资源简介

(共13张PPT)
数据库系统概述
第1章
目录
01
数据库系统
的基本概念
02
数据管理技术
03
数据模型
04
数据库系统
的结构
05
数据库领域
的新技术
本章主要内容
本章主要介绍数据库系统的基本概念、数据管理技术的产生和发展、数据模型、数据库系统的结构和数据库领域的新技术等。
数据库技术主要研究如何对数据进行科学管理，从而为人们提供可共享的、安全的、可靠的数据。数据库技术是现代计算机信息系统和计算机应用系统的基础和核心。因此，掌握数据库技术是全面认识计算机系统的重要环节，也是适应信息化时代的重要基础。
数据库系统的结构
第1章
04
1.4.1 三级模式结构
数据库系统的结构，是数据库系统的一个总体框架，可以从不同的层次或角度进行考察。
从数据库应用程序员角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，这是数据库系统的内部体系结构。
1．模式
数据模型中有“型”（Type）和“值”（Value）的概念。型是指对某一类数据的结构和属性的说明，值是型的一个具体赋值。
例如，在描述一个学生的信息时，学生信息可以定义为(学号,姓名,性别,年龄,院系)，即为学生记录型，而(S01,韩耀飞,男,20,计算机与数据科学学院)为该记录型的一个记录值。
模式（Schema）又称为概念模式或逻辑模式，是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，采用数据库管理系统支持的数据模型定义数据库中的数据。它仅仅涉及型的定义，不涉及具体的值。模式的一个具体值称为模式的一个实例（Instance），同一个模式可以有多个实例。
例如，学生选课数据库模式包括学生实体、课程实体和学生选课关系的定义，而某学年学生选课数据库的实例包括该学年学校全体在校学生记录、开设的全部课程记录和所有选课记录，在该学年中，可能有学生入学，可能有学生转专业，还有可能有学生退学。因此，学生选课数据库的实例可能随时发生变化，而数据库模式基本保持不变。
1．模式
模式是相对稳定的，而实例是相对变化的。模式反映的是数据库中数据的结构及其联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态。
模式处于数据库系统三级模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序、所使用的应用开发工具和程序设计语言无关。
模式综合考虑了所有用户的需求，为数据库中的数据定义了一个全局逻辑视图。
一个数据库中只有一个模式。模式的定义不仅包括数据逻辑结构的定义，还包括数据之间联系的定义、数据完整性约束定义和数据安全性定义。
在关系数据库系统中，模式主要描述数据库中的所有关系。
数据库系统的三级模式结构
2．外模式
外模式又称子模式或用户模式，是对数据库中局部数据的逻辑结构和特征的描述，是用户与数据库系统的接口，是数据库用户的数据视图，是与某个具体应用相关联数据的逻辑表示。
外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式。同一个外模式可以被某一用户的多个应用程序使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。不同用户对数据的需求不同，关心的数据就不相同。因此，不同用户对外模式的描述不同。
在关系数据库系统中，外模式主要通过定义视图实现。
3．内模式
内模式也称为存储模式或物理模式，是数据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式。一个数据库只有一个内模式。
在关系数据库系统中，内模式主要通过指定存储结构和定义索引方式实现
在数据库系统中，模式和内模式只能各有一个，而外模式可以有多个。内模式是数据库实际存储结构和存储方式的表示，模式是数据库全局数据结构和特征的抽象表示，而外模式是模式的某一部分的抽象表示。模式和外模式都是逻辑上的、抽象的，而内模式是实际存在的。
在数据库系统中，模式是数据库的中心和关键，它独立于外模式和内模式。因此，设计数据库时首先要确定数据库的逻辑模式。
内模式依赖于模式，独立于外模式，与具体的存储设备无关。它将模式中定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间效率和空间效率。
外模式面向具体的应用程序，定义在逻辑模式之上，但独立于内模式和存储设备。当应用需求发生较大变化，外模式不能满足要求时，就要发生改变。因此，设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性。
1.4.2 二级映像和数据独立性
数据库系统的三级模式结构是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织细节交给数据库管理系统处理，使得用户能在抽象的逻辑层面上处理数据，而不必关心数据在计算机中的实际表示和存储，从而减轻了用户使用数据库系统的负担。
数据库管理系统在三级模式之间提供了二级映像，以实现这三个抽象级别的联系和转换，从而保证数据的独立性。
1．二级映像
（1）外模式/模式映像
对于每一个外模式，数据库系统都定义一个外模式/模式映像，描述模式和外模式的映射关系，这些映像的定义一般放在各自的外模式中描述。
（2）模式/内模式映像
该映像用于定义模式和内模式之间的映射关系，该映像存在于模式和内模式之间，一般放在内模式中描述。
模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。
2．数据独立性
（1）逻辑独立性
当模式改变时，例如在学生关系(学号,姓名,性别)中增加新属性“年龄”，学生关系改变为(学号,姓名,性别,年龄)，数据库管理员只需对各个外模式/模式的映像做相应改变，就可以使外模式保持不变。应用程序是根据外模式编写的，从而应用程序不必修改，实现了数据与应用程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。
（2）物理独立性
当数据库的存储结构发生变化时，例如从顺序存储改变为链式存储，数据库管理员通过调整模式和内模式之间的映像，使得模式不变，从而外模式和应用程序不用改变，实现了数据与应用程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

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