1 数据库系统模式的概念

1.1 “型” 和“值” 的概念

• 型（Type）：对某一类数据的结构和属性的说明
• 值（Value）：是型的一个具体赋值
• 例如

1. 学生记录（型）：
   （学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）
2. 一个记录值（值）：
   （201315130，李明，男，计算机系，19，江苏南京市）

1.2 模式和实例

• 模式（Schema）

1. 数据库逻辑结构和特征的描述
2. 是型的描述，不涉及具体值
3. 反映的是数据的结构及其联系
4. 模式是相对稳定的

• 实例（Instance）

1. 模式的一个具体值
2. 反映数据库某一时刻的状态
3. 同一个模式可以有很多实例
4. 实例随数据库中的数据的更新而变动

• 例如

1. 学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录
2. 某一年年的一个学生数据库实例，包含：这一年学校中所有学生的记录，学校开设的所有课程的记录，所有学生选课的记录

2 数据库系统的三级模式结构

2.1 模式（Schema）

• 模式（也称逻辑模式）

1. 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
2. 所有用户的公共数据视图

• 一个数据库只有一个模式
• 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层（上下都无关）

1. 与数据的物理存储细节和硬件环境无关
2. 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关

• 模式的定义

1. 数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）
2. 数据之间的联系
3. 数据有关的安全性、完整性要求

2.2 外模式（External Schema）

• 外模式（也称子模式或用户模式）：

1. 数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
2. 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

• 外模式的地位：介于模式与应用之间

1. 模式与外模式的关系：一对多
   a. 外模式通常是模式的子集
   b. 一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求
   c. 对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同
2. 外模式与应用的关系：一对多
   a. 同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用
   b. 但一个应用程序只能使用一个外模式

• 外模式的用途

1. 保证数据库安全性的一个有力措施
2. 每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据

我的理解：以选课系统为例子，对应学生，老师都有一个不同的外模式，可以看到的信息不同

2.3 内模式（Internal Schema）

• 内模式（也称存储模式）

1. 是数据物理结构和存储方式的描述
2. 是数据在数据库内部的表示方式
   a. 记录的存储方式（例如，顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储等）
   b. 索引的组织方式
   c. 数据是否压缩存储
   d. 数据是否加密
   e. 数据存储记录结构的规定

• 一个数据库只有一个内模式

3 数据库的二级映像功能与数据独立性

• 三级模式是对数据的三个抽象级别
• 二级映象在数据库管理系统内部实现这三个抽象层次的联系和转换

1. 外模式／模式映像
2. 模式／内模式映像

3.1 外模式／模式映像

• 同一个模式可以有任意多个外模式 ,每一个外模式，数据库系统都有一个外模式／模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系
• 映象定义通常包含在各自外模式的描述中

保证数据的逻辑独立性

• 当模式改变时，数据库管理员对外模式／模式映象作相应改变，使外模式保持不变
• 应用程序是依据数据的外模式编写的，应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性

3.2 模式/内模式映像

• 模式／内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。
  例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的
• 数据库中模式／内模式映象是唯一的
• 该映象定义通常包含在模式描述中

保证数据的物理独立性

• 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变。
• 应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

4 总结

• 三级结构

• 数据库的二级映像：

1. 保证了数据库外模式的稳定性
2. 从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改

• 独立性
  有改变，变映像，不变程序，各自独立
  数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去

• 数据的存取由数据库管理系统管理

1. 简化了应用程序的编制
2. 大大减少了应用程序的维护和修改