数据库系统的体系结构和三级模式
数据库系统的体系结构和三级模式
数据库系统是现代信息技术的核心组成部分，其体系结构和数据管理模式对于理解数据库的工作原理至关重要。本文将从用户视角和系统视角两个维度，深入探讨数据库的体系结构和三级模式概念，帮助读者建立对数据库系统全面而深入的认识。
1.数据库的体系结构
1.1 用户角度来看（外部体系结构）
- 集中式
- 客户/服务器
- 并行式
- 分布式
- web数据库
集中式数据库系统
什么是集中式数据库系统？
数据、数据管理、功能应用、用户接口到DBMS核心都集中在DBMS所在的计算机上
客户/服务器式数据库系统
客户/服务器式数据库系统
一个处理机（客户端）被送到另一个处理机（服务器端）上执行
并行式数据库系统
什么是并行式数据库系统？
使用相连接的多个cpu和多个磁盘进行并行操作，提高数据出来和I/O数据
分布式数据库系统
什么是分布式数据库系统？
分布式数据库系统是数据库系统和计算机网络相结合的产物，是针对面向地理上的分散，而管理上又需要不同程度集中管理的需求而提出的数据库管理信息系统
web数据库系统
什么是web数据库？
数据库技术是计算机处理与数据存储最有效，最成功的技术，而web技术的特点是资源共享，因此数据与资源共享这两种技术的结合即形成了今天广泛应用的web数据库（即网络数据库）
1.2 库管理系统来看（内部体系结构），数据库采用三级模式结构
- 内模式
- 模式
- 外模式
数据库系统的模式概念
了解数据库系统的模式之前先了解‘型和值’的概念
- ‘型’和‘值’的概念
‘型’(Type)
什么是 ‘型’ ?
对某一类数据的结构和属性的说明
‘值’(Value)
是型的一个具体赋值
eg:
学生记录型：
（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）
一个记录值
（002，李明，男，计算机，22，江苏）
什么是模式（schema）？
数据库逻辑结构和特征的描述
是型的描述
反映的是数据的结构及其联系
模式是相对稳定的
什么是实例?
模式的一份具体值
反应数据库某一时刻的状态
同一个模式可以有很多种实例
实例随数据库中的数据更新而变动
eg:
学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录
2003年的一个学生数据库的实例，包含
2003年学校中所有学生的记录
2003年学校开设的所有课程的记录
2003年所有学生的选课记录
2002年和2003年学生数据库模式对应的实例是不一样的
数据库系统的三级模式结构
为了有效地组织，管理数据，数据库采用三级模式结构：内模式、模式和外模式组成，即由物理级、概念级和视图级组成
数据库系统的三级模式-模式
- 模式(也称逻辑模式)，一个数据库只有一个模式
数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求
- 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层
与数据的物理存储细节和硬件环境无关
与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言
- 模式定义的内容
数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）
数据间的联系
数据有关的安全性、完整性要求
数据库系统的三级模式-外模式
- 外模式（也称子模式或用户模式）
数据库用户(包括程序员和最终用户)使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
- 外模式的用途
保证数据库安全性的一个有力措施
每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据
- 外模式的地位:介于模式和应用之间
模式和外模式的关系：一对多
模式与应用的关系：一对多
数据库系统的三级模式-内模式
- 内模式（也称存储模式）
是数据物理结构和存储方式的描述
是数据在数据库内部的表示方式
记录的存储方式(顺序存储，B树结构存储，hash存储)
索引的组织方式
数据是否压缩存储
数据是否加密
数据存储纪律结构的规定
- 一个数据库只有一个内模式
数据库的二级映像功能与数据的独立性
三级模式.png
- 每一个外模式，数据库系统都有一个‘外模式/模式映射’
定义模式和外模式直接的对应关系
映像定义包含在各自外模式的描述中
保证数据的逻辑独立性
- 模式/内模式映射
定义了数据全局逻辑结构与存储结构直接的对应关系
数据库中模式/内模式映像是唯一的
保证数据的物理独立性