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 5.1）,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 的描述称为

2、内模式。个用白的理阳、图5.1三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5.2所示。用户肌用户应用户欖式抵念F I rJ图5.2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

3、辑结构的描述。它由若干个概念记录类型组成，还包 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) 外模式夕卜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

4、式发生联系，按照外模式的结构存储和操 纵数据。(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一样，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

5、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

6、逻 辑数据独立性(简称逻辑独立性)。4用户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 Languageg 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。