详细分析数据库的三级模式

前言

对于软考来说也是常考内容

此处着重补充下基本知识

1. 基本知识

包括外模式、概念模式和内模式，旨在将数据的物理存储、逻辑结构和用户视图进行分离

这种体系结构的主要目的是实现数据库的独立性、数据安全性和数据共享

一、外模式：

外模式也称为用户模式或视图模式，定义数据库对用户或应用程序的具体视图

主要用于定义用户如何看到和操作数据库中的数据
不同用户可以有不同的外模式，用户不必关心数据的存储方式或物理结构，而只需根据自己的需要进行数据操作

主要的特点如下：

• 用户视图：每个外模式提供数据库的某一部分，特定用户只能够访问他们被授权的部分数据
• 多视图支持：不同的用户可以有不同的视图来满足各自的需求，避免直接操作概念模式或物理模式带来的复杂性
• 数据安全性：外模式有助于隐藏敏感数据，用户只能访问到经过授权的部分数据，从而增强了数据库的安全性

例如，银行数据库中，客户只能看到自己的账户信息，而银行职员可以看到更多的客户数据。不同角色对应的外模式是不同的

二、概念模式：

又称为逻辑模式，是整个数据库的全局视图，独立于任何用户的具体需求
定义数据库中所有的数据结构、关系和约束，主要用于描述数据的逻辑结构以及数据之间的关系

主要的特点如下：

• 全局视图：描述数据库的整体结构，而非某个特定用户的视图
• 数据独立性：概念模式与物理存储方式无关，屏蔽了底层数据存储细节
• 数据完整性：概念模式定义了数据的完整性约束，如主键、外键和唯一性等，以确保数据的一致性和完整性

数据库管理员或设计者在设计数据库时需要使用概念模式来定义数据实体及其关系，比如在一个图书馆系统中，图书、读者和借阅信息等实体及其关联都在概念模式中定义

三、内模式：

也叫物理模式，定义数据在数据库中的物理存储方式，包括文件结构、存储路径、索引、存储设备等物理存储细节
描述了数据如何在存储设备上组织和存放

主要的特点如下：

• 物理存储细节：内模式描述数据的实际存储方式，包括磁盘存储、索引结构、文件组织方式等
• 性能优化：通过选择合适的存储结构、索引策略等优化数据库性能。
• 数据独立性：内模式与概念模式相分离，保证了数据的物理存储方式可以变化，而不会影响到概念模式和外模式

数据库系统内部处理数据的存储、检索和更新时使用内模式。系统管理员可以调整数据的物理存储结构以提高查询效率，例如选择B+树或哈希索引来优化数据访问速度

2. 总结

数据库三级模式之间的关系
三级模式体系结构的核心目的是实现数据的物理独立性和逻辑独立性

通过这种分层结构，数据的物理存储和逻辑结构可以相互独立，用户不必关心数据如何存储，数据库管理员也可以在不影响用户视图的情况下调整数据存储方式

• 物理数据独立性：即数据库的存储结构可以改变，而不影响概念模式和外模式
  例如，当数据在磁盘上的存储方式发生变化时，用户的视图不受影响
• 逻辑数据独立性：指概念模式的变化不会影响外模式
  例如，数据库的逻辑结构变化时，用户的外模式仍然保持不变

三级模式体系结构的特点如下：

• 数据独立性：通过分层模式，物理存储细节与用户视图相互独立，简化了系统维护和扩展
• 数据安全性：通过外模式的限制，用户只能访问他们授权的数据，确保了数据的隐私和安全性
• 共享性：多用户可以同时访问和使用数据库中的数据，外模式的多样性允许不同用户有不同的数据视图，满足个性化需求