資料庫的三層結構

① 資料庫系統的內部結構體系簡介

資料庫系統的內部結構體系簡介

計算機安全是計算機技術的一個分支，其目標包括保護信息免受未經授權的訪問、中斷和修改，同時為系統的預期用戶保持系統的可訪問性和可用性。下面是我收集的資料庫系統的內部結構體系，希望大家認真閱讀!

資料庫系統的內部具有三級模式與二級映射。

1)資料庫系統的三級模式

數據模式是資料庫系統中數據結構的一種表示形式，它具有不同的層次與結構方式。

(1)概念模式

概念模式是資料庫系統中全局數據邏輯結構的描述，是全體用戶公共數據視圖。概念模式主要描述數據的概念記錄類型以及它們之間的關系，還包括一些數據間的語義約束。

(2)外模式

外模式又稱子模式或用戶模式，是用戶的數據視圖，即用戶見到的數據模式。

概念模式給出系統全局的數據描述而外模式則給出每個用戶的局部數據描述。

(3)內模式

內模式又稱物理模式，它給出資料庫物理存儲結構與物理存儲方法，如數據存儲的文件結構、索引、集簇及hash等存取方式與存取路徑，內模式的物理性主要體現在操作系統及文件級上。

內模式對一般的用戶是透明的.，但它的設計直接影響到資料庫系統的性能。

模式的三個級別層次反映了模式的三個不同環境以及它們的不同要求，其中內模式處於最底層，它反映數據在計算機物理結構中的實際存儲形式，概念模式牌中層，它反映了設計者的數據全局邏輯要求，而外模式處於最外層，通過兩種映射由物理資料庫映射而成它反映用戶對數據的要求。

2)資料庫系統的二級映射

資料庫系統的三級模式是對數據的三個級別抽象，它把數據的具體物理實現留給物理模式，使得全局設計者不必關心資料庫的具體實現與物理背景;通過兩級映射建立了模式間的聯系與轉換，使得概念模式與外模式雖然並不物理存在，但也能通過映射獲得實體。同時，兩級映射也保證了資料庫系統中數據的獨立性。

兩級模式的映射：

概念模式到內模式的映射：該映射給出概念模式中數據的全局邏輯結構到數據的物理存儲結構間的對應關系

外模式到概念模式的映射：該映射給出了外模式與概念模式之間的對應關系

【拓展】外部結構

從資料庫最終用戶角度看，資料庫系統的結構分為集中式(單用戶結構、主從式結構)、分布式(客戶機/伺服器結構)和多層結構，這是資料庫系統外部的體系結構。

(1)單用戶應用結構：是運行在個人計算機上的結構模式，常稱為桌面(Desktop)DBMS。屬於單用戶DBMS的主要產品有：Microsoft Access、Paradox、Fox系列。單用戶的DBMS的功能在數據的一致性維護、完整性檢查及安全性管理上是不完善的。桌面資料庫管理系統中比較好的有Access、Paradox等，它基本實現了DBMS應該具有的功能。

(2)主機/終端結構：是以大型主機為中心(Mainframe．Centric)的結構模式，也稱為分時共享(Time—Sharing)模式，它是面向終端的多用戶計算機系統(主從式結構)。該結構以一台主機為核心，將操作系統、應用程序、DBMS、資料庫等數據和資源均放在該主機上，所有的應用處理均由主機承擔，每個與主機相連接的終端都是作為主機的一種I/O設備。由於是集中式管理，主機的任何錯誤都有可能導致整個系統的癱瘓。因此，這種結構對系統的主機的性能要求比較高，維護費用也較高。

(3)客戶機/伺服器(Client—Server，C/S)結構：是隨著計算機網路的廣泛使用而出現的結構模式。該結構是將一個資料庫分解為客戶機(稱為前端，Front—End)、應用程序和伺服器(稱為後端，Back-End)三部分，通過網路連接應用程序和伺服器。由於C/S結構的本質是通過對服務功能的分布實現分工服務，因而又稱為分布式服務模式。人們將C/S稱為二層結構的資料庫應用模式。

(4)多層資料庫應用結構：將應用程序放在伺服器端執行，客戶機端安裝統一的前端運行環境——瀏覽器，在客戶機和伺服器之間增加一層用於轉換的伺服器，形成三層結構的資料庫應用模式，這就是Intemet/Intranet環境下資料庫的應用模式。三層結構是由二層(C/S)結構擴展而來的，這種三層結構也稱為瀏覽器/Web 伺服器/資料庫伺服器(B/W/S)結構。

② 資料庫包含的三級模式分別是什麼

資料庫領域公認的標准結構是三級模式結構，它包括外模式、概念模式、內模式，有效地組織、管理數據，提高了資料庫的邏輯獨立性和物理獨立性。用戶級對應外模式，概念級對應概念模式，物理級對應內模式，使不同級別的用戶對資料庫形成不同的視圖

三種模式分別指：外模式：外模式又稱子模式或用戶模式，對應於用戶級。它是某個或某幾個用戶所看到的資料庫的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示。外模式是從模式導出的一個子集，包含模式中允許特定用戶使用的那部分數據。用戶可以通過外模式描述語言來描述、定義對應於用戶的數據記錄(外模式)，也可以利用數據操縱語言(Data Manipulation Language，DML)對這些數據記錄進行操作。外模式反映了資料庫的用戶觀。

概念模式

模式又稱概念模式或邏輯模式，對應於概念級。它是由資料庫設計者綜合所有用戶的數據，按照統一的觀點構造的全局邏輯結構，是對資料庫中全部數據的邏輯結構和特徵的總體描述，是所有用戶的公共數據視圖(全局視圖)。它是由資料庫管理系統提供的數據模式描述語言(Data Description Language，DDL)來描述、定義的，體現、反映了資料庫系統的整體觀。

內模式

內模式又稱存儲模式，對應於物理級，它是資料庫中全體數據的內部表示或底層描述，是資料庫最低一級的邏輯描述，它描述了數據在存儲介質上的存儲方式和物理結構，對應著實際存儲在外存儲介質上的資料庫。內模式由內模式描述語言來描述、定義，它是資料庫的存儲觀。

在一個資料庫系統中，只有唯一的資料庫， 因而作為定義 、描述資料庫存儲結構的內模式和定義、描述資料庫邏輯結構的模式，也是唯一的，但建立在資料庫系統之上的應用則是非常廣泛、多樣的，所以對應的外模式不是唯一的，也不可能是唯一的。

③ 論述資料庫系統的三級模式結構，並說明這種結構的優點

資料庫三級模式結構：

1. 模式：也稱邏輯模式，是資料庫中全體數據的邏輯結構和特徵的描述，是所有用戶的公共數據視圖。一個資料庫只有一個模式，資料庫管理系統提供模式數據定義語言（模式DDL）來嚴格地定義模式。

2. 外模式：也稱子模式或用戶模式，一個資料庫可以有多個外模式，但是一個應用程序只能使用一個外模式。它是資料庫用戶能夠看見和使用的局部數據的邏輯結構和特徵的描述，是資料庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示。外模式是保證資料庫安全性的一個有力措施，因為每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數據，資料庫中的其餘數據是不可見的。資料庫管理系統提供外模式數據定義語言（外模式DDL）來嚴格地定義模式。

3. 內模式：也稱存儲模式，一個資料庫只有一個內模式。它是數據物理結構和存放方式的描述，是數據在資料庫內部的組織方式。

優點：資料庫系統的三級模式是數據的三個抽象級別，它把數據的具體組織留給資料庫系統管理，使用戶能邏輯地、抽象地處理數據，而不必關心數據在計算機中的具體表現方式與存儲方式。

為了能夠在系統內部實現這三個抽象層次的聯系和轉換，資料庫管理系統在這三級模式之間提供了兩層映像：外模式/模式映像和模式/內模式映像，這兩層映像保證了資料庫系統中的數據能夠具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性。一個模式可以有任意多個外模式，對於每一個外模式，資料庫系統都有一個外模式/模式映像，它定義了該外模式與模式之間的對應關系。資料庫中只有一個模式，也只有一個內模式，所以模式/內模式映像是唯一的，他定義了數據全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系。

而數據與程序之間的獨立性使得數據的定義和描述可以從應用程序中分離出去。另外，由於數據的存取由資料庫管理系統管理，從而簡化了應用程序的編制，大大減少了應用程序的維護和修改。

數據邏輯獨立性：當模式改變時（增加新的關系、新屬性、改變屬性的數據類型等），由資料庫管理員對各個外模式/模式映像作出相應改變，可以使外模式保持不變，應用程序是依據數據的外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數據與程序的邏輯獨立性，簡稱數據的邏輯獨立性。

數據物理獨立性：當數據的存儲結構改變時，由資料庫管理員對模式/內模式映像作出相應改變，可以使模式保持不變，從而應用程序也不必改變。保證了數據與程序的物理獨立性，簡稱數據的物理獨立性。