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软考之路(六)---数据库---深入浅出 三层模式两级映像
在备课数据库的时候,再一次遇到这三个概念,兴奋起来了,这次务必要转化为自己的话说出来,这样的知识点,才算理解吧(今后学习也是这样,学习的内容要用自己的话说出来为标准,才算有一定的理解)。
我们首先,谈谈模式的概念,模式为某种事物的标准形式或使人可以照着做的标准样式。这个词用在数据库中,它是由英文的Schema翻译过来的。在数据库管理系统中,其模式是指数据模式(data schema),是数据抽象的结果表示,如用关系模型抽象学生的基本信息表示为:学生(学号,姓名,性别,出生年月,入校年月,专业编号),此表示即为一种数据模式。
在数据库管理系统中,将数据按三层结构来抽象,这实质上是与数据库的设计步骤密不可分的。
数据库的设计
首先应分析现实要求,即做需求分析,需求分析的任务就是通过调查、访谈、讨论,分析用户的业务流程,从而得出用户的需求,并用数据流程图、数据字典将用户需求描述出来;
其次,在需求分析的基础上,进行数据库概念设计,这种设计与具体的数据库管理系统无关,其任务是抽象出各用户所要求的数据视图(对应于外模式概念),最后综合为全局的数据视图(对应于模式概念),用概念数据模型来抽象,可用ER模型或对象模型。
第三步,将用ER模型或对象模型表示的数据视图,转换为关系模式,并对所得关系模式进行优化处理,这就是所谓的数据库逻辑设计(这一步仍然对应于外模式和模式);
第四步,在逻辑设计的基础上,将所得的数据模式组织存储到物理介质上,这就是数据库的物理设计(这一步对应于内模式);
最后,就是数据库的安全设计,即允许什么样的用户访问数据库,以及合法用户访问数据库中数据的权限等问题。
美国家标准协会(American National Standard Institute,ANSI)的数据库管理系统研究小组于1978年提出了标准化的建议,将数据库结构分为3级:面向用户或应用程序员的用户级、面向建立和维护数据库人员的概念级、面向系统程序员的物理级。用户级对应外模式,概念级对应模式,物理级对应内模式,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)用户所“看到”的数据库是不相同的。
1. 模式
模式又称概念模式或逻辑模式,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,数据库的表,字段的类型等等)。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。
2.外模式
外模式又称子模式,对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是从模式导出的一个子集,包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。用户可以通过外模式描述语言来描述、定义对应于用户的数据记录(外模式),也可以利用数据操纵语言(Data Manipulation Language,DML)对这些数据记录进行处理。外模式反映了数据库的用户观(视图、查出数据的表)。
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,它描述了数据在存储介质上的存储方式及物理结构(顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储),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,也是惟一的,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惟一的,也不可能是惟一的。
4.三级模式间的映射(二级映像)
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,概念级数据库中不过是物理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)。
结合access数据库来形象理解
模式(或者说逻辑模式,概念模式)相当于access设计视图里对表各个字段名字、数据类型、字段长度等属性的设置,一个数据库可以有很多表,这些表存在一定的关系,他们共同描述了该数据库的模式(概念模式或逻辑模式);
外模式(External Schema,子模式或用户模式),相当于access中各个窗体,报表以及数据表视图等等,它的特点就是,每个外模式对应于一个或多个表中的数据(不是多个模式,因为这些表总起来才能描述一个模式),而我们可以采用不同的形式显示相同的数据,可以用窗体,报表,或数据表视图。大家都知道,access中数据表视图并不等于设计视图,首先它不能修改数据,其次它显示形式可以不同于设计视图(例如格式属性可以设置显示不同于设计)。它是面向用户的,而设计视图则是面向数据库管理员的。
内模式(Internal Schema)就比较好理解了,它可以理解为access数据库中各个数据在磁盘中的具体组织形式,这个二级公共基础知识第一张讲得很清楚了,相信大家都明白吧。
总结
用户应用程序根据外模式进行数据操作(可以结合三层的思想来理解这个内容)
通过外模式/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;(逻辑性)
通过模式/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/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。(物理性)
总的来看,说了这么多,它都在基于分层的思想,解耦的观念深入到各个方面,学习的联系无处不在,多多得与已有的知识关联,学习起来不陌生,也较好的理解、效率也高,网越织越密。