-数据库原理及应用第二版-第8章数据库设计

需求说明 概念结构 设计 概念结构 逻辑结构 物理结构
需求 分析
逻辑结构 设计
物理 设计
图 7－ 2
8.1.3数据库设计的基本步骤
需求分析阶段 概念结构设计 结构设计阶段 逻辑结构设计 物理结构设计 功能设计 行为设计阶段 事务设计 程序设计 数据库实施阶段 数据库运行和维护
需求分析：收集信息并进行分析和整理，是后 续的各个阶段的基础。概念结构设计：对需求分析 的结果进行综合、归纳形成一个独立于具体的DBMS 的概念模型。逻辑结构设计：将概念结构设计的结 果转换为某个具体的DBMS所支持的数据模型，并对 其进行优化。物理数据库设计：为逻辑结构设计的 结果选取一个最适合应用环境的数据库物理结构。 数据库行为设计：要设计所包含的功能，功能间的 关联关系以及一些功能的完整性要求；数据库实 施：运用DBMS提供的数据语言以及数据库开发工 具，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库， 编制应用程序，组织数据入库并进行试运行。数据 库运行和维护阶段：投入正式使用，在其使用过程 中不断对其进行调整、修改和完善。
常用的发现事实的方法有： 1、检查文档 2、面谈 3、观察业务的运转 4、研究 5、问卷调查
8.3 数据库结构设计
8.3.1概念结构设计
概念设计的特点和策略 1、概念模型的特点 有丰富的语义表达能力。 易于交流和理解。 易于更改。 易于向各种数据模型转换，易于导出与DBMS 有关的逻辑模型。
必须注意：关系上定义的索引数并不是越多越好， 系统为维护索引要付出代价，查找索引也要付出代价。 例如，若一个关系的更新频率很高，这个关系上定义的 索引数不能太多。因为更新一个关系时，必须对这个关 系上有关的索引做相应的修改。
聚簇存取方法 为了提供某个属性或属性组的查询速 度，把这个或这些属性(称为聚簇码)上具有 相同值的元祖集中存放在连续的物理块称为 聚簇。 一个数据库可建立多个聚簇，一个关系 只能加入一个聚簇。
8.3.3物理结构设计
数据库的物理设计是对已确定的逻辑数据结 构，利用DBMS提供的方法、技术，以较优的存储 结构、数据存取路径、合理的数据存储位置以及 存储分配，设计出一个高效的、可实现的物理数 据库结构。 数据库的物理设计通常分为两步： ① 确定数据库的物理结构，在关系数据库 中主要指存取方法和存储结构； ② 对物理结构进行评价，评价的重点是时 间和空间效率。
1、物理结构设计的内容和方法
在设计数据库时首先要对经常用到的查询和对数 据进行更新的事务进行详细地分析，获得物理结构设 计所需的各种参数。其次，要充分了解所使用的DBMS 的内部特征，特别是系统提供的存取方法和存储结 构。 对于数据查询，需要得到如下信息： 查询所涉及的关系； 查询条件所涉及的属性； 连接条件所涉及的属性； 查询列表中涉及的属性。 对于更新数据的事务，需要得到如下信息： 更新所涉及的关系； 每个关系上的更新条件所涉及的属性； 更新操作所涉及的属性。
(2)概括（Generalization） 定义实体之间的一种子集联系，它抽象了实 体之间的“is a subset of” (是„„的子集) 的语义。
学生
超类 Is a subset of
本科生
研究生
子类
(3)聚集（Aggregation） 定义某一类型的组成成分，它抽象了对象内 部类型和成分之间的“is a part of” (是„„ 的一部分)语义。
1、设计局部E-R模型 概念结构是对现实世界的一种抽象。 一般有 三种抽象方法： (1)分类（Classification） 定义某一类概念作为现实世界中一组对象的 类型，这些对象具有某些共同的特性和行为。它 抽象的是对象值和型之间的“Is a mumber of” (是„„的成员)的语义。
学生 张三 李四 王五 Is of a „ mumber
通常的两种分解方法是水平分解和垂直分解
K# A1 … Am K# A1 … Am K# A1 … Am
水平分解示意图
K# A11 …A1m
K# A11 …A1m A21 … A2n
K# A21 … A2n 垂直分解示意图
3、设计外模式 将概念模型转换为逻辑数据模型之后，还 应该根据局部应用需求，并结合具体的数据库 管理系统的特点，设计用户的外模式。 在定义外模式时可以考虑： 使用更符合用户习惯的别名 对不同级别的用户定义不同的视图， 以保证数据的安全 简化用户对系统的使用
2、概念结构设计的策略 自底向上。先定义每个局部应用的概念结构， 然后按一定的规则把它们集成起来，从而得 到全局概念模型。 自顶向下：先定义全局概念模型，然后再逐 步细化。 由里向外：先定义最重要的核心结构，然后 再逐步向外扩展。 混合策略：将自顶向下和自底向上结合起来 使用。先用自顶向下设计一个概念结构的框 架，然后以它为框架再用自底向上设计局部 概念结构，并把它们集成。 最常用的设计策略是自底向上策略。
数据库设计的特点：
实体的静态特性是在模式或子模式中 定义的； 实体的动态行为是在存取数据库的程 序中重复设计和实现的； 程序和数据不易结合； 数据库设计较为复杂； 结构设计和行为设计是分离进行的。
8.1.2数据库设计方法概述
为了使数据库设计更合理更有效，需要有效 的指导原则，这种原则就称为数据库设计方法 学。 数据库设计方法中比较著名的有新奥尔良 （New Orleans）方法，这种方法将数据库设计 分为四个阶段：需求分析、概念结构设计、逻辑 结构设计和物理结构设计。如图7-2所示。
3、优化全局E-R模型 一个好的全局E-R模型除了能反映用户功能 需求外，还应满足如下条件： • 实体个数尽可能少； • 实体所包含的属性尽可能少； • 实体间联系无冗余。 优化的目的就是要满足上述三个条件，即 进行相关实体的合并，一般是把具有相同主码的 实体进行合并。
8.3.2逻辑结构设计
逻辑结构设计的任务是把概念结构设计 阶段设计好的基本E-R图转换为具体的数据 库管理系统支持的数据模型。 逻辑结构设计一般包含两个步骤： 将概念模型转换为某种组织层数据模型 对数据模型进行优化
概念结构设计是用集合概念，抽取出现实业 务系统的元素及其应用语义关联，最终形成E-R 模型。
采用E-R模型方法的概念结构设计
3个步骤： 设计局部E-R模型。局部E-R模型的设计内 容包括确定局部E-R模型的范围、定义实体、 联系以及它们的属性。 设计全局E-R模型。这一步是将所有局部ER图集成为一个全局E-R图，即全局E-R模型。 优化全局E-R模型
第8章 数据库设计
数据库设计是指利用现有的数据库管理 系统针对具体的应用对象构造适合的数据库 模式，建立数据库及其应用系统，使之有效 存储、操作、管理数据，满足用户各种应用 需求。
8.1 数据库设计概述
数据库设计中面临的主要困难和问题有： 懂得计算机与数据库的人一般都缺乏应用业务 知识和实际经验，而对应用业务熟悉的人又往 往不懂计算机和数据库。同时具有这两方面知 识的人是很少的。 应用业务的数据库系统的目标是什么在一开始 往往不能很明确。 缺乏很完善的设计工具和方法。 用户的要求往往并不是一开始就能完全说清楚。 应用业务系统千差万别，很难找到一种适合所 有应用业务的工具和方法。
8.1.1数据库设计的特点
1、综合性 数据库设计涉及的范围广，包含计算机 专业知识及业务系统专业知识；同时它还要 解决技术及非技术两方面的问题。 2、结构设计与行为设计相分离 结构设计是指数据库的模式结构设计， 包括概念结构、逻辑结构和存储结构；行为 设计是指应用程序设计，包括功能组织、流 程控制等。
学生 实体型 Is a part of
学 号
姓 名
性 别
…
属性
2、设计全局E-R模型 各分E-R图之间的冲突主要有三类： 属性冲突 • 属性域冲突。即属性的类型、取值范围和 取值集合不同。 • 属性取值单位冲突。 命名冲突：包括同名异义和异名同义 结构冲突 • 同一对象在不同应用中具有不同的抽象 • 同样一实体在不同的局部E-R图中所包含 的属性个数和属性的排列次序不完全相同
8.2 数据库需求分析
8.2.1需求分析的任务
需求分析阶段的主要任务：对现实世界要处 理的对象进行详细调查，在了解现行系统的概况、确 定新系统功能的过程中，收集支持系统目标的基础数 据及其处理方法。需求分析是在用户调查的基础上， 通过分析，逐步明确用户对系统的需求，包括数据需 求和围绕这些数据的业务处理需求。 用户调查的重点是“数据”和“处理”。通过调查 要从用户那里获得对数据库的下列要求： 信息需求 处理需求 安全性与完整性要求
通常关系数据库的物理结构设计主要包括如 下内容： 确定数据的存取方法 确定数据的存储结构 (1)确定存取方法 存取方法是快速存取数据库中的数据的 技术，数据库管理系统一般都提供多种存取 方法 。具体采取哪种存取方法由系统根据数 据的存储方式来决定，一般用户不能干预。
索引存取方法 实际上就是根据应用要求确定对关系的哪 个或哪些属性列建立索引。 建立索引的原则： 某个或某些属性经常作为查询条件 某个或某些属性经常作为表的连接条件 某个属性经常作为分组的依据列
8.2.2需求调查
需求分析首先要调查清楚用户的实际需 求，与用户达成共识，然后再分析和表达这些 需求。 需求调查的重点是“数据”和“处理”， 在调查前要拟定调查提纲。调查时要抓住两个 “流”，即“信息流”和“处理流”，而且调 查中要不断地将这两个“流”结合起来。
需求调查内容包括： 1、业务现状 业务现状包括：业务方针政策，系统的组织机 构，业务内容，约束条件和各种业务的全过程。 2、信息源流 信息源流包括：各种数据的种类、类型及数据 量，各种数据的源头、流向和终点，各种数据的产 生、修改、查询及更新过程和频率以及各种数据业 务处理的关系。 3、外部要求 外部要求包括：对数据保密性的要求，对数据 完整性的要求，对查询响应时间的要求，对新系统 使用方式的要求，对输入方式的要求，对输出报表 的要求，对各种数据精度的要求，对吞吐量的要求， 对未来功能、性能及应用范围扩展的要求。