简述数据库系统的三级模式机构，这种结构的优点是什么

外模式

外模式又称子模式或用户模式，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 *** 纵语言(Data Manipulation Language，DML)对这些数据记录进行 *** 作。

外模式反映了数据库的用户观。

概念模式

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)。

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。

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。

（1）有利于数据共享，减少了数据冗余。

（2）有利于数据的安全性。不同的用户在各自的外模式下根据要求 *** 作数据，只能对限定的数据进行 *** 作。

（3）简化了用户接口。按照外模式编写应用程序或输入命令，而不需了解数据库全局逻辑结构和内部存储结构，方便用户系统。

视图是存储在数据库中的查询的SQL 语句，它主要出于两种原因：安全原因， 视图可以隐藏一些数据，如：社会保险基金表，可以用视图只显示姓名，地址，而不显示社会保险号和工资数等，另一原因是可使复杂的查询易于理解和使用。

视图：查看图形或文档的方式。

视图是从一个或多个表或视图中导出的表，其结构和数据是建立在对表的查询基础上的。和表一样，视图也是包括几个被定义的数据列和多个数据行，但就本质而言这些数据列和数据行来源于其所引用的表。

所以视图不是真实存在的基础表而是一张虚表，视图所对应的数据并不实际地以视图结构存储在数据库中，而是存储在视图所引用的表中。

视图一经定义便存储在数据库中，与其相对应的数据并没有像表那样又在数据库中再存储一份，通过视图看到的数据只是存放在基本表中的数据。对视图的 *** 作与对表的 *** 作一样，可以对其进行查询、修改(有一定的限制)、删除。

当对通过视图看到的数据进行修改时，相应的基本表的数据也要发生变化，同时，若基本表的数据发生变化，则这种变化也可以自动地反映到视图中。

视图的概念具有很多优点，下面哪一个不是它的优点( )。

A 视图对于数据库的重构造提供了一定程度的逻辑独立性

B 简化了用户观点

C 视图机制方便了不同的用户以同样的方式看待同一数据

D 视图机制对机密数据提供了自动的安全保护功能

标准答案选：（C）。

优点：更加安全，逻辑更加清晰

缺点：考虑分层，多谢代码，不停调用

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 视图可以简化用户的 *** 作

试图机制使用户可以将注意力集中在所关心的数据上

2 视图使用户能以多种角度看待同一数据

视图使用户能以多种角度看待同一数据，当许多不同种类的用户共享同一数据库时，这种灵活性很重要

3视图对重构数据库提供了一定程度的逻辑独立性

4 视图能够对机密数据提供安全保护

有了视图机制，就可以在设计数据可应用系统时，对不同的用户定义不同的视图，使机密数据不出现在不应看到这些数据的用户视图上

5适当的利用视图可以更清晰的表达查询

视图是一个虚拟表，用户可以根据其对数据的特殊要求，通过视图从一个表或多个表中提取一组记录，在基本表的基础上自定义数据表格。优点：为用户定制数据，隐藏 数据库复杂性，简化 *** 作，提供安全机制以及改进性能风优点。

一、关系数据库系统的优点

a．灵活性和建库的简单性：从软件开发的前景来看，用户与关系数据库编程之间的接口是灵活与友好的。目前在多数RDDMS产品中使用标准查询语言SQL，允许用户几乎毫无差别地从一个产品到另一个产品存取信息。与关系数据库接口的应用软件具有相似的程序访问机制，提供大量标准的数据存取方法。

b．结构简单：从数据建模的前景看，关系数据库具有相当简单的结构（元组），可为用户或程序提供多个复杂的视图。数据库设计和规范化过程也简单易行和易于理解。由于关系数据库的强有力的、多方面的功能，已经有效地支持许多数据库纳应用。

二、关系数据库系统的缺点

a．数据类型表达能力差：从下一代应用软件的发展角度来看，关系数据库的根本缺陷在于缺乏直接构造与这些应用有关的信息的类型表达能力，缺乏这种能力将产生以下有害的影响，例如：大多数RDBMS产品所采用的简单类型在重构复杂数据的过程中将会出现性能问题；数据库设计过程中的额外复杂性；RDBMS产品和编程语言在数据类型方面的不协调。

大多数现代的RDBMS产品已成熟地用于商务和财政方面，而这些领域不要求很高和很复杂的数据模型。虽然这些产品多多少少克服了一些以上所述的缺点，但从理论上看关系数据模型不直接支持复杂的数据类型，这是由于第一范式的要求，所有的数据必须转换为简单的类型，如整数、实数、双精度数和字符串。

对于工程应用来说，这种不能支持复杂数据类型的典型结果就是需要额外地分解数据结构工作，这些被分解的结构不能直接表示应用数据，且从基本成分重构时也非常繁琐和费时间。

b．复杂查询功能差：关系数据库系统的某些优点也同时是它的不足之处。虽然SQL语言为数据查询提供了很好的定义方法，但当用于复杂信息的查询时可能是非常繁琐的。此外，在工程应用时规范化的过程通常会产生大量的简单表。在这种环境下由存取信息产生的查询必须处理大量的表和复杂的码联系以及连接运算。

除非这些查询以固定的例行程序方式提供，否则用户就必须对SQL非常熟悉，以便适当地浏览数据库，查出所需的信息。然而，一旦查询方式按固定例行程序方式进行，用户最终就进行应用软件的常规维护。但应用或人机接口软件的变化又可能要求经常修改例行的查询，数据库结构的变化也可能导致例行查询程序以及应用或人机接口软件的失效。由于这些原因，关系数据库系统的维护开销可能是很大的。

由于关系数据库不能提供足够的构造能力及性能方面的原因，在进行较复杂的数据库设计过程中，不可能将许多工程问题直接分解成一些简单的部分。由于缺乏直接指针存取方法，所以查询有关的信息需要花费时间。

c．支持长事务能力差；由于RDBMS记录锁机制的颗粒度限制，对于支持多种记录类型的大段数据的登记和检查来说，简单的记录级的锁机制是不够的，但基于键值关系的较复杂的锁机制来说却很难推广也难以实现。

d．环境应变能力差：在要求系统频繁改变的环境下，关系系统的成本高且修改困难。在工程应用中支持"模式演变"（schema evolution）的功能是很重要的，而RDBMS不容易支持这种功能。另外，关系数据库和编程语言所提供的数据类型的不一致，使得从一个环境转换到另一个环境时需要多至30％的附加代码。

三、面向对象数据库系统的优点

a．能有效地表达客观世界和有效地查询信息：面向对象方法综合了在关系数据库中发展的全部工程原理、系统分析、软件工程和专家系统领域的内容。面向对象的方法符合一般人的思维规律、即将现实世界分解成明确的对象，这些对象具有属性和行为。系统设计人员用ODBMS创建的计算机模型能更直接反映客观世界，最终用户不管是否是计算机专业人员，都可以通过这些模型理解和评述数据库系统。

工程中的一些问题对关系数据库来说显得太复杂，不采取面向对象的方法很难实现。从构造复杂数据的前景看，信息不再需要手工地分解为细小的单元。ODBMS扩展了面向对象的编程环境，该环境可以支持高度复杂数据结构的直接建模。

b．可维护性好：在耦合性和内聚性方面，面向对象数据库的性能尤为突出。这使得数据库设计者可在尽可能少影响现存代码和数据的条件下修改数据库结构，在发现有不能适合原始模型的特殊情况下，能增加一些特殊的类来处理这些情况而不影响现存的数据。如果数据库的基本模式或设计发生变化，为与模式变化保持一致，数据库可以建立原对象的修改版本。这种先进的耦合性和内聚性也简化了在异种硬件平台的网络上的分布式数据库的运行。

c．能很好地解决"阻抗不匹配"（impedance mismatch）问题。面向对象数据库还解决了一个关系数据库运行中的典型问题：应用程序语言与数据库管理系统对数据类型支持的不一致问题，这一问题通常称之为阻抗不匹配问题。

四、面向对象数据库系统的缺点

a．技术还不成熟。面向对象数据库技术的根本缺点是这项技术还不成熟，还不广为人知。与许多新技术一样，风险就在于应用。从事面向对象数据库产品和编程环境的销售活动的公司还不令人信服，因为这些公司的历史还相当短暂，就该十几年前关系数据库的情况一样。ODBMS如今还存在着标准化问题，由于缺乏标准化，许多不同的ODBMS之间不能通用。此外，是否修改SQL以适应面向对象的程序，还是用新的对象查询语言来代替它，目前还没有解决，这些因素表明随着标准化的出现，ODBMS还会变化。

b．面向对象技术需要一定的训练时间：有面向对象系统开发经验的公司的专业人员认为，要成功地开发这种系统的关键是正规的训练，训练之所以重要是由于面向对象数据库的开发是从关系数据库和功能分解方法转化而来的，人们还需要学习一套新的开发方法使之与现有技术相结合。此外，面向对象系统开发的有关原理才刚开始具有雏形，还需一段时间在可靠性、成本等方面令人可接受。

c．理论还需完善：从正规的计算机科学方面看，还需要设计出坚实的演算或理论方法来支持ODBMS的产品。此外，既不存在一套数据库设计方法学，也没有关于面向对象分析的一套清晰的概念模型，怎样设计独立于物理存储的信息还不明确。

面向对象数据库和关系数据库系统之间的争论不同于70年代关系数据库和网状数据库的争论，那时的争论是在同一主要领域（即商业事务应用）中究竟是谁代替谁的问题。现在是肯定关系数据库系统基本适合商业事务处理的前提下，对非传统的应用，特别是工程中的应用用面向对象数据库来补充不足的问题。面向对象数据库系统将成为下一代数据库的典型代表，并和关系数据库系统并存（而不是替代）。它将在不同的应用领域支持不同的应用需求。

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