第6章数据库设计

第六章关系数据库设计6.1设计方法概述数据库设计定义：对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及应用系统，使之能有效地存储数据，满足各种用户的应用需求。数据库设计的目标能够满足数据存储需求便于最终用户访问具有良好的安全机制数据准确并易于管理数据库整体性能良好数据库设计的特点涉及多学科的综合技术硬件、软件和干件的结合庞大的工程项目。三分技术，七分管理与经验，十二分基础数据。涉及结构设计和行为设计二方面。6.2E-R方法

PeterChen于1976年提出，基本思想：首先设计一个企业模式(E-R图)

该模式是现实世界的反映，与存储组织、存取方法、效率等无关。 然后将企业模式变换为某个DBMS上的数据模式。企业模式:面向问题的、概念性的模型，与DBMS无关的高级模型。

与DBMS有关的模式称为逻辑模式或用户模式

E-R方法扩展

1981年M.Flavin对E-R方法进行了改进称之为信息建模法

， 信息建模=实体（对象）+属性+关系+父类型/子类型+关联对象。

1988年S.Shlaer和S.Mellor发展为语义数据建模方法，有了许多面向对象的特点。

基于ER方法的一般步骤1.需求分析2.概念设计3.逻辑设计4.物理设计5．实现设计需求分析

需求收集和分析1.信息要求2.处理要求3.功能要求 4

.环境特征结果：数据字典（通常包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程五个部分）需求分析（1）信息要求，用户对即将建立的数据库有些什么要求？保存什么信息？要从数据库中得到什么信息？提供的数据与取得的信息是什么形式？等等。（2）处理要求，如何使用数据？对各种数据的使用频率如何？检索方式如何？要输出那些表格？被存取的数据量与运行限制等。

需求分析3.功能要求，对将要建立的信息系统应具有那些功能？能给组织解决那些处理问题？功能要求包括规划的、现存的、人工的或自动的等各方面。 ４．环境特征，企业的规模与结构、部门的地理分布、现有系统资源、数据库的安全性、完整性限制以及ＤＢＭＳ与运行环境约束等。

学生学籍管理子系统数据字典数据结构：学生含义说明：是学籍管理子系统的主体数据结构，定义了一个学生的有关信息组成：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级

学生学籍管理子系统数据字典数据项：学号含义说明：唯一标识每个学生别名：学生编号类型：字符型长度：8取值范围：00000000至99999999取值含义：前两位标别该学生所在年级，后六位按顺序编号

学生学籍管理子系统数据字典数据流：体检结果说明：学生参加体格检查的最终结果数据流来源：体检数据流去向：批准组成：……学生学籍管理子系统数据字典数据存储：学生登记表说明：记录学生的基本情况组成：……数据量：每年3000张存取方式：随机存取

学生学籍管理子系统数据字典处理过程：分配宿舍说明：为所有新生分配学生宿舍输入：学生，宿舍，输出：宿舍安排处理：在新生报到后，为所有新生分配学生宿舍。要求同一间宿舍只能安排同一性别的学生，同一个学生只能安排在一个宿舍中。每个学生的居住面积不小于3平方米。安排新生宿舍其处理时间应不超过15分钟。

概念设计对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。结果：E-R图概念设计常用方法：

（1）自底向上：首先根据需求分析的结果设计各个局部E-R图；然后集成并优化局部视图。

（2）逐步扩张：首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构。

画E-R图的基本步骤：（1）确定实体类型；（2）确定联系类型；（3）画出E-R图；（4）确定属性；集成局部E-R图集成时注意三类冲突：属性冲突

(1)属性域冲突，即属性值的类型、取值范围或取值集合不同。(2)属性取值单位冲突。命名冲突(1)同名异义。(2)异名同义（一义多名）。

集成局部E-R图结构冲突

(1)同一对象在不同应用中具有不同的抽象。（实体/属性）(2)同一实体在不同局部视图中所包含的属性不完全相同。(3)实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型。

优化：消除冗余数据和冗余联系P166教学管理

E-R图学生学籍管理局部E-R图课程管理局部E-R图学生管理集成E-R图逻辑设计将概念设计转换为关系模型P169例5.9-例5.11E-R图转换为关系模式的原则：

（1）

一个实体集转换为一个关系模式。

（2）一个m:n联系转换为一个关系模式。（3）一个1:n联系可以与n端对应的关系模式合并（1的关键字放入N的关系中）。（4）

一个1:1联系可以与任意一端对应的关系模式合并。（5）

三个或三个以上实体间的多元联系转换为一个关系模式

（6）

同一实体集间的联系（自联系），可按上述1:1、1:n和m:n三种情况分别处理。

逻辑设计—关系模型的优化确定数据依赖。对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，消除冗余的联系。对关系模式进行分析，确定各关系模式分别属于第几范式。考查是否存在部分依赖、传递依赖、多值依赖等，对关系模式进行必要的分解。按照需求分析阶段得到的各种应用对数据处理的要求，分析得到的模式是否合适，确定是否需要对它们进行合并或分解。物理设计为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构。确定数据库物理结构的内容1.确定数据的存储结构2.设计数据的存取路径3.确定数据的存放位置4.确定系统配置1.确定数据的存储结构确定数据存储结构时要综合考虑存取时间、存储空间利用率和维护代价三方面的因素许多DBMS提供聚簇功能，提高某个属性或属性组的查询速度确定数据的存储结构（续）聚簇以后可以节省存储空间聚簇功能适用于多个关联关系聚簇只能提高某些特定应用的性能，而且建立和维护聚簇的开销是很大的2.设计数据的存取路径在关系数据库中，选择存取路径主要是指确定如何建立索引3.确定数据的存放位置影响数据存放位置和存储结构的因素：硬件环境应用需求存取时间存储空间利用率维护代价确定数据的存放位置（续）

基本原则根据应用情况将易变部分与稳定部分分开存放存取频率较高部分与存取频率较低部分分开存放以提高系统性能确定数据的存放位置（续）例：数据库数据备份、日志文件备份等由于只在故障恢复时才使用，而且数据量很大，可以考虑存放在磁带上。如果计算机有多个磁盘，将表和索引分别放在不同的磁盘上，在查询时，由于两个磁盘驱动器分别在工作，因而可以保证物理读写速度比较快。可以将日志文件与数据库对象（表、索引等）放在不同的磁盘以改进系统的性能。4.确定系统配置DBMS产品一般都提供了一些存储分配参数

同时使用数据库的用户数同时打开的数据库对象数使用的缓冲区大小、个数时间片大小数据库的大小装填因子等等-----缺省值问题确定系统配置（续）系统为这些变量赋予了缺省值。但是这些值不一定适合每一种应用环境，在进行物理设计时，需要根据应用环境确定这些参数值，以使系统性能最优。

在物理设计时对系统配置变量的调整只是初步的，在系统运行时还要根据系统实际运行情况做进一步的调整，以切实改进系统性能。5.实现设计

运用DBMS提供的数据语言（例如SQL）、开发工具，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。数据库实施定义数据库结构数据装载

数据库试运行数据库物理设计数据库运行和维护物理模型编制与调试应用程序数据库系统new一、定义数据库结构

确定了数据库的逻辑结构与物理结构后，用DBMS提供的数据定义语言（SQL）来严格描述数据库结构。

定义数据库结构（续）例:定义表结构：CREATETABLE学生

(学号CHAR(8),

……………);

定义视图：

CREATEVIEW.... (…………… );定义索引：

CREATEINDEX

……………定义聚族：

CREATECLUSTER……………

二、数据装载组织数据入库是数据库实施阶段最主要的工作。数据装载方法人工方法计算机辅助数据入库数据装载（续）人工方法步骤（小型系统）：1)筛选数据。需要装入数据库中的数据通常都分散在各个部门的数据文件或原始凭证中，所以首先必须把需要入库的数据筛选出来。2)转换数据格式。筛选出来的需要入库的数据，其格式往往不符合数据库要求，进行转换。

3)输入数据。将转换好的数据输入计算机中。

4)校验数据。检查输入的数据是否有误。数据装载（续）

计算机辅助数据入库步骤（适用于中大型系统,数据输入子系统）：1)筛选数据：各个部门的数据文件2)输入数据：由输入子系统将原始数据通过界面输入。3)校验数据。采用多种检验技术检查输入数据的正确性。数据装载（续）4)转换数据。根据数据库系统的要求，从已经输入的数据中抽取有用成分，对其进行分类，转换数据格式。抽取、分类和转换数据是数据输入子系统的主要工作，也是其复杂性所在。5)综合数据。对转换好的数据根据系统的要求进一步综合成最终数据。三、编制与调试应用程序数据库应用程序的设计与数据库设计并行,编制与调试数据库的应用程序。调试应用程序时由于数据入库尚未完成，可先使用模拟数据。四、数据库试运行数据库试运行（联合调试）的主要工作：1）功能测试：实际运行应用程序，执行对数据库的各种操作，测试应用程序的各种功能。2）性能测试：测量系统的性能指标，分析是否符合设计目标。3）压力测试：多人同时登录或模拟登录.数据库试运行（续）如果数据库试运行结果不符合设计目标，则需要返回物理设计阶段，调整物理结构，修改参数；有时甚至需要返回逻辑