeicherstrukturen, Hashalgorithmen, Komprimierungstechniken, Speichergeräte, Speicherort der Datenbank, Zugriffsmethode, Indizes usw. ändern. Im Grunde geht es also um die Implementierung effizienter Speichertechniken. Jede auf dieser Ebene vorgenommene Änderung wird auf die Zuordnung zwischen der internen und der konzeptionellen Ebene der Datenbank angewendet. Beachten Sie, dass die eingeführten Änderungen lokalisiert werden müssen. Die physische Datenunabhängigkeit wird durch die physische Ebene erreicht und dann wird die Transformation von der konzeptionellen auf die interne Ebene der Datenbank durchgeführt.

Gelegentlich müssen wir die interne Ebene aktualisieren, um die Leistung unseres DBMS im Hinblick auf die Speicherverwaltung zu verbessern. Daher spielt die physische Datenunabhängigkeit unbestreitbar eine entscheidende Rolle, da Änderungen an den Speichertechniken gemäß unseren Anforderungen etwas sind, für das ein effizientes DBMS anfällig sein muss.

Logische Datenunabhängigkeit: Die logische Datenunabhängigkeit gibt die Freiheit, die konzeptionelle Ebene des Schemas zu ändern, ohne die externen Ansichten und externen Programme oder APIs ändern zu müssen. Änderungen, die auf dieser Ebene vorgenommen werden, werden für die Zuordnung auf logischer und Endansichtsebene erzwungen. Da Anwendungsprogramme stark von der konzeptionellen Ebene abhängig sind, ist es schwierig, eine logische Datenunabhängigkeit im Vergleich zur physischen Datenunabhängigkeit zu erreichen. Jede kleine oder größere Änderung in der logischen Struktur der Datenbank würde erfordern, dass wir auch die Programme ändern. Daher kann das Erreichen der logischen Datenunabhängigkeit ziemlich schwierig sein. Die logische Datenunabhängigkeit regelt die Trennung zwischen der Endansichtsebene und der konzeptionellen Ebene.

Die logische Datenunabhängigkeit ermöglicht es uns, Änderungen wie das Hinzufügen, Ändern oder Löschen eines Attributs, einer Entität oder sogar einer Beziehung vorzunehmen. Solche Modifikationen erfordern kein Umschreiben des Anwendungsprogramms, sondern entsprechende Änderungen im Programm. Es ermöglicht uns, zwei Datensätze zu einem zusammenzuführen, ohne die externe Ebene zu beeinflussen. Wenn Sie einen vorhandenen Datensatz in zwei Teile aufteilen möchten, ist dies möglich, ohne die Struktur der Endbenutzeransicht einer bestimmten Datenbank zu beeinträchtigen.

Zeitnahe Änderungen an der konzeptionellen Ebene vorzunehmen, um Ihr DBMS auf dem neuesten Stand zu halten, ist unerlässlich. Aus diesem Grund soll die logische Datenunabhängigkeit eine zentrale Rolle spielen. Es hilft nicht nur, die Leistung und Geschwindigkeit des DBMS zu verbessern, sondern erweist sich auch als hilfreich, um Ihre Datenbank viel handlicher und zuverlässiger zu machen.

Vorteile der Datenunabhängigkeit

Die Datenunabhängigkeit ist unbestritten, wenn es darum geht, eines der wichtigsten Merkmale eines Datenbankmanagementsystems zu sein. Es gibt mehrere Gründe, die Notwendigkeit der Datenunabhängigkeit im DBMS zu rechtfertigen. Schauen wir uns also die Vorteile an, die die Anforderungen von DBMS erfüllen.

• Datenqualität – Datenunabhängigkeit trägt dazu bei, die Qualität der in einer Datenbank gespeicherten Daten zu verbessern. Da das Ändern der Datenbankstruktur mit der Datenunabhängigkeit bequemer wird, wird die Datenspeicherung effizienter. Es erleichtert die Verbesserung des ungeteilten oder unbeeinträchtigten Zustands. Dies führt zu einer Verbesserung der Qualität der gespeicherten Daten.
• Kostengünstige Wartung – Datenunabhängigkeit erspart uns die Mühe, Änderungen in allen Schaltplanebenen unserer Datenbank vorzunehmen, wenn Änderungen in einer Schaltplanebene erforderlich sind. Dadurch wird die Pflege unserer Datenbank zu einem guten Teil erschwinglich.
• Sicherheitsaspekt – Die ordnungsgemäße Durchsetzung der Standards und Protokolle zur Abschirmung der Datenbank wird einfacher. Daher ist die Datenunabhängigkeit in der Tat hilfreich bei der Verbesserung der Datenbanksicherheit.
• Entwickler konzentrieren sich auf die allgemeine Struktur: Entwickler können sich ausschließlich auf die Handhabung und Aktualisierung der logischen Struktur konzentrieren, ohne sich um die interne Implantation kümmern zu müssen. Die Änderungen werden direkt von der konzeptionellen Ebene und der internen Ebenenabbildung übernommen.
• Verringerung der Dateninkongruenz – Die Datenunabhängigkeit unterstützt die Änderung unserer Datenbankstruktur, um deren Kompatibilität zu erhöhen. Dies hilft bei der Kontrolle der Dateninkongruenz.
• Verbesserung der Leistung – Datenunabhängigkeit treibt die Ursache der Datenabstraktion an. Außerdem erleichtert es die reibungslose Umsetzung neuer Änderungen. Dadurch wird der Datenzugriff, -abruf oder -änderung schnell und bequem. Auf diese Weise erweist sich die Datenunabhängigkeit als nützlich, um die Datenbankleistung zu verbessern.

Wie wir aus den oben aufgeführten Punkten schließen können, die die Vorzüge der Datenunabhängigkeit hervorheben, fungiert die Datenunabhängigkeit als eine der Waffen von DBMS, die die Nachteile dateibasierter Systeme überwinden. Man kann es als die Immunität von Benutzeranwendungen gegen die Änderungen in der Schemadefinition und Datenorganisation sehen. Jede Münze hat zwei Gesichter, das gleiche gilt auch für diese. Nun, da Sie ziemlich davon überzeugt sind, dass Datenunabhängigkeit der Schlüssel zur Zuverlässigkeit und Sicherheit einer Datenbank ist, müssen Sie sich über den dunkleren Aspekt wundern. Lassen Sie mich Ihnen dann sagen, dass es nur zwei Hauptmängel gibt, auf die wir häufig stoßen, wenn wir uns mit der Datenunabhängigkeit befassen. Die erste ist die erhöhte Komplexität, die mit der Übernahme der Datenunabhängigkeit einhergeht. Datenbanken müssen sorgfältig entworfen werden, um die Datenunabhängigkeit optimal zu nutzen. Der zweite Nachteil hängt mit dem ersteren zusammen. Anwendungsprogramme hängen stark vom logischen Schema der Daten ab. Daher erfordert die Änderung der konzeptionellen Struktur eine Änderung des jeweiligen Anwendungsprogramms.

Ich hoffe, dieser Blog konnte die Datenunabhängigkeit richtig beleuchten und Ihr Wissen über DBMS aufwerten. Abgesehen von der Datenunabhängigkeit gibt es mehrere andere Faktoren, die einen großen Einfluss auf eine Datenbank haben. Um einen guten Überblick über solche relevanten Themen von DBMS zu erhalten, können Sie auf andere Blogs von Great Learning verweisen. Bleiben Sie dran und setzen Sie Ihre Lernreise mit uns fort. Sie könnten es vorziehen, sich für einen Crash-Kurs über DBMS zu entscheiden, mit einer guten Chance, ein Zertifikat zu erhalten. Wir haben zahlreiche zertifizierte Kurse, von denen Sie auf die eine oder andere Weise profitieren werden. Also, worauf warten Sie noch? Melden Sie sich hier für einen neuen Kurs an! Viel Spaß beim Lernen!