資料庫概述

「資料庫系統」，顧名思義，就是計算機系統中加入資料庫後的系統。在組成上由資料庫、作業系統、資料庫管理系統、開發工具、資料庫應用系統、人員這幾部分組成，如圖1-1所示。

圖1-1  資料庫系統組成圖

資料庫是長期儲存在計算機上的有組織的有聯絡的資料的集合，就如同乙個專門儲存資料的倉庫一樣，特別注意的是資料庫中不僅儲存資料，還要儲存資料之間的關係。

資料庫管理系統是專門用來管理維護資料庫的，所有對於資料庫的操作都必須通過資料庫管理系統提供的介面進行操作，不能跨過資料庫管理系統對資料庫進行操作。資料庫管理系統就好像乙個封閉倉庫的操作室，這個倉庫（資料庫）和外界進行互動的唯一通道就是這個操作室，操作室裡面的控制台上有各種不同功能的控制裝置，外界要對倉庫進行某樣操作的話，就只能通過這個操作室裡面的控制台間接控制這個倉庫（資料庫），同時，這個操作室還擁有對於倉庫的監視裝置，能對倉庫的安全進行維護。

資料庫應用系統就是應用資料庫技術對資料進行管理使用的系統，簡單點說，乙個擁有資料庫的軟體就可以稱為資料庫應用系統。比如某個超市的收銀台管理軟體。

資料庫系統中的人員主要分為使用者、資料庫管理員、資料庫開發人員，資料庫管理人員的職責主要為維護管理資料庫的執行。其實資料庫開發人員、資料庫管理員的角色是經常重合的。

資料庫的體系結構就是著名的**體系結構，即外模式、內模式、模式，如圖2-1所示。

圖2-1 資料庫系統的**模式

如圖2-1所示，該**模式由外模式、模式、內模式組成，其中模式又稱為概念模式，內模式又稱為物理模式或儲存模式，外模式又稱為使用者模式或子模式。下面分別對三種模式進行介紹。

外模式又稱為使用者模式或者子模式，這一層一般是應用程式在使用時比較關心的，應用程式使用的就是外模式，即這個資料庫關係中的區域性關係。乙個資料庫可以有多個外模式。對於外部的應用程式而言，通常想獲取的是資料庫關係的部分有用資訊，也就是說要獲取區域性的資料關係，所以外模式就定義用來獲取該區域性資料關係，此時外模式就好像乙個視窗一樣，只獲取指定的區域性關係資訊，對於其他的關係資訊進行了隱蔽，起到了資料保護的作用。打個比方，資料庫裡面儲存了學生的資訊表，課程的資訊表、教師的資訊表。當某個應用需要檢索資料庫中某個學生的選課資訊時，實際上只用到了學生表和課程表，教師表就沒有必要暴露，此時定義乙個使用學生表和課程表查詢學生選課資訊的外模式就可以直接供這個程式使用，起到了保護資料的作用，另外，這也相當於定義了乙個許可權，即使用該模式的應用程式只能做上面指定的操作，只能檢索到規定的資訊。

模式是**架構中的中間一層，又稱為邏輯模式或者概念模式，是對資料的全部關係儲存，針對的是所有資料關係，而不是區域性資料關係。這一層的工作內容包括記錄的定義，記錄組成的資料項的定義，資料項的名稱、範圍定義，記錄間關係的定義等。乙個特定的資料庫只能有乙個模式。

內模式又稱為儲存模式或者物理模式，主要涉及資料以怎麼的方式進行儲存，比如順序儲存、b+樹儲存、雜湊儲存等。

經過上面的介紹，可以發現**模式之間的差別其實比較大，外模式主要面向應用程式，關心的是區域性資料關係；模式主要面向的是整個資料庫，涉及整個資料庫的資料關係；內模式主要面向的是資料的儲存，關心的是資料怎樣進行儲存。因此如果想在不同模式之間進行切換，實際上是比較麻煩的，所以為了能夠方便的在**模式之間進行轉換，定義了兩種對映，即外模式/模式、模式/內模式對映，方便不同模式之間的協調切換。打個比方，如果模式發生了變化，比如增加了一些資料項或者乾脆改變了外模式中使用到的一些資料項，如果沒有外模式/模式對映，則為了維持外部應用的功能不變，只能跟著修改外部應用程式，這樣就比較麻煩，但是如果有了外模式/模式對映，則只需在這裡做相應修改，就可以維持原有的應用程式不變。模式/內模式也是一樣，如果內模式的儲存方式變了，比如由順序儲存變為雜湊儲存，則如果沒有模式/內模式對映的話，就需要修改模式定義，比較麻煩，但是如果有了這個模式，則只需對應做這個模式的修改，便可以維持原有的情況不變，確實比較方便。

資料庫的建立實際上是對現實世界的資訊建模，現實世界中的資訊要儲存進資料庫需要經過兩個階段：1.現實時間到概念世界 2.概念世界到機器世界第乙個階段是對現實世界中的資料進行建模抽象，將他們表示成抽象的實體和他們之間的聯絡，後乙個階段是對已經建立的抽象模型進行具化，將其儲存進行計算機資料庫中。因此，對應這兩個階段，就存在2種模型，概念模型對應第乙個階段，資料模型對應第二個階段

概念模型就是將現實世界中的資料資訊進行抽象，將這些資訊表示為實體及其聯絡的模型。這個過程類似於c++等物件導向的抽象過程，將真實世界中的事物表示為乙個個的類。用於描述概念模型的最常用的模型稱為e-r模型（實體概念模型），具體概念參考e-r模型章節。

資料模型是將概念模型轉換為資料庫中資料關係的模型，資料模型包括資料結構、操作、完整性約束條件。按照型別可分為層次模型、網狀模型、關係模型。層次模型和網狀模型雖然解決了資料共享和儲存的問題，但是在對資料進行操作時，還是需要指定資料操作的路徑，比較麻煩。但是關係模型就只需要關心對資料做什麼，而不關心怎麼做且不需要指定資料操作的路徑，因此比較方便

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