数据库的体系结构

1、数据库的体系结构1. 三级模式结构数据库的体系结构分为三级：外部级、概念级和内部级(图)，这个结构称为数据库 的体系结构， 有时亦称为三级模式结构或数据抽象的三个级别。 虽然现在 DBMS的产品多种多样， 在不同的操作系统下工作，但大多数系统在总的体系结构上都具有三级结构的特征。从某个角度看到的数据特性，称为数据视图 (Data View) 。外部级最接近用户，是单个用户所能看到的数据特性，单个用户使用的数据视图的描 述称为外模式。概念级涉及到所有用户的数据定义，也就是全局性的数据视图，全局数据视图 的描述称概念模式。内部级最接近于物理存储设备，涉及到物理数据存储的结构，物理存储数 据视图的描

2、述称为内模式。图 三级模式结构数据库的三级模式结构是对数据的三个抽象级别。 它把数据的具体组织留给 DBMS去做， 用户只要抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储，这样就减轻了用户使用 系统的负担。三级结构之间往往差别很大，为了实现这三个抽象级别的联系和转换，DBMS在三级结构之间提供两个层次的映象 (Mapping) ：外模式模式映象，模式内模式映象。这里的模式是 概念模式的简称。数据库的三级模式结构，即数据库系统的体系结构如图所示。图 数据库系统的体系结构2. 三级结构和两级映象（ 1）概念模式概念模式是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。 它由若干个概念记录类型组成， 还

3、包含记录间联系、数据的完整性安全性等要求。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中，而概念模式提供了连接这两 级的相对稳定的中间点，并使得两级中任何一级的改变都不受另一级的牵制。概念模式必须不 涉及到存储结构、访问技术等细节，只有这样，概念模式才能达到物理数据独立性。概念模式 简称为模式。（2）外模式外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。外模式由若干 个外部记录类型组成。用户使用数据操纵语言 （DML）语句对数据库进行操作，实际上是对外模式的外部记录进行操作。 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，按照外模式的结构存储和操 纵数据。（

4、3）内模式内模式是数据库在物理存储方面的描述，定义所有内部记录类型、索引和文件的组织 方式，以及数据控制方面的细节。（ 4）模式内模式映象模式内模式映象存在于概念级和内部级之间，用于定义概念模式和内模式之间的对 应性。由于这两级的数据结构可能不一致，即记录类型、字段类型的命名和组成可能不样， 因此需要这个映象说明概念记录和内部记录之间的对应性。模式内模式映象一般是放在内模式中描述的。（5）外模式模式映象外模式模式映象存在于外部级和概念级之间，用于定义外模式和概念模式之间的对 应性。外模式模式映象一般是放在外模式中描述的。3. 两级数据独立性由于数据库系统采用三级模式结构，因此系统具有数据独立性

5、的特点。数据独立性是 指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。（1）物理数据独立性如果数据库的内模式要修改，即数据库的物理结构有所变化，那么只要对模式内模 式映象做相应的修改即可。可以使概念模式尽可能保持不变，也就是对内模式的修改尽量不影 响概念模式，当然对于外模式和应用程序的影响更小， 这样，称数据库达到了物理数据独立性 （ 简 称物理独立性 ） 。（2）逻辑数据独立性如果数据库的概念模式要修改，比如增加记录类型或增加数据项，那么只要对外模式 模式映象做相应的修改，可以使外模式和应用程序尽可能保持不变。这样，我们称数据库达 到了逻辑数据独立性 （ 简称逻辑独立性 ） 。4. 用户

6、及用户界面用户是指使用数据库的应用程序或联机终端用户。编写应用程序的语言可以是 Cobol 、 PL/I 、C、C+、Java 一类高级程序设计语言。在数据库技术中，这些语言称为主语言 (Host Language)。DBMS还提供数据操纵语言 DML(Data Manipulation Language)，让用户或程序员使用。 DML可自 成系统，在终端上直接对数据库进行操作，这种 DML称为交互型 DML或宿主型 DML。用户界面是用户和数据库系统之间的一条分界线，在界限下面，用户是不可知的。用 户界面定在外部级上，用户对于外模式是可知的。数据库的三级模式结构是一个理想的结构，使数据库系统达到了高度的数据独立性。但是它给 系统增加了额外的开销。首先，要在系统中保存三级结构、两级映象的内容，并进行管理；其 次，用户与数据库之间数据传输要在三级结构中来回转换，增加了时间开销。然而，随