Question

什么是数据库系统的体系结构？

Answer 1

三级结构的组织形式称为数据库的体系结构或数据抽象的三个级别。这个结构是于1975年在美国ANSI/X3/SPARC（美国国家标准协会的计算机与信息处理委员会中的标准计划与需求委员会）数据库小组的报告中提出的。

　　1.1.4.1三级数据视图
　　数据抽象的三个级别又称为三级数据视图，是不同层次用户（人员）从不同角度所看到的数据组织形式。
　　(1) 外部视图 第一层的数据组织形式是面向应用的，是应用程序员开发应用程序时所使用的数据组织形式，是应用程序员所看到的数据的逻辑结构，是用户数据视图，称为外部视图。外部视图可有多个。这一层的最大特点是以各类用户的需求为出发点，构造满足其需求的最佳逻辑结构。
　　(2) 全局视图 第二层的数据组织形式是面向全局应用的，是全局数据的组织形式，是数据库管理人员所看到的全体数据的逻辑组织形式，称为全局视图，全局视图仅有一个。这一层的特点是对全局应用最佳的逻辑结构形式。
　　(3) 存储视图　第三层的数据组织形式是面向存储的，是按照物理存储最优的策略所组织形式，是系统维护人员所看到的数据结构，称为存储视图。存储视图只有一个。这一层的特点是物理存储最佳的结构形式。
外部视图是全局视图的逻辑子集，全局视图是外部视图的逻辑汇总和综合，存储视图是全局视图的具体实现。三级视图之间的联系由二级映射实现。外部视图和全局视图之间的映射称为逻辑映射，全局视图和存储视图之间的映射称为物理映射。

　　1.1.4.2 三级模式
　　三级视图是用图、表等形式描述的，具有简单、直观的优点。但是，这种形式目前还不能被计算机直接识别。为了在计算机系统中实现数据的三级组织形式，必须用计算机可以识别的语言对其进行描述。DBMS提供了这种数据描述语言（Data Description Language 简记为DDL）。我们称用DDL精确定义数据视图的程序为模式（Scheme）。与三级视图对应的是三级模式。
　　（1） 子模式 　定义外部视图的模式称外模式，也称子模式。它由对用户数据文件的逻辑结构描述以及和全局视图中文件的对应关系的描述组成，用DBMS提供的子模式DDL定义。一个子模式可以由多个用户共享，而一个用户只能使用一个子模式。
　　（2） 模式　 定义全局视图的模式称逻辑模式，简称模式。它由对全局视图中全体数据文件的逻辑结构描述以及和存储视图中文件的对应关系的描述组成，用DBMS提供的模式DDL定义。逻辑结构的描述包括记录的型（组成记录的数据项名、类型、取值范围等），还有记录之间的联系，数据的完整性、安全保密要求等。
　　（3） 内模式　 定义存储视图的模式称内模式，又称物理模式。它由对存储视图中全体数据文件的存储结构的描述和对存储介质参数的描述组成，用DBMS提供的内模式DDL定义。存储结构的描述包括记录值的存储方式（顺序存储、hash方法、B树结构等），索引的组织方式等。
三级模式的结构如图1.8所示。
　　三级模式所描述的仅仅是数据的组织框架，而不是数据本身。在内模式这个框架填上具体数据就构成物理数据库，它是外部存储器上真实存在的数据集合。模式框架下的数据集合是概念数据库，它仅是物理数据库的逻辑映像。子模式框架下的数据集合是用户数据库，它是概念数据库的逻辑子集。

Answer 2

． 数据库系统的软件主要包括：

(1) 数据库管理系统，DBMS是为数据库的建立、使用和维护配置的软件。
(2) 支持DBMS运行的操作系统。
(3) 具有与数据库接口的高级语言及其编译系统，便于开发应用程序。
(4) 以DBMS为核心的应用开发工具。
(5) 为特定应用环境开发的数据库应用系统。

2． 整个数据库系统对硬件资源提出了较高的要求：

(1) 为了存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序，需要足够大的内存。
(2) 要有足够大的磁盘等直接存取设备存放数据库，有足够的磁带（或软盘）用于数据备份。
(3) 系统要提供较高的通道能力，以提高数据传送率。

3． DBA的重要职责是保证数据库的安全性和完整性。因此DBA负责确定各个用户对数据库的存取权限、数据的保密级别和完整性约束条件；DBA还有一个重要职责就是监视数据库系统的运行情况，及时处理运行过程中出现的问题。比如系统发生各种故障时，数据库会因此遭到不同程度的破坏，DBA必须在最短时间内将数据库恢复到正确状态，并尽可能不影响或少影响计算机系统其他部分的正常运行，DBA要定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能；当用户的需求增加和改变时，DBA还要对数据库进行较大的改造，包括修改部分设计，即数据库的重构造。

4． 系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明，要和用户及DBA相结合，确定系统的硬件软件配置，并参与数据库系统的概要设计。

数据库设计人员负责数据库中数据的确定、数据库各级模式的设计。数据库设计人员必须参加用户需求调查和系统分析，然后进行数据库设计。在大多数情况下，数据库设计人员就由数据库管理员担任。

应用程序员负责设计和编写应用系统的程序模块并进行调试和安装。

5. 数据库管理系统的功能有：（1）数据定义；（2）数据操纵；（3）数据库运行管理；（4）数据组织、存储和管理；（5）数据库的建立和维护；（6）数据通信接口。

6． DBMS由以下几个部分组成：（1）数据定义语言及其翻译处理程序；（2）数据操纵语言及其编译(或解释)程序；（3）数据库运行控制程序；（4）实用程序。

在关系模型中，实体以及实体间的联系都是用关系来表示的。例如导师实体、研究生实体、导师与研究生之间的一对多联系都可以分别用一个关系来表示。在一个给定的应用领域中，所有实体及实体之间联系的关系的集合构成一个关系数据库。

关系模型的数据结构

关系数据库模型是如今最流行的数据库模型，其流行源于它结构的简单性。在关系模型中最重要的数据结构就是关系。构建关系模型下的数据库，其核心是设计组成数据库的关系。
关系设计中涉及到一些术语包括：
关系就是一张表，设计关系就是设计一张表；
元组是表中的一行；
属性是表中的一列，属性名是给属性起的名字；
关键字是表中的某个属性组，唯一确定一个元组；
关系模式是对关系的描述，一般表示为关系名（属性1，属性2，···，属性n）；
外键是关系中不是该关系的关键字或只是关键字的一部分的某个属性或属性组合，但它同时是另一个关系的关键字；
主表是以外键作为主键的表；
从表指外键所在的表。
在为数据库设计关系时，必须为每个关系指定一个关键字或主码，并且在该关系中，关键字的值不能为空，即关键字的值为空的元组在关系中是不允许存在的。在有些关系中关键字是由单个属性组成的，在另一些关系中关键字是由若干个属性的组合而构成的，即这种关系中的元组不能由任何一个属性惟一表示，必须由多个属性的组合才能惟一表示。关系模式是稳定的，而关系是随时间不断变化的，因为数据库中的数据在不断更新。

Answer 3

所谓三层体系结构，是在客户端与数据库之间加入了一个中间层。三层体系不是指物理上的三层，不是简单地放置三台机器就是三层体系，三层是指逻辑上的三层，即使这三个层放置到一台机器上。三层体系结构的应用程序将业务规则、数据访问、合法性校验等工作放到了中间层进行处理。通常情况下，客户端不直接与数据库进行交互，而是通过与中间层通讯建立连接，再经由中间层与数据库进行交互。
在基于B/S的三层体系结构中，表示层、中间层、数据层被分割成三个相对独立的单元。
表示层（Browser）位于客户端，一般没有应用程序，借助于Javaapplet、Actives、Javascript、vbscript等技术可以处理一些简单的客户端处理逻辑。它负责由Web浏览器向网络上的Web服务器(即中间层)发出服务请求，把接受传来的运行结果显示在Web浏览器上。
中间层（WebServer）是用户服务和数据服务的逻辑桥梁。它负责接受远程或本地的用户请求，对用户身份和数据库存取权限进行验证，运用服务器脚本，借助于中间件把请求发送到数据库服务器（即数据层），把数据库服务器返回的数据经过逻辑处理并转换成HTML及各种脚本传回客户端。
数据层（DBServer）位于最底层，它负责管理数据库，接受Web服务器对数据库操纵的请求，实现对数据库查询、修改、更新等功能及相关服务，并把结果数据提交给Web服务器。
在三层结构中，数据计算与业务处理集中在中间层，只有中间层实现正式的进程和逻辑规则。

Answer 4

数据库系统的体系结构是指数据库系统的整个体系的结构。数据库系统的体系结构从不同的角度可有不同的划分方式。从数据库管理系统的角度可分为三层，从外到内依次为外模式、模式和内模式。 模式是所有数据库用户的公共数据视图，是数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述。模式(schema)又可细分为概念模式(conceptual schema)和逻辑模式(109ical schema)。
希望对你有帮助。