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1.1 数据库系统概述

数据库是长期储存在计算机中的、有组织的、可共享的大量数据的集合。它是现代信息系统的核心组成部分，能够高效地管理和存储数据，为各种应用提供支持。

1.2 数据模型

数据模型是数据库设计的核心内容，决定了数据库的结构和功能。关系模型是最常用的数据模型，其基本概念如下：

• 关系：数据库中的数据通过关系来组织，一个关系对应一张表。
• 元组：表中的每一行数据即为一个元组。
• 属性：表中的每一列数据即为一个属性，具有特定的名称和数据类型。
• 码：属性组成的唯一标识元组的属性集合，例如学号、身份证号等。
• 域：属性的取值范围，例如年龄域为1~120。
• 分量：元组中的单个属性值，如学生的姓名或班级。

1.3 数据库系统的结构

数据库系统的结构分为三个主要层次：

一、三级模式

• 模式（逻辑模式）：描述数据库的全体数据逻辑结构，是所有用户的公共数据视图。

  • 一个数据库只有一个模式。
  • 模式是数据库系统结构的中间层。

• 外模式（子模式 / 用户模式）：描述用户看到的局部数据逻辑结构，是数据的局部视图。

  • 一个数据库可以有多个外模式。
  • 外模式通常是模式的子集。
  • 外模式与应用的关系是一对多，一个外模式可供多个应用使用，但一个应用只能使用一个外模式。
  • 外模式的主要作用是保障数据库安全。

• 内模式（存储模式）：描述数据的物理存储结构，是数据在数据库内部的组织方式。

  • 一个数据库只有一个内模式。
  • 内模式定义了数据的存储方式。

二、两级映像

• 外模式／模式映像：描述外模式与模式之间的对应关系。

  • 外模式描述数据的局部逻辑结构，模式描述数据的全局逻辑结构。
  • 每个外模式都有一个对应的模式／模式映像。

• 模式／内模式映像：描述模式与内模式之间的对应关系。

  • 一个模式对应一个内模式。
  • 这个映像定义了数据的逻辑结构与存储结构之间的联系。

三、数据的独立性

• 物理独立性：应用程序与数据的物理存储相互独立，数据的物理结构改变不会影响应用程序。
• 逻辑独立性：应用程序与数据库的逻辑结构相互独立，数据的逻辑结构改变不会影响应用程序。

四、数据独立性与映像的关系

• 数据的逻辑独立性通过改变外模式／模式映像来实现。
• 数据的物理独立性通过改变模式／内模式映像来实现。

这种设计确保了应用程序与数据库的高度适配性和灵活性。