1.4数据库系统的组成与结构

1.4数据库系统的组成和结构1.4.1数据库系统的组成1.4.2数据系统的结构11.4.1数据库系统的组成数据库人员软件系统硬件环境

DBS

数据库是长期储存在计算机内、有的、可共享的大量数据集合2数据库通常包括两部分内容：

⑴

物理数据库：其中存放按一定的数据模型组织并实际存储的所有应用需要的工作数据

⑵

数据字典(DD)：存放关于DB中各级模式的描述信息，包括所有数据的结构名、意义、描述定义、存储格式、完整性约束、使用权限等信息。因DD包含DBS中的大量描述信息而不是用户数据，故也称为“描述信息库”为了区分物理DB中的数据和DD的数据，通常称DD中的数据为元数据，组成DD文件的属性称为元属性。DD是DBMS存取和管理数据的基本依据，主要由系统管理和使用.31.4.1数据库系统的组成数据库人员软件系统硬件环境

DBS软件开发人员软件使用人员

（最终用户）数据库管理人员

（DBA）41.软件开发人员负责为终端用户设计和编制应用程序，以便终端用户对数据库进行存取操作。2.软件使用人员主要是使用数据库的各级管理人员、工程技术人员、科研人员，一般为非计算机专业人员；3.数据库管理员（DadabaseAdministrator，简称DBA）DBA是指全面负责数据库系统的“管理、维护和正常使用的”人员，其职责如下：

5（1）参与数据库设计，决定数据库的结构和内容；（2）定义数据的安全性、完整性，负责分配用户对数据库的使用权限和口令管理；（3）监督控制数据库的使用和运行，改进或重新构造数据库系统。（4）帮助终端用户使用数据库DAB的职能：61.4.1数据库系统的组成数据库人员软件系统硬件环境

DBSDBMS:

是DBS的核心，用于DB的建立、使用和维护支持DBMS的OS:DBMS向OS申请所需的软/硬件资源，并接受OS的控制和调度，OS是DBMS与硬件之间的接口应用开发工具:是系统为应用开发人员和最终用户提供的功能强、效率高一组开发工具集合

应用系统:

是DBS的批处理用户和终端用户借助应用程序、终端命令，通过DBMS访问DB的应用软件.71.4.1数据库系统的组成数据库人员软件系统硬件环境

DBS足够大的内存:以存放OS、DBMS运行程序、应用程序、数据库表等大容量的存储设备:供存放数据和系统副本;具有较高的通道能力:能力以提高数据处理速度;8数据库最终用户应用系统数据库管理员(DBA)应用程序员应用开发工具DBMS操作系统数据库系统的组成图9可以从多种不同的角度考查数据库系统的结构。从DBMS看：数据库系统通常采用三级模式结构，这是数据库系统内部的体系结构；从最终用户的角度看：数据库系统的结构分为单用户结构、集中式结构、分布式结构、C/S和B/S结构，这是数据库系统外部的体系结构或者数据库应用系统体系结构。1.4.2数据库系统的结构10

一、数据库的三级模式结构的基本概念：“型”和“值”的概念型（Type）对某一类数据的结构和属性的说明值（Value）是型的一个具体赋值类似于程序设计中变量的类型与值的关系例：学生记录为（学号、姓名、性别、系别、年龄），称为记录型，而（001101，张立，男，计算机，20）称记录值。11应用1应用2应用n……子模式1……子模式m子模式/模式映象模式(Schema)模式/内模式映象内模式数据库数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式：是指数据库系统由外模式、模式、内模式组成，如图所示:：12例：学生课程数据库三级体系结构学生关系Student(Sno,Sname,Sage,Ssex)课程关系Course(Cno,Cname,Teacher)学生课程关系SC(Sno,Cno,Grade)内模式模式成绩子模式G(Sname,Cname,Grade)子模式n子模式113外模式（个别用户视图）模式（存什么）（公共用户视图）内模式（怎么存）（存储视图）物理层逻辑层视图层简化的数据库三层模式结构14模式（Schema）

又称概念模式或数据库模式或逻辑模式。是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。模式只是对记录“型”的描述，而与具体的“值”无关.功能数据逻辑结构（字段组成、字段属性）数据之间联系数据有关安全性、完整性要求DBMS用模式描述语言DDL来定义模式152.外模式（ExternalSchema）

外模式又称子模式或用户模式或外视图，是用户看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。DBMS用子模式定义语言DDL来定义模式

同一外模式可以被多个应用系统使用，一个应用系统只能使用一个外模式由多种外记录值构成，这些记录值是概念视图的某一部分的抽象表示。即个别用户看到和使用的数据库内容，也称“用户DB”。163.内模式（InternalSchema）

内模式又称存储模式或内视图，是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法.功能1.规定了记录的存储方式，是堆存储，还是索引存储，还是聚簇存储2.规定了记录的位置、块的大小和溢出区。3.规定数据的是否加密、是否压缩DBMS用内模式描述语言DDL来定义17注意：它们的区别与联系①外模式可有多个，而概念模式、内模式只能各有一个②内模式是整个数据库实际存储的表示，而概念模式是整个数据库实际存储的抽象表示，外模式是概念模式的某一部分的抽象表示。18数据库系统的二级映象数据库系统的三级模式是对应着数据的三个抽象级别，它使用户能逻辑、抽象地处理数据，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和转换，DBMS在三级模式之间提供了二级映象功能。194.模式/内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系模式/内模式映象是唯一的。该映像的定义包含在模式中。存储结构变化，模式/内模式映象也应有相应的变化，使其概念模式仍保持不变，从而不必修改应用程序，即确保了数据的物理独立性。205.外模式/模式映象同一模式可有多个外模式，对每一个外模式都存在一个外模式/模式映象。该映像的定义包含在各自的外模式中。该映像定义了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构之间的对应关系。当数据的总体逻辑结构改变，外模式/模式映象也发生相应的变化，但数据的局部的逻辑结构不变，所以应用程序不必须修改，从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。21两级数据独立性

数据独立性（DataIndependence）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。数据独立性分成物理数据独立性和逻辑数据独立性两个级别：（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/内模式映象作相应的修改，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，当然对外模式和应用程序的影响更小，这样，我们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，例如增加记录类型或增加数据项，那么只要对外模式/模式映象作相应的修改，可以使外模式尽可能保持不变。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）。226.三级结构的优点（1）保证数据的独立性。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敲入命令，而不需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有多个用户共享系统中数据，减少了数据冗余。（4）利于数据的安全保密。在外模式下根据要求进行操作，不能对限定的数据操作，保证了其他数据的安全。

23数据库系统外部的体系结构单用户结构主从式结构分布式结构客户/服务器结构浏览器/应用服务器/数据库服务器结构24二、数据库的外部体系结构单用户结构主从式（集中式）结构分布式结构客户机/服务器结构（C/S）浏览器/服务器结构（B/S）

整个数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据，都装在一台计算机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据。251.单用户数据库系统整个数据库系统(应用程序、DBMS、数据)装在一台计算机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据早期的最简单的数据库系统例如一个企业的各个部门都使用本部门的机器来管理本部门的数据，各个部门的机器是独立的。由于不同部门之间不能共享数据，因此企业内部存在大量的冗余数据。26二、数据库的外部体系结构单用户结构主从式（集中式）结构分布式结构客户机/服务器结构（C/S）浏览器/服务器结构（B/S）

采用大型主机和多个终端相结合的系统。该结构将OS、应用程序、DBS等数据和资源均放在作为核心的主机上,连接在主机上的终端,只作为主机的一种输入/输出设备。在此体系结构中，数据存储层和业务处理层都放在主机上，而界面表示层放在与主机相连接的各个终端上。272.主从式（集中式）结构的数据库系统一个主机带多个终端的多用户结构数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由主机来完成各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，共享数据资源28主从式结构的数据库系统优点易于管理、集中控制与方便维护缺点当终端用户数目增加到一定程度后，主机的任务会过分繁重，成为瓶颈，从而使系统性能下降系统的可靠性依赖主机,当主机出现故障时，整个系统都不能使用。29二、数据库的外部体系结构单用户结构主从式（集中式）结构分布式结构客户机/服务器结构（C/S）浏览器/服务器结构（B/S）

303.分布式结构的数据库系统数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理地分布在计算机网络的不同结点上网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用31分布式结构的数据库系统优点适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求缺点数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络传输的制约32二、数据库的外部体系结构单用户结构主从式（集中式）结构分布式结构客户机/服务器结构（C/S）浏览器/服务器结构（B/S）

334．C／S结构的数据库系统客户／服务器把DBMS功能和应用分开网络中某个（些）结点上的计算机专门用于执行DBMS功能，称为数据库服务器，简称服务器其他结点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具，用户的应用系统，称为客户机在C/S结构中，客户机提出请求，服务器对客户机的服务请求作出回应。C/S结构的本质在于通过对服务功能的分布实现分工服务。每个服务器都为整个局域网系统提供自己最擅长的服务,让所有客户机来分享；客户机的应用程序借助服务器的服务功能实现复杂的应用功能。在C/S结构中，数据存储层处于服务器上，业务处理层和界面表示层处于客户机上。34客户／服务器数据库系统的种类集中的服务器结构一台数据库服务器，多台客户机分布的服务器结构在网络中有多台数据库服务器分布的服务器结构是客户／服务器与分布式数据库的结合35客户／服务器结构的优点客户端的用户请求被传送到数据库服务器，数据库服务器进行处理后，只将结果返回给用户，从而显著减少了数据传输量数据库更加开放客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行可以使用不同厂商的数据库应用开发工具36客户／服务器结构的缺点“胖客户”问题：系统安装复杂，工作量大应用维护困难，难于保密，造成安全性差相同的应用程序要重复安装在每一台客户机上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬件配置、操作系统又常常不同，要为每一个客户机安装应用程序和相应的工具模块，其安装维护代价便不可接受了37二、数据库的外部体系结构单用户结构主从式（集中式）结构分布式结构客户机/服务器结构（C/S）浏览器/服务器结构（B/S）

38浏览器/应用服务器/数据库服务器结构B/S（Browser/Server）客户端：浏览器软件、用户界面浏览器的界面统一，广大用户容易掌握大大减少了培训时间与费用服务器端分为两部分：Web服务器、应用服务器数据库服务器等大大减少了系统开发和维护代价能够支持数万甚至更多的用户39课外习题作业：P37:1,6,P38:12,13,20,22,24附加作业数据库技术发展趋势？主流数据库产品有哪些？分别有什么特点?http://www.baidu.comhttp://www.google.com40本章概述了信息、数据与数据处理的基本概念，介绍了数据管理技术发展的四个阶段，说明了数据库系统的优点。通过介绍数据库系统的组成，DBMS的功能与组成，使读者了解数据库系统实质是一个人机系统，人的作用特别是DBA的作用非常重要。数据库系统的三级抽象和二级映象保证了数据库系统的逻辑独立性和物理独立性。小结41数据模型是对现实世界进行抽象的工具，用于描述现实世界的数据、数据联系、数据语义和数据约束等方面的内容。数据模型分为概念模型和结构模型两大类。前者的代表是E-R模型,其中EER模型是E-R模型的扩充，后者的代