1.1.2 数据库系统介绍

1．数据库系统的三级模式结构

数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由模式、外模式和内模式三级构成。

• 内模式（Internal Schema）：又称物理模式，具体描述数据在外部存储器上如何组织存储。内模式反映了数据库的存储方式。

• 模式（Schema）：又称逻辑模式或概念模式，是对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述，是全体用户公共的数据视图。

• 外模式（External Schema）：是用户的数据视图，与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是模式的一个子集，故又称为子模式，包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。

三者之间的关系：

• 模式是内模式的逻辑表示

• 内模式是模式的物理实现

• 外模式则是模式的部分抽取

（6）数据库系统的两级映射

• 概念模式/内模式的映射：实现了概念模式到内模式之间的相互转换。当数据库的存储结构发生变化时，通过修改相应的概念模式/内模式的映射，使得数据库的逻辑模式不变，其外模式不变，应用程序不用修改，从而保证数据具有很高的物理独立性。

• 外模式/概念模式的映射：实现了外模式到概念模式之间的相互转换。当逻辑模式发生变化时，通过修改相应的外模式/逻辑模式映射，使得用户所使用的那部分外模式不变，从而应用程序不必修改，保证数据具有较高的逻辑独立性。

2．数据库系统的组成

数据库系统是指具有数据库管理功能的计算机系统，是由硬件、软件、数据和人员组合起来为用户提供信息服务的系统。数据库系统的软件主要包括支持DBMS运行的操作系统以及DBMS本身。此外，为了支持开发应用系统，还要有各种高级语言及其编译系统。它们为开发应用系统提供了良好的环境，这些软件均以DBMS为核心。数据库系统人员即管理、开发和使用数据库的人员，主要是数据库管理员（Data Base Adminis-trator，DBA）、系统分析员、应用程序员和用户。

（1）数据库相关概念

• 数据库（DB）：指存储在计算机内、有组织、可共享的数据集合。它不仅包括数据本身，而且包括相关数据之间的联系。

• 数据库管理系统(DBMS)：一种系统软件，用于数据库的建立、使用和维护。如Access、SQL Server、FoxPro、Oracle、Dbase、DB2、MySQL、Sybase等。

• 数据库应用系统(DBAS)：系统开发人员利用数据库系统资源开发的面向某一类实际应用的软件系统。由数据库系统、应用软件、应用界面组成。

（2）数据库系统

由5部分构成：

• 硬件系统

• 数据库集合（DB）

• 数据库管理系统（DBMS）

• 数据库管理员(DBA)

• 用户

数据库主要解决下面3个问题：

（1）有效地组织数据。主要是对数据进行合理设计，以便计算机高效存储。

（2）将数据方便地输入计算机中。

（3）根据用户的要求将数据从计算机中提取出来。

数据库也是以文件方式存储数据的，但它是数据的一种高级处理方式。在应用程序和数据库之间有一个数据库管理软件DBMS（Data Base Management System），即数据库管理系统。应用程序与数据库的关系。

数据库系统的特点

1．实现数据共享

数据共享允许多个用户同时存取数据而互不影响。这个特征正是数据库技术先进性的体现。数据共享包括3个方面。

（1）所有用户可以同时存取数据。

（2）数据库不仅可以为当前用户服务，也可以为将来的新用户服务。

（3）可以使用多种程序设计语言完成与数据库的接口。

2．实现数据独立

所谓数据独立是指应用程序不随数据存储结构的改变而变动。这是数据库系统最基本的优点。数据独立包括2个方面。

（1）物理数据独立：数据的存储方式和组织方法改变时，不影响数据库的逻辑结构，从而不影响应用程序。

（2）逻辑数据独立：数据库逻辑结构变化（如数据定义的修改、数据间联系的变更等）时，不会影响用户的应用程序，即用户的应用程序无须修改。

数据独立提高了数据处理系统的稳定性，从而提高了程序维护的效率。

3．减少数据冗余度

用户的逻辑数据文件和具体的物理数据文件不必一一对应，其中可存在“多对一”的重叠关系，可以有效地节省存储资源。

4．避免数据的不一致性

由于数据只有一个物理备份，所以数据的访问不会出现不一致的情况。

5．加强对数据的保护

数据库中加入了安全保密机制，可以防止对数据的非法存取。由于对数据库进行集中控制，所以有利于确保控制数据的完整性。数据库系统釆取了并发访问控制，保证了数据的正确性。另外，数据库系统还采取了一系列措施来实现对数据库破坏的恢复。

（3）数据库系统的特点

• 实现数据共享，减少数据冗余：数据与特定应用分离，集中存放，共同使用。减少冗余，但无法避免一切冗余！ 

• 采用特定的数据模型：利用模型表达客观事物之间的联系，从而对数据进行有效管理。 

• 具有较高的数据独立性：数据相对应用程序而言具有更好的独立性，即数据与程序相互不依赖性。 

• 有统一的数据控制功能：不同应用程序采用统一的方式访问、控制数据库中的数据。完整性、安全性、并发等等。

（4）数据独立性分类

• 物理独立性：数据的物理结构（包括存储结构，存取方式等）的改变，如存储设备的更换、物理存储的更换、存取方式改变等都不影响数据库的逻辑结构，从而不致引起应用程序的变化。

• 逻辑独立性：数据库总体逻辑结构的改变，如修改数据模式、增加新的数据类型、改变数据间联系等，不需要相应修改应用程序。

（5）数据库系统的内部结构体系