用户A1 主语言 +DML 用户A2 主语言 +DML 用户B1 主语言 +DML 用户B2 主语言 +DML 用户B3 主语言 +DML
外模式A
外模式B
外模式／模式 映象A 由数据库 管理员建 立和维护
外模式／模式 映象B
概念模式
数据库 管理系 统
模式／内模式映象
OS 内模式
数据库
二、数据库系统（DBS）
（3）分布式DBS
分 布 式 DBS(Distributed
DBS ， 简记为DDBS）是一个用通信网络 连接起来的场地（ Site, 也称为 节点）的集合，每个场地都可以 拥有集中式DBS的计算机系统。 数据在物理上分布在各个场地。 这是 DDBS 与集中式 DBS 的最大区 别。
计算机A 完成Wa
数据库全局逻辑结构的描述，是数据库所有用户的 公共数据视图。
概念模式描述：
所有实体、实体的属性和实体间的联系。
数据的约束。 数据的语义信息。 安全性和完整性信息。
（2）外模式（External Schema）
定义：外模式（也称子模式或用户模式）是用户观念
下局部数据结构的逻辑描述，是数据库用户（包括应 用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的 逻辑结构和特征的描述。
通信管理
计算机网络 节点 I 节点 j
分布式数据库系统的主要特点
分布式数据库系统的主要优点如下： 数据共享 分布式数据库系统的主要优点是提供一个环境， 使得一个节点可以访问存放在其他节点上的数据。 自治性 通过数据分布的方法来共享数据，其主要优越性 是每个节点可以对局部存储的数据保持一定程度的 控制。而在集中式系统中，其中心节点的数据库管 理员对数据库进行控制。 可用性 在分布式系统中，如果一个节点发生故障，其他 节点还能继续运行。
College of information and electrical engineering
数据库原理与实验
第3章 数据库系统体系结构
计算机工程系
本章内容
一、数据库的体系结构 二、数据库系统（DBS）
三、数据库管理系统（DBMS）
四、几种典型结构的DBMS
五、小结
一、数据库的体系结构
1.三级模式结构 2.两级映像和两级数据独立性 3.数据库的抽象层次 4.数据模式与数据模型
主机 终端
个人计算机
单用户数据库系统
高性能数据库系统。
（2）客户机／服务器式DBS
随着计算机网络和计算机软硬件技术的发展，计算机的性 能价格比越来越高，使原集中式系统的终端变为个人计算机， 而相应的由原集中式系统中主机完成的任务也有所划分，即由 原集中式系统中主机完成的用户界面功能现在由个人计算机来 处理，集中式系统变为服务器系统，以满足客户系统产生的请 求，Client/Server（客户/服务器）系统一般结构如图所示。 C/S结构的关键在于功能的分布，一些功能放在前端机（即 客户机）上执行，另一些功能放在后端机（即服务器）上执行。
（2）数据存取的工作过程
用户 客户应用 API 连接软件 网络协议 网络 网络协议 连接软件 数据库服务器软件 操作系统 客户机

Client端
在Client端包括：应用处理逻 辑、显示和数据表示及用户交互 界面等部分。

Server端
在Server端包括：数据存取管 理、完整性控制及并发控制等部 分。
四、几种典型结构的DBMS
1.基于Client/Server结构的数据库系统 2.基于Web的数据库系统
1. Client/Server结构的DBMS
（1）Client/Server结构的DBMS的功能划分
方案一：基本的C/S体系结构。 该方案的应用处理（包括实现用户界面等）由 Client完成，数据访问和事务管理由Server完成。 方案二： 是在Server上主要执行一些底层的操作，如封锁、 页面读写，而由Client来完成查询优化和查询处理。 方案三： 是每个Client通过对查询数据进行缓存建立其局部 数据库，且在Client端都有一个功能完善的DBMS，它与 Server上DBMS协同工作完成对数据库的访问。
1.DBS的组成 2.DBS结构的分类
1. DBS的组成
DBS由数据库、数据库管理系统、应用开发工具 软件和应用程序、数据库的软／硬件支撑环境、数 据库管理员等部分构成。
2. DBS结构的分类
（1）集中式DBS （2）客户机／服务器式DBS
（3）分布式DBS
（1）集中式DBS
集中式系统是指运行在一台计算机上，不与其它计算机系 统交互的数据库系统。这些主要表现在运行在个人计算机上 的单用户数据库系统和运行在大型主机上的高性能数据库系 统。 对于个人计算机上的单用户数据库系统来说，其结构简单， 容易设计、构造、操作和维护，但数据处理能力有限，而集 中式大型机系统则一般常用于大规模的批处理系统，这些应 用常见于银行业、保险业等。
分布式数据库系统的主要缺点是由于要保证各节点间的相 互协作而增加的复杂性。其复杂性表现为以下几种形式． 软件开发代价。实现一个分布式数据库系统会更加复 杂，因此，代价更高。 出现错误的可能性更大。由于构成分布式系统的各个 节点并行地运行，因此更难于保证算法的正确性，尤其难于 保证当系统的一部分发生故障时的运行，以及从故障中的恢 复。 处理开销增大。相比较集中式系统而言，分布式数据 库系统中消息的交换以及保证各节点间的相互协作都增加了 系统的相应开销。 因此，在选择数据库系统的设计时，必须在数据分布的优 点和缺点间进行权衡。
1. 三级模式结构
用户A1 用户A2 用户B2 用户B1 用户N1 … 用户Ni
外部级 (单个用户视图)
外模式A
外模式B
…
外模式N
用户局部逻辑结构
概念级 （全局视图） 内部级 （存储视图）
概念模式
数据库整体逻辑结构
内模式
数据库的物理结构
数据库
（1）概念模式（Conceptual Schema）
定义：概念模式（简称模式，也称逻辑模式）是对
2. DBMS的主要功能
（1）数据库定义（DDL,Data Definition Language） 外部模式、概念模式、内部模式及模式间映像的定义、数据 库完整性定义 （2）数据库操作（DML,Data Manipulation Language）
插入Insert、删除Delete、修改Update、查询Select
织方式，以及所有数据控制方面的细节。 内模式与下面的工作相关： 数据和索引的存储空间分配。 用于存储的记录描述（数据项的存储大小）。
记录放置。
数据压缩和数据加密技术。
2. 两级映像和两级数据独立性
为了提高数据库系统中的数据独立性，数据库系统在这三级模式 间提供了两层映像：外模式／概念模式映像和概念模式／内模式 映像。 映像是一种对应规则，它指出了映像双方是如何进行转换的。
服务请求
客户机
结果响应
服务器
客户/服务器系统对数据的处理过程
② N层客户/服务器结构
一个信息系统应用程序通常可以分成数据层、 商业逻辑层和视图层，这种客户/服务器结构可称 为三层结构，下图说明了这三层间的相互作用，其 中用户层（视图层）是作为商业逻辑层的一个客户， 而商业逻辑层作为数据层的一个客户。
前端客户机 系统 后端服务器 系统 表格用 户界面 SQL用 户界面 数据库 引擎 图形化 界面
接口
客户/服务器系统的功能划分
客户/服务器系统对数据的一般处理过程，如图所示，请求和 接收数据信息的具体描述如下： a.用户在客户端请求数据查询。 b.请求被翻译成SQL语言。 c.SQL请求通过网络被传送到服务器端。 d.数据库服务器在存储数据的计算机上进行检索。 e.在服务器上检索得到的结果通过网络传递给客户端。 f.结果在客户端呈现给用户。
服务器
数据库 数据存取的工作过程
服务器提供查询、更新、事务 管理、索引、高速缓存、查询优 化、安全及多用户存取控制等服 务。
（3）Client/Server结构中数据库服务器的优点
与网络文件服务器相比，数据库服务器的优点如下：

提高了应用开发生产率
由于数据库服务器具有数据管理任务，客户机上的应用程序无须编 写这些数据管理程序，减少了软件开发量，提高了应用开发效率。

（2）两级数据独立性
定义：数据独立性是指应用程序和数据库的数据结构 之间相互独立，不受影响。 数据独立性又分为:

逻辑数据独立性 物理数据独立性
逻辑数据独立性指的是外模式不受概念模式变化的影响。

物理数据独立性指的是概念模式不受内模式变化的影响。
数据逻辑独立性与数据物理独立性统称为数据独立性。
数据库的三级体系结构
外模式A
外模式/概念模式映像
外模式B
…
外模式N
逻辑数据独立性
概念模式
概念模式/内模式映像 物理数据独立性
内模式
（1）两级映像

外模式／概念模式 映像 外模式／概念模式映像定义了各个外模式与概念 模式间的映像关系。 这些映像定义通常在各自的外模式中加以描述。
（1）两级映像（续）
概念模式／内模式 映像 概念模式／内模式映像定义了数据库全局逻辑结 构与存储结构之间的对应关系。 这个映像定义通常内模式中加以描述。
服务器
在该体系结构中，数 据的存储和管理通常由 服务器来承担，此服务 器称为数据库服务器。
客户机 客户机 客户机 客户机
网络
客户/服务器系统一般结构
① 客户/服务器结构
对于数据库系统而言，客户/服务器系统可将 数据库功能大致分为两个部分：前端客户机系统和 后端服务器系统。前端客户机系统主要包括图形用 户界面工具、表格及报表生成和书写工具等；后端 服务器系统负责数据的存取和控制，包括故障恢复 和并发控制等。从功能来说，客户/服务器系统的 功能划分如图所示 。