数据库的体系结构
数据库原理知识点 主要知识点为冯诺依曼体系结构
数据库原理知识点一、冯诺依曼体系结构简介1. 冯·诺伊曼是现代计算机的奠基人之一，他提出的冯诺依曼体系结构是现代计算机设计的基础，也是数据库系统的核心概念之一。
2. 冯诺依曼体系结构包括计算机的硬件和软件两部分，硬件部分主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，而软件部分则由指令集、程序计数器和数据寄存器等组成。
3. 冯诺依曼体系结构的特点包括存储程序和程序控制。
二、数据库系统与冯诺依曼体系结构的关系1. 数据库系统是建立在计算机硬件和软件基础上的信息系统，而计算机硬件和软件又是基于冯诺依曼体系结构设计的，因此数据库系统与冯诺依曼体系结构有着密切的关系。
2. 数据库系统作为一种特殊的应用软件，其设计和实现也需要遵循冯诺依曼体系结构的原则，包括存储程序和程序控制等。
3. 在数据库系统的实际应用中，冯诺依曼体系结构的优势和特点也对系统的性能和稳定性产生着重要影响。
三、数据库系统的存储原理与冯诺依曼体系结构1. 数据库系统的存储器结构遵循冯诺依曼体系结构的基本原则，包括指令和数据存储器的统一结构，存储器的随机访问特性等。
2. 在数据库系统中，数据存储器的设计和实现对系统的性能和可靠性有着重要影响，同样也需要遵循冯诺依曼体系结构的存储原理。
3. 冯诺依曼体系结构中的控制器和输入输出设备也对数据库系统的存储原理产生着重要影响，包括数据的读写速度和存储器的扩展性等。
四、数据库系统的程序控制与冯诺依曼体系结构1. 数据库系统的程序控制部分包括数据操作和查询处理等，这些程序控制部分也需要遵循冯诺依曼体系结构的基本原则，包括指令集、程序计数器和数据寄存器等。
2. 冯诺依曼体系结构的程序控制部分也对数据库系统的查询处理和数据操作产生着重要影响，包括系统的响应速度和处理能力等。
3. 在数据库系统的实际应用中，程序控制部分的设计和实现也需要充分考虑冯诺依曼体系结构的特点，以确保系统的稳定和高效运行。
数据仓库体系结构
数据仓库体系结构数据仓库是一个用于集成、管理和分析大量数据的系统。
在数据仓库中，数据从不同的源系统中提取、转换和加载，然后存储在一个统一的、可供分析的数据存储中。
为了实现这一目标，数据仓库需要一个合理的体系结构来支持数据的整合、存储和查询等功能。
数据仓库体系结构由以下几个主要组成部分组成：1. 数据源：数据源是数据仓库的基础，它可以是内部系统的数据库、外部数据提供商的数据文件、Web上的数据源等。
数据源可以包括结构化数据（如关系型数据库中的表）和非结构化数据（如文本文件、图像文件等）。
2. 数据提取：数据提取是将数据从源系统中抽取出来并转换为数据仓库可以使用的格式的过程。
数据提取可以通过批处理、定时任务或实时流式传输等方式进行。
3. 数据转换：数据转换是将提取的数据进行清洗、集成和转换的过程。
在这个阶段，数据被清理、去重、标准化和转换为统一的格式和结构，以便在数据仓库中进行分析。
4. 数据加载：数据加载是将转换后的数据加载到数据仓库中的过程。
数据加载可以分为全量加载和增量加载两种方式，全量加载是将所有数据加载到数据仓库中，而增量加载是只加载发生变化的数据。
5. 数据存储：数据存储是数据仓库中数据的物理存储方式。
常用的数据存储方式包括关系型数据库、多维数据库和列式数据库等。
数据存储的选择应根据数据的特点、查询需求和性能要求等因素进行。
6. 元数据管理：元数据是描述数据仓库中数据的数据，它包括数据的结构、定义、来源、质量等信息。
元数据管理是对元数据进行收集、存储、管理和查询的过程，它是数据仓库管理的重要组成部分。
7. 数据访问：数据访问是用户通过查询、报表和分析等方式对数据仓库中的数据进行访问和分析的过程。
数据仓库可以提供多种数据访问方式，包括在线分析处理（OLAP）、数据挖掘和数据可视化等。
8. 安全性和权限管理：安全性和权限管理是保护数据仓库中数据安全和控制用户访问权限的过程。
数据仓库应具备完善的安全措施，包括身份认证、权限控制、数据加密和审计等功能。
五种主流数据库体系结构
五种主流数据库体系结构
数据库体系结构是指数据库系统中各个组成部分的结构和相互
关系。
主流的数据库体系结构包括层次式、网络式、关系式、面向
对象式和NoSQL数据库。
首先，层次式数据库体系结构是最早期的数据库结构之一，它
使用树形结构来组织数据，其中每个子节点都只有一个父节点。
这
种结构的优点是检索速度快，但缺点是不够灵活，难以适应复杂的
数据关系。
其次，网络式数据库体系结构是在层次式结构的基础上发展而来，它允许一个子节点有多个父节点，这样可以更好地表示实际世
界中的复杂关系。
但是，网络式数据库的复杂性和可维护性较差。
第三种是关系式数据库体系结构，它使用表格来组织数据，表
格之间通过外键建立关联。
这种结构的优点是数据之间的关系清晰，易于理解和维护，而且支持丰富的查询操作。
目前，关系式数据库
是应用最广泛的数据库模型之一。
第四种是面向对象式数据库体系结构，它将数据组织为对象，
每个对象包含数据和对数据的操作。
这种结构适合于面向对象的编程语言，能够更好地表示现实世界中的复杂结构和关系。
最后，NoSQL数据库体系结构是近年来兴起的一种新型数据库模型，它放弃了传统数据库的表格和SQL查询，而是采用键值对、文档、列族等非关系型的数据存储方式。
NoSQL数据库适用于大数据和分布式存储场景，能够提供高性能和可伸缩性。
综上所述，这五种主流数据库体系结构各有优缺点，应根据具体的应用场景和需求来选择合适的数据库体系结构。
数据库分层结构 -回复
数据库分层结构-回复
数据库分层结构是一种将数据库按功能和职责划分为不同层次，每个层次有不同的功能和职责的结构。
常见的数据库分层结构包括：
1. 逻辑层：负责处理数据库的逻辑操作，包括数据的查询、更新、删除等操作。
逻辑层通常包括数据库管理系统（DBMS）和查询语言。
2. 物理层：负责处理数据库的物理存储和操作，包括数据的存储、存储结构的设计和优化等。
物理层通常包括文件系统、存储设备和存储管理器等。
3. 数据访问层：负责处理数据库的访问请求，包括查询请求的路由、权限控制和数据传输等。
数据访问层通常包括网络协议、访问控制器和数据传输器等。
4. 数据抽象层：负责将数据库的逻辑结构抽象为应用程序可以理解的模型，包括数据模型、数据结构和数据操作接口等。
数据抽象层通常包括数据模型和数据操作接口。
通过将数据库按功能和职责划分为不同层次，数据库分层结构可以提高数据库的可维护性、可扩展性和安全性，同时也可以降低系统的耦合度，提高系统的性能
和效率。
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
分布式数据库体系结构
分布式数据库体系结构
分布式数据库体系结构是一种数据处理结构，它使用多个节点分布式保存，管理用户
的数据。
它有助于改善传统数据库系统的存储性能，满足高可用性、可扩展性、低延迟和
高可靠性的需求。
分布式数据库体系结构以完全装载在不同节点上的独立数据库系统的形式实现。
它的
构造主要分为四部分：数据库系统、分布式操作系统、数据库管理系统(DBMS)和应用服务器。
数据库系统存储用户的数据，提供特定的查询和数据访问功能，以及对这些数据的完
整性和一致性的保障。
用户可以访问远程的数据库服务器，实现各种复杂的数据查询，从
而实现快速的信息获取和数据处理。
分布式操作系统负责将多个分布式数据库系统连接起来，以实现高效的数据处理与通
信功能。
它内部完成将不同模型数据加密、存储和转移，并在不同数据库之间实现数据连接。
数据库管理系统(DBMS)负责管理数据库中的数据，包括数据结构的建立，数据的更新、查询，以及数据的同步等。
它还可以提供用户访问数据的安全性，以及支持高可用性，可
扩展性和可靠性等。
应用服务器提供应用订制或互联网服务等，其中将各种应用订制模块与外部系统连接，以实现与多个数据库的访问和数据同步功能。
它可以作为用户与数据库的桥梁，完成数据
的交互与控制。
分布式数据库体系结构是传统数据库系统的发展演进，可以在满足相关业务需求的同时，实现高性能的数据处理。
它不仅可以满足大规模的数据库的要求，还能支持真正的分
布式系统，是一种数据存储的有效方式。
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
数据库管理系统的组成与结构
数据库管理系统的组成与结构
数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）的组成与结构主要包括以下几个方面：
1. 数据库：数据库是存储关联数据的集合，可以视为一个大型的文件集合。
数据库通常由多个表组成，每个表又由多个行和列组成。
2. 数据字典：数据字典是数据库管理系统中的一个组成部分，用于存储数据库中的元数据，包括表名、列名、数据类型、索引等信息，方便系统管理和查询数据。
3. 查询语言：数据库管理系统提供的查询语言，如SQL （Structured Query Language），用于用户和应用程序通过指
令与数据库进行交互，包括创建、更新、查询和删除数据等操作。
4. 数据库引擎：数据库引擎是数据库管理系统的核心组件，负责处理数据的存储、检索、更新和查询等操作。
它包括存储管理、事务管理、查询优化等子模块，以提供高效和可靠的数据库操作功能。
5. 数据库连接器：数据库连接器负责建立应用程序与数据库之间的连接，并提供对数据库的操作接口。
它将数据库引擎暴露给应用程序，使应用程序能够访问数据库中的数据。
6. 数据库管理工具：数据库管理系统通常提供一些管理工具，
用于管理数据库的创建、维护和调优等任务。
这些工具可以提供图形界面和命令行接口，方便管理员进行各种数据库管理任务。
7. 数据库安全：数据库管理系统提供了安全措施，如用户权限管理、数据加密、访问控制等，以保护数据库中的数据免受未经授权的访问和恶意攻击。
以上是数据库管理系统的主要组成部分和结构，不同的DBMS可能会有一些细微的差别，但这些是数据库管理系统共性的基本组成与结构。
数据库的体系结构
数据库根底〔 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、数据库的体系构造、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、数据库三级模式构造以及数据库标准化等概念，掌握常见的关系数据库。
通过阅读本章，您可以：了解数据库技术的开展掌握数据库系统的组成掌握数据库的体系构造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：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。
数据库技术的开展数据库技术是应数据管理任务的需求而产生的，随着计算机技术的开展，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，数据根本依赖于人工管理，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开展，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。
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局部构成的运行实体。
数据库分层结构
数据库分层结构一、引言数据库是现代信息系统中至关重要的组成部分，它负责存储、管理和操作数据。
为了提高数据库的可维护性、可扩展性和安全性，数据库通常采用分层结构进行组织和管理。
本文将重点介绍数据库分层结构及其各层的作用和特点。
二、数据库分层结构概述数据库分层结构是指将数据库系统划分为不同的层次，每个层次具有不同的功能和职责。
常见的数据库分层结构包括物理层、逻辑层和外部层。
物理层负责数据库的物理存储和访问，逻辑层负责数据的逻辑组织和操作，外部层则是与用户交互的界面。
三、物理层物理层是数据库分层结构的最底层，它关注数据库的物理存储和访问。
物理层的主要任务包括数据的存储和读写操作、数据的索引和排序、数据的备份和恢复等。
在物理层中，数据以文件的形式存储在磁盘上，并通过存储管理器进行管理和访问。
物理层的设计需要考虑到数据的性能、可靠性和安全性等方面的要求。
四、逻辑层逻辑层是数据库分层结构的中间层，它负责数据的逻辑组织和操作。
逻辑层的主要任务包括数据的组织和结构定义、数据的查询和更新操作、数据的完整性和约束管理等。
在逻辑层中，数据以表的形式组织，表之间通过关系建立联系。
逻辑层的设计需要考虑到数据的一致性、有效性和可操作性等方面的要求。
五、外部层外部层是数据库分层结构的最顶层，它是用户与数据库系统之间的接口。
外部层的主要任务是提供用户友好的界面和功能，使用户能够方便地访问和操作数据库。
外部层可以根据不同的用户需求设计多个视图，每个视图只暴露特定的数据和操作。
外部层的设计需要考虑到用户的易用性、灵活性和安全性等方面的要求。
六、分层结构的优势数据库分层结构具有以下优势：1. 模块化设计：分层结构将数据库系统拆分为不同的模块，使系统结构清晰，易于理解和维护。
2. 可扩展性：通过分层结构，可以根据需求灵活地增加或修改某个层次的功能，而不会对其他层次产生影响。
3. 可维护性：分层结构使系统的维护工作更加简化和可控，某个层次的变化只需关注对应的模块，不会对整个系统造成风险。
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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数据库的体系结构Revised on November 25, 2020
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。
外模式由若干个外部记录类型组成。
用户使用数据操纵语言(DML)语句对数据库进行操作，实际上是对外模式的外部记录进行操作。
有了外模式后，程序员不必关心概念模式，只与外模式发生联系，按照外模式的结构存储和操纵数据。
（3）内模式
内模式是数据库在物理存储方面的描述，定义所有内部记录类型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。
（4）模式／内模式映象
模式／内模式映象存在于概念级和内部级之间，用于定义概念模式和内模式之间的对应性。
由于这两级的数据结构可能不一致，即记录类型、字段类型的命名和组成可能不—样，因此需要这个映象说明概念记录和内部记录之间的对应性。
模式／内模式映象一般是放在内模式中描述的。
（5）外模式／模式映象
外模式／模式映象存在于外部级和概念级之间，用于定义外模式和概念模式之间的对应性。
外模式／模式映象一般是放在外模式中描述的。
3.两级数据独立性
由于数据库系统采用三级模式结构，因此系统具有数据独立性的特点。
数据独立性是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。
（1）物理数据独立性
如果数据库的内模式要修改，即数据库的物理结构有所变化，那么只要对模式／内模式映象做相应的修改即可。
可以使概念模式尽可能保持不变，也就是对内模式的修改尽量不影响概念模式，当然对于外模式和应用程序的影响更小，这样，称数据库达到了物理数据独立性(简称物理独立性)。
（2）逻辑数据独立性
如果数据库的概念模式要修改，比如增加记录类型或增加数据项，那么只要对外模式／模式映象做相应的修改，可以使外模式和应用程序尽可能保持不变。
这样，我们称数据库达到了逻辑数据独立性(简称逻辑独立性)。
4.用户及用户界面
用户是指使用数据库的应用程序或联机终端用户。
编写应用程序的语言可以是Cobol、PL/I、C、C++、Java一类高级程序设计语言。
在数据库技术中，这些语言称为主语言(Host Language)。
DBMS还提供数据操纵语言DML(Data Manipulation Language)，让用户或程序员使用。
DML 可自成系统，在终端上直接对数据库进行操作，这种DML称为交互型DML或宿主型DML。
用户界面是用户和数据库系统之间的一条分界线，在界限下面，用户是不可知的。
用户界面定
在外部级上，用户对于外模式是可知的。
数据库的三级模式结构是一个理想的结构，使数据库系统达到了高度的数据独立性。
但是它给系统增加了额外的开销。
首先，要在系统中保存三级结构、两级映象的内容，并进行管理；其次，用户与数据库之间数据传输要在三级结构中来回转换，增加了时间开销。
然而，随着计算机性能的迅速提高和操作系统的不断完善，数据库系统的性能越来越好。
在目前现有的DBMS 商品软件中，不同系统的数据独立性是不同的。
一般来说，关系数据库在数据独立性方面优于层次、网状系统。