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1、第第3章章 数据库系统的体系结数据库系统的体系结构构本章主要内容本章主要内容本本章章主主要要讨论数数据据库系系统的的三三级模模式式结构构、DBMSDBMS、客客户服服务器器结构构、基基于于WebWeb的的数数据据库系系统等内容。等内容。数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构 3.1 数据数据库的体系的体系结构构 3.2 数据数据库系系统（DBS）3.3 数据数据库管理系管理系统（DBMS）3.4 DBMS的系的系统结构构 3.5 几种典型几种典型结构的构的DBMS 本章小本章小结3.1 3.1 数据库的体系结构数据库的体系结构 3.1.1 三三级模式模式结构构3.1.2 两两级映像和两映像和
2、两级数据独立性数据独立性 3.1.1 3.1.1 三级模式结构三级模式结构用户用户A1用户用户A2用户用户B1用户用户B2用户用户N1用户用户Ni外部模式外部模式A外部模式外部模式B外部模式外部模式N概念模式概念模式内部模式内部模式数据库数据库用用户户的的局局部部逻逻辑辑结结构构数数据据库库的的整整体体逻逻辑辑结结构构数数据据库库的的物物理理结结构构外部级外部级(单单个个用用户户的的视视图图)概念级概念级（全局视图）（全局视图）内部级内部级（存储视（存储视图）图）1 1）概念模式（）概念模式（Conceptual SchemaConceptual Schema）n定定义义：概概念念模模式式（简
3、简称称模模式式，也也称称逻逻辑辑模模式式）是是对对数数据据库库全全局局逻逻辑辑结结构构的的描描述述，是是数数据据库库所所有有用用户户的的公共数据视图。公共数据视图。n概念模式描述：概念模式描述：n所有实体、实体的属性和实体间的联系。所有实体、实体的属性和实体间的联系。n数据的约束。数据的约束。n数据的语义信息。数据的语义信息。n安全性和完整性信息。安全性和完整性信息。2 2）外部模式）外部模式(External Schema) (External Schema) n定定义义：外外部部模模式式（也也称称子子模模式式或或用用户户模模式式）是是用用户户观观念念下下局局部部数数据据结结构构的的逻逻辑辑
4、描描述述，是是数数据据库库用用户户（包包括括应应用用程程序序员员和和最最终终用用户户）能能够够看看见见和和使使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。n设置外部模式有如下优点：设置外部模式有如下优点：n方便用户使用，简化了用户接口。方便用户使用，简化了用户接口。n保证数据的独立性。保证数据的独立性。n有利于数据共享。有利于数据共享。n有利于数据安全和保密。有利于数据安全和保密。3 3）内部模式）内部模式(Internal Schema)(Internal Schema)定义：定义：n内内部部模模式式（也也称称存存储储模模式式，内内模模式式）是是对对数数据据库库中
5、中数数据据物物理理结结构构和和存存储储方方式式的的描描述述，是是数数据据在在数数据据库库内部的表示形式。内部的表示形式。n内内部部模模式式定定义义了了所所有有内内部部记记录录类类型型、索索引引和和文文件件的的组织方式，以及所有数据控制方面的细节。组织方式，以及所有数据控制方面的细节。内部模式与下面的工作相关：内部模式与下面的工作相关： 数据和索引的存储空间分配。数据和索引的存储空间分配。用于存储的记录描述（数据项的存储大小）。用于存储的记录描述（数据项的存储大小）。记录放置。记录放置。数据压缩和数据加密技术。数据压缩和数据加密技术。3.1.2 3.1.2 两级映像和两级数据独立性两级映像和两级
6、数据独立性 为了提高数据库系统中的数据独立性，数据库系统在这三级模式为了提高数据库系统中的数据独立性，数据库系统在这三级模式间提供了两层映像：间提供了两层映像：外部模式概念模式映像外部模式概念模式映像和和概念模式内部概念模式内部模式映像模式映像。映像是一种对应规则，它指出了映像双方是如何进行转换的。映像是一种对应规则，它指出了映像双方是如何进行转换的。外部模式外部模式A外部模式外部模式B外部模式外部模式N概念模式概念模式内部模式内部模式逻辑数据独立性逻辑数据独立性物理数据独立性物理数据独立性外部模式外部模式/概念模式映像概念模式映像概念模式概念模式/内部模式映像内部模式映像1 1）两级映像）两
7、级映像 （1 1）外部模式概念模式映像）外部模式概念模式映像外外部部模模式式概概念念模模式式映映像像定定义义了了各各个个外外部部模模式式与概念模式间的映像关系。与概念模式间的映像关系。这这些些映映像像定定义义通通常常在在各各自自的的外外部部模模式式中中加加以以描描述。述。1 1）两级映像（续）两级映像（续）（2 2）概念模式内部模式映像）概念模式内部模式映像概概念念模模式式内内部部模模式式映映像像定定义义了了数数据据库库全全局局逻逻辑辑结构与存储结构之间的对应关系。结构与存储结构之间的对应关系。这个映像定义通常内部模式中加以描述。这个映像定义通常内部模式中加以描述。3.2 3.2 数据库系统（
8、数据库系统（DBSDBS）3.2.1 DBS的的组成成 3.2.2 DBS的全局的全局结构构 3.2.3 DBS结构的分构的分类 3.2.1 DBS3.2.1 DBS的组成的组成 DBSDBS由由数数据据库库、数数据据库库管管理理系系统统、应应用用开开发发工工具具软软件件和和应应用用程程序序、数数据据库库的的软软硬硬件件支支撑环境、撑环境、数据库管理员数据库管理员等部分构成。等部分构成。 3.2.3.2.2 2 DBSDBS的全的全局结局结构构 终端用户应用程序员终端用户应用程序员 专业用户专业用户 DBA应用界面应用界面应用程序应用程序查询查询数据库模式数据库模式数数 据据 库库 管管 理理
9、 系系 统统( (D DB BM MS S) )用用户户界界面面磁磁盘盘存存储储器器查查询询处处理理器器存存储储管管理理器器索引索引统计数据统计数据数据文件数据文件日志日志数据字典数据字典程序目标程序目标代码代码嵌入式嵌入式DML预编译器预编译器DML编译器编译器DDL编译器编译器查询运行查询运行核心程序核心程序缓冲区缓冲区管理器管理器事务事务管理器管理器权限和完整性权限和完整性管理器管理器文件文件管理器管理器3.2.3 DBS3.2.3 DBS结构的分类结构的分类 1）集中式）集中式DBS 2）客户机服务器式）客户机服务器式DBS 3）分布式）分布式DBS 4）并行式）并行式DBS(Para
10、llel DBS) 1 1）集中式）集中式DBS DBS 如如果果DBSDBS运运行行在在单单个个计计算算机机系系统统中中，并并与与其其他他的的计计算算机机系系统统没没有有联联系系，这这种种DBSDBS称称为为集集中式中式DBSDBS。2 2）客户机服务器式）客户机服务器式DBS DBS C/SC/S结结构构的的关关键键在在于于功功能能的的分分布布，一一些些功功能能放放在在前前端端机机（即即客客户机）上执行，另一些功能放在后端机（即服务器）上执行。户机）上执行，另一些功能放在后端机（即服务器）上执行。 3 3）分布式）分布式DBS DBS n分分布布式式DBS(Distributed DBS(
11、Distributed DBSDBS，简简记记为为DDBSDDBS）是是一一个个用用通通信信网网络络连连接接起起来来的的场场地地（Site,Site,也也称称为为节节点点）的的集集合合，每每个场地都可以拥有集中式个场地都可以拥有集中式DBSDBS的计算机系统。的计算机系统。nDDBSDDBS的的数数据据具具有有“分分布布性性”特特点点，数数据据在在物物理理上上分分布布在在各各个场地。这是个场地。这是DDBSDDBS与集中式与集中式DBSDBS的最大区别。的最大区别。nDDBSDDBS的的数数据据具具有有“逻逻辑辑整整体体性性”特特点点，分分布布在在各各地地的的数数据据逻逻辑辑上上是是一一个个整
12、整体体，用用户户使使用用起起来来如如同同一一个个集集中中式式DBSDBS。这是这是DDBSDDBS与非分布式与非分布式DBSDBS的主要区别。的主要区别。4 4）并行式）并行式DBS(Parallel DBS) DBS(Parallel DBS) 现现在在数数据据库库的的数数据据量量急急剧剧提提高高，巨巨型型数数据据库库的的容容量量已已达达到到“太太拉拉”级级(1(1太太拉拉为为1024GB1024GB，记记作作T)T)，此此时时要要求求事事务务处处理理速速度度极极快快，每每秒秒达达数数千千个个事事务务才才能能胜胜任任系系统统运运行行。集集中中式式和和C/SC/S式式DBSDBS都不能应付这种
13、环境。并行计算机系统能解决这个问题。都不能应付这种环境。并行计算机系统能解决这个问题。 并并行行系系统统使使用用多多个个CPUCPU和和多多个个磁磁盘盘进进行行并并行行操操作作，提提高高数数据据处理和处理和I/OI/O速度。速度。 并行处理时，许多操作同时进行，而不是采用分时的方法。并行处理时，许多操作同时进行，而不是采用分时的方法。 在在大大规规模模并并行行系系统统中中，CPUCPU不不是是几几个个，而而是是数数千千个个。即即使使在在商用并行系统中，商用并行系统中，CPUCPU也可达数百个。也可达数百个。 3.3 DBMS3.3 DBMS的主要功能的主要功能 1 1）数据库定义）数据库定义外
14、外部部模模式式、概概念念模模式式、内内部部模模式式及及模模式式间间映映像像的定义、数据库完整性定义的定义、数据库完整性定义2 2）数据库的操作功能）数据库的操作功能: :插入、删除、修改、查询插入、删除、修改、查询3 3）数数据据库库的的控控制制功功能能：数数据据库库完完整整性性检检查查、安安全性控制、并发控制、数据库恢复全性控制、并发控制、数据库恢复Client/ServerClient/Server结构中数据库服务器的优结构中数据库服务器的优点点 (1)(1)提高了应用开发生产率提高了应用开发生产率 客客户户机机上上的的应应用用程程序序无无须须编编写写数数据据管管理理程程序序，减少了软件开
15、发量，提高了应用开发效率。减少了软件开发量，提高了应用开发效率。(2(2）提供了可靠的数据安全性）提供了可靠的数据安全性 用用户户在在授授权权范范围围内内使使用用数数据据库库服服务务器器和和数数据据库库中中的数据。的数据。(3)(3)保证数据库的可靠性保证数据库的可靠性3.5.2 3.5.2 基于基于WebWeb的数据库系统的数据库系统1 1）基于）基于WebWeb的数据库系统的体系结构的数据库系统的体系结构 （B/S/SB/S/S）(1)(1)在在WebWeb服服务务器器端端提提供供中中间间件件来来连连接接WebWeb服服务务器器和数据库服务器和数据库服务器 客户客户端端浏览浏览器器Inte
16、rnetWeb服务服务器器中间中间件件数据数据库库服务服务器器3.5.2 3.5.2 基于基于WebWeb的数据库系统的数据库系统（2 2）将将应应用用程程序序下下载载到到客客户户端端，并并在在客客户户端端直直接接访访问问数据库数据库 Internet数据库数据库服务器服务器客户浏览器客户浏览器客户端应用客户端应用Java AppletActiveX（1 1）应用编程接口）应用编程接口API API nAPIAPI是是驻驻留留在在WebWeb服服务务器器中中的的程程序序代代码码，每每次调用时在内存中运行相应的程序段。次调用时在内存中运行相应的程序段。n目前主要的目前主要的Web APIWeb
17、API：nMicrosoftMicrosoft公公 司司 的的 ISAPI ISAPI (Internet (Internet Server API)Server API)MicrosoftMicrosoft公司的公司的ISAPI ISAPI ISAPIISAPI是微软提供的一套面向是微软提供的一套面向InternetInternet服务的服务的APIAPI接口。微软还提供一个接口。微软还提供一个InternetInternet数据库连接数据库连接器器IDC(Internet Database Connector)IDC(Internet Database Connector)，可用，可用来实
18、现对数据库的查询和更新。来实现对数据库的查询和更新。 Web浏览器浏览器Web服务器服务器IISHttpODBC.dllODBCSQL Server OtherDriver DriverDBSQL ServerOther DBMSDB（2 2） ODBC ODBC技术技术开放式数据开放式数据库互互连模型（模型（Open DataBase Connectivity）。）。 ODBC ODBC的体系结构的体系结构（3 3） JDBC JDBC技术技术nJDBCJDBC是执行是执行SQLSQL语句的语句的Java APIJava API。nJDBCJDBC是是“Java “Java DataBase
19、 DataBase Connectivity”Connectivity”（JDBCJDBC数数据据库库连连接接 ）的的缩缩写写，是是Java Java SoftSoft公公司司设设计计的的JavaJava语语言言的的数数据据库库访访问问APIAPI。nJDBCJDBC是第一个支持是第一个支持JavaJava语言的标准的数据库语言的标准的数据库APIAPI。n现现在在JDBCJDBC驱驱动动程程序序已已经经被被大大多多数数主主流流数数据据库库所所用。用。JDBCJDBC技术技术JDBCJDBC的基本功能的基本功能n建立与数据库的连接建立与数据库的连接n发送发送SQLSQL语句语句n处理结果处理结
20、果JAVA应应用程序用程序JDBC服服务器务器数据库数据库本章小结本章小结n数数据据库库的的体体系系结结构构是是对对数数据据的的三三个个抽抽象象级级别别，分为外模式、概念模式、内模式三个级别。分为外模式、概念模式、内模式三个级别。n三三级级模模式式之之间间存存在在着着两两级级映映象象，使使DBSDBS具具有有较较高高的的数数据据独独立立性性：物物理理数数据据独独立立性性和和逻逻辑辑数数据独立性。据独立性。n 数数据据独独立立性性是是指指在在某某个个层层次次上上修修改改模模式式结结构构而不影响应用程序的能力。而不影响应用程序的能力。数据库系统的体系结构用户用户A1用户用户A2用户用户B1用户用户
21、B2用户用户N1用户用户Ni外部模式外部模式A外部模式外部模式B外部模式外部模式N概念模式概念模式内部模式内部模式数据库数据库用户的局部逻辑结构用户的局部逻辑结构数据库的整体逻辑结构数据库的整体逻辑结构数据库的物理结构数据库的物理结构外部级外部级(单个用户的视图单个用户的视图)概念级概念级（全局视图）（全局视图）内部级内部级（存储视图）（存储视图）逻辑数据独立性逻辑数据独立性物理数据独立性物理数据独立性外部模式外部模式/概念模式映像概念模式映像概念模式概念模式/内部模式映像内部模式映像练习题练习题1、要保证数据库逻辑数据独立性，需要修、要保证数据库逻辑数据独立性，需要修改的是改的是()A.模式
22、模式B.模式与内模式的映射模式与内模式的映射C.模式与外模式的映射模式与外模式的映射D.内模式内模式练习题练习题2对数据库物理存储方式的描述称为对数据库物理存储方式的描述称为()A.外模式外模式B.内模式内模式C.概念模式概念模式D.逻辑模式逻辑模式练习题练习题3、在下面给出的内容中，不属于、在下面给出的内容中，不属于DBA职职责的是责的是()A.定义概念模式定义概念模式B.修改模式结构修改模式结构C.编写应用程序编写应用程序D.制定完整性规则制定完整性规则练习题练习题4、在数据库三级模式间引入二级映象的主、在数据库三级模式间引入二级映象的主要作用是要作用是()A.提高数据与程序的独立性提高数
23、据与程序的独立性B.提高数据与程序的安全性提高数据与程序的安全性C.保持数据与程序的一致性保持数据与程序的一致性D.提高数据与程序的可移植性提高数据与程序的可移植性练习题练习题5、要保证数据库的数据独立性，需要修、要保证数据库的数据独立性，需要修改的是（改的是（）A.三层模式之间的两种映射三层模式之间的两种映射B.模式与内模式模式与内模式C.模式与外模式模式与外模式D.三层模式三层模式练习题练习题数据库系统中，物理数据独立性是指（数据库系统中，物理数据独立性是指（）A外模式改变不影响模式外模式改变不影响模式B模式改变不影响应用程序模式改变不影响应用程序C模式改变不影响内模式模式改变不影响内模式D内模式改变不影响应用程序内模式改变不影响应用程序练习题练习题n数据库系统中，用户使用的数据视图用数据库系统中，用户使用的数据视图用_模式描述，它是用户与数据库系模式描述，它是用户与数据库系统之间的接口。统之间的接口。n外模式外模式/模式映象为数据库提供了模式映象为数据库提供了_独立性。独立性。
