数据库系统结构

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。

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。

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。

简述数据库系统的体系结构特点
数据库系统的体系结构一般被分为三级，即外层的用户层、中间的应用程序层和内层的数据库管理系统层。

这三层之间通过接口进行通信和交互，协同完成数据库系统的各项任务。

2. 数据库系统是一个客户/服务器架构
数据库系统是基于客户/服务器架构的，其中客户端和服务器端通过网络进行通信。

客户端向服务器端发送请求，服务器端将请求处理后返回结果给客户端。

3. 数据库系统是一个分布式系统
数据库系统将数据库分布在多台计算机上，这些计算机通过网络连接起来，协同工作，提供服务。

分布式系统可以提高数据库系统的可用性、可扩展性和性能。

4. 数据库系统是一个模块化系统
数据库系统由多个模块组成，每个模块负责不同的任务。

模块之间通过接口进行通信和交互，实现数据库系统的各项功能。

5. 数据库系统是一个高度安全的系统
数据库系统的数据具有高度的机密性和安全性，需要采用多种安全措施来保护数据的安全。

这些措施包括访问控制、数据加密、备份和恢复等。

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数据库系统三级模型结构随着信息技术的迅猛发展，数据库系统已经成为现代信息系统中不可或缺的一部分。

数据库系统的设计和实现不仅关系到企业的信息化建设，也关系到企业的运营效率和决策能力。

为了更好地理解和设计数据库系统，数据库系统三级模型结构应运而生。

一、数据库系统的概念数据库系统是指一个组织化的数据集合，旨在满足特定应用领域的信息需求。

数据库系统由数据库、数据库管理系统（DBMS）、应用程序和用户组成。

其中，数据库是数据的集合，DBMS是用于管理数据库的软件，应用程序是用于访问数据库的软件，用户则是使用这些应用程序来访问数据库的人。

二、数据库系统的三级模型结构数据库系统的三级模型结构包括外模型、概念模型和内模型。

外模型是用户看到的数据库模型，概念模型是数据库系统的逻辑模型，内模型是数据库系统的物理模型。

1. 外模型外模型是用户看到的数据库模型，也称为用户模型。

外模型反映了用户对数据的需求和使用方式，是数据库系统的最上层，用户可以通过外模型来访问数据库。

外模型分为三种类型：视图、形式化模型和自然语言模型。

视图是用户对数据库中数据的一个逻辑上的划分，可以根据用户的需求来定义。

视图可以包含一个或多个表，可以对表中的数据进行筛选、排序、计算等操作，以满足用户的需求。

视图是数据库系统的一个重要特性，它可以提高数据的安全性、保护数据的隐私性、简化数据的访问方式等。

形式化模型是一种用于表示数据库中数据的图形化工具，它可以用来描述数据之间的关系和数据的结构。

形式化模型通常使用图形、符号和线条来表示数据之间的关系和数据的结构。

形式化模型可以帮助用户更好地理解和使用数据库中的数据。

自然语言模型是一种用自然语言来描述数据库中数据的模型。

自然语言模型通常使用人类可以理解的语言来描述数据之间的关系和数据的结构。

自然语言模型可以帮助用户更好地理解和使用数据库中的数据。

2. 概念模型概念模型是数据库系统的逻辑模型，也称为全局模型。

数据库系统主要有以下3 个组成部分：
数据库：用于存储数据的地方。

数据库管理系统：用于管理数据库的软件。

数据库应用程序：为了提高数据库系统的处理能力所使用的管理数据库库的软件补充。

数据库（DataBase，DB）提供了一个存储空间来存储各种数据，可以将数据库视为一个存储数据的容器。

一个数据库可能包含许多文件，一个数据库系统中通常包含许多数据库。

数据库管理系统（Database Management System，DBMS）是用户创建、管理和维护数据库时所使用的软件，位于用户和操作系统之间，对数据库进行统一管理。

DBMS 能定义数据存储结构，提供数据的操作机制，维护数据库的安全性、完整性和可靠性。

虽然已经有了DBMS，但是在很多情况下，DBMS 无法满足对数据管理的要求。

数据库应用程序（DataBase Application）的使用可以满足对数据管理的更高要求，还可以使数据管理过程更加直观和友好。

数据库应用程序负责与DBMS 进行通信、访问和管理DBMS 中存储的数据，允许用户插入、修改、删除数据库中的数据。

数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。

例如：
数据的完整性检查功能保证用户输入的数据应满足相应的约束条
件；
●数据库的安全保护功能保证只有赋予权限的用户才能访问数据库
中的数据；
●数据库的并发控制功能使多个用户可以在同一时刻并发地访问数
据库的数据；
●数据库系统的故障恢复功能使数据库运行出现故障时可以进行数
据库恢复，以保证数据库可靠地运行。

数据库系统的三级模式结构及每级模式的作用
数据库系统的三级模式结构是指数据库系统的组成部分之间物理上的
结构，包括应用程序、操作系统、数据库管理系统三个层次。

依次为：
1. 应用程序层：这一层是用户和数据库系统的接口层，实现程序员将
用户需求以及应用程序的设计翻译成对数据库系统有意义的数据、规
则和操作。

2. 操作系统层：这一层提供数据维护操作，管理并实现数据系统的空
间管理和大量的文件操作，包括存储空间的管理、文件的建立、文件
的读写操作，以及文件之间的联系。

3. 数据库管理系统层：这一级是数据库技术的核心，用于管理和控制
各种数据库应用程序，负责组织和管理数据库数据，为用户提供较为
友好的数据库环境，实现数据安全和数据一致性等功能。

每个模块的作用如下：
1. 应用程序层：提供用户界面，实现用户和数据库系统的交互，在数
据库系统中提交、发出和处理数据查询，最终完成应用系统的执行。

2. 操作系统层：提供数据库和磁盘存储之间的接口，为数据库操作提
供基础环境，通过管理数据文件、空间管理和逻辑操作，保证数据库
系统运行的完好性和安全性。

3. 数据库管理系统层：主要任务是对数据库中的数据进行管理，提供
较为友好的数据库环境，并实现数据访问安全和一致性等功能。

此外，还提供储存、查询和维护等功能，使用户可以轻松的使用数据库系统。

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。

简述数据库系统三级模式结构及其两级映像数据库系统是现代计算机科学的重要分支之一，它是为了有效地管理大量数据而设计的系统。

数据库系统的基础是数据模型，而数据模型又分为三级模式结构，即外模式、概念模式和内模式。

本文将简述数据库系统三级模式结构及其两级映像。

一、外模式外模式是用户看到的数据库模型，也是数据库系统的最上层。

它描述了用户对数据库中数据的逻辑组织方式。

外模式可以由多个用户定义，每个用户可以定义自己独立的逻辑视图，即表格、视图、存储过程等。

每个用户只能看到他所定义的部分，而看不到其他用户的定义。

外模式的定义与应用程序的设计有关，它是数据库系统的最直接的用户接口。

外模式与概念模式之间的映像称为外概念映像。

外概念映像是一种逻辑映射，它将外模式中的数据和概念模式中的数据关联起来。

外概念映像可以有多个，每个用户可以定义自己的外概念映像。

二、概念模式概念模式是数据库系统的中间层，它描述了数据库中数据的逻辑组织方式，是数据库系统的核心。

概念模式是相对独立于具体应用的，它包括了数据的结构、属性、关系、完整性约束等信息，它是数据库系统设计的重要组成部分。

概念模式的定义是由数据库管理员完成的，它必须满足所有用户的需求，并且能够保证数据的完整性、安全性和一致性。

概念模式与内模式之间的映像称为概念内映像。

概念内映像是一种逻辑映射，它将概念模式中的数据和内模式中的数据关联起来。

概念内映像是数据库系统的核心，它保证了数据库系统的正确性和可靠性。

三、内模式内模式是数据库系统的最底层，它描述了数据库在物理存储器中的存储方式和访问方式。

内模式是相对独立于概念模式和外模式的，它包括了数据的存储结构、索引方式、数据分布方式等信息。

内模式的定义是由数据库管理员完成的，它必须满足数据库系统的性能要求。

内模式与外模式之间的映像称为内外映像。

内外映像是一种逻辑映射，它将内模式中的数据和外模式中的数据关联起来。

内外映像是数据库系统的最底层，它保证了外模式和概念模式的正确性和可靠性。

数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构数据库系统是由多个组成部分构成的复杂系统，其中最重要的组成部分是数据库管理系统（DBMS），它是整个数据库系统的核心。

数据库管理系统负责管理数据存储、数据访问和数据操作等任务，因此，它的体系结构对整个数据库系统的性能和可靠性有着至关重要的影响。

一、三层模式体系结构三层模式体系结构是最常见的数据库管理系统体系结构之一，它将整个数据库管理系统划分为三层，分别是外模式层、概念模式层和内模式层。

1. 外模式层外模式层也称为用户视图层或用户接口层，它是用户与数据库之间交互的界面。

每个用户都可以定义自己所需的外部视图，并通过这些视图来访问和操作数据库中存储的数据。

外部视图可以隐藏底层数据结构和逻辑实现细节，使得用户能够以更加简单、直观、方便的方式使用和管理数据。

2. 概念模式层概念模式层也称为全局逻辑模型或全局概念模型，它描述了整个数据库中所有数据对象及其之间关系的逻辑结构。

概念模式层是数据库设计的核心，它包括了实体、属性和关系等概念，并通过ER图等方式来表示和描述。

概念模式层对外部视图提供了一个稳定、一致、简洁的逻辑结构，使得用户能够更加清晰地理解和操作数据库中的数据。

3. 内模式层内模式层也称为存储模式层或物理模型层，它描述了数据在存储介质上的组织方式和存储结构。

内模式层是数据库管理系统的最底层，它与底层操作系统直接交互，并负责管理磁盘空间、数据缓存、索引等任务。

内模式层提供了对物理存储细节的抽象，使得DBMS能够更加高效地管理数据。

二、客户端/服务器体系结构客户端/服务器体系结构是一种分布式计算架构，它将整个数据库系统划分为两个部分：客户端和服务器端。

1. 客户端客户端是指用户使用的计算机，在这里用户可以通过安装相应的客户端软件来连接到远程服务器，并通过这个软件向远程服务器发送请求以获取所需数据。

客户端通常具有较低的计算能力和存储能力，但却具有更好的交互性和易用性。

第三章．数据库系统结构(jiégòu)习题(xítí)：一．选择题1．数据库技术中采用分级方法将数据库的结构划分成多个层次，是为了(w èi le)提高数据库的（1）和（2）。

（1）A.数据独立性 B.逻辑(luó jí)独立性 C.管理规范性 D.数据的共享（2）A.数据独立性 B.物理独立性 C.逻辑(luó jí)独立性 D.管理规范性2．数据库中，数据的物理独立性是指。

A.数据库与数据库管理系统的独立B.用户程序与DBMS的相互独立C.用户的应用程序与存储在磁盘上数据库中的数据是相互独立的D.应用程序与数据库中数据的逻辑结构相互独立3．数据库系统的最大特点是。

A.数据的三级抽象和二级独立性B.数据共享性C.数据的结构化D.数据独立性4．在数据库的三级模式结构中，描述数据库中全体数据的全局逻辑结构和特征的是。

A.外模式B.内模式C.存储模式D.模式5．数据库系统的数据独立性是指。

A.不会因为数据的变化而影响应用程序B.不会因为系统数据存储结构与数据逻辑结构的变化而影响应用程序C.不会因为存储策略的变化而影响存储结构D.不会因为某些存储结构的变化而影响其它的存储结构6．数据库三级模式体系结构的划分，有利于保持数据库的。

A.数据独立性B.数据(shùjù)安全性C.结构(jiégòu)规范性D.操作(cāozuò)可行性二．简答题1．试述数据库系统三级模式结构(jiégòu)，这种结构的优点是什么。

2．定义并解释以下(yǐxià)术语：模式、外模式、内模式、DDL、DML。

3．什么叫数据与程序的物理独立性？什么叫数据与程序的逻辑独立性？为什么数据库系统具有数据与程序的独立性？参考答案：一．选择题4．（1）B （2）B5．C6．A7．D8．B9．A二．简答题1．数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式组成。

数据库系统的组成结构数据库系统是由数据库、数据库管理系统（DBMS）、应用程序和用户组成的信息系统。

它是用于存储、管理和处理组织内部或外部的数据的一种技术。

数据库是指一个有组织的数据集合，它以某种特定的结构存储数据，并通过一系列操作来访问和处理数据。

数据库的优势在于能够有效地存储和管理大量数据，并提供高效的查询和更新操作。

数据库管理系统是用于管理数据库的软件工具。

它提供了一系列功能，包括数据定义语言（DDL）用于定义数据库结构，数据操纵语言（DML）用于插入、删除和修改数据，查询语言（SQL）用于查询数据，以及存储和索引管理等功能。

DBMS还负责维护数据库的安全性和完整性，进行备份和恢复操作，以及性能优化等任务。

应用程序是与数据库进行交互的软件。

它可以通过DBMS提供的接口来访问数据库，并进行数据的输入、输出、处理和展示等操作。

应用程序可以是基于Web的应用，也可以是客户端/服务器架构或分布式应用。

用户是数据库系统的最终使用者。

他们可以通过应用程序来访问数据库，并进行各种操作。

用户可以是管理员、开发者、分析师或一般的终端用户。

不同类型的用户拥有不同的权限和角色，可以执行不同的操作。

数据库系统的组成结构如下图所示：[图片描述：数据库系统的组成结构图]总结起来，数据库系统的组成结构包括数据库、数据库管理系统、应用程序和用户。

数据库是存储和管理数据的组织，DBMS是管理数据库的软件工具，应用程序是访问和处理数据库的软件，用户是数据库系统的最终使用者。

数据库系统的设计和实现是一个复杂的过程，需要考虑数据的结构、数据的安全性和完整性、性能优化等方面。

合理地使用数据库系统可以提高组织的数据管理和处理效率，提供准确、可靠的数据支撑，对组织的发展和决策具有重要的意义。

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。