第二讲-数据库系统的结构抽象与演变

一、数据库系统的标准结构

 

1.数据库管理的分层抽象

• External Level = User Level
• Conceptual Level = Logic Level
• Internal Level = Physical Level

2.模式、视图/数据

• 模式（Schema）：对数据库中数据进行的一种结构性的描述，所观察到数据的结构信息
• 视图（View）/数据（Data）：某一种表现形式下表现出来的数据库中的数据
• 模式又称概念模式或逻辑模式，对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据，按照统一的观点构造的全局逻辑结构，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体描述，是所有用户的公共数据视图(全局视图)。
• 外模式又称子模式，对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是从模式导出的一个子集，包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。
• 内模式又称存储模式，对应于物理级，它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据库最低一级的逻辑描述，它描述了数据在存储介质上的存储方式和物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。内模式由内模式描述语言来描述、定义，它是数据库的存储观。

3.三级模式

• External Schema = User View----某一用户能够看到与处理的数据的结构描述
• Conceptual Schema= Logic View----从全局角度理解/管理的数据的结构描述，含相应的关联约束，体现在数据之间的本质联系
• Internal Schema = Physical View----存储在介质上的数据的结构描述，含存储路径，存储方式，索引方式等

4.两层映像

• E-C Mapping
• C-I Mapping

5.数据库系统的标准结构

开发基于外部模式

6.两个独立性

• 逻辑数据独立性----概念模式变化时，只需要改变E-C Mapping，无需更改应用程序
• 物理数据独立性----内部模式变化时，只需改变C-I Mapping，无需改变外部模式

二、数据模型

 

1.什么是数据模型？----模式与模式的结构，即数据抽象的抽象

• 规定模式统一描述方式的模型，包括：数据结构、操作和约束
• 数据模型是对模式本身结构的抽象，模式是对数据本身结构形式的抽象

2.三大经典数据模型

• 关系模型：表的形式组织数据
• 层次模型：树的形式组织数据
• 网状模型：图的形式组织数据

 

三、数据库系统的演变与发展

1.探索阶段（59-65/67）：研制成功格式文件系统，正式提出“Database”，并开始研究

2.技术确立阶段：

• 三大数据库：层次、网状及关系数据库相继提出并进行了深入研究
• 商用数据库出现并应用，但多为网状及层次型系统
• 数据库研究形成理论基础：关系数据理论

3.成熟阶段

• 提出了标准化数据库系统结构模型
• 关系DB迅速发展：SQL、QBE、System、Ingres

4.深化发展阶段

5.从文件系统到数据库

• 可以较强的独立于应用程序，DBMS统一存取、维护数据组织形式及语义
• 统一的数据控制功能，共享程度高，自动检测安全性，完整性和并发正确性
• 整体数据结构化，文件之间，记录之间互有关联，数据冗余度小，易于扩充

6.由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库

关系数据库消除了前两者的指针系统

7.从关系数据库到对象关系数据库、面向对象数据库

• 对象-关系数据库：

• 可以有效支持不满足关系第一范式的数据项

• 以对象来封装需要分解的数据项

• 行对象与列对象，聚集对象与结构对象

• 面向对象数据库

  • 面向对象技术（O-O）与集合/聚集操作技术（SQL）的结合

  • 支持复杂的数据类型，数据封装与抽象数据结构

  • 支持面向对象的一些特性：类、继承、封装、多态

• XML数据库：半结构化数据库，数据和数据的语义合并在一起进行存储和处理，面向数据交换提出，在互联网世界广泛应用

8.由多种数据库到多数据库开放式互连

9.由普通数据库到各种先进技术结合所形成的新型数据库

 

四、习题总结

1. 在三级模式两层映像中，“模式”是指：概念模式
2. 在三级模式两层映像中，“物理模式”是指：存储模式
3. 在三级模式两层映像中，“全局模式”是指：概念模式
4. 在三级模式两层映像中，“局部模式”是指：外模式