数据库系统的内部结构体系简介

数据库系统的内部结构体系简介

计算机安全是计算机技术的一个分支，其目标包括保护信息免受未经授权的访问、中断和修改，同时为系统的预期用户保持系统的可访问性和可用性。下面是我收集的数据库系统的内部结构体系，希望大家认真阅读!

数据库系统的内部具有三级模式与二级映射。

1)数据库系统的三级模式

数据模式是数据库系统中数据结构的一种表示形式，它具有不同的层次与结构方式。

(1)概念模式

概念模式是数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户公共数据视图。概念模式主要描述数据的概念记录类型以及它们之间的关系，还包括一些数据间的语义约束。

(2)外模式

外模式又称子模式或用户模式，是用户的数据视图，即用户见到的数据模式。

概念模式给出系统全局的数据描述而外模式则给出每个用户的局部数据描述。

(3)内模式

内模式又称物理模式，它给出数据库物理存储结构与物理存储方法，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 *** 作系统及文件级上。

内模式对一般的用户是透明的，但它的设计直接影响到数据库系统的性能。

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，其中内模式处于最底层，它反映数据在计算机物理结构中的实际存储形式，概念模式牌中层，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，通过两种映射由物理数据库映射而成它反映用户对数据的要求。

2)数据库系统的二级映射

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，使得全局设计者不必关心数据库的具体实现与物理背景;通过两级映射建立了模式间的联系与转换，使得概念模式与外模式虽然并不物理存在，但也能通过映射获得实体。同时，两级映射也保证了数据库系统中数据的独立性。

两级模式的映射：

概念模式到内模式的映射：该映射给出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

外模式到概念模式的映射：该映射给出了外模式与概念模式之间的对应关系

拓展外部结构

从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为集中式(单用户结构、主从式结构)、分布式(客户机/服务器结构)和多层结构，这是数据库系统外部的体系结构。

(1)单用户应用结构：是运行在个人计算机上的结构模式，常称为桌面(Desktop)DBMS。属于单用户DBMS的主要产品有：Microsoft Access、Paradox、Fox系列。单用户的DBMS的功能在数据的一致性维护、完整性检查及安全性管理上是不完善的。桌面数据库管理系统中比较好的有Access、Paradox等，它基本实现了DBMS应该具有的功能。

(2)主机/终端结构：是以大型主机为中心(Mainframe．Centric)的结构模式，也称为分时共享(Time—Sharing)模式，它是面向终端的多用户计算机系统(主从式结构)。该结构以一台主机为核心，将 *** 作系统、应用程序、DBMS、数据库等数据和资源均放在该主机上，所有的应用处理均由主机承担，每个与主机相连接的终端都是作为主机的一种I/O设备。由于是集中式管理，主机的任何错误都有可能导致整个系统的瘫痪。因此，这种结构对系统的主机的性能要求比较高，维护费用也较高。

(3)客户机/服务器(Client—Server，C/S)结构：是随着计算机网络的广泛使用而出现的结构模式。该结构是将一个数据库分解为客户机(称为前端，Front—End)、应用程序和服务器(称为后端，Back-End)三部分，通过网络连接应用程序和服务器。由于C/S结构的本质是通过对服务功能的分布实现分工服务，因而又称为分布式服务模式。人们将C/S称为二层结构的数据库应用模式。

(4)多层数据库应用结构：将应用程序放在服务器端执行，客户机端安装统一的前端运行环境——浏览器，在客户机和服务器之间增加一层用于转换的服务器，形成三层结构的数据库应用模式，这就是Intemet/Intranet环境下数据库的应用模式。三层结构是由二层(C/S)结构扩展而来的，这种三层结构也称为浏览器/Web 服务器/数据库服务器(B/W/S)结构。

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第一章

人类社会活动的三大要素是能源、物质和信息。

信息是现实世界各种事物的存在特征、运动形式以及不同事物间的相互联系等诸要素在人脑中的抽象反映，进而形成概念。是一个抽象的概念。信息源于客观事物，而后通过人们加工处理再控制客观事物，从而达到认识世界，改造世界的目的。数据本质上是对信息的一种符号化表示，即用一定的符号表示信息。符号是由人为而定，在计算机中通常使用0和1这两个符号。信息和数据，既有区别，又有联系，数据是信息的载体，用来载荷信息，信息是数据的内涵，数据处理本质上就是信息处理。

从已知数据出发，参照相关数据，进行加工计算，产生出一些新的数据，这些新的数据又表示了新的信息，可以作为某种决策的依据，这一过程就是数据处理过程。数据处理的任务不是计算，而是管理数据。数据处理本质上就是信息处理。数据的收集、整理、组织、存储、查询、维护和传送等各种 *** 作，是数据处理的基本环节，是任何数据处理任务必有的共性部分。

数据管理大体上可分为自由管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。

文件是 *** 作系统管理数据的基本单位，文件可以命名，通过文件名以记录为单位存取数据，不必关心数据的存储位置。若干记录的集合称为文件。

描述事物性质的最小数据单位是数据项。记录是若干数据的集合，一个记录能表达一个具体事物。

在数据库系统阶段，数据库技术具有以下五个特点：数据结构化、数据共享、减少了数据冗余、有较高的数据独立性和提供了方便的用户接口。文件系统与数据库系统的区别是数据结构化。

数据库系统由数据库、支持数据库运行的软硬件、数据库管理系统和应用程序等部分组成。

DB是存储在磁盘等外部直接存取设备上的数据集合，是按一定的数据结构组织起来的，数据库是一个结构化的数据集合，主要是通过综合各个用户的文件，除去不必要的冗余，使之相互联系所形成的数据结构。(结构化的、有联系的数据集合)

数据库系统中的硬件是数据库赖以存在的物理设备，包括CPU、存储器和其他外部设备。

数据库系统中的软件是指数据库管理系统。-用于数据管理的软件系统

数据库管理系统简称DBMS，是是数据库系统的关键组成部分，是专门用于数据管理的软件。任何数据 *** 作，包括数据库定义、数据查询、数据维护、数据库运行控制等都是在DBMS管理下进行的。DBMS是用户与数据库的接口，应用程序只有通过DBMS才能和数据库打交道。

DBA是指数据库管理员，其职责是维护和管理数据库，使之始终处于状态。

UWA：用户工作区，是用户程序与系统缓冲区交换数据的场所。用户只能对UWA中的数据进行处理，其数据是DBMS根据用户的请求装进去的。

DD：数据字典，其中存放着数据库三级结构的描述以及各数据项的类型、值域和关键字等，从结构上对数据的语言和数值范围加以约束。

计算机系统中任何软件必须在 *** 作系统的支持下才能工作。

1975年SPARC公布了数据库标准报告，提出了数据库三级组织结构，称SPARC分级结构，从内到外分三个层次描述，分别称为内模式、概念模式、外模式。

概念模式，简称模式，是对数据库的整体逻辑描述，并不涉及物理存储，故称为DBA视图。

内模式，又称存储模式，具体描述了数据是如何组织存储在存储介质上，是系统程序员用一定的文件形式组织起来的一个个存储文件和联系手段。故称内模式为系统程序员视图。只有内模式才是真正存储数据的。

外模式通常是模式的一个子集，又称子模式，外模式面向用户，是用户眼中的数据库，称外模式为用户视图。

数据库系统的三级结构中，总体观和存储观有一个，用户观有多个，一个应用对应一个用户观。三级结构的关系，可以概括为模式是内模式的逻辑表示，内模式是模式的物理实现，外模式是模式的部分抽取。

三个模式反映了对数据库的三种不同观点，模式表示了概念级数据库，体现了对数据库的总体观，内模式表示了物理级数据库，体现了对数据库的存储观，外模式表示了用户级数据库，体现了对数据库的用户观。

数据库三个模式之间存在两种映射，一是外模式/模式间的映射，另一映射是模式/内模式间的映射。

在数据库系统的组织结构中，模式/内模式映射把概念数据库与物理数据库联系起来，外模式/模式把用户数据库与概念数据库联系起来。

映射技术的好处：保证了数据的独立性、保证了数据共享、方便了用户使用数据库、有利于数据的安全和保密。

应用程序员和终端用户是数据库的用户。

DBMS通过DDL(数据描述语言)来定义三种模式，并将各种模式翻译成相应的目标代码。

DML数据 *** 纵语言实现对数据库的 *** 作，基本 *** 作有：插入、修改、删除、检索。

DBMS有两种类型的程序设计语言：如FORTRAN、C等属于宿主(HL)型，FoxPro则属于自主(SCL型。

DBMS对数据库运行的控制主要是通过数据安全性控制、完整性控制、故障恢复和并发 *** 作四个方面实现的。

关于信息和数据，下面的论述是正确的。D

(A)只有区别没有联系(B)信息是数据的载体(C)同一信息用同一数据表示形式(D)数据处理本质上就是信息处理

数据库是。B(A)单用户独享的(B)多用户共享的(C)多用户(D)单用户

下面关于数据库管理系统的论述，是正确的。B

(A)数据库管理系统是用户与应用程序的接口(B)应用程序只有通过数据库管理系统才能和数据库联系

(C)数据库管理系统用DML来定义三级模式(D)数据库管理系统用DDL来实现对数据库的各种 *** 作

数据库系统提供了多种语言，下面不是其中的一种。(A)DDL(B)SCL(C)DML(D)HL

数据库的三级模式是指外模式、概念模式、内模式。

人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、概念模式、内模式，有效地组织、管理数据，提高了数据库的逻辑独立性和物理独立性。

用户级对应外模式，概念级对应概念模式，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。

美国国家标准协会(AmericanNationalStandardInstitute,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。

一、填空题（每空1分，共20分）

1数据的完整性是指数据的正确性、有效性和______

2一个数据模型至少需要描述数据的静态特征、数据的动态特征和______三项内容。

3数据库系统的两级映象中的模式/内模式映象提供了数据的______独立性。

4关系代数是用______来表达查询要求的方式。

5关系数据库的标准语言是指______语言。

6在关系代数中传统的集合运算是二目运算，包括______、交、差、______四种运算。

7关系数据库中的基本对象是表、视图和______

8在关系模式R（U）中，如果Y函数依赖于X，但Y不完全函数依赖于X，则称Y______依赖于X

9关系模式由2NF转化为3NF是消除了非主属性对码的______

10授权编译程序和______一起组成数据库的安全性子系统。

11若所有事务均遵守______协议，则这些事务的所有交叉调度都是可串行化的。

12______是数据库恢复中采用的基本技术。

13互连网数据库是基于______的数据库。

14统一资源定位器URL通常由______、 和为>

在数据库系统中用户所见的数据模式为外模式。

外模式的定义：也称子模式或用户模式，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。

外模式的作用：供用户和程序 *** 作。

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。

数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式组成，三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给DBMS管理，使用户能逻辑抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库系统在这三级模式之间提供了两层映像：外模式/模式映像和模式/内模式映像。正是这两层映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

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