2.3　數據庫系統的結構

2.3.1　數據庫系統的組成

數據庫系統是一個復雜的系統，因為數據庫系統不僅是指數據庫和數據庫管理系統本身，而且還指計算機系統引進數據庫技術后的整個系統，是數據、硬件、軟件和相關人員的組合體。數據庫系統由硬件資源、軟件資源、數據庫體系結構、數據庫管理員和用戶五個部分組成。

1.硬件資源

數據庫系統的硬件資源包括主機、存儲設備、輸入輸出設備以及計算機網絡環境等。

2.軟件資源

（1）操作系統，如DOS系統、UNIX系統、Windows系統及Linux系統等。

（2）數據庫管理系統，如FoxPro、Oracle、Ingres、Sybase等。

（3）高級語言編譯系統，如Fortran、C++、VB等。

數據庫系統的核心為數據庫管理系統。

3.數據庫體系結構

實際的數據庫系統軟件產品多種多樣。它們支持不同的數據模型，使用不同的數據庫語言，建立在不同的操作系統之上，數據的存儲結構也各不相同。但是，大多數數據庫系統在總的體系結構上都具有相同的三級模式結構，即把數據庫分為用戶級數據庫、概念級數據庫和物理級數據庫三級（如圖2.12所示）。

（1）用戶級數據庫。

用戶級數據庫是用戶看到和使用的數據庫，所以也稱為用戶視圖，又稱為子模式、外模式、用戶模式等。對應于外模式，用戶級數據庫是單個用戶看到并獲準使用的那部分數據的邏輯結構（稱為局部邏輯結構），用戶根據系統給定的子模式，用查詢語言或應用程序去操作數據庫中的數據。

（2）概念級數據庫。

概念級數據庫是數據庫管理員看到的數據庫，所以也稱為DBA視圖，又稱為概念模式。概念級數據庫是用于把用戶視圖有機地結合成一個邏輯整體，描述的是數據的全局邏輯結構，不涉及數據的物理存儲細節和硬件環境，也與具體的應用程序及使用的高級程序語言無關。

（3）物理級數據庫。

物理級數據庫又稱存儲模式、內模式，是數據在數據庫系統內部的表示，即對數據的物理結構和方式的描述。內模式是全體數據庫數據的內部表示或低層描述，用來定義數據的存儲方式和物理結構。從機器的角度看，它們是指令操作處理的位串、字符和字；從系統程序員的角度看，這些數據是其用一定的文件組織方法組織起來的一個個物理文件（或存儲文件）。系統程序員編制專門的訪問程序，實現對文件中數據的訪問，所以物理級數據庫也稱為系統程序員視圖。

數據庫的三級模式結構定義了數據庫的三個抽象級。這三級之間可以通過一定的對應規則進行相互轉換，從而把這三級連接在一起成為一個整體，這種對應規則稱為映射。用戶級數據庫之間的映射定義了各個外模式和概念模式之間的對應關系，使外部記錄可以通過這一映射轉換成相應的概念記錄，反之亦然。用戶級數據庫和概念級數據庫之間的映射隔離了概念模式的變化對外模式的影響。因為只要改變它們之間的映射就可以讓外模式保持不變。類似地，概念級數據庫和物理級數據庫之間的映射定義了概念模式和內模式之間的對應關系，這種映射關系的存在使得當內模式的結構發生變化時，只要對概念模式/物理模式映射做相應的修改，概念模式就可以保持不變。因此，數據庫的三級結構和它們之間的映射是實現數據獨立性的保證。

對一個數據庫系統來說，實際上存在的只是物理級數據庫，它是數據訪問的基礎。概念級數據庫只不過是物理級數據庫的一種抽象（邏輯）描述，用戶級數據庫則是個別用戶的數據視圖，即與某一應用有關的數據的邏輯描述。用戶根據子模式進行操作，數據庫系統既通過子模式到模式的映射將操作與概念級數據庫聯系起來，又通過模式到存儲模式的映射與物理級數據庫聯系起來。這樣，用戶可以在較高的抽象級別上處理數據，而把數據組織的物理細節留給系統。

4.數據庫管理員

為了保證數據庫能夠高效正常運行，一般大型數據庫都設有專門人員來負責數據庫系統的管理和維護工作。這種專門人員稱為數據庫管理人員。他們是一些懂得和掌握數據庫全局并設計和管理數據庫的骨干人員，其主要職責包括：

（1）負責數據庫核心及其開發工具的安裝及升級。

（2）為數據庫系統分配存儲空間并規劃未來的存儲需求。

（3）協助開發者建立基本的對象（表、視圖、索引）。

（4）負責注冊用戶并維護系統的安全性。

（5）負責數據庫系統的備份和恢復。

5.用戶

數據庫系統的用戶分為兩類：一類是最終用戶，這類用戶無須熟悉程序語言和數據處理技術，他們通過終端的人機對話，主要對數據庫進行聯機查詢或通過數據庫應用系統提供的界面來使用數據庫，這些界面包括菜單、表格、圖形和報表；另一類用戶是專業用戶，即應用程序員，這類用戶熟悉DBMS接口語言及DBMS提供的數據操作語言，他們負責設計應用系統的程序模塊，對數據庫進行操作。