1、第三章第三章 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計數(shù)據(jù)庫的設(shè)計第三章第三章 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計數(shù)據(jù)庫的設(shè)計l通常來說，一個成功的管理信息系統(tǒng)，是由50%的業(yè)務(wù)和50%的軟件所組成，而成功軟件所占的50%又由25%的數(shù)據(jù)庫和25%的程序所組成l設(shè)計數(shù)據(jù)庫時既要考慮數(shù)據(jù)庫的框架和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又要考慮應(yīng)用程序存取數(shù)據(jù)庫和處理數(shù)據(jù)。因此，最佳設(shè)計不可能一蹴而就，只能是一個反復(fù)探尋的過程。l大體上可以把數(shù)據(jù)庫設(shè)計劃分成以下幾個階段：需求分析階段、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、數(shù)據(jù)庫實施階段、數(shù)據(jù)庫運行和維護(hù)階段。 第三章第三章 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計數(shù)據(jù)庫的設(shè)計l現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)要進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中，需要經(jīng)過人們的認(rèn)識

2、、理解、整理、規(guī)范和加工?？梢园堰@個過程劃分為三個主要階段，即現(xiàn)實世界階段、信息世界階段和機(jī)器世界階段。第三章第三章 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計數(shù)據(jù)庫的設(shè)計l一、一、 需求分析需求分析l二、二、 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 l三、三、 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 l四、 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 l五、 數(shù)據(jù)庫的實施數(shù)據(jù)庫的實施 l六、 數(shù)據(jù)庫的運行和維護(hù)數(shù)據(jù)庫的運行和維護(hù) 一、一、需求分析需求分析l準(zhǔn)確地搞清楚用戶需求，乃是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。需求分析的好壞，決定了數(shù)據(jù)庫設(shè)計的成敗。l確定用戶的最終需求其實是一件很困難的事。設(shè)計人員必須與用戶不斷深入地進(jìn)行交流，才能逐步確定用戶的實際需求。l需求分析階段的成果是

3、系統(tǒng)需求說明書，主要包括數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、各種說明性表格、統(tǒng)計輸出表、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖等。系統(tǒng)需求說明書是以后設(shè)計、開發(fā)、測試和驗收等過程的重要依據(jù)。 一、一、需求分析需求分析需求分析任務(wù)需求分析任務(wù)（1）確認(rèn)系統(tǒng)的設(shè)計范圍，調(diào)查信息需求，收集數(shù)據(jù)。分析需求調(diào)查得到的資料，明確計算機(jī)應(yīng)當(dāng)處理和能夠處理的范圍，確定新系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。（2）綜合各種信息包含的數(shù)據(jù)，各種數(shù)據(jù)間的關(guān)系，數(shù)據(jù)的類型、取值范圍和流向。（3）建立需求說明文檔、數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)流圖。將需求調(diào)查文檔化，文檔既要為用戶所理解，又要方便數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計。 一、一、需求分析需求分析需求分析的基本步驟需求分析的基本步驟1.1.分析用

4、戶活動分析用戶活動通過與用戶座談、跟班工作，或者向?qū)＜易稍?，查閱?guī)章制度、票據(jù)等各種資料，或者采用問卷調(diào)查等方式，充分了解用戶活動。目的是了解企業(yè)的業(yè)務(wù)狀況、信息流程、經(jīng)營方式、處理要求以及組織機(jī)構(gòu)等。搞清楚用戶的處理流程以后，畫出“用戶活動圖”。2.2.確定系統(tǒng)范圍確定系統(tǒng)范圍需求分析的任務(wù)不只是為了設(shè)計數(shù)據(jù)庫，而是為了設(shè)計整個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。通過對現(xiàn)行的手工系統(tǒng)或者已經(jīng)有的計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查研究，確定即將建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息要求和處理要求，確定哪些由計算機(jī)系統(tǒng)處理，哪些由人工處理。根據(jù)畫出的“用戶活動圖”，確定系統(tǒng)的邊界。 一、一、需求分析需求分析3.3.分析用戶活動所涉及的數(shù)據(jù)分析用戶

5、活動所涉及的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流圖是描述企業(yè)活動及來往于各處理活動之間數(shù)據(jù)流動的有力工具，被廣泛應(yīng)用于信息系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計中，常作為最后驗收系統(tǒng)的依據(jù)。數(shù)據(jù)流圖有四種基本成分： 數(shù)據(jù)流動用箭頭表示 加工用圓表示 文件用直線段表示 源點和終點用方框表示數(shù)據(jù)流圖中反映的是數(shù)據(jù)流而不是控制流，這是與一般的程序流程圖的最大區(qū)別。一般地說，畫數(shù)據(jù)流圖應(yīng)遵循“由外向內(nèi)，自頂而下”的原則進(jìn)行。一、一、需求分析需求分析4.4.分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流圖只表示出系統(tǒng)由哪幾部分組成和各部分之間的關(guān)系，并沒有說明各個成分的含義，數(shù)據(jù)字典對每個成分都給出確切定義。對數(shù)據(jù)庫設(shè)計而言，數(shù)據(jù)字典是進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要

6、成果。數(shù)據(jù)字典產(chǎn)生于數(shù)據(jù)流圖，是對數(shù)據(jù)流圖中的四個成分描述的產(chǎn)物。數(shù)據(jù)字典是對用戶信息要求的整理和描述。信息需求即定義未來信息系統(tǒng)用到的所有信息，包括用戶將向數(shù)據(jù)庫中輸入什么信息，從數(shù)據(jù)庫中要得到什么信息，各類信息的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，信息之間的聯(lián)系等。二、二、 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)是對需求說明書提供的所有數(shù)據(jù)和處理要求進(jìn)行抽象與綜合處理，按一定的方法構(gòu)造反映用戶環(huán)境的數(shù)據(jù)及其相互聯(lián)系的概念模型。這種概念數(shù)據(jù)模型與DBMS無關(guān)，是面向現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)模型，用戶容易理解。為保證所設(shè)計的概念數(shù)據(jù)模型能正確、完全地反映用戶的數(shù)據(jù)及其相互聯(lián)系，便于進(jìn)行所要求的各種處理，在本階段設(shè)計中可吸收用

7、戶參與和評議設(shè)計。形成的初步數(shù)據(jù)模型還要經(jīng)過數(shù)據(jù)庫設(shè)計者和用戶的審查和修改，最后才能形成所需的概念數(shù)據(jù)模型。一般以E-R模型為工具來描述概念結(jié)構(gòu)。二、二、 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計概念結(jié)構(gòu)通常有四類方法：（1）自頂向下（2）自底向上（3）逐步擴(kuò)張（4）混合策略實際應(yīng)用中這些策略井沒有嚴(yán)格的限定，根據(jù)具體業(yè)務(wù)的特點選擇。三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計就是把概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段設(shè)計好的基本 E-R 圖轉(zhuǎn)換為邏輯模型（以選用的 DBMS產(chǎn)品所支持的數(shù)據(jù)模型為標(biāo)準(zhǔn)）。在轉(zhuǎn)換過程中要進(jìn)一步落實需求說明，并使其滿足DBMS的各種限制。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的結(jié)果是DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言

8、（DDL）寫成的數(shù)據(jù)模式。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法與DBMS的邏輯數(shù)據(jù)模型有關(guān)。三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟 1.1.確定數(shù)據(jù)模型確定數(shù)據(jù)模型總體E-R圖的概念模型是獨立于任何一種數(shù)據(jù)模型的信息結(jié)構(gòu)。首先要確定轉(zhuǎn)換成哪種數(shù)據(jù)模型。目前比較流行的數(shù)據(jù)模型是關(guān)系模型。2.2.將將E-RE-R圖轉(zhuǎn)換成為關(guān)系數(shù)據(jù)模型圖轉(zhuǎn)換成為關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的任務(wù)就是采取一定的策略，按照若干準(zhǔn)則將概念模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所接受的一組關(guān)系模式，并利用規(guī)范化的理論和方法對這組關(guān)系模式進(jìn)行處理，使之滿足具體應(yīng)用。三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟邏輯結(jié)

9、構(gòu)設(shè)計的步驟 3.3.確定完整性約束確定完整性約束對關(guān)系進(jìn)行實體完整性、參照完整性、用戶定義的完整性約束；4.4.確定用戶視圖確定用戶視圖把概念模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)模型后，還應(yīng)根據(jù)局部應(yīng)用的要求，結(jié)合具體的DBMS，設(shè)計用戶視圖。視圖是本身不存儲數(shù)據(jù)的虛擬表。三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型 E-R圖是由實體、屬性和聯(lián)系三要素構(gòu)成的，而關(guān)系模型中只有惟一的結(jié)構(gòu)關(guān)系模式。 1.1.實體向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換實體向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換將E-R圖中的實體逐一轉(zhuǎn)換成為一個關(guān)系模式，實體名對應(yīng)關(guān)系模式的名稱，實體的屬性轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式的屬性，實體標(biāo)識符就是關(guān)系的碼。

10、實體向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換示例部門(部門號，部門名)經(jīng)理(經(jīng)理號，經(jīng)理名，電話)三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型 2.2.聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 （1）1：1聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法方法1 1：將聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個獨立的關(guān)系模式，關(guān)系模式的名稱取聯(lián)系的名稱，關(guān)系模式的屬性包括該聯(lián)系所關(guān)聯(lián)的兩個實體的碼及聯(lián)系的屬性，關(guān)系的碼取自任一方實體的碼；聯(lián)系作為一個獨立關(guān)系模式部門(部門號，部門名)經(jīng)理(經(jīng)理號，經(jīng)理名，電話)部門-經(jīng)理(經(jīng)理號，部門號)三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型 2.2.聯(lián)

11、系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 （1）1：1聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法方法2 2：將聯(lián)系合并到關(guān)聯(lián)的兩個實體的任一方，給待合并的一方實體屬性集中增加另一方實體的碼和該聯(lián)系的屬性即可，合并后的實體碼保持不變。(1)經(jīng)理合并到部門部門(部門號，部門名，經(jīng)理號)經(jīng)理(經(jīng)理號，經(jīng)理名，電話)(2)部門合并到經(jīng)理部門(部門號，部門名)經(jīng)理(經(jīng)理號，部門號，經(jīng)理名，電話)三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型 2.2.聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 （2）1：n聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法方法1 1：將聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個獨立的關(guān)系模式，關(guān)系模式的名稱取聯(lián)系的名稱，關(guān)系

12、模式的屬性取該聯(lián)系所關(guān)聯(lián)的兩個實體的碼及聯(lián)系的屬性，關(guān)系的碼是n方實體的碼；將聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個獨立關(guān)系模式部門（部門號，部門名）職工（職工號，職工名，工資）部門-職工（職工號，部門號） 三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型 2.2.聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 （2）1：n聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法方法2 2：將聯(lián)系合并到關(guān)聯(lián)的兩個實體的n方。即：向待合并的多方實體屬性集中增加1方實體的碼和該聯(lián)系的屬性即可，合并后的多方實體碼保持不變。(1)部門合并到職工部門（部門號，部門名）職工（職工號，部門號，職工名，工資） 三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)

13、計概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型概念模型轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型 2.2.聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 （3）n:m聯(lián)系的轉(zhuǎn)換n:m聯(lián)系只能轉(zhuǎn)換成一個獨立的關(guān)系模式，關(guān)系模式的名稱取聯(lián)系的名稱，關(guān)系模式的屬性取該聯(lián)系所關(guān)聯(lián)的兩個多方實體的碼及聯(lián)系的屬性，關(guān)系的碼是多方實體的碼構(gòu)成的屬性組。教師表（教師號，教師名，職稱）課程表（課程號，課程名，學(xué)分）授課表（教師號，課程號，授課時數(shù)）四、四、 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 l物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的任務(wù)是把邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段得到的邏輯數(shù)據(jù)庫在物理上加以實現(xiàn)。l其主要內(nèi)容是根據(jù)DBMS提供的各種手段，設(shè)計數(shù)據(jù)的存儲形式和存取路徑，如文件結(jié)構(gòu)、索引的設(shè)計等，即設(shè)計數(shù)據(jù)

14、庫的內(nèi)模式或存儲模式。l數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式對數(shù)據(jù)庫的性能影響很大，應(yīng)根據(jù)處理需求及DBMS、操作系統(tǒng)和硬件的性能進(jìn)行精心設(shè)計。五、五、 數(shù)據(jù)庫的實施 數(shù)據(jù)庫實施主要包括以下工作：數(shù)據(jù)庫實施主要包括以下工作： 用用DDLDDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；確定了數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)后，就可以用選好的DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（DDL）來嚴(yán)格描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。組織數(shù)據(jù)入庫；組織數(shù)據(jù)入庫；對于數(shù)據(jù)量不大的小型系統(tǒng)，可以用人工方式完成數(shù)據(jù)入庫 對于大型系統(tǒng)，應(yīng)該設(shè)計一個數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)由計算機(jī)輔助數(shù)據(jù)入庫工作。五、五、 數(shù)據(jù)庫的實施 數(shù)據(jù)庫實施主要包括以下工作：數(shù)據(jù)庫實施主要包括以下工作： 編制與調(diào)試

15、應(yīng)用程序編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計應(yīng)該與數(shù)據(jù)入庫并行進(jìn)行。在數(shù)據(jù)庫實施階段，當(dāng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以開始編制與調(diào)試數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序。調(diào)試應(yīng)用程序時由于數(shù)據(jù)入庫尚未完成，可先使用模擬數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫試運行數(shù)據(jù)庫試運行應(yīng)用程序調(diào)試完成，并且已有小部分?jǐn)?shù)據(jù)入庫后，就可以開始數(shù)據(jù)庫的試運行。其主要工作包括以下兩項內(nèi)容。（1）功能測試。（2）性能測試。六、六、 數(shù)據(jù)庫的運行和維護(hù) 數(shù)據(jù)庫投入運行標(biāo)著開發(fā)任務(wù)的基本完成和維護(hù)工作的開始，并不意味著設(shè)計過程的終結(jié)，由于應(yīng)用環(huán)境在不斷變化，數(shù)據(jù)庫運行過程中物理存儲也會不斷變化，對數(shù)據(jù)庫設(shè)計進(jìn)行評價、調(diào)整、修改等維護(hù)工作是一個長期的任務(wù)，也是設(shè)計工作

16、的繼續(xù)和提高。 在數(shù)據(jù)庫運行階段，對數(shù)據(jù)庫經(jīng)常性的維護(hù)工作主要是由DBA完成的，它包括：1.1.故障維護(hù)故障維護(hù)定期對數(shù)據(jù)庫和日志文件進(jìn)行備份，以保證一旦發(fā)生故障，能利用數(shù)據(jù)庫備份及日志文件備份，盡快將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某種一致性狀態(tài)，并盡可能減少對數(shù)據(jù)庫的破壞。數(shù)據(jù)庫受到破壞，后果可能是災(zāi)難性的，特別是磁盤系統(tǒng)的破壞會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)全部丟失，千萬不要存有任何僥幸心理。六、六、 數(shù)據(jù)庫的運行和維護(hù) 2.2.數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制DBA必須對數(shù)據(jù)庫安全性和完整性控制負(fù)起責(zé)任。根據(jù)用戶的實際需要授予不同的操作權(quán)限。另外，由于應(yīng)用環(huán)境的變化，數(shù)據(jù)庫的完整性約束條件也會變化，也

17、需要DBA不斷修正，以滿足用戶要求。3.3.數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進(jìn)數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進(jìn)目前許多DBMS產(chǎn)品都提供了監(jiān)測系統(tǒng)性能參數(shù)的工具，DBA可以利用這些工具方便地得到系統(tǒng)運行過程中一系列性能參數(shù)的值。DBA應(yīng)該仔細(xì)分析這些數(shù)據(jù)，通過調(diào)整某些參數(shù)來進(jìn)一步改進(jìn)數(shù)據(jù)庫性能。六、六、 數(shù)據(jù)庫的運行和維護(hù) 4.4.數(shù)據(jù)庫的重組織數(shù)據(jù)庫的重組織數(shù)據(jù)庫運行一段時間后，由于記錄的不斷增、刪、改，會使數(shù)據(jù)庫的物理存儲變壞，降低數(shù)據(jù)庫存儲空間的利用率和數(shù)據(jù)的存取效率，使數(shù)據(jù)庫的性能下降。這時DBA就要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重組織，或部分重組織。數(shù)據(jù)庫的重組織不會改變原設(shè)計的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，只是按原

18、設(shè)計要求重新安排存儲位置，回收垃圾，減少指針鏈，提高系統(tǒng)性能。DBMS一般都提供了供重新組織數(shù)據(jù)庫使用的實用程序，幫助DBA重新組織數(shù)據(jù)庫。比如SQL Server 2008提供了數(shù)據(jù)庫和文件的收縮功能。六、六、 數(shù)據(jù)庫的運行和維護(hù) 5.5.數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造當(dāng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用環(huán)境發(fā)生變化，會導(dǎo)致實體及實體間的聯(lián)系也發(fā)生相應(yīng)的變化，使原有的數(shù)據(jù)庫設(shè)計不能很好地滿足新的需求，從而不得不適當(dāng)調(diào)整數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式，這就是數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造。DBMS都提供了修改數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的功能。重構(gòu)造數(shù)據(jù)庫的程度是有限的。若應(yīng)用變化太大，已無法通過重構(gòu)數(shù)據(jù)庫來滿足新的需求，或重構(gòu)數(shù)據(jù)庫的代價太大，則表明現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的生命周期已經(jīng)結(jié)束，應(yīng)該重新設(shè)計新的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，開始新數(shù)據(jù)