計算機等級考試四級資料庫工程師複習資料
1.資料庫系統的三級模式結構
資料庫管理系統的三級模式結構由外模式、模式和內模式組成。
外模式(external schema)，或子模式(subschema)或使用者模式(user schema)，是指資料庫使用者所看到的資料結構，是使用者看到的資料檢視。
模式(schema)或邏輯模式(logic schema)，是資料庫中對全體資料的邏輯結構和特性的描述，是所有使用者所見到的資料檢視的總和。外模式是模式的一部分。
內模式(internal schema)，或儲存模式(storage schema)，或物理模式(physical schema)，是指資料在資料庫系統內的儲存介質上的表示，即對資料的物理結構和存取方式的描述。
模式描述的是資料的全域性的邏輯結構，決定了DBMS的功能。外模式涉及的僅是區域性的邏輯結構，是模式的子集，是對模式的呼叫。資料庫系統的三級模式是對資料進行三個層次抽象的工具。透過三級模式，把對資料的具體組織留給DBMS來完成，使得使用者能在高層次上處理資料的邏輯結構，而不必關心資料的物理結構。為了實現這三個層次這間的聯絡，DBMS在溝通三級模式中提供了兩個映象:外模式-模式映象、模式-內模式映象
(1)模式 模式規定了資料庫中全部資料的一個邏輯表示或描述形式。模式既不同於內模式，也不同於外模式。它比內模式抽象，不涉及資料的物理結構和儲存介質。它與具體的應用程式或高階語言無關。
(2)外模式 外模式是個別用戶的資料檢視，即與某一應用有關的資料的邏輯表示。
(3)內模式 內模式是全部資料庫的內部表示或底層描述，是用來定義資料的物理結構和存取方式的。
(4)二級映象 對於同一個模式，可以有任意多個外模式。外模式-模式的映象定義了某個外模式和模式之間的對應關係。這些映象的定義通常包含在各自的外模式中。當模式改變時，外模式-模式的映象要做相應的改變，以保證外模式的不變性。這是資料庫管理員(DBA)的.責任。
模式-內模式的映象定義了資料邏輯結構和儲存結構之間的對應關係。例如，欄位的內部表示等。當資料庫的儲存結構改變時，模式-內模式的映象也須做相應的修改，以使得模式保持不變性。這仍是DBA的責任。正是由於上述二級映象的功能及其自動實現，使得資料庫系統中的資料具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性，從而大大地方便了使用者的使用。
(5)概念模式與模式ANSI研究組於1975年2月提出一個臨時報告。1978年提出一個最終報告，稱之為ANˉSI/SPARC報告，簡稱為SPARC報告。SPARC報告中指出，資料庫管理系統應具有三級模式的結構，即概念模式、外模式和內模式。其中外模式和內模多與上面所講的大致相當。但SPARC報告中的概念模式是指一個組織或部門所對應的現實世界的真實模型，即概念模型。概念模式僅描述實體及其屬性和聯絡，不涉及機器世界的概念。概念模型是資訊世界範疇內的資訊的結構，而模式是機器世界範疇內的概念模型的邏輯表示。概念模型獨立於具體的計算機系統，甚至是和計算機無關的，是一個組織或部門的模型。常用的描述概念模式的方法是E-R方法。模式是依賴於具體的計算機及其DBMS的。模式透過三種具體模型:層次模型、網狀模型和關係模型來加以實現。概念模式必須轉換成具體的資料模型，然後才能在相應的DBMS上實現。概念模型和模式都是描述資訊或資料的整體結構的，然而它們是在不同的抽象層次上加以描述的。概念模型離機器更遠，形式化程度低。從遠離機器的觀點看，概念模型更抽象些，但更接近現實世界。而模式描述使用的是形式化的語言-模式DDL，而概念模型描述使用的是E-R圖和一些自然語言。
2.使用資料庫的計算機系統結構
廣義地講，實際上使用資料庫的計算機系統由下列幾個部分組成的:
(1)硬體部分 包括主機、外部儲存裝置、網路裝置和電源等。
(2)軟體部分 包括作業系統、DBMS、編譯系統和應用開發工具軟體等。
(3)人員 包括資料庫管理員(Data Base Administrator-DBA)，系統分析員(System Anaˉlyst)、應用程式設計師(Application Programmer)和使用者(User)。
3.資料庫管理系統
資料庫管理系統DBMS是資料庫系統的核心。DBMS是負責資料庫的建立、使用和維護的軟體。DBMS建立在作業系統之上，實施對資料庫的統一管理和控制。使用者使用的各種資料庫命令以及應用程式的執行，最終都必須透過DBMS。另外，DBMS還承擔著資料庫的安全保護工作，按照DBA所規定的要求，保證資料庫的完整性和安全性。DBMS的主要功能包括以下幾個主要方面:
(1)資料庫的定義功能 DBMS透過提供資料描述語言(也稱資料定義語言)(Data Descripˉtive Language———DDL)來對外模式、模式和內模式加以描述。然後模式翻譯程式把用DDL寫的各種模式的定義原始碼翻譯成相應的內部表示，形成相應的目標形式，分別叫目標外模式、目標模式、目標內模式，這些目標模式是對資料庫的描述，而不是資料本身。(目標)模式只刻畫了資料庫的形式或框架，而不包括資料庫的內容。這些目標模式被儲存在資料字典(或系統目標)之中，作為DBMS存取和管理資料的基本依據。例如，DBMS根據這些模式定義，進行物理結構和邏輯結構的映象，進行邏輯結構和使用者檢視的映象，以匯出使用者要檢索的資料的存取方式。
(2)資料操縱功能 DBMS提供資料操縱語言(Data Manipulation Language———DML)實現對資料庫中資料的一些基本操作，如:檢索、插入、修改、刪除和排序等等。DML有兩類:一類是嵌入主語言的，如嵌入到C或COBOL等高階語言中。這類DML語言本身不能單獨使用，故此稱為宿主型的DML或嵌入式DML。另一類是非嵌入式語言(包括互動式命令語言和結構化語言)，它的語法簡單，可以獨立使用，由單獨的解釋或編譯系統來執行，所以一般稱為自主型或自含型的DML。命令語言是行結構語言，單條執行。結構化語言是命令語言的擴充或發展，增加了程式結構描述或過程控制功能，如迴圈、分支等功能。命令語言一般逐條解釋執行。結構化語言可以解釋執行，也可以編譯執行。現在DBMS一般均提供命令語言的互動式環境和結構環境兩種執行方式，供使用者選擇。DBMS控制和執行DML語句(或DML程式)，完成對資料庫的操作。對於自主型的結構化的DML，DBMS通常採用解釋執行的方法，但也有編譯執行的方法，而且編譯執行的越來越多。另外，很多系統同時設有解釋和編譯兩種功能，由使用者選其一。對於嵌入型或縮主型DML，DBMS一種提供兩種方法:
①預編譯方法。
②修改和擴充主語言編譯程式(亦稱增強編譯方法)。預編譯方法是，由DBMS提供一個預處理程式，對源程式進行語法掃描，識別出DML語句，並把這些語句轉換成主語言中的特殊呼叫語句。主語言必須和DML有呼叫介面。這樣在連線形成目標時和主語言語句一起形成可執行的目標。
(3)資料庫執行管理 資料庫執行期間的動態管理是DBMS的核心部分，包括併發控制、存取控制(或安全性檢查、完整性約束條件的檢查)、資料庫內部的維護(如索引、資料字典的自動維護等)、緩衝區大小的設定等等。所有的資料庫操作都是在這個控制部分的統一管理下，協同工作，以確保事務處理的正常執行，保證資料庫的正確性、安全性和有效性。
(4)資料庫的建立和維護功能 資料庫的建立和維護包括初始資料的裝入、資料庫的轉儲或後備功能、資料庫恢復功能、資料庫的重組織功能和效能分析等功能，這些功能一般都由各自對應的實用功能子程式來完成。DBMS隨軟體產品和版本不同而有所差異。通常大型機上的DBMS功能最全，小型機上的DBMS功能稍弱點，微機上的DBMS更弱些。但是，目前，由於硬體效能和價格的改進，微機上的DBMS功能越來越全。
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