1.3　數據庫系統結構

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1.3.1　數據庫系統模式的概念

模式（Schema）是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，同一個模式可以有很多實例。

例如：在學生選課數據庫模式中，包含學生記錄、課程記錄和學生選課記錄，則2003年有一個學生數據庫的實例，該實例包含了2003年學校中所有學生的記錄（如果某校有10000個學生，則有10000個學生記錄）、學校開設的所有課程的記錄和所有學生選課的記錄。

1.3.2　數據庫系統的三級模式結構

數據庫系統的三級模式結構是指數據庫系統是由外模式、模式和內模式三級構成，如圖1-7所示。

圖1-7　數據庫系統的三級模式結構

一、模式（Schema）

模式也稱邏輯模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，是所有用戶的公共數據視圖。

它是數據庫系統模式結構的中間層，既不涉及數據的物理存儲細節和硬件環境，也與具體的應用程序、所使用的應用開發工具及高級程序設計語言（如C，COBOL，FOR-TRAN）無關。

二、外模式（External Schema）

外模式也稱子模式（Subschema）或用戶模式，它是數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）能夠看見和使用的局部數據的邏輯結構和特征的描述，是數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示。

外模式通常是模式的子集。

一個數據庫可以有多個外模式。

同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統所使用，但一個應用程序只能使用一個外模式。

外模式是保證數據庫安全性的一個有力措施。每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數據，數據庫中的其余數據是不可見的。

三、內模式（Internal Schema）

內模式也稱存儲模式（Storage Schema），一個數據庫只有一個內模式。它是數據物理結構和存儲方式的描述，是數據在數據庫內部的表示方式。

1.3.3　數據庫的二級映像功能與數據獨立性

數據庫系統的三級模式是對數據的3個抽象級別，它把數據的具體組織留給DBMS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示方式與存儲方式。數據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

·模式/內模式映像

正是這兩層映像保證了數據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、外模式/模式映像

模式描述的是數據的全局邏輯結構，外模式描述的是數據的局部邏輯結構。

當模式改變時，由數據庫管理員對各個外模式/模式的映像作相應改變，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。

二、模式/內模式映像

數據庫中只有一個模式，也只有一個內模式，所以模式/內模式映像是惟一的，它定義了數據全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系。

例如，當數據庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結構），由數據庫管理員對模式/內模式映像作相應改變，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。