数据库的三级模式与两级映像

数据库的三级模式与两级映像结构是一种重要的数据管理架构，能够有效地实现数据的独立性和共享性。

三级模式

• 外模式：也称为子模式或用户模式，是用户与数据库系统的接口，它是特定用户所看到的数据视图，包含了用户感兴趣的那部分数据和相关的操作。不同的用户可以有不同的外模式。例如，在一个学校管理系统中，学生可能只能看到与自己成绩、选课相关的信息，而教师则能看到所教课程的学生成绩、课程安排等信息，这里学生和教师所看到的不同数据视图就是不同的外模式。
• 模式：也称为概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它处于三级模式的中间层，不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，是所有用户的公共数据视图。例如，在学校管理系统的模式中，会定义学生表、教师表、课程表等各种数据表的结构，以及它们之间的关系，如学生与课程之间的选课关系等。
• 内模式：也称为存储模式，它描述了数据在数据库内部的表示方式和存储结构，包括数据的存储方式、索引的组织方式等。例如，数据可能是以顺序文件、索引文件或哈希表等形式存储在磁盘上，内模式会具体规定这些存储细节。

两级映像

• 外模式/模式映像：它定义了外模式与模式之间的对应关系。当模式发生变化时，如增加了新的字段或修改了表结构，只需要调整外模式/模式映像，就可以使外模式保持不变，从而保证了数据的逻辑独立性。例如，学校管理系统中，如果在学生表中增加了一个 “家庭住址” 字段，通过调整外模式/模式映像，学生和教师看到的外模式（如学生看到的自己的成绩、选课信息等视图）可以不发生变化，他们仍然可以按照原来的方式访问数据。
• 模式/内模式映像：它定义了模式与内模式之间的对应关系。当内模式发生变化时，如存储结构改变或存储设备更换，只要调整模式 / 内模式映像，就可以使模式保持不变，进而保证了数据的物理独立性。例如，将数据库的存储方式从一种文件系统转换为另一种文件系统，通过调整模式 / 内模式映像，模式中定义的数据表结构、关系等逻辑结构不会受到影响，应用程序仍然可以正常访问和操作数据。

举例说明

假设我们有一个大学的学生管理系统，其中包含学生的基本信息（如学号、姓名、性别、年龄等）、课程信息（如课程编号、课程名称等）以及选课信息（如学生选修的课程列表等）。

三级模式的具体例子：

外模式示例：

1. 对于教务处老师来说，他们需要查看学生的详细信息和选课情况。因此，他们的外模式可能包括学生的基本信息和选课记录。
2. 对于财务部门来说，他们只需要学生的学号和学费缴纳状态。所以，财务部门的外模式只包含学生学号和相关缴费信息。

      

模式示例：

• 数据库的整体模式包含了所有学生的信息、课程信息以及选课信息。  

       

内模式示例：

• 内模式定义了如何在硬盘上存储这些数据，例如使用哪种文件组织方式（如B树索引），是否对某些字段进行压缩以节省空间等。

       

两级映像的具体例子：

1. 外模式/模式映像示例：

假设学校决定增加一个新的属性“出生地”到学生的模式中。由于存在外模式/模式映像，教务处和财务部的应用程序不需要修改，它们依然按照各自的外模式访问数据。

2. 模式/内模式映像示例：

如果数据库管理员决定改变存储结构，比如从B树索引改为哈希索引，这种变化不会影响模式中的数据定义。通过调整模式/内模式映像，逻辑模式可以保持不变，应用程序仍然可以正常工作。

通过这种方式，三级模式和两级映像机制确保了数据的独立性和灵活性，使数据库系统更加易于管理和维护。