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  • 数据库系统的三级模式结构 模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,它只涉及型的描述,而不涉及具体的值。...数据库系统内部的体系结构从逻辑上分为内模式、模式和外模式三级模式结构和二级映像功能。 ...

    数据库系统的三级模式结构

    模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,它只涉及型的描述,而不涉及具体的值。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。模式相对稳定不变,而实例则由于数据库中数据的不断更新变化而相对变动。模式反应的是数据的结构及其关系,而实例反映的是数据库某一时刻的状态。

    数据库系统内部的体系结构从逻辑上分为内模式、模式和外模式三级模式结构和二级映像功能。

    (1)模式。模式也称逻辑模式(Logical Schema)或概念模式(Conceptual Schema),是数据库全体数据的逻辑结构和特征的描述。模式处于三级结构的中间层,不涉及数据的物理存储细节和硬件环境,与具体的应用程序、所使用的应用开发工具及高级程序设计语言无关。一个数据库只有一个模式,因为它是整个数据库数据在逻辑上的视图,即是数据库的整体逻辑。

    (2)外模式。外模式(External Schema)又称为子模式(Subschema)或用户模式(User Schema),外模式是三级结构的最外层,是数据库用户能看到并允许使用的那部分局部数据的逻辑结构和特征的描述,是与某一应用有关的数据的逻辑表示,也是数据库用户的数据视图,即用户视图。可见,外模式一般是模式的子集,一个数据库可以有多个外模式。由于不同用户的需求可能不同,因此,不同用户对应的外模式的描述也可能不同。另外,同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用。因此,各个用户可根据系统所给的外模式,用查询语言或应用程序去操作数据库中所需要的那部分数据,这样每个用户只能看到和访问所对应的外模式中的数据,数据库中的其余数据对他们来说是不可见的。所以,外模式是保证数据库安全性的有力措施。

    (3)内模式。内模式(Internal Schema)又称储存模式(Storage Schema)或物理模式(Physical Schema),是三级模式中的最内层,也是最靠近物理存储的一层,即与实际存储数据方式有关的一层。它是对数据库存储结构的描述,是数据在数据库内部的表示方式。例如,记录以什么存储方式存储(顺序存储、B+树存储)、索引按照什么方式组织、数据是否压缩、是否加密等。一个数据库只有一个内模式。

    事实上,DBMS的中心工作之一就是完成三级数据库模式之间的转换,把用户对数据库的操作转化到物理级上去操作。

     

    数据库系统的二级映像与数据独立性

    数据库系统的三级模式是数据的三个抽象级别,它使用户能逻辑地处理数据,而不必关心数据在计算机内部的存储方式,把数据的具体组织交给DBMS管理。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系与转换,DBMS在三级模式之间提供了二级映像功能。正是这两级映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性与物理独立性。

    (1)外模式/模式映像。模式描述的是数据的全局逻辑结构,外模式描述的是数据的局部逻辑结构。数据库中的同一模式可以有任意多个外模式,对于每个外模式,都存在一个外模式/模式映像,它确定了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构之间的对应关系。例如,在原有的记录型之间增加新的联系,或在某些记录型中增加新的数据项时,由数据库管理员对各个外模式/模式映像作相应改变,这一映像功能保证了数据的局部逻辑结构不变(即外模式保持不变)。由于应用程序是根据数据的局部逻辑结构编写的,所以应用程序不必修改,从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。

    (2)模式/内模式映像。数据库中的模式和内模式只有一个,所以模式/内模式映像是唯一的。它确定了数据的全局逻辑结构与储存逻辑结构之间的对应关系。存储结构变化时,如果采用了更先进的存储结构,由数据库管理员对模式/内模式映像作相应的变化,使其模式仍保持不变,即把存储结构变化的影响限制在模式之下,这使数据的存储结构和存储方法较高地独立于应用程序,通过映像功能保证数据存储结构的变化不影响数据的全局逻辑结构的改变,从而不必修改应用程序,即保证了数据的物理独立性。

     

    数据库系统的三级模式结构与二级映像功能示意图

     

    数据库系统的三级模式与二级映像的优点

    (1)保证数据独立性。将模式和内模式分开,保证了数据的物理独立性;将外模式和模式分开,保证了数据的逻辑独立性。

    (2)简化了用户接口。按照外模式编写应用程序或输入命令,而不需要了解数据库内部的存储结构,方便用户使用系统。

    (3)有利于数据共享。在不同的外模式下可以有多个用户共享系统中数据,减少了数据冗余。

    (4)有利于数据的安全保密。在外模式下根据需要进行操作,只能对限定的数据操作,保证了其他数据的安全。

     

     

    参考资料:[1]陈志泊,王春玲,许福,范春梅.数据库原理及应用教程(第3版)[M].北京:人民邮电出版社,2014:10-12.

     

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  • 数据库系统的体系结构三级模式和两级映像  对于数据库三级模式和两级映像,可能我们并不陌生,三级模式指的是外模式、模式和内模式。两级映像指的是外模式/模式映像和模式/内模式映像。 下边我们介绍三级模式...

    数据库系统的体系结构:三级模式和两级映像

        对于数据库的三级模式和两级映像,可能我们并不陌生,三级模式指的是外模式、模式和内模式。两级映像指的是外模式/模式映像和模式/内模式映像。

    下边我们介绍三级模式:

    外模式:

        定义:外模式也称为用户模式,是数据库用户(包括应用程序和最终用户)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

        理解:

            1. 一个数据库可以有多个外模式

            2.外模式就是用户视图

            3.外模式就是保证数据安全性的一个有力措施

    模式:

        定义:模式又称为概念模式和逻辑模式,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,是所有用户公共数据视图(全局视图),它是由数据库管理系统提供的数据模式描述语言(DDL)来描述,定义的,体现,反映了数据库系统的整体观。

        理解:

            1.一个数据库只有一个模式

            2.是数据库数据在逻辑级上的视图

            3.数据库模式以某一种数据模型为基础

            4.定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构(如数据记录由那些数据项构成,数据项的名字,类型,取值范围等),而且要定义与数据有关的安全性,完整性要求,定义这些数据之间的联系。

    内模式:

        定义:内模式也称为存储模式,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,(例如,记录的存储方式是顺序存储,按照B树结构存储还是按hash方式存储,索引按照什么方式组织,数据是否压缩存储,是否加密,数据的存储记录结构有何规定)

        理解:

            1.一个数据库只有一个内模式

             2.一个表可能有多个文件组成,如数据文件,索引文件

             它是数据库管理系统(DBMS)对数据库中数据进行有效组织和管理的方法

    其目的有:

         1.为了减少数据冗余,实现数据共享

         2.为了提高存取效率,改善性能


    数据库的映像:外模式/模式映像       模式/内模式映像

    外模式/模式映像:

        定义在外模式描述中

        把描述局部逻辑结构的外模式与描述全局逻辑结构的模式联系起来

        保证逻辑独立性

        当模式改变时,只要对外模式/模式映像做出相应的改变,使外模式保持不变,则以外模式为依据的应用程序不受影响,从而保证了数据与程序之间的逻辑独立性,也就是数据的逻辑独立性。

    模式/内模式映像:

        定义在模式描述中

        把描述全局逻辑结构的模式与描述物理结构的内模式联系起来

        保证物理独立性

        当内模式改变时,比如存储设备或者存储方式有所改变,只要模式/内模式映像做相应的改变,使模式保持不变,则应用程序不变


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  • 数据库体系结构--三级模式两级映射

    万次阅读 热门讨论 2015-09-25 15:03:37
    大家平时用数据库有sqlserver mysql oracle DB2等,它们支持不同的数据模型,使用不同的数据库语言,建立在不同的操作系统上,但他们的体系结构是相同的,都是采用的“三级模式和两级映射”。  这里有很两个疑问?...
           
    

       大家平时用数据库有sqlserver  mysql  oracle DB2等,它们支持不同的数据模型,使用不同的数据库语言,建立在不同的操作系统上,但他们的体系结构是相同的,都是采用的“三级模式和两级映射”。

      这里有很几个疑问?
      1、什么是数据模型?
      2、什么是数据库语言?

      3、什么是三级模式和两级映射?

      4、为什么各个公司数据库都用“三级模式和两级映射”?

     

      1、数据模型

           所谓数据模型:它是对现实世界数据特征的抽象,是数据库结构的基础。

           数据模型由数据结构、数据操作和约束条件三要素构成。

           数据模型可分为了两大类:概念模型和基本数据模型。

         

       2、数据库语言

             其实数据库语言不只有sql(结构化查询语言),还有t-sql、pl/sql、ksql。

     

      3、三级模式和两级映射

            三级模式:概念模式、外模式和内模式。

            两级映射:外模式/概念模式    和概念模式/内模式。

            这里映射:是指两个模式之间相互转换。

        

     

     4、为什么各个公司数据库都用“三级模式和两级映射”?

          因为这样做可以保证数据的独立性,无论从逻辑还是物理上。

          所谓数据的独立就是指数据与程序的独立,将数据的定义从程序中分离出去。

         

     

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  • 数据库管理库管理系统的角度看,数据库系统体系结构一般采用三级模式结构。 实际上,数据库的产品很多,它们支持不同的数据模式,使用不同的数据库语言,建立在不同的操作系统上。数据的存储结构也各不相同,但...

    数据库模式

    数据库系统是数据密集型应用的核心,其体系结构受数据库运行所在的计算机系统的影响很大。从数据库管理库管理系统的角度看,数据库系统体系结构一般采用三级模式结构。

    实际上,数据库的产品很多,它们支持不同的数据模式,使用不同的数据库语言,建立在不同的操作系统上。数据的存储结构也各不相同,但体系结构基本上都具有相同的特征,采用“三级模式和两级映像”。

    数据库系统采用三级模式结构,这是数据库管理系统内部的系统结构。

    数据库系统设计员可在视图层、逻辑层和物理层对数据抽象,通过外模式、概念模式和内模式来描述不同层次上的数据特性。

    1.概念模式

    概念模式也称模式,是数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述,它由若干个概念记录类型组成,只涉及行的描述,不涉及具体的值。概念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。

    概念模式反映的是数据库的结构及其联系,所以是相对稳定的;而实例反映的是数据库某一时刻的状态,所以是相对变动的。

    需要说明的是,概念模式不仅要描述概念记录类型,还要描述记录间的联系、操作、数据的完整性和安全性等要求。但是,概念模式不涉及存储结构、访问技术等细节。只有这样,概念模式才算做到了“物理数据独立性”。

    描述概念模式的数据定义语言称为“模式DDL” 

    2.外模式

    外模式也称用户模式或子模式,是用户与数据库系统的接口,是用户用到的那部分数据的描述。它由若干个外部记录类型组成。用户使用数据操纵语言对数据库进行操作,实际上是对外模式的外部记录进行操作。

    描述外模式的数据定义语言称为“外模式DDL”。有了外模式后,程序员不必关心概念模式,只与外模式发生联系,按外模式的结构存储和操作数据。

    3.内模式

    内模式也称为存储模式,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。需要定义所有的内部记录类型、索引和文件的组织方式,以及数据控制方面的细节。

    例如,记录的存储方式是顺序存储、B树结构存储还是Hash方法存储;索引按照什么方式组织;数据是否压缩存储,是否加密;数据的存储记录结构有何规定。

    需要说明的是,内部记录并不涉及物理记录,也不涉及设备的约束。比内模式更接近于物理存储和访问的那些软件机制是操作系统的一部分(即文件系统)。例如,从磁盘上读、写数据。

    描述内模式的数据定义语言称为“内模式DDL”。

    总之,数据按外模式的描述提供给用户;按内模式的描述存储在磁盘上;而概念模式提供了连接这两级模式的相对稳定的中间层,并使得两级中任意一级的改变都不受另一级的牵制。

    三级模式两级映像

    数据库系统在三级模式之间提供了两级映像:模式/内模式的映像、外模式/模式的映像。这两级映射保证了数据库中的数据具有较高的物理独立性和逻辑独立性。

    •模式/内模式的映像:实现概念模式到内模式之间的相互转换。

    •外模式/模式的映像:实现外模式到概念模式之间的相互转换。

    数据的独立性是指数据与程序独立,将数据的定义从程序中分离出去,由DBMS负责数据的存储,从而简化应用程序,大大减少应用程序编制的工作量。数据的独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的。数据的独立性包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。

    数据的物理独立性是指当数据库的内模式发生改变时,数据的的逻辑结构不变。由于应用程序处理的只是数据的逻辑结构,这样物理独立性可以保证,当数据的物理结构改变了,应用程序不用改变。但是,为了保证应用程序能够正确执行,需要修改概念模式/内模式之间的映像。

    数据的逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库结构是相互独立的。数据的逻辑结构发生变化后,用户程序也可以不修改。但是,为了保证应用程序能够正确执行,需要修改外模式/概念模式之间的映像。

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  • 数据库三级模式结构

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  • 数据库三级模式两级映像

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  • 物理独立性
  • 数据库体系结构概念

    2019-09-20 17:16:03
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  • 数据库体系结构

    千次阅读 2019-03-01 09:38:25
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  • 数据库三级模式与二级映像

    千次阅读 2019-02-24 21:38:26
    而现实世界中的数据库,尽管使用的语言、存储的策略、支持的数学模型等等方面都有不同,但是他们的体系结构大都是一样的,即所谓的三级模式结构。 三级模式结构分别是:外模式、模式、内模式 二级映像功能分别是:...
  • 数据库三级模式

    2013-04-09 01:06:01
    人们为数据库设计了一个严谨的体系结构数据库领域公认的标准结构是三级模式结构,它包括外模式、模式和内模式,有效地组织、管理数据,提高了数据库的逻辑独立性和物理独立性。用户级对应外模式,概念级对应模式,...
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    千次阅读 2014-07-31 14:00:47
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数据库体系结构三级模式