数据库模式

　学数据库这么久，这些概念还是很模糊，今天再提出来，希望不要忘记了

　　三级模式结构：外模式、模式和内模式

　　一、模式(Schema)

　　定义：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。

　　理解：

　　① 一个数据库只有一个模式;

　　② 是数据库数据在逻辑级上的视图;

　　③ 数据库模式以某一种数据模型为基础;

　　④ 定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构(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。

　　二、外模式(External Schema)

　　定义：也称子模式(Subschema)或用户模式，是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够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。

　　理解：

　　① 一个数据库可以有多个外模式;

　　② 外模式就是用户视图;

　　③ 外模式是保证数据安全性的一个有力措施。

　　三、内模式(Internal Schema)

　　定义：也称存储模式(Storage Schema)，它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(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)。

　　理解：

　　① 一个数据库只有一个内模式;

　　② 一个表可能由多个文件组成，如：数据文件、索引文件。

　　它是数据库管理系统(DBMS)对数据库中数据进行有效组织和管理的方法

　　其目的有：

　　① 为了减少数据冗余，实现数据共享;

　　② 为了提高存取效率，改善性能。

　　1.概念模式(Conceptual Schema)

　　概念模式是数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户(应用)公共数据视图，此种描述是一种抽象的描述，它不涉及具体的硬件环境与平台，也与具体的软件环境无关。

　　概念模式主要描述数据的概念记录类型及数据以及它们间的关系，它还包括一些数据间的语义约束，对它的描述可用DBMS中的DDL语言定义。

　　2.外模式(External Schema)

　　外模式也称子模式(Subschema)或称用户模式(User’s schema)它是用户的数据视图，亦即是用户所见到的模式的一个部分，它由概念模式推导而出，概念模式给出了系统全局的数据描述而外模式则给出每个用户的局部描述。一个概念模式可以有若干个外模式，每个用户只关心与它有关的模式，这样可以屏蔽大量无关信息且有利于数据保护，因此对用户极为有利。在一般的DBMS中都提供有相关的外模式描述语言(外模式DDL)。

　　3.内模式(Internal Schema)

　　内模式又称物理模式(Physical Schema)，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法，如数据存储的文件结构、索引、集簇及hash等存取方式与存取路径，内模式的物理性主要体现在操作系统及文件级上，它还不深入到设备级上(如磁盘及磁盘操作)，但近年来有向设备级发展的趋势(如原始磁盘、磁盘分块技术等)，DBMS一般提供相关的内模式描述语言(内模式DDL)。

　　数据模式给出了数据库的数据框架结构，而数据库中的数据才是真正的实体，但这些数据必须按框架所描述的结构组织，以概念模式为框架所组成的数据库叫概念数据库(Conceptual Database)，以外模式为框架所组成的数据库叫用户数据库(user’s Database)，以内模式为框架所组成的数据库叫物理数据库(Physical Database)，这三种数据库中只有物理数据库是真实存在于计算机外存中，其它两种数据库并不真正存在于计算机中，而是通过两种映射由物理数据库映射而成。

　　模式的三个级别层次反映了模式的三个不同环境以及它们的不同要求，其中内模式处于最低层，它反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式，概念模式处于中层，它反映了设计者的数据全局逻辑要求，而外模式处于最外层，它反映了用户对数据的要求。

　　数据库系统的三级模式是对数据的三个级别抽象，它把数据的具体物理实现留给物理模式，使用户与全局设计者能不必关心数据库的具体实现与物理背景，同时，它通过两级映射建立三级模式间的联系与转换，使得概念模式与外模式虽然并不具物理存在，但是也能通过映射而获得其存在的实体，同时两级映射也保证了数据库系统中数据的独立性，亦即数据的物理组织改变与逻辑概念级改变，并不影响用户外模式的改变，它只要调整映射方式而不必改变用户模式。

　　1.概念模式到内模式的映射

　　该映射给出了概念模式中数据的全局逻辑结构到数据的物理存储结构间的对应关系，此种映射一般由DBMS实现。

　　2.外模式到概念模式的映射

　　概念模式是一个全局模式而外模式则是用户的局部模式，一个概念模式中可以定义多个外模式，而每个外模式是概念模式的一个基本视图。外模式到概念模式的映射给出了外模式与概念模式的对应关系，这种映射一般由DBMS实现。

数据库三模式是数据库领域所公认的标准结构，数据库三级模式是对数据库的三个层次的抽象，而具体的组织则交付给DBMS进行管理。这样我们在进行逻辑抽象处理数据的时候可以不必关心数据在计算机中具体的表示方式和存储方式。

                                                                                                                

          三级模式具体是指外模式，模式，内模式。用户级对应着是外模式，概念级对应着模式，物理级对应着是内模式，通过对数据库进行分级抽象可以使不同级别的用户对数据库形成不同的视图。同时为了在内部实现这三个模式的联系和转换，DBSM在这三级模式之间提供了两层映像：外模式-模式和模式-内模式。以上内容同时也可以通过以下的图片进行表示。

 

三级模式体现的是一种抽象的思想。

        从上图中可以看到用户应用视图根据外模式进行数据操作，通过外模式一模式映射，定义和建立某个外模式与模式间的对应关系，将外模式与模式联系起来，当模式发生改变时，只要改变其映射，就可以使外模式保持不变，对应的应用程序也可保持不变；

          另一方面，通过模式一内模式映射，定义建立数据的逻辑结构(模式)与存储结构(内模式)间的对应关系，当数据的存储结构发生变化时，只需改变模式一内模式映射，就能保持模式不变，因此应用程序也可以保持不变。

         通过外模式-模式映射和模式-内模式映射这两个映射保证了数据库系统中的数据具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

 关于逻辑独立性和物理独立性的解释如下（也是复试中的考试题）

         当数据库模式发生变化时，例如关系数据库系统中增加新的关系、改变关系的属性数据类型等，可以调整外模式/模式间的映像关系，保证面向用户的各个外模式不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与应用程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。
       当数据库中数据物理存储结构改变时，即内模式发生变化，例如定义和选用了另一种存储结构，可以调整模式/内模式映像关系，保持数据库模式不变，从而使数据库系统的外模式和各个应用程序不必随之改变。这样就保证了数据库中数据与应用程序间的物理独立性，简称数据的物理独立性。