第第頁計算機等級考試四級數(shù)據(jù)庫工程師復(fù)習(xí)資料

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)由外模式、模式和內(nèi)模式組成。

外模式(e*ternalschema)，或子模式(subschema)或用戶模式(userschema)，是指數(shù)據(jù)庫用戶所看到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是用戶看到的數(shù)據(jù)視圖。

模式(schema)或規(guī)律模式(logicschema)，是數(shù)據(jù)庫中對全體數(shù)據(jù)的規(guī)律結(jié)構(gòu)和特性的描述，是全部用戶所見到的數(shù)據(jù)視圖的總和。外模式是模式的一部分。

內(nèi)模式(internalschema)，或存儲模式(storageschema)，或物理模式(physicalschema)，是指數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)的存儲介質(zhì)上的表示，即對數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存取方式的描述。

模式描述的是數(shù)據(jù)的全局的規(guī)律結(jié)構(gòu)，決斷了DBMS的功能。外模式涉及的僅是局部的規(guī)律結(jié)構(gòu)，是模式的子集，是對模式的調(diào)用。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式是對數(shù)據(jù)進行三個層次抽象的工具。通過三級模式，把對數(shù)據(jù)的詳細組織留給DBMS來完成，使得用戶能在高層次上處理數(shù)據(jù)的規(guī)律結(jié)構(gòu)，而不必關(guān)懷數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)這三個層次這間的聯(lián)系，DBMS在溝通三級模式中提供了兩個映象:外模式-模式映象、模式-內(nèi)模式映象

(1)模式模式規(guī)定了數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的一個規(guī)律表示或描述形式。模式既不同于內(nèi)模式，也不同于外模式。它比內(nèi)模式抽象，不涉及數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲介質(zhì)。它與詳細的應(yīng)用程序或高級語言無關(guān)。

(2)外模式外模式是個別用戶的數(shù)據(jù)視圖，即與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的規(guī)律表示。

(3)內(nèi)模式內(nèi)模式是全部數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部表示或底層描述，是用來定義數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存取方式的。

(4)二級映象對于同一個模式，可以有任意多個外模式。外模式-模式的映象定義了某個外模式和模式之間的對應(yīng)關(guān)系。這些映象的定義通常包含在各自的外模式中。當模式轉(zhuǎn)變時，外模式-模式的映象要做相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，以保證外模式的不變性。這是數(shù)據(jù)庫管理員(DBA)的.責(zé)任。

模式-內(nèi)模式的映象定義了數(shù)據(jù)規(guī)律結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。例如，字段的內(nèi)部表示等。當數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時，模式-內(nèi)模式的映象也須做相應(yīng)的修改，以使得模式保持不變性。這仍是DBA的責(zé)任。正是由于上述二級映象的功能及其自動實現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)具有較高的規(guī)律獨立性和物理獨立性，從而大大地方便了用戶的運用。

(5)概念模式與模式ANSI討論組于1975年2月提出一個臨時報告。1978年提出一個最終報告，稱之為ANˉSI/SPARC報告，簡稱為SPARC報告。SPARC報告中指出，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)具有三級模式的結(jié)構(gòu)，即概念模式、外模式和內(nèi)模式。其中外模式和內(nèi)模多與上面所講的大致相當。但SPARC報告中的概念模式是指一個組織或部門所對應(yīng)的現(xiàn)實世界的真實模型，即概念模型。概念模式僅描述實體及其屬性和聯(lián)系，不涉及機器世界的概念。概念模型是信息世界范疇內(nèi)的信息的結(jié)構(gòu)，而模式是機器世界范疇內(nèi)的概念模型的規(guī)律表示。概念模型獨立于詳細的計算機系統(tǒng)，甚至是和計算機無關(guān)的，是一個組織或部門的模型。常用的描述概念模式的方法是E-R方法。模式是依靠于詳細的計算機及其DBMS的。模式通過三種詳細模型:層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型來加以實現(xiàn)。概念模式需要轉(zhuǎn)換成詳細的數(shù)據(jù)模型，然后才能在相應(yīng)的DBMS上實現(xiàn)。概念模型和模式都是描述信息或數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)的，然而它們是在不同的抽象層次上加以描述的。概念模型離機器更遠，形式化程度低。從遠離機器的觀點看，概念模型更抽象些，但更接近現(xiàn)實世界。而模式描述運用的是形式化的語言-模式DDL，而概念模型描述運用的是E-R圖和一些自然語言。

2.運用數(shù)據(jù)庫的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

廣義地講，事實上運用數(shù)據(jù)庫的計算機系統(tǒng)由以下幾個部分組成的:

(1)硬件部分包括主機、外部存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電源等。

(2)軟件部分包括操作系統(tǒng)、DBMS、編譯系統(tǒng)和應(yīng)用開發(fā)工具軟件等。

(3)人員包括數(shù)據(jù)庫管理員(DataBaseAdministrator-DBA)，系統(tǒng)分析員(SystemAnaˉlyst)、應(yīng)用程序員(ApplicationProgrammer)和用戶(User)。

3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。DBMS是負責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立、運用和維護的軟件。DBMS建立在操作系統(tǒng)之上，實施對數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理和掌握。用戶運用的各種數(shù)據(jù)庫指令以及應(yīng)用程序的執(zhí)行，最終都需要通過DBMS。另外，DBMS還承受著數(shù)據(jù)庫的安全愛護工作，根據(jù)DBA所規(guī)定的要求，保證數(shù)據(jù)庫的完整性和安全性。DBMS的主要功能包括以下幾個主要方面:

(1)數(shù)據(jù)庫的定義功能DBMS通過提供數(shù)據(jù)描述語言(也稱數(shù)據(jù)定義語言)(DataDescripˉtiveLanguage———DDL)來對外模式、模式和內(nèi)模式加以描述。然后模式翻譯程序把用DDL寫的各種模式的定義源碼翻譯成相應(yīng)的內(nèi)部表示，形成相應(yīng)的目標形式，分別叫目標外模式、目標模式、目標內(nèi)模式，這些目標模式是對數(shù)據(jù)庫的描述，而不是數(shù)據(jù)本身。(目標)模式只刻畫了數(shù)據(jù)庫的形式或框架，而不包括數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。這些目標模式被保存在數(shù)據(jù)字典(或系統(tǒng)目標)之中，作為DBMS存取和管理數(shù)據(jù)的基本依據(jù)。例如，DBMS依據(jù)這些模式定義，進行物理結(jié)構(gòu)和規(guī)律結(jié)構(gòu)的映象，進行規(guī)律結(jié)構(gòu)和用戶視圖的映象，以導(dǎo)出用戶要檢索的數(shù)據(jù)的存取方式。

(2)數(shù)據(jù)操縱功能DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語言(DataManipulationLanguage———DML)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一些基本操作，如:檢索、插入、修改、刪除和排序等等。DML有兩類:一類是嵌入主語言的，如嵌入到C或COBOL等高級語言中。這類DML語言本身不能單獨運用，故此稱為宿主型的DML或嵌入式DML。另一類是非嵌入式語言(包括交互式指令語言和結(jié)構(gòu)化語言)，它的語法簡約，可以獨立運用，由單獨的說明或編譯系統(tǒng)來執(zhí)行，所以一般稱為自主型或自含型的DML。指令語言是行結(jié)構(gòu)語言，單條執(zhí)行。結(jié)構(gòu)化語言是指令語言的擴充或進展，增加了程序結(jié)構(gòu)描述或過程掌握功能，如循環(huán)、分支等功能。指令語言一般逐條說明執(zhí)行。結(jié)構(gòu)化語言可以說明執(zhí)行，也可以編譯執(zhí)行?，F(xiàn)在DBMS一般均提供指令語言的交互式環(huán)境和結(jié)構(gòu)環(huán)境兩種運行方式，供用戶選擇。DBMS掌握和執(zhí)行DML語句(或DML程序)，完成對數(shù)據(jù)庫的操作。對于自主型的結(jié)構(gòu)化的DML，DBMS通常采納說明執(zhí)行的方法，但也有編譯執(zhí)行的方法，而且編譯執(zhí)行的越來越多。另外，許多系統(tǒng)同時設(shè)有說明和編譯兩種功能，由用戶選其一。對于嵌入型或縮主型DML，DBMS一種提供兩種方法:

①預(yù)編譯方法。

②修改和擴充主語言編譯程序(亦稱加強編譯方法)。預(yù)編譯方法是，由DBMS提供一個預(yù)處理程序，對源程序進行語法掃描，識別出DML語句，并把這些語句轉(zhuǎn)換成主語言中的非常調(diào)用語句。主語言需要和DML有調(diào)用接口。這樣在連接形成目標時和主語言語句一起形成可執(zhí)行的目標。

(3)數(shù)據(jù)庫運行管理數(shù)據(jù)庫運行期間的動態(tài)管理是DBMS的核心部分，包括并發(fā)掌握、存取掌握(或安全性檢查、完整性約束條件的檢查)、數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的維護(如索引、數(shù)據(jù)字典的自動維護等)、緩沖區(qū)大小的設(shè)置等等。全部的數(shù)據(jù)庫操作都是在這個掌握部分的統(tǒng)一管理下，協(xié)同工作，以確保事務(wù)處理的正常運行，保證數(shù)據(jù)庫的正確性、安全性和有效性。

(4)數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能數(shù)據(jù)庫的建立和維護包括初始數(shù)據(jù)