數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用：第6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)26.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述

6.1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的任務(wù)、內(nèi)容和特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的任務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指根據(jù)用戶需求研制數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的過程。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的內(nèi)容數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與行為設(shè)計(jì)相結(jié)合，是一種“反復(fù)探尋，逐步求精”的過程。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行為設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)36.1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法簡述直觀設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法自動(dòng)化設(shè)計(jì)法基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法基于視圖的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法46.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟按規(guī)范設(shè)計(jì)法可將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為六個(gè)階段1．系統(tǒng)需求分析階段2．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段3．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段4．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段5．?dāng)?shù)據(jù)庫實(shí)施階段6．?dāng)?shù)據(jù)庫運(yùn)行與維護(hù)階段56.2系統(tǒng)需求分析6.2.1需求分析的任務(wù) 需求分析的任務(wù)是：對現(xiàn)實(shí)世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)）等進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，通過對原系統(tǒng)的了解，收集支持新系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行處理，在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。調(diào)查分析用戶活動(dòng)收集和分析需求數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)邊界編寫系統(tǒng)分析報(bào)告66.2.2需求分析的方法需求分析的主要方法有自頂向下和自底向上兩種

7SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)入手，采用逐層分解的方式分析系統(tǒng)，用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。數(shù)據(jù)流圖用命名的箭頭表示數(shù)據(jù)流用圓圈表示處理用矩形或其他形狀表示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來源處理數(shù)據(jù)輸出處理需求信息需求圖6.6數(shù)據(jù)流圖8付款憑證報(bào)銷單報(bào)銷登記報(bào)銷人審查分錄圖6.7數(shù)據(jù)流圖示例9數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳細(xì)描述，是各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性的清單。在需求分析階段，它通常包含以下五部分內(nèi)容：數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理過程

最終形成的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典為系統(tǒng)分析報(bào)告的主要內(nèi)容，這是下一步進(jìn)行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。106.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)，即概念模型。概念模型的特點(diǎn)E-R模型是最著名、最實(shí)用的一種是概念模型。語義表達(dá)能力豐富易于交流和理解易于修改和擴(kuò)充易于向各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換116.3.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法與步驟概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法自頂向下自底向上逐步擴(kuò)張混合策略局部E-R模型全局E-R模型抽象集成12需求分析DFD，DD數(shù)據(jù)抽象，局部視圖設(shè)計(jì)視圖集成邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局部E-R圖全局E-R圖征求用戶意見13數(shù)據(jù)抽象與局部E-R模型設(shè)計(jì)（1）E-R方法（2）數(shù)據(jù)抽象（3）局部E-R模型設(shè)計(jì)兩條原則：①屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。②屬性不能與其他實(shí)體具有聯(lián)系，聯(lián)系只能發(fā)生在實(shí)體之間。分類聚集將一組具有某些共同特性和行為的對象抽象為一個(gè)實(shí)體將對象類型的組成成份抽象為實(shí)體的屬性14下面舉例說明局部E-R模型設(shè)計(jì)。在簡單的教務(wù)管理系統(tǒng)中，有如下語義約定：①一個(gè)學(xué)生可選修多門課程，一門課程可為多個(gè)學(xué)生選修，因此學(xué)生和課程是多對多的聯(lián)系。②一個(gè)教師可講授多門課程，一門課程可為多個(gè)教師講授，因此教師和課程也是多對多的聯(lián)系。③一個(gè)系可有多個(gè)教師，一個(gè)教師只能屬于一個(gè)系，因此系和教師是一對多的聯(lián)系，同樣系和學(xué)生也是一對多的聯(lián)系。15學(xué)生選課局部E-R圖16教師任課局部E-R圖17全局E-R模型設(shè)計(jì)視圖集成的方法有兩種：①多元集成法，一次性將多個(gè)局部E-R圖合并為一個(gè)全局E-R圖。②二元集成法，首先集成兩個(gè)重要的局部E-R圖，以后用累加的方法逐步將一個(gè)新的E-R圖集成進(jìn)來。局部E-R圖合并（消除沖突）優(yōu)化（消除不必要的冗余）基本E-R圖初步E-R圖分析規(guī)范化理論18沖突分類沖突屬性沖突命名沖突結(jié)構(gòu)沖突值域沖突取值單位沖突同名異義異名同義同一對象在不同應(yīng)用中有不同的抽象同一實(shí)體在不同應(yīng)用中屬性組成不同同一聯(lián)系在不同應(yīng)用中呈現(xiàn)不同類型19以教務(wù)管理系統(tǒng)中的兩個(gè)局部E-R圖為例，來說明如何消除各局部E-R圖之間的沖突，進(jìn)行局部E-R模型的合并，從而生成初步E-R圖。首先，這兩個(gè)局部E-R圖中存在著命名沖突，學(xué)生選課局部E-R圖中的實(shí)體“系”與教師任課局部E-R圖中的實(shí)體“單位”，都是指“系”，即所謂的異名同義，合并后統(tǒng)一改為“系”，這樣屬性“名稱”和“單位名”即可統(tǒng)一為“系名”。其次，還存在著結(jié)構(gòu)沖突，實(shí)體“系”和實(shí)體“課程”在兩個(gè)不同應(yīng)用中的屬性組成不同，合并后這兩個(gè)實(shí)體的屬性組成為原來局部E-R圖中的同名實(shí)體屬性的并集。20圖6.17教務(wù)管理系統(tǒng)的初步E－R圖mn1系屬于教師擁有學(xué)生開課講授選修課程mmnm1m1學(xué)號(hào)姓名性別年齡平均成績成績教師號(hào)課程號(hào)課程名教師號(hào)姓名性別職稱系名電話消除冗余21圖6.18教務(wù)管理系統(tǒng)的基本E－R圖n1系屬于教師擁有學(xué)生講授選修課程mmnm1m學(xué)號(hào)姓名性別年齡成績課程號(hào)課程名教師號(hào)姓名性別職稱系名電話226.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初始關(guān)系模式設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系模式規(guī)范化模式評價(jià)是否修正以DBMS語法描述模式修正物理設(shè)計(jì)是否236.4.2初始關(guān)系模式設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換原則將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型實(shí)際上就是將實(shí)體、屬性和聯(lián)系轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。在轉(zhuǎn)換中要遵循以下原則：（1）一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體的屬性就是關(guān)系的屬性，實(shí)體的鍵就是關(guān)系的鍵。（2）一個(gè)聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的鍵以及聯(lián)系的屬性均轉(zhuǎn)換為該關(guān)系的屬性。該關(guān)系的鍵有三種情況：如果聯(lián)系為1:1，則每個(gè)實(shí)體的鍵都是關(guān)系的候選鍵；如果聯(lián)系為1:n，則n端實(shí)體的鍵是關(guān)系的鍵；如果聯(lián)系為n:m，則各實(shí)體鍵的組合是關(guān)系的鍵。24把每一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系[例6-1]以圖6-18的E-R圖為例，四個(gè)實(shí)體分別轉(zhuǎn)換成四個(gè)關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡）課程（課程號(hào)，課程名）教師（教師號(hào)，姓名，性別，職稱）系（系名，電話）把每一個(gè)聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式[例6-2]還以圖6-18的E-R圖為例，四個(gè)聯(lián)系也分別轉(zhuǎn)換成四個(gè)關(guān)系模式：屬于（教師號(hào)，系名）講授（教師號(hào)，課程號(hào)）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績）擁有（系名，學(xué)號(hào)） 25特殊情況的處理三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系在轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式時(shí)，與該多元聯(lián)系相連的各實(shí)體的主鍵及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換成為關(guān)系的屬性，轉(zhuǎn)換后所得到的關(guān)系的主鍵為各實(shí)體鍵的組合。[例6-3]圖6-20表示供應(yīng)商、項(xiàng)目和零件三個(gè)實(shí)體之間的多對多聯(lián)系，如果已知三個(gè)實(shí)體的主鍵分別為“供應(yīng)商號(hào)”，“項(xiàng)目號(hào)”與“零件號(hào)”，則它們之間的聯(lián)系“供應(yīng)”可轉(zhuǎn)換為以下關(guān)系模式，其中供應(yīng)商號(hào)，項(xiàng)目號(hào)，零件號(hào)為此關(guān)系的組合關(guān)系鍵。供應(yīng)（供應(yīng)商號(hào)，項(xiàng)目號(hào)，零件號(hào)，數(shù)量）266.4.3關(guān)系模式規(guī)范化確定范式級別實(shí)施規(guī)范化處理需求分析階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段

用數(shù)據(jù)依賴概念分析和表示各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的聯(lián)系

以規(guī)范化理論為指導(dǎo)，確定關(guān)系鍵，消除初步E-R圖中冗余的聯(lián)系

從E-R圖向數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換過程中，用模式合并與分解方法達(dá)到規(guī)范化級別276.4.4模式評價(jià)與改進(jìn)模式評價(jià)功能評價(jià)功能評價(jià)指對照需求分析的結(jié)果，檢查規(guī)范化后的關(guān)系模式集合是否支持用戶所有的應(yīng)用要求。性能評價(jià)對實(shí)際性能進(jìn)行估計(jì)，包括邏輯記錄的存取數(shù)、傳送量以及物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)算法的模型等。模式改進(jìn)合并分解286.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可分為兩步：確定物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中主要指存取方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；評價(jià)物理結(jié)構(gòu)，評價(jià)的重點(diǎn)是時(shí)間和空間效率。6.5.1確定物理結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)聚集索引29訪問方法的設(shè)計(jì)訪問方法是為存儲(chǔ)在物理設(shè)備（通常指輔存）上的數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)和檢索能力的方法。訪問路徑的設(shè)計(jì)分成主訪問路徑與輔訪問路徑的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)存放位置的設(shè)計(jì)306.6數(shù)據(jù)庫實(shí)施數(shù)據(jù)庫實(shí)施是指根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果，在計(jì)算機(jī)上建立起實(shí)際的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、裝入數(shù)據(jù)、進(jìn)行測試和試運(yùn)行的過程。建立實(shí)際數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)裝入數(shù)據(jù)應(yīng)