1、An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理 An Introduction to Database System 第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,An Introduction to Database System,第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 7.2 需求分析 7.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 7.6 數(shù)據(jù)庫實施 7.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護 7.8 小結(jié),An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述（續(xù)）,什么是數(shù)據(jù)庫設(shè)計 數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)

2、庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求（信息要求和處理要求） 在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域內(nèi)，常常把使用數(shù)據(jù)庫的各類系統(tǒng)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。,An Introduction to Database System,7.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ) 把信息系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)按一定的模型組織起來 提供存儲、維護、檢索數(shù)據(jù)的功能 使信息系統(tǒng)可以方便、及時、準確地從數(shù)據(jù)庫中獲得所需的信息 數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的各個部分能否緊密地結(jié)合在一起以及如何結(jié)合的關(guān)鍵所在 數(shù)據(jù)庫設(shè)計是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的重要組成部分,An Introduction to Databas

3、e System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)該具備的技術(shù)和知識,數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù) 計算機科學(xué)的基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計的方法和技巧 軟件工程的原理和方法 應(yīng)用領(lǐng)域的知識,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(六個階段) 需求分析階段 準確了解與分析用戶需求（包括數(shù)據(jù)與處理） 是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費時間的一步,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵 通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具

4、體DBMS的概念模型,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型 對其進行優(yōu)化,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段 為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法）,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫實施階段 運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果 建立數(shù)據(jù)庫 編制與調(diào)試

5、應(yīng)用程序 組織數(shù)據(jù)入庫 并進行試運行,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫運行和維護階段 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中必須不斷地對其進行評價、調(diào)整與修改。,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫各級模式的形成過程,邏輯 模式,內(nèi)模式,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,邏輯設(shè)計階段 首先將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型，如關(guān)系模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式 然后根據(jù)用戶處理的要求、

6、安全性的考慮，在基本表的基礎(chǔ)上再建立必要的視圖(View)，形成數(shù)據(jù)的外模式,An Introduction to Database System,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,物理設(shè)計階段 根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進行物理存儲安排，建立索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式,An Introduction to Database System,第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 7.2 需求分析 7.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 7.6 數(shù)據(jù)庫實施 7.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護 7.8 小結(jié),7.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟,設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的四類方法 自頂向下

7、首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細化 自底向上 首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,逐步擴張 首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至總體概念結(jié)構(gòu) 混合策略 將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計一個全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計的各局部概念結(jié)構(gòu)。,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,自頂向下策略,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,自底向上策略,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,逐步擴張,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,常用策略 自頂向下地進行需求分析 自底向

8、上地設(shè)計概念結(jié)構(gòu),需求,全局概念模式,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,自底向上設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的步驟 第1步：抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖 第2步：集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu),需求分析,DFD DD,數(shù)據(jù)抽象、局 部視圖的設(shè)計,分E-R圖,視圖集成,總E-R圖,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.3.3 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計,數(shù)據(jù)抽象 局部視圖設(shè)計,一、數(shù)據(jù)抽象,概念結(jié)構(gòu)是對現(xiàn)實世界的一種抽象 從實際的人、物、事和概念中抽取所關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細節(jié) 把這些特性用各種概念精確地加以描述 這些概念組成了某種模型,數(shù)據(jù)抽象（續(xù)）,數(shù)據(jù)抽象的用途 對需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進行分類、組織（聚集），形成 實體 實體

9、的屬性，標識實體的碼 確定實體之間的聯(lián)系類型(1:1，1:n，m:n),一、合并分E-R圖，生成初步E-R圖,各分圖存在沖突 各個局部應(yīng)用所面向的問題不同由不同的設(shè)計人員進行設(shè)計,各個分E-R圖之間必定會存在許多不一致的地方 合并分E-R圖的主要工作與關(guān)鍵所在：合理消除各分E-R圖的沖突,合并分E-R圖，生成初步E-R圖（續(xù)）,沖突的種類 屬性沖突 命名沖突 結(jié)構(gòu)沖突,An Introduction to Database System,第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 7.2 需求分析 7.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 7.6 數(shù)據(jù)庫實施 7.7

10、 數(shù)據(jù)庫運行與維護 7.8 小結(jié),An Introduction to Database System,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計具體過程,轉(zhuǎn)化為一般數(shù)據(jù)模型,轉(zhuǎn)化為特定DBMS支持下的據(jù)模型,優(yōu)化模型,概念結(jié) 構(gòu)設(shè)計,數(shù)據(jù)庫 物理設(shè)計,基本E-R圖,邏輯 模型,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,轉(zhuǎn)換內(nèi)容 E-R圖由實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系三個要素組成 關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合 將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型：將實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式。,An Introduction to Databa

11、se System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,轉(zhuǎn)換原則 一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：實體型的屬性 關(guān)系的碼：實體型的碼 例，有一個學(xué)生實體,An Introduction to Database System,學(xué)生實體可以轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，所在系， 年級，平均成績）,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性： 與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的碼： 各實體碼的組合 例，“選修”聯(lián)系是一個m:n聯(lián)系，它的E-R圖為：,

12、An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,按照上面規(guī)則可以將它轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中學(xué)號與課程號為關(guān)系的組合碼：,選修（學(xué)號，課程號，成績）,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 1) 轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式 關(guān)系的屬性： 與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的碼： n端實體的

13、碼,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 2) 與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 合并后關(guān)系的屬性：在n端關(guān)系中加入1端關(guān)系的碼和聯(lián)系本身的屬性 合并后關(guān)系的碼：不變 可以減少系統(tǒng)中的關(guān)系個數(shù)，一般情況下更傾向于采用這種方法,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,班級,組成,學(xué)生,1,n,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,例，“組

14、成”聯(lián)系為1:n聯(lián)系。 將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的兩種方法： 1)使其成為一個獨立的關(guān)系模式： 2)將其學(xué)生關(guān)系模式合并：,組成（學(xué)號，班級號）,學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，所在系， 年級，班級號，平均成績）,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 1) 轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式 關(guān)系的屬性：與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的候選碼：每個實體的碼均是該關(guān)系的候選碼,An Introduction to Database System,E-R

15、圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 2) 與某一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 合并后關(guān)系的屬性：加入對應(yīng)關(guān)系的碼和聯(lián)系本身的屬性 合并后關(guān)系的碼：不變,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,班級,管理,教師,1,1,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,例，“管理”聯(lián)系為1:1聯(lián)系，可以有三種轉(zhuǎn)換方法： （1）轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式：,管理（職工號，班級號） 或 管理（職工號，班級號）,An Intr

16、oduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,例，“管理”聯(lián)系為1:1聯(lián)系，可以有三種轉(zhuǎn)換方法： （2）“管理”聯(lián)系與班級關(guān)系模式合并，則只需在班級關(guān)系中加入教師關(guān)系的碼，即職工號：,班級：（班級號，學(xué)生人數(shù)，職工號）,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,例，“管理”聯(lián)系為1:1聯(lián)系，可以有三種轉(zhuǎn)換方法： （3）“管理”聯(lián)系與教師關(guān)系模式合并，則只需在教師關(guān)系中加入班級關(guān)系的碼，即班級號：,教師：（職工號，姓名，性別，職稱，班級號， 是否為優(yōu)秀班主任）,An Introduction t

17、o Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,注意： 從理論上講，1:1聯(lián)系可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 但在一些情況下，與不同的關(guān)系模式合并效率會大不一樣。因此究竟應(yīng)該與哪端的關(guān)系模式合并需要依應(yīng)用的具體情況而定。 由于連接操作是最費時的操作，所以一般應(yīng)以盡量減少連接操作為目標。 例如，如果經(jīng)常要查詢某個班級的班主任姓名，則將管理聯(lián)系與教師關(guān)系合并更好些。,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 三個或三個以上實體間的一個多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：與該多元聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本

18、身的屬性 關(guān)系的碼：各實體碼的組合 例，“講授”聯(lián)系是一個三元聯(lián)系,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,課程,教師,1,m,參考書,n,課時,講授,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,“講授”聯(lián)系是一個三元聯(lián)系，可以將它轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中課程號、職工號和書號為關(guān)系的組合碼： 講授（課程號，職工號，書號，課時）,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 同一實體集的實體間的聯(lián)系，即自聯(lián)系，也可按上述

19、1:1、1:n和m:n三種情況分別處理。 例，如果教師實體集內(nèi)部存在領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的1:n自聯(lián)系,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,職工,領(lǐng)導(dǎo),1,n,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,教師實體集內(nèi)部存在領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的1:n自聯(lián)系，我們可以將該聯(lián)系與教師實體合并，這時主碼職工號將多次出現(xiàn)，但作用不同，可用不同的屬性名加以區(qū)分： 教師：職工號，姓名，性別，職稱，系主任職工號,An Introduction to Database System,E-R圖向關(guān)系模型的

20、轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 具有相同碼的關(guān)系模式可合并。 目的：減少系統(tǒng)中的關(guān)系個數(shù)。 合并方法：將其中一個關(guān)系模式的全部屬性加入到另一個關(guān)系模式中，然后去掉其中的同義屬性（可能同名也可能不同名），并適當調(diào)整屬性的次序。,第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 7.2 需求分析 7.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 7.6 數(shù)據(jù)庫實施 7.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護 7.8 小結(jié),7.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計,什么是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計算機系統(tǒng)。 為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的過程

21、，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。,7.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計,數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計的步驟 確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) 對物理結(jié)構(gòu)進行評價，評價的重點是時間和空間效率 如果評價結(jié)果滿足原設(shè)計要求則可進入到物理實施階段，否則，就需要重新設(shè)計或修改物理結(jié)構(gòu)，有時甚至要返回邏輯設(shè)計階段修改數(shù)據(jù)模型。,物理設(shè)計過程,數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計,確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu),評價數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu),邏輯結(jié) 構(gòu)設(shè)計,數(shù)據(jù)庫 實施,物理 模型,邏輯 模型,7.5.2 關(guān)系模式存取方法選擇,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是多用戶共享的系統(tǒng)，對同一個關(guān)系要建立多條存取路徑才能滿足多用戶的多種應(yīng)用要求。 物理設(shè)計的第一個任務(wù)就是要確定選擇哪些存取方法，即建立哪些存取路徑。,關(guān)系

22、模式存取方法選擇（續(xù)）,DBMS常用存取方法 索引方法，目前主要是B+樹索引方法 聚簇（Cluster）方法 HASH方法,一、索引存取方法的選擇,選擇索引存取方法的主要內(nèi)容 根據(jù)應(yīng)用要求確定 對哪些屬性列建立索引 對哪些屬性列建立組合索引 對哪些索引要設(shè)計為唯一索引,索引存取方法的選擇（續(xù)）,選擇索引存取方法的一般規(guī)則 如果一個(或一組)屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(或這組)屬性上建立索引(或組合索引) 如果一個屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)，則考慮在這個屬性上建立索引 如果一個(或一組)屬性經(jīng)常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(或這組)屬性上建立索引,索引存取

23、方法的選擇（續(xù)）,關(guān)系上定義的索引數(shù)過多會帶來較多的額外開銷 維護索引的開銷 查找索引的開銷,建立聚簇索引,聚簇索引 建立聚簇索引后，基表中數(shù)據(jù)也需要按指定的聚簇屬性值的升序或降序存放。也即聚簇索引的索引項順序與表中元組的物理順序一致。 例： CREATE CLUSTER INDEX Stusname ON Student(Sname)； 在Student表的Sname（姓名）列上建立一個聚簇索引，而且Student表中的記錄將按照Sname值的升序存放,建立聚簇索引,在一個基本表上最多只能建立一個聚簇索引 聚簇索引的用途：對于某些類型的查詢，可以提高查詢效率 聚簇索引的適用范圍 很少對基表進行增刪操作 很少對其中的變長列進行修改操作,第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 7.2 需求分析 7.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.4