数据库系统的三级数据模式结构简述

2023-11-24 理论教育版权反馈

【摘要】：数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。图3—22数据库系统的三级模式结构1.数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式是指逻辑模式、外模式、内模式。以子模式为框架的数据库为用户数据库。它说明数据的记录、数据项在计算机内部是如何组织和表示的。当数据库的存储结构改变时，DBA可以通过修改模式/内模式之间的映像使数据模式不变化。

数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。数据模式是数据库的框架。数据库的数据模式由外模式、模式和内模式三级模式构成，其结构如图3－22所示。

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图3—22　数据库系统的三级模式结构

1.数据库系统的三级模式结构

数据库系统的三级模式是指逻辑模式、外模式、内模式。

（1）逻辑模式及概念数据库

逻辑模式（Logical Schema）也称模式（Schema），它是对数据库中数据的结构和特征的描述。逻辑模式使用模式DDL进行定义，其定义的内容不仅包括对录型、数据项的型、记录间的联系等的描述，同时也包括对数据的安全性定义保密级别和数据使用权、数据应满足的完整性条件和数据寻址方式的说明。

逻辑模式是系统为了减小数据冗余，实现数据共享的目标并对所有用户的数据进行综合抽象而得到的统一的全局数据视图。一个数据库系统只能有一个逻辑模式，以逻辑模式为框架的数据库为概念数据库。

（2）外模式及用户数据库

外模式（External Schema）也称子模式（Subschema），它是对各个用户或程序所涉及数据的逻辑结构和数据特征的描述：外模式使用子模式DDL（Subschema DDL）进行定义，该定义主要涉及对子模式的数据结构、数据域、数据构造规则、数据的安全性和完整性等属性的描述。子模式可以在数据组成（数据项的个数及内容）、数据间的联系、数据项的型（数据类型和数据宽度）、数据名称上与逻辑模式不同，也可以在数据的安全性和完整性方面与逻辑模式不同。

子模式是完全按用户自己对数据的需要，站在局部的角度进行设计的。由于一个数据库系统有多个用户，所以就可能有多个数据子模式。由于子模式是面向用户或程序设计的，所以它被称为用户数据视图。从逻辑关系上看，子模式是模式的一个逻辑子集，从一个模式可以推导出多个不同的子模式。以子模式为框架的数据库为用户数据库。显然，某个用户数据库是抽取部分概念数据库。

使用子模式有以下优点。

①由于使用子模式，用户不必考虑那些与自己无关的数据，也无须了解数据的存储结构，使用户使用数据的工作和程序设计的工作都得到了简化。(www.chuimin.cn)

②由于用户使用的是子模式，使得用户只能对自己需要的数据进行操作，数据库的其他数据与用户是隔离的，这样有利于数据的安全和保密。

③由于用户可以使用子模式，而同一模式又可派生出多个子模式，所以有利于数据的独立性和共享性。

（3）内模式及物理数据库

内模式（Ⅰntereal Schema）也叫存储模式（Access Schema）或物理模式（Physical Schema）。内模式是对数据的内部表示或底层描述。内模式使用内模式DDL定义的。内模式DDL不仅能够定义数据的数据项、记录、数据集、索引和存取路径在内的一切物理组织方式等属性，同时还要规定数据的优化性能、响应时间和存储空间需求，并规定数据的记录位置、块的大小与数据溢出区等。

物理模式的设计目标是将系统的模式（全局逻辑模式）组织成最优的物理模式，以提高数据的存取效率，改善系统的性能指标。

以物理模式为框架的数据库称为物理数据库。在数据库系统中，只有物理数据库才是真正存在的，它是存放在外存的实际数据文件；而概念数据库和用户数据库在计算机外存上是不存在的。用户数据库、概念数据库和物理数据库三者的关系是：概念数据库是物理数据库的逻辑抽象形式；物理数据库是概念数据库的具体实现；用户数据库是概念数据库的子集，也是物理数据库子集的逻辑描述。

2.数据库系统的二级映像技术及作用

数据库系统的二级映像技术是指外模式与模式之间的映像、模式与内模式之间的映像技术，二级映像技术不仅在三级数据模式之间建立了联系，同时也保证了数据的独立性。

（1）外模式/模式的映像及作用

外模式/模式之间的映像，定义并保证了外模式与数据模式之间的对应关系。外模式/模式的映像定义通常包含在各模式的描述中。当模式变化时，DBA可以通过修改映像的方法使外模式不变；由于应用程序是根据外模式进行设计的，只要外模式不改变，应用程序就不需要修改。显然，数据库系统中的外模式与模式之间的映像技术不仅建立了用户数据库与逻辑数据库之间的对应关系，使得用户能够按子模式进行程序设计，同时也保证了数据的逻辑独立性。

（2）模式/内模式的映像及作用

模式/内模式之间的映像，定义并保证了数据的逻辑模式与内模式之间的对应关系。它说明数据的记录、数据项在计算机内部是如何组织和表示的。当数据库的存储结构改变时，DBA可以通过修改模式/内模式之间的映像使数据模式不变化。由于用户或程序是按数据的逻辑模式使用数据的，所以只要数据模式不变，用户仍可以按原来的方式使用数据，程序也不需要修改。模式/内模式的映像技术不仅使用户或程序能够按数据的逻辑结构使用数据，还提供了内模式变化而程序不变的方法，从而保证了数据的物理独立性。

数据库系统的三级数据模式结构简述

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