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数据库三级模式和二级映像的概念与作用,数据库的三级模式体系结构和二级映像功能是什么

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在讨论数据库系统的设计和操作时,理解“三级模式”和“二级映像”是至关重要的概念,这些概念构成了数据库管理系统(DBMS)的核心架构,确保了数据的逻辑独立性、物理独立性和数据的安全性。

三级模式

外模式(External Schema):

  • 外模式也称为子模式或用户模式,它是数据库用户所看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,每个用户只能访问自己权限范围内的数据,即外模式定义了用户的视图。
  • 外模式的目的是为用户提供一个简单易用的接口,使得用户不需要关心数据的存储细节和物理结构,只需关注他们关心的数据部分即可。

概念模式(Conceptual Schema):

  • 概念模式是数据库中全局数据逻辑结构的描述,它是对所有用户的公共数据视图的定义,概念模式提供了整个数据库的逻辑框架,包含了所有的数据项和数据之间的联系。
  • 概念模式的设计目标是提供一个统一的数据模型,使不同的应用可以共享同一份数据,从而实现数据的集中管理和一致维护。

内模式(Internal Schema):

  • 内模式也称为物理模式,它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法,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。
  • 内模式直接反映了数据在计算机物理设备上的实际存储形式,因此它与具体的硬件环境和操作系统密切相关。

二级映像

外模式/概念模式映像:

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图片来源于网络,如有侵权联系删除

  • 外模式与概念模式之间的映射关系保证了当概念模式改变时,只要调整外模式与概念模式间的映像,就可以保持外模式不变,从而应用程序也不必改变。
  • 这种映像机制实现了数据的逻辑独立性,使得用户无需了解数据库内部的具体变化,只需要通过调整映射关系来适应新的逻辑结构。

概念模式/内模式映像:

  • 概念模式与内模式之间的映射关系则保证了当数据库的物理存储结构发生变化时,只要调整概念模式与内模式间的映像,就可以保持概念模式不变,从而应用程序也不必改变。
  • 这种映像机制实现了数据的物理独立性,允许数据库管理员在不影响应用程序的情况下对数据进行重新组织或优化存储策略。

作用

  1. 保证数据的独立性:

    通过三级模式和二级映像的设计,数据库系统可以实现数据的逻辑独立性和物理独立性,这意味着数据库的应用程序和数据存储结构之间相互分离,减少了由于底层结构变动而导致的上层应用修改需求。

  2. 提高安全性:

    三级模式和二级映像的设计有助于控制不同用户对数据的访问权限,通过定义严格的外模式,只有授权的用户才能访问特定的数据,从而增强了数据库的安全性。

  3. 简化管理:

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    数据库管理员可以通过调整内模式来优化数据的存储和管理效率,而不需要担心影响到应用程序的使用,这种灵活性使得数据库的管理和维护变得更加高效和便捷。

  4. 支持多用户并发访问:

    三级模式和二级映像的设计还支持多个用户同时访问同一个数据库资源,通过合理配置外模式和概念模式,可以避免数据冲突和提高并发处理能力。

数据库的三级模式和二级映像是构建高性能、高可靠性的数据库系统的基础,它们不仅提高了数据库管理的灵活性和效率,而且也为数据的长期稳定运行奠定了坚实的基础,随着技术的不断进步和发展,这些核心概念将继续发挥其重要作用,推动着数据库技术的发展和应用创新。

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