1、重點 ： 數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟、關(guān)鍵、任務(wù)、結(jié)果等概念與知識 建立E-R圖（根據(jù)具體語義） 把E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式,數(shù)據(jù)庫設(shè)計,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，對應(yīng)需要建立數(shù)據(jù)模型與功能模型。,數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法介紹 規(guī)范設(shè)計方法：運用軟件工程的思想和方法，給出了各種設(shè)計遵則和規(guī)程的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法稱為規(guī)范設(shè)計方法。,1、新奧爾良（New Orleans）法。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計分為四個階段： （1）、需求分析分析用戶需求。 （2）、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計進行信息分析和定義。 （3）、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計進行邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （4）、物理設(shè)計進行物理結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2、規(guī)范設(shè)計法。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計分為六個階段： （1

2、）、需求分析 （2）、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 （3）、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 （4）、數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計 （5）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實施 （6）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行和維護,一、數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,1、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的目標(biāo),針對具體應(yīng)用環(huán)境，建立一個合適的數(shù)據(jù)庫模式。,2、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容,數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)特性設(shè)計（邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計）,數(shù)據(jù)庫的行為特性設(shè)計（設(shè)計子模式）,數(shù)據(jù)庫的物理模式設(shè)計（存儲模式、存取方法）,3、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點,硬件、軟件、干件（技術(shù)與管理的界面）的結(jié)合。,結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)）設(shè)計和行為（處理）設(shè)計密切結(jié)合。,4、數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法,手工試湊法,規(guī)范設(shè)計法,5、數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟（階段）,數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具與CASE工具,需求分析,概念設(shè)計,

3、邏輯設(shè)計,物理設(shè)計,數(shù)據(jù)庫實施,運行與維護,二、需求分析,任務(wù)：調(diào)查處理對象，了解現(xiàn)行系統(tǒng)概況，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，明確用戶對將要建立的數(shù)據(jù)庫的信息需求和處理需求（數(shù)據(jù)需求、加工要求、完整性、一改要求、性能要求等）。 方法：分析和表達用戶需求常采用的方法自頂向下和自底向上兩類方法，其中最為實用的是自頂向下的結(jié)構(gòu)化分析（Structured Analysis，簡稱SA）方法。 結(jié)果：形成系統(tǒng)需求說明書，包括數(shù)據(jù)字典框架、數(shù)據(jù)流圖、系統(tǒng)功能框圖及其說明，它將作為數(shù)據(jù)庫設(shè)計全過程的重要依據(jù)。數(shù)據(jù)字典包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和處理過程。,三、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,任務(wù)：產(chǎn)生反映組織需求的數(shù)據(jù)庫概念模型

4、，它獨立于數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，獨立于具體的DBMS。 方法：自頂向下、自底向上、逐步擴張和混合策略。 工具：E-R圖。 步驟：數(shù)據(jù)抽象局部概念模式全局概念模式概念模式評價和改進。 結(jié)果：完成局部概念模式描述（局部E-R圖）和全局概念模式描述（全局E-R圖），提交修改后的數(shù)據(jù)清單和業(yè)務(wù)活動清單。,四、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,任務(wù)：把概念模型轉(zhuǎn)換為與選用的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型相符合的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即從概念模型導(dǎo)出特定DBMS可處理的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)（包括模式和子模式）。 步驟：將E-R圖轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型優(yōu)化設(shè)計用戶子模式。 結(jié)果：形成邏輯結(jié)構(gòu)說明書，包括應(yīng)用設(shè)計指南、物理設(shè)計指南、關(guān)系模式及子模式集合及

5、其相關(guān)說明（訪問方式、查詢路徑、處理要求、約束條件和數(shù)據(jù)傳輸量）。,E-R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換,（1）一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式 實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。 （2）一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式 與聯(lián)系相連的各個實體的碼及聯(lián)系的屬性轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，關(guān)系的碼則根據(jù)聯(lián)系類型來確定。 1：1聯(lián)系，每個實體的碼均是該關(guān)系的碼 1：n聯(lián)系， n端實體的碼是關(guān)系的碼 m：n聯(lián)系，m端實體的碼與n端實體的碼的組合構(gòu)成關(guān)系的碼 多元聯(lián)系，各實體碼的組合為關(guān)系的碼 （3）具有相同碼的關(guān)系可合并,五、物理設(shè)計,1、物理設(shè)計通常分為兩步,（1）確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)（物理設(shè)備上的存取方法和存儲結(jié)構(gòu)）

6、,（2）對物理結(jié)構(gòu)進行評價,2、常見的存取方法,索引方法（B+數(shù)索引）；聚簇（Cluster）方法；HASH方法,3、存儲結(jié)構(gòu)具體包括：關(guān)系、索引、聚簇、日志、備份等的存儲結(jié)構(gòu)；,任務(wù)：為已經(jīng)確定的邏輯結(jié)構(gòu)選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)，包括確定數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)，選擇存取方法，設(shè)計索引和入口，并進行有關(guān)安全性、完整性、一致性的設(shè)計和應(yīng)用設(shè)計。這個階段的工作與具體的DBMS密切相關(guān)。 步驟：存儲格式設(shè)計存儲方法設(shè)計訪問方法設(shè)計完整性、安全性設(shè)計應(yīng)用設(shè)計評價物理設(shè)計。 結(jié)果：形成物理設(shè)計說明書，說明書中包括存儲格式、存儲位置、訪問方法、交互界面和輸入/輸出格式說明。,六、數(shù)據(jù)庫的實施

7、,數(shù)據(jù)庫實施階段的兩項重要工作,1）數(shù)據(jù)的載入,2）應(yīng)用程序的編碼和調(diào)試,任務(wù)：根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計，在計算機上建立數(shù)據(jù)庫并完成其應(yīng)用開發(fā)，裝入數(shù)據(jù)，進行測試和試運行。另外，還要借助DBMS提供的手段設(shè)計故障恢復(fù)方案。 步驟：定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)裝載編制、試調(diào)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫試運行。 結(jié)果：初步完成實際的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。,7、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行和維護,任務(wù)：數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)，數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性控制，監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫的性能。如果需要，進行數(shù)據(jù)庫的重組和重構(gòu)，擴充數(shù)據(jù)庫的功能，改正運行時發(fā)現(xiàn)的錯誤。數(shù)據(jù)庫維護工作又分為日常維護、定期維護和故障維護幾種。 結(jié)果：開發(fā)任務(wù)基本完成，交付一個軟件系統(tǒng)和技

8、術(shù)文檔。技術(shù)文檔包括系統(tǒng)說明書、技術(shù)說明書和使用說明書。,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換,1、E-R圖簡介 E-R圖有三個基本成分： a、矩形框，用于表示實體類型； b、菱形框，用于表示聯(lián)系類型； c、橢圓型框，用于表示實體類型和聯(lián)系類型的屬性。 相應(yīng)的命名均記入個框中。對于是關(guān)鍵字的屬性，在屬性名 下畫一條橫線。實體與屬性之間，聯(lián)系和屬性之間用直線連 接；聯(lián)系類型與其實體類型之間也以直線連接，用來表示他們 之間的聯(lián)系，并在直線端部標(biāo)注聯(lián)系的類型。,兩個實體集之間的聯(lián)系類型可分為三類： （1）、一對一的聯(lián)系（1：1） 如果實體A中的每一個實例在實體B中至多有一個實例與之相關(guān)聯(lián)，則稱實體A與實體B具有

9、一對一的聯(lián)系，記為1：1。例如，部門和經(jīng)理之間的聯(lián)系（假設(shè)一個部門只有一個經(jīng)理）、工廠和廠長之間，如下圖：,1,1,1,1,（2）、一對多的聯(lián)系（1：n） 如果實體A中的每一個實例在實體B中有n個實例與之相關(guān)聯(lián)，而實體B中的每個實例在實體A中最多只有一個實例與之相關(guān)聯(lián)，則稱實體A與實體B是一對多的聯(lián)系，記為1：n。例如，班級和學(xué)生。如下圖：,1,n,（3）、多對多的聯(lián)系（m：n） 如果實體A中的每一個實例在實體B中有n個實例與之相關(guān)聯(lián)，而實體B中的每個實例在實體A中有m個實例與之相關(guān)聯(lián)，則稱實體A與實體B是一對多的聯(lián)系，記為m：n。例如，學(xué)生實體具有學(xué)號、姓名、專業(yè)、班級等屬性；教師實體有職號

10、、姓名、性別、職稱等屬性，他們之間的聯(lián)系類型為m：n，E-R圖描述如下：,n,m,以上例子是兩個實體之間的E-R圖。現(xiàn)實世界的復(fù)雜性導(dǎo)致了實體聯(lián)系的復(fù)雜性，表現(xiàn)在E-R圖上除了上面兩個實體集之間的1：1、1：n和m：n的聯(lián)系外，還有同一實體集內(nèi)部的二元聯(lián)系，三個或三個以上的實體集的多元聯(lián)系。 同一個實體集之間的聯(lián)系： 比如說職工實體集中的領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系是1：n的，而職工實體集中的婚姻聯(lián)系是1：1的，零件之間存在著m：n的組合關(guān)系。這些關(guān)系的體現(xiàn)如下圖：,職工,領(lǐng)導(dǎo),職工,婚姻,零件,組成,1,n,n,1,n,m,三個實體集之間的聯(lián)系： 一個商店允許有多位顧客，每位顧客有多位服務(wù)員為其服務(wù)，

11、一位服務(wù)員只能服務(wù)于一家商店，因此商店、顧客和服務(wù)員之間的聯(lián)系就可以用1：n：m來表示。一個廠家可以提供給多個產(chǎn)品多個零件，而每個產(chǎn)品可以使用多個廠家提供的零件，每個零件可以由不同的供應(yīng)商供給，因此可以看出廠家、產(chǎn)品和零件之間是m：n：p的多對多聯(lián)系。 這兩種關(guān)系的聯(lián)系如下圖：,n,m,1,m,n,p,2、ER模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則,ER圖中的主要成分是實體類型和聯(lián)系類型，轉(zhuǎn)換規(guī)則就是 如何把實體類型、聯(lián)系類型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。 （1）、實體類型的轉(zhuǎn)換。 將每個實體類型轉(zhuǎn)換成一個關(guān)系模式，實體的屬性即為關(guān) 系模式的屬性，實體標(biāo)識符即為關(guān)系的碼。如下圖，轉(zhuǎn)換成關(guān) 系模式為：教師（教師號，姓名，出

12、生年月）。,（2）、聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換： 、若實體間聯(lián)系是1：1，可以在兩個實體類型轉(zhuǎn)換成的兩個關(guān)系模型中任意一個關(guān)系模式的屬性中加入另一個關(guān)系模式的碼（作為外碼）和聯(lián)系類型的屬性。 、若實體間聯(lián)系是1：n，則在n端實體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模型中加入1端實體類型的碼（作為外碼）和聯(lián)系類型的屬性。 、若實體間聯(lián)系是m：n，則將聯(lián)系類型也轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為兩端實體類型的碼加上聯(lián)系類型的屬性，而其碼為兩端實體碼的組合。,例1 下面對二元聯(lián)系的1：1，1：n，m：n三種情況分別舉例。, 設(shè)教育系統(tǒng)中學(xué)校和校長有1：1的聯(lián)系，其ER圖如下，在其轉(zhuǎn)化過程中，學(xué)校和校長各為一個關(guān)系模式。,如果常用的查詢是從學(xué)

13、校查詢其校長，那么在學(xué)校模式中加入校長名和任職年月，其關(guān)系模式設(shè)計如下： 學(xué)校（校名，地址，電話，校長名，任職年月） 校長（姓名，性別，年齡，職稱） 如果常用的查詢是從校長查詢學(xué)校，那么在校長的模式中加入學(xué)校名和任職年月，其關(guān)系模式設(shè)計如下： 校長（姓名，性別，年齡，職稱，學(xué)校名，任職年月） 學(xué)校（校名，地址，電話）, 設(shè)車間與職工之間是1：n的聯(lián)系，其ER圖如下，在其轉(zhuǎn)化的過程中，先將兩個實體類型轉(zhuǎn)換成兩個關(guān)系模式，然后在職工中加入車間號和聘期兩個屬性，形成下面的關(guān)系模式： 車間（車間號，車間名，電話） 職工（工號，姓名，性別，年齡，車間號，聘期）, 設(shè)學(xué)生S和課程C之間的聯(lián)系是m：n，其E

14、R圖如下，各個屬性分別表示的含義為：S學(xué)號，SNAME學(xué)生姓名，AGE年齡，SEX性別，C課程號，CNAME課程名稱，TESCHER任課教師，GRADE成績。轉(zhuǎn)換時先將兩個實體類型轉(zhuǎn)換成兩個關(guān)系模式，然后將m：n聯(lián)系也轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為兩端實體的標(biāo)識符和聯(lián)系類型，即形成下面三個模式： S（S，SNAME，AGE，SEX） C（C，CNAME，TESCHER） SC（S，C，GRADE）,例2三元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換,不管聯(lián)系類型是何種方法，總是將三元聯(lián)系類型或 者多元聯(lián)系類型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為各實體類 型的碼加上聯(lián)系類型的屬性，而碼為各實體碼的組 合。 有三個實體：供應(yīng)商、項目和零件，其

15、中各實體的 屬性如下： 供應(yīng)商（供應(yīng)商號，姓名，城市） 項目（項目號，項目名稱，城市） 零件（零件號，零件名稱，零件顏色，零件數(shù)目）,因為一個供應(yīng)商可以供給多個項目多種零件，而每個項目可以使用多個供應(yīng)商提供的零件，每種零件可以由不同的供應(yīng)商供給，因此可以看出供應(yīng)商、項目和零件之間是m：n：p的多對多聯(lián)系，供應(yīng)的一個屬性是日期。其ER圖如下，,n,p,m,根據(jù)規(guī)則可以轉(zhuǎn)換成如下的四個關(guān)系模式： 供應(yīng)商（供應(yīng)商號，姓名，城市） 項目（項目號，項目名稱，城市） 零件（零件號，零件名稱，零件顏色，零件數(shù)目） 供應(yīng)（供應(yīng)商，號項目，號零件號，日期）,四、數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的結(jié)果不是惟一確定的。為了進一步提高數(shù)據(jù)庫 應(yīng)用系統(tǒng)的性能，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)匦薷摹⒄{(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)， 這就是數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化。具體的優(yōu)化步驟如下： 確定數(shù)據(jù)依賴。 對各個關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進行極小化處理，消除冗余聯(lián)系。 確定關(guān)系模式分別屬于第幾范式。 分析模式是否適用于應(yīng)用環(huán)境，從而確定是否要對某些模式進行分解和合