三级模式架构

• 三级模式架构也称为 ANSI/SPARC 架构或三层架构。
• 该框架用于描述特定 数据库 系统的结构。
• 三级模式架构也用于分离用户应用程序和物理数据库。
• 三级模式架构包含三个级别。它将数据库分解为三个不同的类别。

三级模式架构如下

在上图中

• 它显示了 DBMS 架构。
• 映射用于转换架构的各个数据库级别之间的请求和响应。
• 对于小型 DBMS，映射不好，因为它花费更多时间。
• 在外部/概念映射中，需要将请求从外部级别转换为概念模式。
• 在概念/内部映射中，DBMS 将请求从概念级别转换为内部级别。

三级模式架构中的视图概念

在三层 DBMS 架构的外部视图中，在经过概念视图后，视图通常可以被认为是用户的视图。虽然在 RDBMS 术语中，视图是从一个或多个基本关系派生出来的关系。（基本关系是与元组在数据库中物理存储的条目相关联的关系）

视图是一个虚拟关系，它似乎存在但并不一定以与基本关系相同的存储位置存在。它允许您从多个不同的方面查看数据库中的数据，为您提供了极大的灵活性来处理数据。对视图执行的操作会自动解释为对基本关系的操作。同样，对数据的所有修改都通过视图进行到基本表。

上图显示了多表视图中表之间的关系。

以下是鼓励我们使用视图的众多原因。

• 它通过隐藏数据库的一部分用户，提供了一种强大而灵活的安全方法。
• 它们描绘了当今大部分信息，因为 RDBMS 在您每次访问它时都会创建并重新填充视图。
• 它有助于用户同时以不同的方式访问数据库中的相同数据。
• 它可以同时与来自多个表的数据一起使用。
• 它可以用于隐藏与多个表相关的复杂查询。因此，它简化了对基本表的操作。

三级模式架构的目标

三层架构的主要目标是允许多个用户以个性化的视图访问相同的数据，同时仅存储一次底层数据。因此，它将用户的视图与数据库的物理结构分开。这种分离是可取的，原因如下：

• 不同的用户需要相同数据的不同视图。
• 特定用户查看数据的策略可能会随时间而改变。
• 数据库用户不应该担心数据库的物理实现和内部工作，例如数据压缩和加密技术、哈希、内部结构优化等。
• 所有用户都应能根据自己的需求访问相同的数据。
• DBA 应该能够更改数据库的概念结构而不影响用户。
• 数据库的内部结构应不受存储的物理方面更改的影响。

1. 内部级别

• 内部级别具有描述数据库物理存储结构的内部模式。
• 内部模式也称为物理模式。
• 它使用物理数据模型。用于定义数据将如何存储在块中。
• 物理级别用于详细描述复杂底层数据结构。

内部级别通常涉及以下活动：

• 存储空间分配。
  例如： B-Trees、哈希等。
• 访问路径。
  例如： 主键和次键、索引、指针和排序的规范。
• 数据压缩和加密技术。
• 内部结构优化。
• 存储字段的表示。

2. 概念级别

• 概念模式描述了概念级别的数据库设计。概念级别也称为逻辑级别。
• 概念模式描述了整个数据库的结构。
• 概念级别描述了数据库中要存储什么数据，也描述了这些数据之间存在什么关系。
• 在概念级别，隐藏了数据结构实现等内部细节。
• 程序员和数据库管理员在此级别工作。
• 在设计数据库时，概念级别是第一个被定义的。它使用数据定义语言进行定义。

3. 外部级别

• 在外部级别，数据库包含多个模式，有时称为子模式。子模式用于描述数据库的不同视图。
• 外部模式也称为视图模式。
• 每个视图模式都描述了特定用户组感兴趣的数据库部分，并隐藏了该用户组的其他数据库。
• 视图模式描述了最终用户与数据库系统的交互。
• 外部视图由使用数据定义语言编写的外部模式描述。
• 为不同用户创建独立的数据库视图有助于确保数据库安全。
• 除了包含不同的实体、属性和关系之外，不同的视图可以对相同的数据有不同的描绘。

例如，一些用户可能将日期视为（年/月/日），而其他用户可能偏好（日/月/年）。一些视图可能包含计算数据和/或聚合数据，这些数据并不直接存储在数据库中。例如，员工的年龄可能包含在员工表的视图中，但不太可能存储。相反，将存储他们的出生日期，DBMS 将根据此计算他们的年龄。

外部视图由使用数据定义语言编写的外部模式描述。

三级模式架构的实际应用

让我们通过图书馆管理系统的例子来理解

1. 外部级别：在图书馆管理系统中，教师和学生等最终用户与搜索栏交互，只看到他们感兴趣的书籍。
2. 概念级别：图书管理员与整个目录进行交互，包括所有书籍、作者和分类。
3. 内部级别：图书馆存储系统管理书籍在数据库中的物理排列方式。

视图之间的映射

DBMS 架构的三个级别并非独立存在。三个级别之间必须存在对应关系，即它们实际上如何对应。DBMS 负责三种模式之间的对应关系。这种对应关系称为映射。

数据库架构中基本上有两种类型的映射

• 概念/内部映射
• 外部/概念映射

概念/内部映射

概念/内部映射位于概念级别和内部级别之间。它的作用是定义概念级别的记录和字段与内部级别的文件和数据结构之间的对应关系。

外部/概念映射

外部/概念映射位于外部级别和概念级别之间。它的作用是定义特定外部视图与概念视图之间的对应关系。

创建 DBMS 模式

以下是 DBMS 模式创建中的几个步骤：

• 选择应在数据库中保存哪些类型的信息。
• 在定义了数据库的目的后，必须定义表。
• 下一步是设置每个表中的表列。
• 每列的数据类型指示将在此处存储的数据类型。文本、整数和日期是一些数据类型的示例。
• 数据库的表包含需要指定的关联。

数据库模式设计

数据库模式设计是创建用于在数据库中组织和存储数据的框架的过程。数据库模式设计的一些示例如下：

• 数据以类似于二叉树的方式使用分层模式设计进行组织。
• 网络模式设计可以实现更复杂的关系，因为每个记录可能有多个父记录和子记录。
• 关系模式设计使用行和列将数据组织成表。
• 星型模式在维度模式设计中用于将数据组织成事实表和维度表。

好处

在 DBMS 中使用三级模式设计具有多种优势。其中一些优势包括：

• 数据独立性是 DBMS 三个模式的关键优势之一。三个级别中的每一个都与其他级别不同。这样，我们就可以修改一个级别而不影响其他级别。
• 每个模式能够独立扩展，可以同时提高数据库性能并处理不断增加的负载。
• 由于三级模式设计中的级别是分离的，因此可以更容易地单独维护和修改每个级别。

负面影响

三级模式架构有一些优点，但也有一些缺点：

• 由于其高昂的设置和维护成本，这种方法对于大型组织来说可能很困难且成本高昂。
• 不正确的数据在各个组件之间转换也可能导致不准确和缓慢。
• 确保敏感信息被适当的方访问有时也可能带来挑战。

关于 3 级模式架构的选择题

1. 在两层架构中，客户端做什么？

1. 使用应用程序和用户界面
2. 提供事务管理和查询处理服务
3. 与对方联系。
4. A 和 C 均是。

2. 3 级模式架构的另一个名称是什么？

1. SPARC/ANSI 架构
2. A 和 D 均是
3. 无
4. 三层架构

3. ________ 用于在各种数据库级别之间转换请求和响应。

1. 偏转
2. 磁带
3. 映射
4. 反射

4. 通过 _ _ _ _ _ _ _ 映射，DBMS 将请求从概念级别转换为内部级别。

1. 隐藏
2. 外部
3. 内部/概念
4. 内存

5. 关于 3 级模式架构，以下哪个是正确的？

1. 三级模式设计还可以用于分离用户应用程序与实际数据库。
2. 在此框架内，详细介绍了特定的数据库系统。
3. 根据此架构，有三个级别。对于数据库，已定义了三个不同的类别。
4. 以上全部