2.数据库系统的结构

数据库系统的结构

        从数据库应用开发人员角度看，数据库系统采用三级模式结构，这是数据库系统内部的系统结构。

        从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构有：（这是数据库系统外部的体系结构）

（1）单用户结构；

（2）主从式结构；

（3）分布式结构；

（4）客户 - 服务器；

（5）浏览器 - 应用服务器 / 数据库服务器等等

1、数据库系统模式的概念

        在数据模式中有 “ 型 ”（type） 和 “ 值 ” （value）的概念。型是指对某一数据的结构和属性的说明，值是型的一个具体赋值。      

        模式是对数据库逻辑结构和特征的描述，它是型的描述，不涉及具体值；模式是相对稳定的。模式的一个具体值称为模式的一个实例。同一个模式可以有很多实例。实例随数据库中的数据的更新而变动。

【例】

“ 学生选课数据库 ” 模式：学生、课程和学生选课三个关系模式：

        学生表：Student（Sno，Sname，Ssex，Sage，Sdept）

        课程表：Course（Cno，Cname，Cpno，Ccredit）

        学生选课表：SC（Sno，Cno，Grade）

2019 年的学生选课数据库实例：

        2019 年学校中所有学生的记录；

        2019 年学校开设的所有课程的记录；

        2019 年所有学生选课的记录。

2020 年学生选课数据库实例：

        2020 年学校中所有学生的记录；

        2020 年学校开设的所有课程的记录；

        2020 年所有学生选课的记录。

2019 年度和2020 年度 “ 学生选课数据库 ” 模式对应的 2 个实例是不同的。

2、数据库系统的三级模式结构

        数据库系统的三级结构是指数据库系统是由外模式、模式和内模式三级构成。

数据库系统的三级模式结构

 

（1）模式（也称逻辑模式） 

        数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，所以用户的公共数据视图。模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图，一个数据库只有一个模式。

        模式是数据库系统模式结构的中心，它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无关。

        定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，而且还要定义数据之间的联系，定义与数据有关的安全性、完整性要求。

（2）外模式（也称子模式或用户模式）

        外模式是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

        外模式是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。这反映了不同用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求。对模式中某一数据，在不同的外模式中结构、类型、长度、保密级别等都可以不同。一个外模式可以为多个应用系统所使用，一个应用程序只能使用一个外模式。

         外模式的用途：每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，简化用户视图；是保障数据库安全性的一个有力措施。

（3）内模式（也称存储模式）

        内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组织方式。一个数据库只有一个内模式。

        是数据在数据库内部的表示方式：

【例如】

记录的存储方式；

索引的组织方式；

数据是否压缩存储；

数据是否加密；

数据存储记录结构的规定 —— 如定长或者变长；

记录是否可以跨页存放等等

3、数据库的二级映像功能与数据独立性

        数据库系统的三级模式是数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给数据库管理系统管理。数据库管理系统在这三级模式之间提供劳务两层映像：外模式 / 模式映像和模式 / 内模式映像。

（1）外模式 / 模式映像

        对用同一个模式可以有任意多个外模式。对于有每一个外模式，都有一个外模式 / 模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。

        保证数据的逻辑独立性：

（1）当模式改变时，数据库管理员对外模式 / 模式映像作出相应改变，使得外模式保持不变；

（2）应用程序是依据数据的外模式编写的，应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。

（2）模式 / 内模式映像

        数据库只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式 / 内模式映像是唯一的，它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。该映像定义通常在模式描述中。

        保证数据的物理独立性：

（1）当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变；

（2）模式不变，则应用程序不变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

        保证了应用程序的稳定性：除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改。从程序为中心到发展为以数据为中心，具有了数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去。

        数据的存取由数据库管理系统管理：

简化了应用程序的编制；

大大减少了应用程序的维护和修改。