数据库系统为什么使用三级模式结构

三级模式结构：外模式、模式和内模式

一、模式（Schema）
定义：也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。

理解：

① 一个数据库只有一个模式； 

② 是数据库数据在逻辑级上的视图；

③ 数据库模式以某一种数据模型为基础；

④ 定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构（如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等），而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求，定义这些数据之间的联系。

二、外模式（External Schema）
定义：也称子模式（Subschema）或用户模式，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，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

理解：

① 一个数据库可以有多个外模式；

② 外模式就是用户视图；

③ 外模式是保证数据安全性的一个有力措施。

三、内模式（Internal Schema）
定义：也称存储模式（Storage Schema），它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式（例如，记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密；数据的存储记录结构有何规定）。

理解：

① 一个数据库只有一个内模式；

② 一个表可能由多个文件组成，如：数据文件、索引文件。

它是数据库管理系统(DBMS)对数据库中数据进行有效组织和管理的方法
其目的有：
① 为了减少数据冗余，实现数据共享；
② 为了提高存取效率，改善性能。

据库的三级模式结构是对数据的三个抽象级别。在这三个抽象级别之间，为了实现数据的转换，数据库管理系统必须提供两层映射功能，即外模式和概念模式的映射，概念模式和内部模式的映射。
　　外模式又称用户模式, 在传统的数据库系统中定义为子模式，子模式是概念模式的子集。外模式按用户视图定义数据，也可以从概念模式中导出。
　　概念模式又称逻辑模式, 是现实世界和数据存储之间的扭带。概念模式是为了实现数据库数据的共享进行数据库设计之后，得到的全局性数据逻辑关系的抽象和描述，它独立于数据的物理存储结构，是所有用户的共同的逻辑数据视图。
　　内模式又称物理模式，用以描述数据在数据库中的存储和存取方式。

DBMS 提供内模式描述语言（内模式 DDL）来定义内模式。

在数据库系统中，外模式可有多个，而概念模式、内模式只能各有一个。

内模式是整个数据库实际存储的表示，而概念模式是整个数据库实际存储的抽象表示.外模式是概念模式的某一部分的抽象表示。

　　所有的这些模式都必须在使用数据库之前进行定义。数据库管理系统提供模式描述语言 DDL，用以严格地描述一个数据库中所有实体的定义，经编译之后存储在数据库中。外模式是与每个具体的应用程序和它使用的高级编程语言相关联的。内模式与数据的物理存储(操作系统)和硬件有关。概念模式是独立于具体应用和物理环境的，是数据库中全体数据的逻辑表示。
　　数据库设计的过程就是综合外模式, 产生概念模式，根据使用的DBMS产生物理模式。再由概念模式导出用户视图, 就是用户看到的逻辑数据。

三级结构的优点

（1）保证数据的独立性。将模式和内模式分开，保证了数据的物理独立性；将外模式和模式分开，保证了数据的逻辑独立性。

（2）简化了用户接口。按照外模式编写应用程序或敲入命令，而不需了解数据库内部的存储结构，方便用户使用系统。

（3）有利于数据共享。在不同的外模式下可有多个用户共享系统中数据，减少了数据冗余。

（4）利于数据的安全保密。在外模式下根据要求进行操作，不能对限定的数据操作，保证了其他数据的安全。

外模式和概念模式的映射，定义了外模式和概念模式之间的对应关系，通常在外模式中给出描述。这层映射的作用是实现逻辑数据的独立性。当数据的整体逻辑结构改变时，如果某个外模式保持不变，相应的外模式和概念模式的映射关系需要改变，因而该外模式对应的应用程序不用改变。

概念模式和内部模式的映射，存在于概念层，由DBMS建立两者之间的逐一对应关系。这层映射的作用是实现物理数据的独立性。当数据库的物理存储模式修改时，如改变存储设备和存取方法时，概念模式可以保持不变，相应的内模式和概念模式的映射关系需要改变，应用程序也不用改变。