Das zentrale Ziel einer Datenbank, die Integration von Daten und die Datenunabhängigkeit der Anwenderprogramme, setzt voraus, dass sich alle Anwendungsprogramme auf eine einheitliche Beschreibung der Daten einigen.

Mit dem im Jahre 1975 herausgegebenen ANSI-Architekturmodell (3-Schichten-Architektur oder auch 3-Schema-Konzept) unterbreitete ANSI einen Vorschlag für die prinzipielle Architektur von Datenbanksystemen, an dem sich sowohl die Hersteller von Datenbanksoftware als auch die Betreiber von Datenbanken orientieren sollten. Urheber des ANSI-Architekturmodells ist das American National Standards Institute (ANSI), d.h. der nationale Normenausschuss der USA, der dem DIN in der Bundesrepublik Deutschland entspricht.

Die Beschreibung einer Datenbank erfolgt nach diesem Konzept auf drei verschiedenen Ebenen, die jeweils durch eine andere Sichtweise geprägt sind. Zur Formalisierung einer Sichtweise dienen Schemata, d.h. in einer Datenbeschreibungssprache abgefasste Definitionen der in einer Datenbank zugelassenen Datenstrukturen.

Der Kern dieser Architektur ist die konzeptionelle Ebene (auch konzeptuelle Ebene). Hier wird der Teil der Realität, den das Datenbanksystem (DBS) nachbilden soll, in seiner logischen Gesamtheit beschrieben. In dieser Ebene werden alle Daten und ihre Beziehungen zueinander modelliert. Darüber hinaus ist sie unabhängig von den hardwaremäßigen Gegebenheiten und den Anforderungen einzelner Benutzer.

Beispiel: Auf der konzeptionellen Ebene ist für ein Gehaltsabrechnungsprogramm z.B. festzulegen, dass es die Datensätze “Mitarbeiter” gibt, die die Personalnummer, den Namen, das Gehalt usw. enthalten. Ferner ist festzuhalten, in welcher Beziehung einzelne Mitarbeiter zueinander stehen (z.B. Abteilungsleiter) oder in welchem Bereich der Firma ein Mitarbeiter beschäftigt ist (z.B. Materiallager).

Über bzw. unter der konzeptionellen Ebene liegen die interne und die externe Ebene. In der internen Ebene wird die Organisation der Daten und ihrer Zugriffspfade auf den physischen Speicher festgelegt. In dieser Ebene werden Fragen geklärt, wie: Welche Daten werden zu welchen Einheiten (Datensätzen) zusammengefasst und wie schnell wird darauf zugegriffen?

Beispiel: Auf der internen Ebene ist für das Gehaltsabrechnungsbeispiel zu definieren, in welcher Reihenfolge die Felder “Personalnummer”, “Name”, “Gehalt” usw. des Datensatzes “Mitarbeiter” gespeichert werden, welche Länge sie haben und wie die Daten codiert werden. Des Weiteren sind hier Angaben über die Dateiorganisation und die Zugriffsmechanismen zu den Daten (z.B. Hash-Verfahren, Binärbaum) notwendig.

Die externe Ebene legt fest, welche Daten bestimmte Benutzer bzw. Programme sehen und bearbeiten können. Dabei kann es zu jedem Anwendungsprogramm ein eigenes externes Schema geben, welches die für das Anwendungsprogramm wichtigen Daten der Datenbank in der Weise definiert, wie sie das Programm als Eingabe erwartet.

Beispiel: Auf der externen Ebene ist für das Gehaltsabrechnungsbeispiel z.B. zu definieren, dass für die Statistiker von den Personaldaten nur das Gehalt (die Statistik soll anonym bleiben) und die Abteilung benötigt werden.

Außerdem legt das ANSI-Architekturmodell noch die ebenenweise Zuordnung von personellen Instanzen fest, die als Anwendungs-, Unternehmens- und Datenbankadministrator bezeichnet werden und für die externe, konzeptionelle und interne Ebene zuständig sind.

Datenbankebenen im ANSI-Architekturmodell

Hinweis: Das ANSI-Architekturmodell zeigt nicht die Schritte der Datenbankentwicklung, sondern die verschiedenen Teile eines Datenbankkonzepts.

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