数据库的体系结构
数据库的结构层次
数据库的结构层次一、概述数据库是指存储、管理和组织数据的系统，它用于有效地存储和检索数据。
在数据库中，数据以结构化的方式进行组织和存储，以便用户可以方便地访问和管理数据。
数据库的结构层次是指在数据库系统中，数据的组织和管理方式按照一定的层次结构进行划分和管理。
本文将从底层到顶层，介绍数据库的结构层次。
二、物理层物理层是数据库结构的最底层，它定义了数据在物理存储介质上的存储方式和组织结构。
物理层的主要任务是将逻辑层的数据映射到磁盘上，并提供数据的存储和访问接口。
在物理层中，数据以文件和页的形式进行存储，数据库管理系统通过文件系统来管理这些文件和页。
三、存储层存储层是数据库结构的中间层，它定义了数据在内存中的存储方式和组织结构。
存储层的主要任务是将物理层的数据加载到内存中，并提供数据的读写接口。
在存储层中，数据以数据块的形式进行存储，每个数据块包含一定数量的数据记录。
数据库管理系统通过缓冲区管理器来管理这些数据块，以提高数据的访问效率。
四、逻辑层逻辑层是数据库结构的中间层，它定义了数据的逻辑结构和组织方式。
逻辑层的主要任务是将存储层的数据组织成表、视图、索引等逻辑结构，并提供数据的查询和操作接口。
在逻辑层中，数据以表的形式进行组织，表由多个字段组成，每个字段存储一个数据项。
数据库管理系统通过查询处理器来解析和执行用户的查询请求，以获取所需的数据。
五、模式层模式层是数据库结构的中间层，它定义了数据的整体结构和组织方式。
模式层的主要任务是将逻辑层的数据组织成模式，模式是数据库的逻辑结构的描述，它定义了表、视图、索引等逻辑结构之间的关系。
在模式层中，数据以模式的形式进行组织，模式包含了数据库的所有表、视图、索引等逻辑结构的定义。
数据库管理系统通过数据字典来管理和维护模式的信息。
六、外部层外部层是数据库结构的最顶层，它定义了用户对数据库的视图和访问权限。
外部层的主要任务是将模式层的数据组织成用户的视图，视图是用户对数据库的数据的逻辑表示。
数据库管理系统的架构与工作原理
数据库管理系统的架构与工作原理数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是一种软件系统，用于管理和组织数据。
它为用户提供了操作数据库的操作界面和功能，可以有效地管理大量的数据，并提供数据的安全性和一致性。
本文将介绍数据库管理系统的架构和工作原理。
一、数据库管理系统的架构数据库管理系统的架构可以分为三个主要层次：外层模式、概念模式和内层模式。
1. 外层模式（外模式）：外层模式是用户与数据库之间的接口，它定义了用户如何看待和访问数据库中的数据。
不同用户可以有不同的外层模式，以适应他们的需求和角色。
外层模式对于用户来说是透明的，用户可以通过查询语句和命令来对数据库进行操作。
2. 概念模式（模式）：概念模式是数据库的全局逻辑视图，它描述了数据库中数据的整体结构和关系。
概念模式定义了实体、属性、关系以及数据之间的约束和依赖关系。
概念模式通常由数据库管理员定义，并为数据库系统提供一致性和完整性的保证。
3. 内层模式（内模式）：内层模式是数据库的物理存储视图，它定义了数据在存储介质上的组织方式和访问方法。
内层模式包括数据的物理结构、索引结构和数据存储的算法等。
内层模式是对数据库的物理实现进行描述，并对用户来说是不可见的。
二、数据库管理系统的工作原理数据库管理系统的工作原理可以分为以下几个方面：1. 数据库的创建和定义：数据库管理员通过数据库管理系统创建数据库，并定义数据库中的实体、属性和关系。
管理员还可以设置数据的完整性约束和安全权限等。
2. 数据的存储和组织：数据库管理系统负责将数据存储到物理介质上，并组织数据的物理结构和索引结构。
它通过使用适当的数据结构和算法来提高数据的访问效率。
3. 数据的查询和操作：用户可以通过数据库管理系统提供的查询语言（如SQL）对数据库进行查询和操作。
数据库管理系统会解析用户的查询请求，并通过查询优化技术选择最优的查询执行计划。
4. 数据的完整性和安全性：数据库管理系统通过完整性约束和安全权限来保证数据的一致性和安全性。
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操作系统及文件级上。
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。
数据库系统体系结构
Database System Concepts
ห้องสมุดไป่ตู้
18.7
©Silberschatz, Korth and Sudarshan
事务服务器进程结构
典型的事务服务器包含多个进程在共享内存中存取数据. 服务器进程
接收用户查询(事务), 执行查询并返回结果 进程可以是多线程的 允许单个进程并发执行多个用户查询 多线程的, 多线程的 通常有多个多线程服务器进程
扩展比
扩展比
Database System Concepts
18.19
©Silberschatz, Korth and Sudarshan
批量与事务扩展
批量扩展: 批量扩展
单个大任务; 典型的如数据库查询和科学模拟. 使用N-倍大的计算机计算N-倍大的问题.
事务扩展: 事务扩展
由独立用户提交许多小查询到共享数据库; 典型的如事务处理系统和 分时系统. N-倍多的用户提交请求(因此有N-倍多的请求)到N-倍大的计算机上的 N-倍大的数据库. 非常适合于并行执行.
随着组件数目增加, 通信链也增加, 伸缩性较好. 但是可能需要2(√n – 1) 跳以发送消息到一个节点(或者当网格边缘有 绕接时为√n ).
超立方体. 超立方体 组件按二进制编号; 若两个组件的二进制表示恰好在一 位上不同则互连.
n 个组件中的每一个都与 log(n) 个其他组件相连, 并能经由最多log(n) 个链接到达另一节点; 减少了通信延迟.
操作系统信号灯 原子指令
Database System Concepts
18.11
©Silberschatz, Korth and Sudarshan
事务系统进程( 事务系统进程(续)
数据库系统的内部结构体系(DBMS的二级映象
数据库系统的内部结构体系模式(schema)是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值。
模式的一个具体值称为模式的一个实例(instance)，同一个模式可以有多个实例。
模式是相对稳定的，而实例则是相对变动的。
数据库管理系统在体系结构上通常都具有相同的特征，即采用三级模式结构，并提供二级映像功能。
(1)数据库系统的三级模式结构数据库系统在其内部具有三级模式及二级映像，三级模式分别是外模式、模式和内模式。
二级映像则分别是外部级到概念级的映像以及概念级到内部级的映像，即外模式/模式映像和模式/内模式映像。
如图7-4-5所示。
概念模式(Conceptual Schema)也称逻辑模式，是对数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户(应用)公共数据视图。
它不涉及具体的硬件环境与平台，也与具体的软件环境无关。
外模式(External Schema)也称子模式，它是数据库用户(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，它是由概念模式推导而出来的，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。
一个概念模式可以有若干个外模式。
内模式(Internal Schema)又称物理模式(Physical Schema)，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，内模式的物理性主要体现在操作系统及文件级上，它还未深入到设备级上(如磁盘及磁盘操作)。
模式的三个级别层次反映了模式的三个不同环境及它们的不同要求，其中内模式处于最底层，它反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式，概念模式处于中间层，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，它反映了用户对数据的要求。
(2)数据库的二级映像与数据独立性数据库系统的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，使用户能逻辑地抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的具体表示方式与存储方式。
数据库系统的体系结构
物理上分布，逻辑上集中
应用1 用户接口 词法及语法分析 查询分解和优化 分布式事务管理 并发控制 恢复 局 部 DBMS 节点 k 数据目录 应用n
通信管理
计算机网络 节点 I 节点 j
4）并行式DBS(Parallel DBS)
现在数据库的数据量急剧提高，巨型数据库的容量已达到 “太拉”级(1太拉为1012，记作T)，此时要求事务处理速度极 快，每秒达数千个事务才能胜任系统运行。集中式和C/S式 DBS都不能应付这种环境。并行计算机系统能解决这个问题。 并行系统使用多个CPU和多个磁盘进行并行操作，提高数据 处理和I/O速度。 并行处理时，许多操作同时进行，而不是采用分时的方法。 在大规模并行系统中，CPU不是几个，而是数千个。即使在 商用并行系统中，CPU也可达数百个。
数据库
3.1.3 数据库的抽象层次
1）物理数据库
以内部模式为框架的数据库称为物理数据库。 它是数据库中最里面的一个层次，是物理存储设备上实际存储 着的数据集合。
2）概念数据库
以概念模式为框架的数据库称为概念数据库。 它是数据库结构中的一个中间层次，是数据库的整体逻辑表示， 它描述了每一个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系。
DBA的主要职责有：
参与数据库系统的设计与建立。 对系统的运行实行监控。 定义数据的安全性要求和完整性约束条件。 负责数据库性能的改进和数据库的重组及重构工作。
3.2.2 DBS的全局结构
终端用户 应用程序员 专业用户 DBA 用户 应用界面 应用程序 查询 数据库模式 查 询 式DML 式 程序 查询 程序 DML DDL 处 理 器 数 据 库 存 储 管 理 器 管 理 系 统 界面
第3章 数据库系统的体系结构
数据库系统的层次结构
数据库系统的层次结构数据库系统是现代信息技术中的重要组成部分，它是一个大型的数据管理系统，用于存储、管理和处理大量的数据。
数据库系统的层次结构是指数据库系统中各个组成部分之间的关系和层次结构，它包括了四个层次：外模式、概念模式、内模式和物理模式。
1. 外模式外模式是数据库系统的最上层，也是用户接口的一部分。
它是用户与数据库系统之间的接口，用户通过外模式来访问数据库系统中的数据。
外模式是针对不同用户的需求而设计的，因此每个用户都可以有自己的外模式。
外模式的设计应该尽可能地简单和易于使用，以便用户能够方便地访问和使用数据库系统中的数据。
2. 概念模式概念模式是数据库系统的中间层，它是数据库系统的逻辑结构，也是数据库系统的全局视图。
概念模式描述了数据库系统中的所有数据和它们之间的关系。
概念模式是独立于任何具体的应用程序和物理存储结构的，因此它可以被多个应用程序共享。
概念模式的设计应该尽可能地简单和易于理解，以便数据库管理员和应用程序开发人员能够方便地管理和维护数据库系统。
3. 内模式内模式是数据库系统的物理结构，它描述了数据库系统中数据的存储方式和物理存储结构。
内模式是独立于任何具体的应用程序和用户的，因此它可以被多个应用程序和用户共享。
内模式的设计应该尽可能地高效和灵活，以便数据库管理员能够方便地管理和维护数据库系统。
4. 物理模式物理模式是数据库系统的最底层，它是数据库系统中数据的实际存储方式和物理存储结构。
物理模式是独立于任何具体的应用程序和用户的，因此它可以被多个应用程序和用户共享。
物理模式的设计应该尽可能地高效和灵活，以便数据库管理员能够方便地管理和维护数据库系统。
总之，数据库系统的层次结构是一个非常重要的概念，它可以帮助我们更好地理解数据库系统中各个组成部分之间的关系和层次结构。
在设计和管理数据库系统时，我们应该根据不同的需求和目标来设计和管理不同的层次结构，以便更好地满足用户的需求和要求。
主从式数据库体系结构
主从式数据库体系结构数据库是现代信息系统中不可或缺的组成部分，而数据库体系结构则是数据库系统的核心。
主从式数据库体系结构是一种常见的数据库体系结构，它由一个主数据库和多个从数据库组成，主数据库负责处理事务和更新操作，而从数据库则负责读取和查询操作。
主从式数据库体系结构的设计目的是提高系统的性能和可靠性。
通过将读操作分摊到多个从数据库上，可以有效减轻主数据库的负载压力，提高系统的并发处理能力。
同时，通过主数据库的复制机制，可以实现数据的冗余存储，提高系统的可靠性和可用性。
在主从式数据库体系结构中，主数据库是整个系统的核心。
它负责处理所有的事务操作，并将数据的更新操作同步到所有的从数据库上。
主数据库通常具有高性能的硬件配置和强大的处理能力，以确保系统的高效运行。
此外，主数据库还负责监控从数据库的状态，并在需要时进行故障切换，以保证系统的连续性。
从数据库是主数据库的复制品，它们之间通过主从复制的机制进行数据同步。
主数据库将数据的变更操作记录在日志中，并将日志传输给从数据库。
从数据库根据接收到的日志，对自己的数据进行更新。
通过这种方式，从数据库始终保持与主数据库的数据一致性。
同时，从数据库也可用于读取和查询操作，以减轻主数据库的负载压力。
在主从式数据库体系结构中，主数据库和从数据库之间的通信通常采用异步方式。
主数据库将数据的变更操作记录在日志中后，即可立即返回响应给客户端，而不需要等待从数据库的更新操作完成。
这种异步通信方式可以极大提高系统的性能，但也可能导致主从数据之间的数据不一致。
因此，在设计主从式数据库体系结构时，需要根据实际需求和应用场景来权衡性能和数据一致性。
主从式数据库体系结构在实际应用中有广泛的应用。
例如，电子商务网站通常采用主从式数据库体系结构来处理大量的读操作和查询请求，以提高系统的响应速度和并发能力。
另外，分布式系统中的各个节点也可以通过主从式数据库体系结构来实现数据的共享和同步。
尽管主从式数据库体系结构具有许多优点，但也存在一些局限性。
数据库系统的三级结构
数据库系统的三级结构
数据库系统的三级结构是指数据库系统的结构由三个层次组成，即逻辑层、物理层和数据字典层。
首先，逻辑层是指数据库系统的最高层，它是用户与数据库系统之间的接口，它定义了数据库系统的逻辑结构，即数据库中的数据结构和数据关系，它是用户看到的数据库系统的抽象模型。
其次，物理层是指数据库系统的中间层，它是数据库系统的实现层，它定义了数据库系统的物理结构，即数据库中的文件结构和文件存储结构，它是用户看不到的数据库系统的实际实现模型。
最后，数据字典层是指数据库系统的最低层，它是数据库系统的管理层，它定义了数据库系统的数据字典，即数据库中的数据定义和数据管理，它是用户看不到的数据库系统的管理模型。
总之，数据库系统的三级结构是指数据库系统的结构由三个层次组成，即逻辑层、物理层和数据字典层，它们分别定义了数据库系统的逻辑结构、物理结构和数据字典，它们是数据库系统的抽象模型、实际实现模型和管理模型。
数据库管理系统的架构与设计
数据库管理系统的架构与设计数据库管理系统（DBMS）是一种用于管理和操作数据库的软件。
它的架构和设计决定了系统的功能和性能，并直接影响着用户对数据的访问和操作。
本文将探讨数据库管理系统的架构与设计，并探讨一些常见的架构模式和设计原则。
一、数据库管理系统的架构1. 分层架构：分层架构是一种常见的数据库管理系统架构模式，它将整个系统划分为多个层次，每个层次负责不同的功能。
通常分为三层：- 第一层是底层存储层，负责管理数据库的物理存储和数据访问。
它包括硬件设备、操作系统和文件系统等，提供高效的数据存储和读写能力。
- 第二层是逻辑层，负责处理数据库的逻辑结构和操作。
它提供了数据定义语言（DDL）和数据操作语言（DML）等接口，用于管理数据库模式和执行各种数据库操作。
- 第三层是应用层，负责处理用户和数据库管理系统之间的交互。
它提供了用户界面和应用程序接口（API），使用户能够方便地访问和操作数据库。
2. 主从架构：主从架构是一种用于实现高可用性和容错性的数据库管理系统架构模式。
在主从架构中，将数据库服务器划分为主服务器和从服务器。
- 主服务器负责接收和处理所有的写操作，并将数据更新传播给所有的从服务器。
它提供了数据的一致性和持久性。
- 从服务器负责接收和处理读操作，并与主服务器保持数据同步。
它提供了数据的冗余和负载均衡能力。
主从架构能够提高系统的可用性，并提供灵活的扩展能力。
它可以容忍主服务器的故障，并提供可靠的数据复制和异地备份功能。
3. 分布式架构：分布式架构是一种用于扩展数据库管理系统性能和容量的架构模式。
在分布式架构中，将整个数据库划分为多个节点，每个节点负责管理不同的数据片段。
- 客户端通过路由器或负载均衡器将请求发送到适当的节点进行处理。
这种架构能够提高系统的并发处理能力和负载均衡能力。
- 分布式架构还提供了高可用性和容错性。
当一个节点发生故障时，其他节点可以继续提供服务，而不会影响系统的正常运行。
1.4数据库系统的组成与结构
3
1.4.1 数据库系统的组成
数据库 人员
软件开发人员 软件使用人员
(最终用户) 最终用户)
DBS
软件系统
数据库管理人员
硬件环境
(DBA) )
返回
4
1. 软件开发人员
负责为终端用户设计和 编制应用程序, 负责为终端用户 设计和编制应用程序 , 以便终端用户对数据 设计 库进行存取操作. 库进行存取操作.
类似于程序设计中变量的类型与 类似于程序设计中变量的类型与值的关系 类型 返回
11
应用1 子模式1 子模式
应用2
…… ……
应用n 子模式m 子模式
子模式/模式映象 模 式 (Schema) 模式/内模式映象
数据库系统的 内 模 式 三级模式: 三级模式:是 指数据库系统 数据库 由外模式, 由外模式,模 式,内模式组 如图所示:: 成,如图所示 : 数据库系统的三级模式结构 返回
DBMS用子模式定义语言DDL来定义模式 DBMS用子模式定义语言DDL来定义模式 用子模式定义语言DDL
返回
16
3.内模式(Internal Schema) 内模式 )
内模式又称存储模式或内视图, 又称存储模式 内模式又称存储模式或内视图,是物理结构和存储 方式的描述, 数据在数据库内部的表示方法. 方式的描述,是数据在数据库内部的表示方法 1.规定了记录的存储方式,是堆存储,还是索 1.规定了记录的存储方式, 堆存储,还是索 规定了记录的存储方式 引存储,还是聚簇 聚簇存储 引存储,还是聚簇存储 2.规定了记录的位置,块的大小和溢出区. 2.规定了记录的位置,块的大小和溢出区. 规定了记录的位置 3.规定数据的是否加密,是否压缩 3.规定数据的是否加密,是否压缩 规定数据的是否加密
数据库的体系结构
数据库的体系结构本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March数据库的体系结构1.三级模式结构数据库的体系结构分为三级：外部级、概念级和内部级（图），这个结构称为数据库的体系结构，有时亦称为三级模式结构或数据抽象的三个级别。
虽然现在DBMS的产品多种多样，在不同的操作系统下工作，但大多数系统在总的体系结构上都具有三级结构的特征。
从某个角度看到的数据特性，称为数据视图(Data View)。
外部级最接近用户，是单个用户所能看到的数据特性，单个用户使用的数据视图的描述称为外模式。
概念级涉及到所有用户的数据定义，也就是全局性的数据视图，全局数据视图的描述称概念模式。
内部级最接近于物理存储设备，涉及到物理数据存储的结构，物理存储数据视图的描述称为内模式。
图三级模式结构数据库的三级模式结构是对数据的三个抽象级别。
它把数据的具体组织留给DBMS去做，用户只要抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储，这样就减轻了用户使用系统的负担。
三级结构之间往往差别很大，为了实现这三个抽象级别的联系和转换，DBMS在三级结构之间提供两个层次的映象(Mapping)：外模式／模式映象，模式／内模式映象。
这里的模式是概念模式的简称。
数据库的三级模式结构，即数据库系统的体系结构如图所示。
图数据库系统的体系结构2.三级结构和两级映象（1）概念模式概念模式是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。
它由若干个概念记录类型组成，还包含记录间联系、数据的完整性安全性等要求。
数据按外模式的描述提供给用户，按内模式的描述存储在磁盘中，而概念模式提供了连接这两级的相对稳定的中间点，并使得两级中任何一级的改变都不受另一级的牵制。
概念模式必须不涉及到存储结构、访问技术等细节，只有这样，概念模式才能达到物理数据独立性。
概念模式简称为模式。
（2）外模式外模式是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述。
数据库体系架构
数据库体系架构介绍数据库体系架构是指在数据库系统中数据库的组织、管理和运行的结构和规划。
它是数据库系统设计的基础，决定了系统的性能、可靠性和扩展性。
本文将对数据库体系架构进行全面、详细、完整且深入地探讨。
数据库体系结构的层次数据库体系结构根据功能可以分为三个层次：外模式、概念模式和内模式。
外模式外模式（也称为用户模式）是数据库系统中最接近用户的层次，它描述了用户所见到的数据库的逻辑结构和对应的操作。
不同的用户可以有不同的外模式，因为不同用户对数据的需求和操作方式可能不同。
外模式通过视图来实现，用户通过视图进行数据的查询和操作。
概念模式概念模式是数据库系统的中间层次，它描述了整个数据库的全局逻辑结构。
概念模式通过实体-关系图（ER图）来表示，它包括实体、关系和属性等元素。
概念模式是数据库设计的核心，它定义了数据库的基本结构和约束条件。
内模式内模式是数据库系统中最底层的层次，它描述了数据在存储介质上的物理结构和存储方式。
内模式包括数据的存储方式、索引结构和数据的存取方法等。
内模式与硬件和操作系统有关，不同的存储介质和操作系统可能有不同的内模式。
数据库体系结构的架构风格数据库体系结构的架构风格根据不同的需求和设计目标可以有多种选择。
两层架构是最简单的数据库体系结构，它由客户端和服务器两部分组成。
客户端负责用户界面和数据处理逻辑，服务器负责数据存储和处理。
两层架构的优点是简单易用，但缺点是扩展性有限，不适用于大规模的数据存储和查询。
三层架构三层架构是一种常见的数据库体系结构，它由用户界面层、业务逻辑层和数据访问层三部分组成。
用户界面层负责用户交互和展示，业务逻辑层负责数据处理和业务逻辑，数据访问层负责数据库的读写。
三层架构的优点是清晰分层、易于维护和扩展，但缺点是增加了系统的复杂度。
多层架构多层架构是一种更加复杂和灵活的数据库体系结构，它由多个层次组成，每个层次负责特定的功能和任务。
多层架构可以根据具体的需求和规模进行扩展和调整，可以支持大规模的数据存储和查询。
数据库系统的体系结构
数据库系统的体系结构一、概述数据库系统是一种用于存储和管理数据的软件系统，它的核心是数据库管理系统（DBMS）。
数据库系统的体系结构定义了不同层次的组件和它们之间的关系，以实现高效的数据管理和访问。
本文将探讨数据库系统的体系结构，包括其组成要素和各个层次的功能。
二、数据库系统的组成要素数据库系统通常由以下几个组成要素构成：1. 数据数据是数据库系统中最重要的组成部分，它是被组织和存储的信息的集合。
数据可以是各种形式的，例如文本、图像、音频等。
数据库系统的目标是将数据有效地存储和管理，以便快速地检索和处理。
2. 数据库管理系统（DBMS）数据库管理系统是数据库系统的核心组件，它提供了对数据的管理和访问功能。
DBMS负责数据库的创建、维护、备份和恢复等任务。
它还提供了数据的查询、更新和删除等操作，以及数据的安全性和完整性保护机制。
3. 硬件硬件是数据库系统的物理基础，包括计算机、存储设备和网络等。
数据库系统需要在计算机上运行，利用存储设备来持久化数据，通过网络与用户进行交互。
4. 软件数据库系统需要依赖一些软件来运行，如操作系统、网络协议栈和数据库管理系统。
操作系统提供了数据库系统运行所需的基本功能，网络协议栈负责网络通信，而数据库管理系统则是数据库系统的核心。
5. 用户用户是数据库系统的使用者，包括数据库管理员、应用程序开发人员和最终用户等。
用户通过DBMS与数据库进行交互，进行数据的查询、更新和删除等操作。
三、数据库系统的层次结构数据库系统可以分为三个层次：外层模式（视图）、概念模式和内部模式（物理存储）。
1. 外层模式（视图）外层模式是用户所见到的数据库的子集，它定义了用户对数据库的逻辑视图。
每个用户可以定义自己的外层模式，只能看到和操作与其权限相关的数据。
外层模式使用户可以方便地访问和处理数据库中的数据，同时保护了数据的安全性和隐私。
2. 概念模式概念模式描述了整个数据库的逻辑结构和组织方式，它是全局的、统一的视图。
多媒体数据库系统的体系结构
多媒体数据库系统的体系结构多媒体数据库系统是一种使用计算机来存储、管理和分发音频、视频、图片、文本以及其他媒体信息的系统。
它不仅能够将多媒体数据存储在同一个地方，还能够使用技术提供相关的媒体处理功能，如对媒体文件进行编辑、转换和打印等。
多媒体数据库系统的体系结构是由5个部分组成的：1. 存储层：存储层是多媒体数据库系统的核心组成部分，它负责存储和管理多媒体数据，并提供必要的安全性和可靠性。
一般情况下，存储层包括存储设备、磁盘驱动器、存储系统软件和多媒体数据库管理系统。
2. 网络层：网络层是多媒体数据库系统中最重要的一层，它负责多媒体数据的传输和分发。
网络层的主要组件包括路由器、交换机、网络接口卡和网络服务器等。
3. 数据处理层：数据处理层的作用是对多媒体数据进行操作和处理，使其适合用户的需求和要求。
数据处理层的主要组件包括多媒体处理器、多媒体编辑器、多媒体转换器和多媒体服务器等。
4. 用户界面层：用户界面层是多媒体数据库系统的最上层，它提供多媒体数据库系统的图形用户界面，以便用户可以轻松地浏览、搜索和管理多媒体数据。
用户界面层的主要组件包括多媒体浏览器、多媒体播放器和图形用户界面等。
5. 管理层：管理层是多媒体数据库系统的管理者，它负责对多媒体数据库系统的所有组件进行监控和管理，以确保多媒体数据库系统的正常运行。
管理层的主要组件包括安全管理器、资源管理器和数据库管理系统等。
以上就是多媒体数据库系统的体系结构，它具有高度的灵活性，可以根据用户的需求对多媒体数据库系统进行灵活的配置和安装，从而满足用户的不同需求。
多媒体数据库系统的体系结构具有高可用性和可扩展性，能够满足不同用户的多媒体数据的存储、管理和处理要求，为用户提供更好的服务。
数据库管理系统结构
(1)应用层：是数据库管理系统与终端用户和应用程序的界面，负责处理各种数据库应用，如使用结构化查 询语言SQL发出的事务请求或嵌入通用的程序设计语言的应用程序对数据库的请求。
(2)语言处理层：由DDL编译器、DML编译器、DCL编译器、查询器等组成，负责完成对数据库语言的各类语 句进行词法分析、语法分析和语义分析，生成可执行的代码。此外，还负责进行授权检验、视图转换、完整性检 查、查询优化等。
系统结构
系统结构
从系统功能方面来分析数据库管理系统的结构。一般来说，数据库管理系统应该具备以下功能：数据定义， 数据操纵，数据库运行管理，数据组织、存储和管理，数据库的建立、维护和其他。而实现这些功能就需要相应 的程序模块。以下分别介绍这些相应的程序模块：
(1)数据定义模块：包括DDL翻译处理程序(包括外模式、模式、存储模式处理程序)、保密定义处理程序(如 授权定义处理程序)、完整性约束定义处理程序等。这些程序接收相应的定义，进行语法、语义检查，把它们翻译 为内部格式存储在数据字典中。DDL翻译程序还根据模式定义负责建立数据库的框架(即形成一个空库)，等待装 入数据。
(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。
(3)内模式：又称存储模式，是数据库内部数据存储结构的描述。它定义了数据库内部记录类型、索引和文 件的组织方式以及数据控制方面的细节。一个数据库只能有系结构
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数据库基础（ 视频讲解：25分钟）本章主要介绍数据库的相关概念，包括数据库系统的简介、数据库的体系结构、数据模型、常见关系数据库。
通过本章的学习，读者应该掌握数据库系统、数据模型、数据库三级模式结构以及数据库规范化等概念，掌握常见的关系数据库。
通过阅读本章，您可以：了解数据库技术的发展掌握数据库系统的组成掌握数据库的体系结构熟悉数据模型掌握常见的关系数据库1 第 章1.1 数据库系统简介视频讲解：光盘\TM\lx\1\数据库系统简介.exe数据库系统（DataBase System，DBS）是由数据库及其管理软件组成的系统，人们常把与数据库有关的硬件和软件系统称为数据库系统。
1.1.1 数据库技术的发展数据库技术是应数据管理任务的需求而产生的，随着计算机技术的发展，对数据管理技术也不断地提出更高的要求，其先后经历了人工管理、文件系统、数据库系统等3个阶段，这3个阶段的特点分别如下所述。
（1）人工管理阶段20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。
当时硬件和软件设备都很落后，数据基本依赖于人工管理，人工管理数据具有如下特点：☑数据不保存。
☑使用应用程序管理数据。
☑数据不共享。
☑数据不具有独立性。
（2）文件系统阶段20世纪50年代后期到60年代中期，硬件和软件技术都有了进一步发展，出现了磁盘等存储设备和专门的数据管理软件即文件系统，文件系统具有如下特点：☑数据可以长期保存。
☑由文件系统管理数据。
☑共享性差，数据冗余大。
☑数据独立性差。
（3）数据库系统阶段20世纪60年代后期以来，计算机应用于管理系统，而且规模越来越大，应用越来越广泛，数据量急剧增长，对共享功能的要求越来越强烈。
这样使用文件系统管理数据已经不能满足要求，于是为了解决一系列问题，出现了数据库系统来统一管理数据。
数据库系统满足了多用户、多应用共享数据的需求，它比文件系统具有明显的优点，标志着管理技术的飞跃。
1.1.2 数据库系统的组成数据库系统是采用数据库技术的计算机系统，是由数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、数据库管理员（人员）、硬件平台（硬件）和软件平台（软件）5部分构成的运行实体。
其中，数据库管理员（DataBase Administrator，DBA）是对数据库进行规划、设计、维护和监视等的专业管理人员，在数据库系统中起着非常重要的作用。
1.2 数据库的体系结构视频讲解：光盘\TM\lx\1\数据库的体系结构.exe数据库具有一个严谨的体系结构，这样可以有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性。
数据库领域公认的标准结构是三级模式结构。
1.2.1 数据库三级模式结构数据库系统的三级模式结构是指模式、外模式和内模式。
下面分别对它们进行介绍。
1．模式模式也称逻辑模式或概念模式，它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。
一个数据库只有一个模式，模式处于三级结构的中间层。
定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，而且要定义数据之间的联系，定义与数据有关的安全性、完整性要求。
2．外模式外模式也称用户模式，它是数据库用户（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。
外模式是模式的子集。
一个数据库可以有多个外模式。
外模式是保证数据安全性的一个有力措施。
3．内模式内模式也称存储模式，一个数据库只有一个内模式。
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。
1.2.2 三级模式之间的映射为了能够在内部实现数据库的3个抽象层次的联系和转换，数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映射。
1．外模式/模式映射对应于同一个模式可以有任意多个外模式。
对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映射。
当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式/模式映射作相应的改变，可以使外模式保持不变。
这样，依据数据外模式编写的应用程序就不用修改，保证了数据与程序的逻辑独立性。
2．模式/内模式映射数据库中只有一个模式和一个内模式，所以模式/内模式映射是唯一的，它定义了数据库的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。
当数据库的存储结构改变时，由数据库管理员对模式/内模式映射作相应改变，可以使模式保持不变，应用程序相应地也不作变动。
这样，保证了数据与程序的物理独立性。
1.3 数据模型视频讲解：光盘\TM\lx\1\数据模型.exe数据模型是一种对客观事物抽象化的表现形式。
它对客观事物加以抽象，通过计算机来处理现实世界中的具体事物。
它客观地反映了现实世界，易于理解，与人们对外部事物描述的认识相一致。
1.3.1 数据模型的概念数据模型是数据库系统的核心与基础，是描述数据与数据之间的联系、数据的语义、数据一致性约束的概念性工具的集合。
数据模型通常是由数据结构、数据操作和完整性约束3部分组成的。
☑数据结构：是对系统静态特征的描述。
描述对象包括数据的类型、内容、性质和数据之间的相互关系。
☑数据操作：是对系统动态特征的描述，是对数据库中各种对象实例的操作。
☑完整性约束：是完整性规则的集合。
它定义了给定数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则。
1.3.2 常见的数据模型常用的数据库数据模型主要有层次模型、网状模型和关系模型，下面分别对它们进行介绍。
（1）层次模型：用树形结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型，它具有以下特点。
☑每棵树有且仅有一个无双亲节点，称为根。
☑树中除根外所有节点有且仅有一个双亲。
（2）网状模型：用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模型。
用网状模型编写应用程序极其复杂，数据的独立性较差。
（3）关系模型：以二维表来描述数据。
在关系模型中，每个表有多个字段列和记录行，每个字段列有固定的属性（数字、字符、日期等）。
关系模型数据结构简单、清晰、具有很高的数据独立性，因此是目前主流的数据库数据模型。
关系模型的基本术语如下。
☑关系：一个二维表就是一个关系。
☑元组：就是二维表中的一行，即表中的记录。
☑属性：就是二维表中的一列，用类型和值表示。
☑域：每个属性取值的变化范围，如性别的域为{男，女}。
关系模型中的数据约束如下。
☑实体完整性约束：约束关系的主键属性值不能为空值。
☑参照完整性约束：关系之间的基本约束。
☑用户定义的完整性约束：它反映了具体应用中数据的语义要求。
1.3.3 关系数据库的规范化关系数据库的规范化理论认为：关系数据库中的每一个关系都要满足一定的规范。
根据满足规范的条件不同，可以分为5个等级：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）……第五范式（5NF）。
其中，NF是Normal Form的缩写。
一般情况下，只要把数据规范到第三范式标准即可满足需要。
☑第一范式（1NF）：在一个关系中，消除重复字段，且各字段都是最小的逻辑存储单位。
☑第二范式（2NF）：若关系模型属于第一范式，则关系中每一个非主关键字段都完全依赖于主关键字段，不能只部分依赖于主关键字的一部分。
☑第三范式（3NF）：若关系模型属于第一范式，且关系中所有非主关键字段都只依赖于主关键字段。
第三范式要求去除传递依赖。
1.3.4 关系数据库的设计原则数据库设计是指对于一个给定的应用环境，根据用户的需求，利用数据模型和应用程序模拟现实世界中该应用环境的数据结构和处理活动的过程。
数据库设计原则如下：（1）数据库内数据文件的数据组织应获得最大限度的共享、最小的冗余度，消除数据及数据依赖关系中的冗余部分，使依赖于同一个数据模型的数据达到有效的分离。
（2）保证输入、修改数据时数据的一致性与正确性。
（3）保证数据与使用数据的应用程序之间的高度独立性。
1.3.5 实体与关系实体是指客观存在并可相互区别的事物。
实体既可以是实际的事物，也可以是抽象的概念或关系。
实体之间有3种关系。
☑一对一关系：是指表A中的一条记录确实在表B中有且只有一条相匹配的记录。
在一对一关系中，大部分相关信息都在一个表中。
☑一对多关系：是指表A中的行可以在表B中有许多匹配行，但是表B中的行只能在表A中有一个匹配行。
☑多对多关系：是指关系中每个表的行在相关表中具有多个匹配行。
在数据库中，多对多关系的建立是依靠第3个表（称作连接表）实现的，连接表包含相关的两个表的主键列，然后从两个相关表的主键列分别创建与连接表中的匹配列的关系。
1.4 常见关系数据库视频讲解：光盘\TM\lx\1\常见关系数据库.exe关系数据库，是建立在关系数据库模型基础上的数据库，是通过集合代数等概念和方法来处理数据的数据库。
在这里主要介绍Access、SQL Server和Oracle数据库。
1.4.1 Access数据库Microsoft Access是当前流行的关系数据库管理系统之一，其核心是Microsoft Jet数据库引擎。
通常情况下，安装Microsoft Office时选择“默认安装”，Access数据库即被安装到计算机上。
Microsoft Access是一个非常容易掌握的数据库管理系统，利用它可以创建、修改和维护数据库和数据库中的数据，并且可以利用向导来完成对数据库的一系列操作。
Access能够满足小型企业客户/服务器解决方案的要求，是一种功能较完备的系统，它几乎包含了数据库领域的所有技术和内容，对于初学者学习数据库知识非常有帮助。
1.4.2 SQL Server 2000数据库SQL Server是由微软公司开发的一个大型的关系数据库系统，它为用户提供了一个安全、可靠、易管理和高端的客户/服务器数据库平台。
SQL Server是一种高性能的关系型数据库管理系统，以Client/Server为设计结构、支持多个不同的开发平台、支持企业级的应用程序、支持XML等，能够满足不同类型的数据库解决方案。
SQL Server数据库大大地扩展了系统性能、可靠性和易用性。
SQL Server 2000是一种高性能的关系型数据库管理系统，在SQL Server 7.0的基础上大大扩展了系统的性能、可靠性和易用性，逐渐成为OLTP（在线事务进程）、数据仓库和e商务应用最好的数据库平台。
SQL Server 2000的主要特点包括简便的操作方式、以Client/Server为设计结构、支持多个不同的开发平台、支持企业级的应用程序、支持XML、数据仓库支持、支持虚拟根、用户自定义函数、增加了3种数据类型（BIGINT、SQL_V ARIANT和TABLE）、提供了语言排序规则、增加了全文搜索和文档管理功能、增加了索引视图功能、增强了分布式查询功能等。
1.4.3 SQL Server 2005数据库SQL Server 2005是SQL Server 2000的升级版本，其优势主要表现在以下两个方面。