数据库的体系结构
 
DBMS系统种类很多，他们支持的数据模式不尽相同，使用不同的语言，建立在不同的OS上，数据的存储结构也各不相同，但他们在体系结构上通常具有相同的特征，即采用三级模式结构并提供两层映射功能。
 
数据库模式
 
为了保障数据与程序之间的独立性，使用户能以简单的逻辑结构操作数据而无须考虑数据的物理结构，简化应用程序的编制和程序员的负担，增强系统的可靠性。所以通常DBMS将数据库的体系结构分为三级模式。
 
数据库三级模式
 
数据库三级模式分别是外模式，概念模式，内模式。
 
 
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。也就是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)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。
 
外模式通常是概念模式的子集。一个数据库可以用很多外模式。同一个外模式可以给某个用户的多个应用系统所使用，但一个应用系统只能使用一个外模式。
 
外模式是保证数据库安全性的一个有力措施。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是不可见的，这样可以屏蔽大量无关信息且有利于数据的保护。
 
在一般的DBMS中都提供有相关的外模式描述语言(外模式DDL)。
 
++理解下面的文字++：
 外模式是以视图的形式展现给用户，这里的视图不是UI，而是数据库中的视图，又叫虚表，是相对于基本表而言。基本表就是我们平常在数据库中创建的那些表，而视图是对这些基本表中的数据的某种展现形式，是这些数据的一个子集，但不限于某张表的数据的子集，也可以是多张表联合起来进行显示的一组数据。比如学校的教务系统，每个学生只能看到自己的成绩，而教师可以看到学生们的成绩，辅导员可以看到系里所有学生的成绩等等。那么可以基于所有学生的成绩数据，针对不同权限的用户选取不同的子集，这个子集就是所谓的视图。注意：视图本身并不是实际存放数据，而是对于如何选取数据的一种描述，也就是虚。并且当全局数据改变时，视图中的数据也会随着改变。
 通过外模式，可以让不同用户看到他们可以看到的。
 
概念模式
 
概念模式也称为模式或者逻辑模式。是数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述，是所有用户的公共数据视图。看上图，它是在外模式和内模式之间，即不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序，开发工具以及高级程序设计语言无关。
 
一个数据库只有一个模式。 实际工作中，模式就等同于程序员创建一个具体的数据库的全部操作。比如这是一个MySQL数据库，有n张表，每张表的名称，表中的字段，字段类型，主键等等。
 
DBMS提供模式描述语言（模式DDL）来严格地定义模式。
 
内模式
 
内模式也称存储模式。一个数据库只有一个内模式。
 它是数据库物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表达方式。比如：记录的存储方式是堆存储，还是按照某些属性值的升（降）存储；索引按照什么方式组织，是B+树索引，还是Hash索引等。
 
DBMS提供内模式描述语言（内模式DDL/存储模式DDL）来严格定义内模式。
 
三级模式在关系型数据库的对应关系
 
1.三级模式是数据库系统通常采用的结构，但这并不意味着你必须按照三级模式结构设想的那样来编程。这是因为，各种类型数据库（层次、网状、关系）和各个具体数据库对三级模式的提供的支持是不完善和不一致的。
 
2.三级模式都是以DDL（Data Definition Language）定义的，那么在RDBMS（关系型）中三种模式的定义都包含在可以使用的DDL语句中：
 
外模式（DDL中的Subschema DLL部分），在RDBMS中就只有一个视图支持。视图提供的也只是一定程度的数据逻辑独立性。因为对于视图的更新是有条件的，因此当应用程序有需要修改数据的语句时，仍然不得不去操作基本表。所以如果基本表改变了，那么应用程序还是要变的。
模式（DDL中的Schema DDL部分），模式就是基本表。除了视图和索引组织方式等等之外都是模式的范围，比如表、字段、索引、存储过程、触发器等等。
内模式（DDL中的Storage DDL部分），内模式是存储文件。但存储文件的存储方式和结构可以被定义，这一部分能操作的情况比较少，举一个例子如MySQL中创建table并且制定使用MEMORY引擎、使用hash索引
 
两层映射
 
为了能够实现在这3个抽象层次之间的联系和转换，数据库管理系统在三级模式中提供了两层映射，分别为 外模式/模式映射 和 模式/内模式映射。
 
1.外模式/模式映射
 
对于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映射。当模式被改变时，数据库管理员对各个外模式/模式映射做相应的改变，可以使外模式保持不变。这样，依据数据外模式编写的应用程序就不用修改，保证了数据与程序的逻辑独立性。
 
总结：外模式/模式映射保证了当模式改变时，外模式不用变，即逻辑独立性。
 
2.模式/内模式映射
 
数据库中只有一个模式和一个内模式，所以模式/内模式的映射是唯一的，它定义了数据库的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。当数据库的存储结构被改变时，数据库管理员对模式/内模式映射做相应的改变，可以使模式保持不变，应用程序相应地也不做变动。这样，保证了数据与程序的物理独立性。
 
总结：模式/内模式映射保证了当内模式改变时，模式不用变，即物理独立性。
 
两层映射只是在系统设计层面上，在每一个模式上保证了它底层模式（地基）的稳定性。两层映射仅仅是也只能是在系统理论设计层面上的保证，如果你应用需求本身发生变化了那可能什么都需要改变。
 
参考：
 
刘慰
 
有且仅有
 
杜小白Zero

　数据库的模式（Schema）是对现实世界的抽象，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述。模式反映的是数据的结果及其联系，数据库系统在其内部具有三级模式和二级映像。三级模式分别是外模式、模式和内模式，二级映像则是外模式/模式映像、模式/内模式映像。
 
     三级模式
 
　　（1）模式
 
　　模式对应着概念级，它是由数据库设计者总和所有用户的数据，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。它是由数据库管理系统提供的数据模式描述语言（Date Description Language，DDL）来描述、定义的，体现并反映了数据库系统的整体观。
 
　　（2）外模式　　
 
　　外模式对应于用户级，它是某个或某几个用户看到的数据库的数据视图，是与某一应用有关的数据逻辑的表示。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。用户可以通过外模式描述语言来描述、、定义对应于用户的数据记录（外模式），也可以利用数据操纵语言（DML）对这些数据记录进行操作。
 
　　（3）内模式
 
　　内模式对应于物理级，它是数据库中全部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存储方式的物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。
 
　　二级映像
 
　　数据库系统的三级模式是对数据的3个抽象，它把数据的具体组织留给DBMS管理，使用户能逻辑地、抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的具体表示和存储。为了能够在内部实现着3个抽象层次的练习和转换，DBMS在这3个级别之间提供了两层映像：外模式/模式映像  和  模式/内模式映像。
 
　　外模式/模式映像  使数据具有较高的逻辑独立性。它定义了外模式和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。当模式改变时，DBA要求相关的外模式/模式映像做相应的改变，以使外模式保持不变。应用程序是依据实际的外模式编写的，外模式不变应用程序就没必要修改。所以，外模式/模式映像  功能保证了数据与程序的逻辑独立性。
 
　　模式/内模式映像使数据具有较高的物理独立性。它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。该映像定义通常包含在模式描述中。当数据库的存储结束了，DBA要对模式/内模式映像做相应的改变，以使模式保持不变。模式不变，与模式没有直接联系的应用程序也不会改变。所以，模式/内模式映像功能保证了数据与程序的物理独立性。

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.
 
 

 
首先，什么叫做模式？
 
概念：对现实世界的抽样，是对数据逻辑结构和特征的描述，反映了数据的结果和联系。
 
然后为什么分为三级是哪三级？
 
由来：美国国家标准学会(American  National  Standard Institute ，ANSI)的数据库管理学系统研究小组于1978年提出了标准化的建议，将数据库结果分为三级：面向用户或程序员的用户级、面向建立和维护数据库人员的概念级和面向系统程序员的物理级。用户级对应外模式，概念级对应模式，物理级对应内模式。
 
模式(概念级)：概括出一个数据库所需的所有数据，并抽像出这些数据间的逻辑结构和各个数据的特征，依此才能开始建立数据库。(假设为学校中全部的数据，人员信息，课程信息，等等)
 
外模式(用户级)：用户能看到的数据库中的各个表，这些表中包含的数据以及数据之间的联系(表的逻辑结构)是跟某个应用或用户具体的需求相关的。(比如每个学生只能看到自己专业对应的课表以及老师)
 
内模式(物理级)：其实就是描述数据库中的所有数据在物理介质上的存储形式。
 
我们简单的理解了什么是模式，以及三级模式到底分为哪三级。现在我们来了解映像。
 

 
映像
 
概念：为了实现3种模式之间的转换，提出了二级映像。
 
外模式/模式 ：定义了外模式和模式之间的对应关系，当模式改变，例如关系数据库系统中增加新的关系、改变关系的属性或者数据类型等，则只需更改外模式/模式的映射关系以保证面向用户的外模式不变，同时，应用程序是依据外模式编写的，外模式不变应用程序就不用修改，这样就保证了数据与程序的逻辑独立性。
 
模式/内模式：定义了数据的逻辑结构形式与物理存储结构之间的对应关系，当存储方式发生改变时，只需要修改这个模式/内模式映像就可以保持模式不变，从而使外模式无需发生改变，应用程序也无需发生改变，保证了数据与程序的物理独立性。
 
声明：括号内的比喻如果有不对的地方，请指正，小白在学。