前言
有關數據庫原理與統計的筆記，內容爲書本的原文概括。
從數據庫應用開發人員角度看，數據庫系統通常採用三級模式結構，這是數據庫系統內部的系統結構。
從數據庫最終用戶角度看，數據庫系統的結構分爲單用戶結構、主從式結構、分佈式結構、客戶-服務器、瀏覽器-應用服務器/數據庫服務器多層結構等。
一、數據庫系統模式的概念
在數據模型中有型和值的概念。
型：指對某一類數據的結構和屬性的說明。
值：是型的一個具體賦值。
模式是數據庫中全體數據的邏輯結構和特徵的描述，它僅僅涉及型的描述，不涉及具體的值。
模式的一個具體值稱爲模式的一個實例，同一個模式可以有很多實例。
模式是相對穩定的，而實例是相對變動的，因爲數據庫中的數據是在不斷更新的。模式反映的是數據的結構及其聯繫，而實例反映的是數據庫某一時刻的狀態。
二、數據庫系統的三級模式結構
數據庫系統的三級模型結構是指數據庫系統是由外模式、模式和內模式三級構成。
[1]. 模式
模式也稱邏輯模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特徵的描述，是所有用戶的公共數據視圖。它是數據庫系統模式結構的中間層，既不涉及數據的物理存儲細節和硬件環境，又與具體的應用程序、所使用的應用開發工具及高級程序設計語言無關。
模式實際上是數據庫數據在邏輯級上的視圖，一個數據庫只有一個模式。數據庫模式以某一種數據模式爲基礎，統一綜合地考慮了所有用戶的需求，並將這些需求有機地結合成一個邏輯整體。定義模式時不僅要定義數據的邏輯結構，而且要定義數據之間的聯繫，定義與數據有關的安全性、完整性要求。
數據庫管理系統提供模式數據定義語言(模式DDL)來嚴格地定義模式。
[2]. 外模式
外模式也稱子模式或用戶模式，是數據庫用戶能夠看見和使用的局部數據的邏輯結構和特徵的描述，是數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示。
外模式通常是模式的子集，一個數據庫可以有多個外模式，由於它是各個用戶的數據視圖，如果不同的用戶在應用需求、看待數據的方式、對數據保密的要求等方面存在差異，則其外模式描述就是不同的。即使對模式中同一數據，在外模式中的結構、類型、長度、保密級別等都可以不同。另一方面，同一外模式也可以爲某一用戶的多個應用系統所使用，但一個應用程序只能使用一個外模式。
外模式是保證數據庫安全性的一個有力措施，每個用戶能看見和訪問所對應的外模式中的數據，數據庫中的其餘數據是不可見的。
數據庫管理系統提供外模式數據定義語言(外模式DDL)來嚴格地定義外模式
[3]. 內模式
內模式也稱存儲模式，一個數據庫只有一個內模式，是數據物理結構和存儲方式的描述，是數據在數據庫內部的組織方式。
三、數據庫的二級映像功能與數據獨立性
數據庫系統的三級模式是數據的三個抽象級別，把數據的具體組織留給數據庫管理系統管理，使用戶能邏輯地、抽象地處理數據，而不必關係數據在計算機中的具體表示方式與存儲方式。爲了能夠在系統內部實現這三個抽象層次的聯繫和轉換。
數據庫管理系統在這三級模式之間提供了兩層映像：外模式/模式映像 、模式/內模式映像。
[1]. 外模式/模式映像
模式描述的是數據的全局邏輯結構，外模式描述的是數據的局部邏輯結構。
當模式改變時，由數據庫管理員對各個外模式/模式的映像作相應改變，可以使外模式保持不變。應用程序是依據數據的外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數據與程序的邏輯獨立性，簡稱數據的邏輯獨立性。
[2]. 模式/內模式映像
數據庫中只有一個模式，也只有一個內模式，所以模式/內模式映像是唯一的，它定義了數據全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關係。
當數據庫的存儲結構改變時，由數據庫管理員對模式/內模式映像作相應改變，可以使模式保持不變，從而應用程序也不必改變，保證了數據與程序的物理獨立性，簡稱數據的物理獨立性。
在數據庫的三級模式結構中，數據庫模式即全局邏輯結構是數據庫的中心與關鍵，它獨立於數據庫的其他層次。因此設計數據庫模式結構應首先確定數據庫的邏輯模式。
數據與程序之間的獨立性使得數據的定義和描述可以從應用程序中分離出去，由於數據的存取由數據庫管理系統管理，從而簡化了應用程序的編制，大大減少了應用程序的維護和修改。