【愚公系列】软考高级-架构设计师 052-三级模式两级映像

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🚀前言

三级模式是指数据库管理系统从三个层次来管理数据，分别是外部层（External Level）、概念层（Conceptual Level）和内部层（Internal Level）。这三个层次分别对应三种不同类型的模式，分别是外模式（External Schema）、概念模式（Conceptual Schema）和内模式（Internal Schema）。在外模式与概念模式之间，以及概念模式与内模式之间，还存在映像，即二级映像。

三级模式和两级映射的架构，使数据库系统能够更容易地管理数据，并且能够适应不同用户和应用程序的需求，同时确保了数据结构的改变不会影响到用户操作。这种架构是许多数据库管理系统（DBMS）设计的基础。

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🚀一、三级模式两级映像

🔎1.三级模式

🦋1.1 概念模式

概念模式（Conceptual Schema）是数据库管理系统中的一个概念，用于描述整个数据库的逻辑结构和关系。概念模式定义了数据库中存储的所有数据项、它们之间的关系以及约束条件，而不涉及具体的存储细节或物理结构。概念模式是针对整个数据库的全局视图，它定义了数据库中数据的逻辑意义和组织方式，独立于具体的应用程序或用户。

概念模式起着连接外部模式（用户视图）和内部模式（数据库存储结构）之间的桥梁作用。它能够为不同的外部模式提供统一的数据视图，同时隐藏了数据的物理存储细节，使得数据库的设计更加灵活和可维护。概念模式通常由数据库设计人员或数据库管理员定义和管理，以确保整个数据库系统的一致性和完整性。

概念模式类似于表格的列标题，它描述了商品表中包含哪些信息。在数据库中，概念模式描述了多张表之间的联系、表中每一列的数据类型和长度等。表格的横向称为行，纵向称为列，第一行就是列标题，用来描述该列的数据表示什么含义。实际上，概念模式在数据库中描述的信息还有很多，如多张表之间的联系、表中每一列的数据类型和长度等。

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🦋1.2 内模式

内模式（Internal Schema）是数据库管理系统中的一个概念，用于描述数据在物理存储介质上的存储方式和组织结构。内模式定义了数据在磁盘上的存储方式、索引结构、数据块的组织方式以及数据的物理排列顺序等细节。内模式与数据库的物理实现相关，它描述了数据库在实际存储层面上的细节。

内模式是数据库系统中的最底层，负责将数据库的逻辑结构映射到物理存储结构上。通过内模式，数据库管理员可以控制数据的物理存储细节，包括存储空间的分配、数据的存储方式、索引的创建等。内模式通常是针对数据库管理系统的实现者和维护者设计的，一般用户不会直接接触到内模式的细节，而是通过概念模式和外模式来操作和访问数据。

在将Excel表格另存为文件时，可以选择保存的文件路径、保存类型（如XLS、XLSX、CSV等格式）等，这些与存储相关的描述信息相当于内模式。在数据库中，内模式描述数据的物理结构和存储方式，如堆文件、索引文件、散列（Hash）文件等。

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🦋1.3 外模式

外模式（External Schema）是数据库管理系统中的一个概念，指的是用户能够看到和操作的数据的逻辑结构和表示方式。外模式关注的是用户的角度，即用户如何看待和使用数据。通过外模式，用户可以定义他们自己的数据视图，包括他们所需的数据结构、数据项以及数据的组织方式。外模式是用户与数据库系统交互的接口，它定义了用户可以直接访问的数据部分，隐藏了数据库内部的复杂性，使用户能够以更简单和符合自己需求的方式与数据库进行交互。

在打开一个电子表格后，默认会显示表格中所有的数据，这个表格称为基本表。在将数据提供给其他用户时，出于权限、安全控制等因素的考虑，只允许用户看到一部分数据，或不同用户看到不同的数据，这样的需求就可以用视图来实现。

下图是视图和基本表的关系。基本表中的数据是实际存储在数据库中的，而视图中的数据是查询或计算出来的。由此可见，外模式可以为不同用户的需求创建不同的视图，且由于不同用户的需求不同，数据的显示方式也会多种多样。因此，一个数据库中会有多个外模式，而概念模式和内模式则只有一个。

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🔎2.两级映像

三级模式是数据的三个抽象级别，每个级别关心的重点不同。为了使三级模式之间产生关联，数据库管理系统在三级模式之间提供了二级映像功能。二级映像是一种规则，它规定了映像双方如何进行转换。通过二级映像，体现了逻辑和物理两个层面的数据独立性。

• 逻辑独立性。外模式/概念模式映像体现了逻辑独立性。逻辑独立性是指当修改了概念模式，不影响其上一层的外模式。例如，将基本表的“库存”和“销量”拆分到另一张表中，此时概念模式发生了更改，但可以通过改变外模式/概念模式的映像，继续为用户提供原有的视图。
• 物理独立性。概念模式/内模式映像体现了物理独立性。物理独立性是指修改了内模式，不影响其上层的概念模式和外模式。例如，在Excel中将.xls文件另存为.xlsx文件，虽然更换了文件格式，但是打开文件后显示的表格内容一般不会发生改变。在数据库中，更换更先进的存储结构，或者创建索引以加快查询速度，内模式会发生改变。此时，只需改变概念模式/内模式映像，就不会影响到原有的概念模式。

🔎3.练习

在数据库系统中，数据库的视图、基本表和存储文件的结构分别与( )对应；数据的物理独立性和数据的逻辑独立性是分别通过修改( )来完成的

A.模式、外模式、内模式 B.模式、内模式、外模式

C.外模式、模式、内模式 D.外模式、内模式、模式

A.模式与内模式之间的映像、外模式与模式之间的映像

B.外模式与内模式之间的映像、外模式与模式之间的映像

C.外模式与模式之间的映像、模式与内模式之间的映像

D.外模式与内模式之间的映像、模式与内模式之间的映像

让我们逐步解析这道题目：

1. 数据库的视图、基本表和存储文件的结构分别与以下哪个选项对应？
   • 视图是用户对数据库的部分视图，与外模式相关。
   • 基本表是数据库中实际存储数据的结构，与内模式相关。
   • 存储文件的结构是数据库在物理存储上的实际组织方式，也与内模式相关。

因此，数据库的视图、基本表和存储文件的结构分别与 C.外模式、模式、内模式 对应。

1. 数据的物理独立性和数据的逻辑独立性是通过修改以下哪个选项来完成的？
   • 数据的物理独立性是指修改了内部层的结构不影响外部层和中间层，这是通过内模式和概念模式之间的映像来完成的。
   • 数据的逻辑独立性是指修改了中间层的结构不影响外部层，这是通过外模式和概念模式之间的映像来完成的。

因此，数据的物理独立性通过修改 A.模式与内模式之间的映像、外模式与模式之间的映像 来完成。

综上所述，正确答案是 C.外模式、模式、内模式 和 A.模式与内模式之间的映像、外模式与模式之间的映像。

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