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1、第四节 数据库系统结构,数据库系统的结构可以有多种不同的层次或角度。 从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构；数据库管理系统内部的系统结构。 从数据库最终用户角度看，数据库系统的体系结构分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户服务器结构和并行结构。数据库管理系统外部的系统结构。,“型”和“值”的概念,在数据模型中有“型”和“值”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。,“型”,“值”,1. 数据库系统的模式结构,模式（schema）：是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值。 实例（instance
2、）：模式的一个具体值称为模式的一个实例。 同一个模式可以有很多实例。 模式是相对稳定的，而实例是相对变动的。模式反映的是数据的结构及其关系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态。,一、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由： 外模式、模式和内模式三级构成，,数据库系统的三级模式结构,1. 模式 模式也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。 数据库模式以某一种数据模型为基础。 定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构（例如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等），而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求，定义这些数据之间的联系。
3、,2. 外模式,外模式也称子模式或用户模式。 它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。,3. 内模式,内模式也称存储模式，它是数据物理结构和存储结构的描述，是数据在数据库内部的表示方式。 （例如，记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密；数据的存储记录结构有何规定）。,二、数据库的二级映象功能与数据独立性,外模式-模式-内模式,1外模式模式映象,对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式模式映象，它定义了该外模式与模式
4、之间的对应关系。 这些映象定义通常包含在各自外模式的描述中。 当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式模式的映象作相应改变，可以使外模式保持不变，从而应用程序不必修改，保证了数据的逻辑独立性。,2 模式内模式映象,数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式内模式映象是唯一的，它定义了数据 全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。 该映象定义通常包含在模式描述中。 当数据库的存储结构改变了（例如采用了更先进的存储结构），由数据库管理员对模式内模式映象作相应改变，可以使模式保持不变，从而保证了数据的物理独立性。,2. 数据库系统的体系结构,一、单用户数据库系统 整个数据库系统，包括应用程序、D
5、BMS、数据，都装在一台计算机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据。,二、主从式结构的数据库系统,指一个主机带多个终端的多用户结构。在这种结构中，数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由主机来完成，各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，共享数据资源。 优点：数据易于管理与维护。 缺点：主机的任务会过分繁重，可能成为瓶颈，从而使系统性能大幅度下降； 当主机出现故障时，整个系统都不能使用，因此系统的可靠性不高。,三、分布式结构的数据库系统,分布式结构的数据库系统是指数据库中的数据在逻辑上是一 个整体，但物理地分布在计算机网络的不同结点上。网络中 的每
6、个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部 应用；同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数 据，执行全局应用。 优点： 分布式结构的数据库系统计算机网络发展的必然产物，它适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求。 缺点： 数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难； 当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络交通的制约。,四、客户服务器结构,服务器：网络中某个（些）结点上的计算机专门用于执行DBMS功能，称为数据库服务器。 客户机：其他结点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具，支持用户的应用，称为客户机。 工作原理： 在客户服务器结构中，客户端的用户
7、请求被传送到数据库服务器，数据库服务器进行处后，只将结果返回给用户（而不是整个数据）。 优点： 减少了网络上的数据传输量，提高了系统的性能、吞吐量和负载能力； 数据库往往更加开放（多种不同的硬件和软件平台、数据库应用开发工具），应用程序具有更强的可移植性，同时也可以减少软件维护开销。,数据库管理系统的功能与组成:,一、DBMS的功能 1、数据定义 2、数据操纵3、数据库运行管理4、数据组织、存储和管理5、数据库的建立和维护6、数据通信接口 二、DBMS的组成 1、数据定义语言及其翻译处理程序2、数据操纵语言及其翻译解释程序3、数据运行控制程序4、实用程序,数据库管理系统的工作过程:,应用程序A
8、向DBMS发出从数据库中读数据记录的命令； 2. DBMS对该命令进行语法检查、语义检查，并调用应用程序A对应的子模式，检查A的存取权限，决定是否执行该命令。如果拒绝执行，则向用户返回错误信息； 3. 在决定执行该命令后，DBMS调用模式，依据子模式模式映象的定义，确定应读入模式中的哪些记录；,4. DBMS调用物理模式，依据模式物理模式映象的定义，决定应从哪个文件、用什么存取方式、读入哪个或哪些物理记录； 5. DBMS向操作系统发出执行读取所需物理记录的命令； 6. 操作系统执行读数据的有关操作； 7. 操作系统将数据从数据库的存储区送至系统缓冲区；,8. DBMS依据子模式模式映象的定义
9、，导出应用程序A所要读取的记录格式； 9. DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到应用程序A的用户工作区； 10. DBMS向应用程序A返回命令执行情况的状态信息。,本章小结：,1本章概述了数据库的基本概念，并通过对数据管理进展情况的介绍，阐述了数据库技术产生和发展的背景，说明了数据库系统的优点。 2数据模型是数据库系统的核心和基础。本章介绍了概念模型、数据模型的三个要素和三种主要的数据库模型。 3概念模型也称信息模型，用于信息世界的建模。E-R方法简单、清晰，是概念模型设计的有力工具。,4数据模型的发展经历了格式化数据模型（包括层次模型和网状模型）、关系模型，正在走向面向对象等非传统数据模型。本章介绍了层次模型和网状模型的基本概念，而关系模型只是简单介绍，后面会详细讲解。 5数据库系统三级模式和两层映象的系统结构保证了数据库系统中能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。 6最后介绍了数据库系统的组成，使读者了解数据库系统不仅是一个计算机系统，而是一个人一机系统，人的作用特别是DBA的作用尤为重要。,学习方法：,学习这一章应把注意力放在掌握基本概念和基本知识方面，为进一步学习下面章节打好基础。本章新概念较多，如果是刚开始学习数据库，可在学习后面章节后再回来理解和掌握这些概念。,
