1.4　数据库的体系结构

数据库具有严谨的体系结构，这样可以有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，下面介绍数据库系统的体系结构。

1.4.1　数据库的三级模式

数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，如图1-4所示。它包括外模式、概念模式、内模式。用户级别对应外模式；概念级别对应概念模式；物理级别对应内模式。

通过这样的划分，可以使不同级别的用户对数据库形成不同的视图。所谓视图，就是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法，是数据库在用户“眼中”的反映，很显然，不同层次（级别）的用户所“看到”的数据库是不相同的。

1. 外模式

外模式也被称为用户模式，它是数据库用户，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。外模式是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式。外模式是保证数据安全性的一个有力措施。

2. 概念模式

概念模式又称为模式或逻辑模式，对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据，按照统一的观点构造的全局逻辑结构，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体描述，是所有用户的公共数据视图（全局视图）。它是由数据库管理系统提供的数据模式描述语言（Data Description Language, DDL）来描述、定义的，体现、反映了数据库系统的整体观。

3. 内模式

内模式又称存储模式，对应于物理级，它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据库最低一级的逻辑描述，它描述了数据在存储介质上的存储方式和物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。内模式由内模式描述语言来描述、定义，它是数据库的存储观。

在一个数据库系统中，只有唯一的数据库，因而作为定义、描述数据库存储结构的内模式和定义、描述数据库逻辑结构的模式，也是唯一的，但建立在数据库系统之上的应用则是非常广泛、多样的，所以对应的外模式不是唯一的，也不可能是唯一的。

1.4.2　三级模式的工作原理

数据库的三级模式是数据库在三个级别（层次）上的抽象，使用户能够逻辑地、抽象地处理数据而不必关心数据在计算机中的物理表示和存储。实际上，对于一个数据库系统而言，物理级数据库是客观存在的，它是进行数据库操作的基础，概念级数据库不过是物理级数据库的一种逻辑的、抽象的描述（即模式），用户级数据库则是用户与数据库的接口，它是概念级数据库的一个子集（外模式）。

1.4.3　三级模式之间的映射

为了能够在内部实现数据库的三个抽象层次的联系和转换，数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映射。

1. 外模式与模式之间的映射

用户应用程序根据外模式进行数据操作，通过外模式与模式的映射，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。

2. 模式与内模式之间的映射

另一方面，通过模式与内模式的映射，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，只需改变模式与内模式的映射，就能保持模式不变，因此应用程序也可以保持不变。