数据库原理与应用：第6章 数据库设计

第6章数据库设计26.1数据库设计概述

6.1.1数据库设计的任务、内容和特点数据库设计的任务数据库设计是指根据用户需求研制数据库结构的过程。数据库设计的内容数据库设计的特点现代数据库的设计特点是强调结构设计与行为设计相结合，是一种“反复探寻，逐步求精”的过程。结构设计行为设计概念设计、逻辑设计和物理设计应用程序的设计36.1.2数据库设计方法简述直观设计规范设计法计算机辅助设计法自动化设计法基于E-R模型的数据库设计方法基于3NF的数据库设计方法基于视图的数据库设计方法46.1.3数据库设计的步骤按规范设计法可将数据库设计分为六个阶段1．系统需求分析阶段2．概念结构设计阶段3．逻辑结构设计阶段4．物理结构设计阶段5．数据库实施阶段6．数据库运行与维护阶段56.2系统需求分析6.2.1需求分析的任务 需求分析的任务是：对现实世界要处理的对象（组织、部门、企业）等进行详细的调查，通过对原系统的了解，收集支持新系统的基础数据并对其进行处理，在此基础上确定新系统的功能。调查分析用户活动收集和分析需求数据，确定系统边界编写系统分析报告66.2.2需求分析的方法需求分析的主要方法有自顶向下和自底向上两种

7SA方法从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解的方式分析系统，用数据流图和数据字典描述系统。数据流图用命名的箭头表示数据流用圆圈表示处理用矩形或其他形状表示存储数据流数据流数据存储数据来源处理数据输出处理需求信息需求图6.6数据流图8付款凭证报销单报销登记报销人审查分录图6.7数据流图示例9数据字典数据字典是对系统中数据的详细描述，是各类数据结构和属性的清单。在需求分析阶段，它通常包含以下五部分内容：数据项数据结构数据流数据存储处理过程

最终形成的数据流图和数据字典为系统分析报告的主要内容，这是下一步进行概念结构设计的基础。106.3概念结构设计概念结构设计就是将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构，即概念模型。概念模型的特点E-R模型是最著名、最实用的一种是概念模型。语义表达能力丰富易于交流和理解易于修改和扩充易于向各种数据模型转换116.3.3概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法自顶向下自底向上逐步扩张混合策略局部E-R模型全局E-R模型抽象集成12需求分析DFD，DD数据抽象，局部视图设计视图集成逻辑结构设计局部E-R图全局E-R图征求用户意见13数据抽象与局部E-R模型设计（1）E-R方法（2）数据抽象（3）局部E-R模型设计两条原则：①属性必须是不可分的数据项。②属性不能与其他实体具有联系，联系只能发生在实体之间。分类聚集将一组具有某些共同特性和行为的对象抽象为一个实体将对象类型的组成成份抽象为实体的属性14下面举例说明局部E-R模型设计。在简单的教务管理系统中，有如下语义约定：①一个学生可选修多门课程，一门课程可为多个学生选修，因此学生和课程是多对多的联系。②一个教师可讲授多门课程，一门课程可为多个教师讲授，因此教师和课程也是多对多的联系。③一个系可有多个教师，一个教师只能属于一个系，因此系和教师是一对多的联系，同样系和学生也是一对多的联系。15学生选课局部E-R图16教师任课局部E-R图17全局E-R模型设计视图集成的方法有两种：①多元集成法，一次性将多个局部E-R图合并为一个全局E-R图。②二元集成法，首先集成两个重要的局部E-R图，以后用累加的方法逐步将一个新的E-R图集成进来。局部E-R图合并（消除冲突）优化（消除不必要的冗余）基本E-R图初步E-R图分析规范化理论18冲突分类冲突属性冲突命名冲突结构冲突值域冲突取值单位冲突同名异义异名同义同一对象在不同应用中有不同的抽象同一实体在不同应用中属性组成不同同一联系在不同应用中呈现不同类型19以教务管理系统中的两个局部E-R图为例，来说明如何消除各局部E-R图之间的冲突，进行局部E-R模型的合并，从而生成初步E-R图。首先，这两个局部E-R图中存在着命名冲突，学生选课局部E-R图中的实体“系”与教师任课局部E-R图中的实体“单位”，都是指“系”，即所谓的异名同义，合并后统一改为“系”，这样属性“名称”和“单位名”即可统一为“系名”。其次，还存在着结构冲突，实体“系”和实体“课程”在两个不同应用中的属性组成不同，合并后这两个实体的属性组成为原来局部E-R图中的同名实体属性的并集。20图6.17教务管理系统的初步E－R图mn1系属于教师拥有学生开课讲授选修课程mmnm1m1学号姓名性别年龄平均成绩成绩教师号课程号课程名教师号姓名性别职称系名电话消除冗余21图6.18教务管理系统的基本E－R图n1系属于教师拥有学生讲授选修课程mmnm1m学号姓名性别年龄成绩课程号课程名教师号姓名性别职称系名电话226.4逻辑结构设计初始关系模式设计概念结构设计关系模式规范化模式评价是否修正以DBMS语法描述模式修正物理设计是否236.4.2初始关系模式设计转换原则将E-R图转换为关系模型实际上就是将实体、属性和联系转换成关系模式。在转换中要遵循以下原则：（1）一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的键就是关系的键。（2）一个联系转换为一个关系模式，与该联系相连的各实体的键以及联系的属性均转换为该关系的属性。该关系的键有三种情况：如果联系为1:1，则每个实体的键都是关系的候选键；如果联系为1:n，则n端实体的键是关系的键；如果联系为n:m，则各实体键的组合是关系的键。24把每一个实体转换为一个关系[例6-1]以图6-18的E-R图为例，四个实体分别转换成四个关系模式：学生（学号，姓名，性别，年龄）课程（课程号，课程名）教师（教师号，姓名，性别，职称）系（系名，电话）把每一个联系转换为关系模式[例6-2]还以图6-18的E-R图为例，四个联系也分别转换成四个关系模式：属于（教师号，系名）讲授（教师号，课程号）选修（学号，课程号，成绩）拥有（系名，学号） 25特殊情况的处理三个或三个以上实体间的一个多元联系在转换为一个关系模式时，与该多元联系相连的各实体的主键及联系本身的属性均转换成为关系的属性，转换后所得到的关系的主键为各实体键的组合。[例6-3]图6-20表示供应商、项目和零件三个实体之间的多对多联系，如果已知三个实体的主键分别为“供应商号”，“项目号”与“零件号”，则它们之间的联系“供应”可转换为以下关系模式，其中供应商号，项目号，零件号为此关系的组合关系键。供应（供应商号，项目号，零件号，数量）266.4.3关系模式规范化确定范式级别实施规范化处理需求分析阶段概念结构设计阶段逻辑结构设计阶段

用数据依赖概念分析和表示各个数据项之间的联系

以规范化理论为指导，确定关系键，消除初步E-R图中冗余的联系

从E-R图向数据模型转换过程中，用模式合并与分解方法达到规范化级别276.4.4模式评价与改进模式评价功能评价功能评价指对照需求分析的结果，检查规范化后的关系模式集合是否支持用户所有的应用要求。性能评价对实际性能进行估计，包括逻辑记录的存取数、传送量以及物理结构设计算法的模型等。模式改进合并分解286.5物理结构设计数据库的物理结构设计可分为两步：确定物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构；评价物理结构，评价的重点是时间和空间效率。6.5.1确定物理结构存储记录结构的设计聚集索引29访问方法的设计访问方法是为存储在物理设备（通常指辅存）上的数据提供存储和检索能力的方法。访问路径的设计分成主访问路径与辅访问路径的设计。数据存放位置的设计306.6数据库实施数据库实施是指根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机上建立起实际的数据库结构、装入数据、进行测试和试运行的过程。建立实际数据库结构装入数据应