主題：數(shù)據(jù)庫的分析與設計

（主講人：張軍）1為什么要設計數(shù)據(jù)庫良好的數(shù)據(jù)庫設計節(jié)省數(shù)據(jù)的存儲空間能夠保證數(shù)據(jù)的完整性方便進行數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)糟糕的數(shù)據(jù)庫設計：數(shù)據(jù)冗余、存儲空間浪費數(shù)據(jù)更新、插入和刪除的異常2

數(shù)據(jù)庫設計的步驟數(shù)據(jù)庫設計的步驟通常分為6個階段：需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計、數(shù)據(jù)庫實施、數(shù)據(jù)庫運行與維護。3

需求分析調(diào)查分析用戶活動組織機構情況：包括部門組成情況、各部門的職責和任務等。業(yè)務活動情況：包括各部門輸入的數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)的方法、處理結果去向、輸入/輸出數(shù)據(jù)的格式以及需要存儲的數(shù)據(jù)等。收集和分析需求數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)邊界信息需求處理需求安全性和完整性需求編寫系統(tǒng)需求說明書此說明書主要包括各項業(yè)務的數(shù)據(jù)流圖DFD及有關說明,對各類數(shù)據(jù)描述的集合,即數(shù)據(jù)字典,各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表格,系統(tǒng)功能結構圖和必要的說明。需求分析是對客觀世界的對象進行調(diào)查、分析和命名，標識并構造出一個簡明的全局數(shù)據(jù)視圖，是整個企業(yè)信息的輪廓框架，獨立于任何具體的DBMS。3

需求分析需求分析的成果以需求分析說明書的形式呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典都是需求分析說明書中重要的內(nèi)容，也是進行數(shù)據(jù)庫設計最重要的依據(jù)。數(shù)據(jù)流圖（DataFlowDiagram，簡記為DFD）是從數(shù)據(jù)傳遞和加工角度來表達系統(tǒng)的邏輯功能、數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯流向和邏輯交換過程，是用于表示軟件模型的一種圖示方法。3

需求分析數(shù)據(jù)字典（DataDictionary，簡記為DD）是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的描述，它不是數(shù)據(jù)本身，而是數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，稱為元數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)字典是進行詳細的數(shù)據(jù)收集和分析所獲得的主要結果，是對數(shù)據(jù)流圖中各種數(shù)據(jù)元素的詳細說明。數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容：數(shù)據(jù)項：數(shù)據(jù)的最小組成單位數(shù)據(jù)結構：反映數(shù)據(jù)之間的組合關系數(shù)據(jù)流：數(shù)據(jù)結構在系統(tǒng)內(nèi)部傳輸?shù)穆窂綌?shù)據(jù)存儲：數(shù)據(jù)結構停留或保存的地方，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一處理過程：數(shù)據(jù)處理的說明性信息4

概念結構設計概念結構設計是將系統(tǒng)需求分析得到的用戶需求抽象為信息結構即概念模型的過程。概念結構設計的結果是概念模型，它不依賴于計算機系統(tǒng)和具體的DBMS。數(shù)據(jù)庫概念設計是使用E-R模型和視圖集成設計法進行設計的。它的設計過程是：首先設計局部應用，再進行局部視圖(局部E-R圖)設計，然后進行視圖集成得到概念模型(全局E-R圖)。視圖設計一般有三種方法：（1）自頂向下：從總體概念結構開始逐層細化。（2）自底向上：從具體的對象逐層抽象，最后形成總體概念結構。（3）由內(nèi)向外：從核心的對象著手，然后向四周逐步擴充，直到最終形成總體概念結構。4

概念結構設計工具E-R圖E-R圖是描述概念數(shù)據(jù)模型的主要工具，E-R圖稱為實體-聯(lián)系圖，由實體，屬性，聯(lián)系三個要素構成。實體（矩形）：矩形內(nèi)寫明實體名；屬性（橢圓）：橢圓內(nèi)寫明屬性名，用無向邊將實體和屬性連接起來；聯(lián)系（菱形）：菱形框內(nèi)寫聯(lián)系名，用無向邊與有關實體聯(lián)系起來，同時在無向邊上注明聯(lián)系類型。5

邏輯結構設計邏輯結構設計是將概念結構設計階段形成的概念模型（通常是E-R模型）轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并進行優(yōu)化的過程。邏輯結構設計實現(xiàn)從信息世界到機器世界的轉(zhuǎn)換。關系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型是關系模型，關系模型的邏輯結構由一組關系模式組成。5

邏輯結構設計E-R模型轉(zhuǎn)換為關系模型的原則：實體型的轉(zhuǎn)換一個實體型——一個關系模式實體的屬性——關系模式的屬性實體的主碼——關系模式的主碼聯(lián)系的轉(zhuǎn)換一對一聯(lián)系：將一方的主碼添加到另一方中一對多聯(lián)系：將一方的主碼添加到多方中多對多聯(lián)系：聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關系模式，屬性由聯(lián)系的屬性以及雙方實體的主碼組成。5

邏輯結構設計班級（班級編號，班級名稱，人數(shù)）學生（學號，姓名，性別，出生日期，籍貫，班級編號）學生（學號，姓名，性別，出生日期，籍貫）課程（課程編號，課程名稱，學分，學時）修選（學號，課程編號，成績）6

物理結構設計物理結構設計是為邏輯結構設計階段所形成的數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應用環(huán)境的物理結構，包括存儲結構和存取方法。物理結構設計與具體的硬件環(huán)境及所采用的DBMS密切相關。物理結構設計的步驟：設計物理結構，關系數(shù)據(jù)庫中包括：為關系模式選擇存取方法為關系、索引等數(shù)據(jù)庫文件選擇存儲結構評價物理結構評價的重點是時間和空間效率7

數(shù)據(jù)庫的實施數(shù)據(jù)庫實施是將前面各個階段的設計結果借助DBMS與其它應用開發(fā)工具實現(xiàn)的過程。數(shù)據(jù)庫實施主要包括以下內(nèi)容：建立數(shù)據(jù)庫結構創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、表、視圖、索引等數(shù)據(jù)裝載數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、載入編制與調(diào)試應用程序數(shù)據(jù)庫試運行8

數(shù)據(jù)庫的運行維護數(shù)據(jù)庫試運行合格后即可投入正式使用，標志開發(fā)任務基本完成，維護工作的開始。數(shù)據(jù)庫運行與維護主要包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復定期對數(shù)據(jù)庫和日志文件進行備份，轉(zhuǎn)儲到其它磁盤或存儲設備上，發(fā)生故障時及時恢復。