1、現(xiàn)在，幾乎所有的機關(guān)、企事業(yè)單位和公司都用到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的越來越廣泛，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在整個社會中的作用也越來越重要。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫是最基本、最重要的部分。數(shù)據(jù)庫性能的高低，決定了整個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能。一個好的數(shù)據(jù)庫需要通過嚴(yán)格的設(shè)計，才能滿足各方面對數(shù)據(jù)的需要。 本章主要介紹數(shù)據(jù)庫的設(shè)計的概念以及方法。,第4章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 4.2 需求分析 4.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.6 數(shù)據(jù)庫實施、運行和維護,第4章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,數(shù)據(jù)庫設(shè)計（Database Design）是建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系 統(tǒng)的技術(shù)，是信息系統(tǒng)開發(fā)

2、和建設(shè)中的核心技術(shù)。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)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。,4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,4.1.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計特點 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(zhǔn)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。 1. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)該具備的技術(shù)和知識 要設(shè)計一個性能優(yōu)良的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)該具備的技術(shù)和知識包

3、括： 1) 數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù)。 2) 計算機科學(xué)的基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計的方法和技巧。 3) 軟件工程的原理和方法。 4) 應(yīng)用領(lǐng)域的知識。,4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,2. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法 數(shù)據(jù)庫設(shè)計有兩種不同的方法： 1) 以信息需求為主，兼顧處理需求，這種方法稱為面向數(shù)據(jù)的設(shè)計方法。 2) 以處理需求為主，兼顧信息需求，這種方法稱為面向過程的設(shè)計方法。 3. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的3個特點： (1) 反復(fù)性（Iterative） (2) 試探性（Tentative） (3) 分步進行（Multistage）,4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,4. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的評定 (1) 好的數(shù)

4、據(jù)庫特征 一般一個好的數(shù)據(jù)庫應(yīng)該滿足以下特征： 1) 便于檢索所需要的數(shù)據(jù)。 2) 具有較高的完整性、數(shù)據(jù)更新的一致性。 3) 使系統(tǒng)具有盡可能良好的性能。 (2) 不好的數(shù)據(jù)庫特征 有一些具體的特征可以幫助用戶判斷什么是設(shè)計得不好的數(shù)據(jù)庫。 1) 需要多次輸入相同的數(shù)據(jù)，或需要輸入多余的數(shù)據(jù)。 2) 返回不正確的查詢結(jié)果。 3) 數(shù)據(jù)之間的關(guān)系難以確定。 4) 表或列的名稱不明確。,4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,4.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)也是一項軟件工程，稱為數(shù)據(jù)庫工程，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)也有生存期的概念。按照規(guī)范化設(shè)置的方法，考慮數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)全過程，通常將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分

5、為以下六個階段： 1) 需求分析階段。 2) 概念設(shè)計階段。 3) 邏輯設(shè)計階段。 4) 物理設(shè)計階段。 5) 實現(xiàn)階段。 6) 運行維護階段。,4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,4.2.1 需求分析的任務(wù) 需求分析就是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員，通過仔細(xì)地調(diào)查和向用戶詳細(xì)地咨詢，掌握用戶的需求，理解用戶的需求。讓用戶解釋其需求，而不是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員自己憑空設(shè)計需求。隨著開發(fā)的進行，還需要經(jīng)常與用戶溝通，交流意見，以保證其需求仍然在開發(fā)的目的之中。了解用戶業(yè)務(wù)需求可以在以后的開發(fā)階段節(jié)約大量的時間，少走彎路。同時還應(yīng)該重視輸入輸出，增強應(yīng)用程序的可讀性。,4.2 需求分析,4.2.2 需求分析的方法 在進行需求分析

6、，首先是調(diào)查用戶的實際要求，與用戶達成共識。然后再進行實際調(diào)查。調(diào)查用戶的機構(gòu)情況、人員情況，業(yè)務(wù)情況等等，確定系統(tǒng)的任務(wù)。在進行需求調(diào)查時，可以畫出數(shù)據(jù)流圖（也就是用戶業(yè)務(wù)流程圖），進一步明確系統(tǒng)的邊界。,4.2 需求分析,4.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù) 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計就是將需求分析得到的信息，抽象化為概念模型。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該能真實、充分地反映現(xiàn)實世界，包括事物和事物之間的聯(lián)系，能滿足用戶對數(shù)據(jù)的處理要求。同時還有易于理解、易于更改，易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。 描述概念模型的有力工具就是E-R圖，即用實體聯(lián)系方法對具體數(shù)據(jù)進行抽象加工，將實體集合抽象成類型，用實體間聯(lián)系的類型

7、反映現(xiàn)實世界事物間的內(nèi)在聯(lián)系。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)其實就是繪制數(shù)據(jù)庫的E-R圖。,4.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,4.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法 1. 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的四類方法 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計通常有四類方法： 1) 自頂向下。即先定義全局概念結(jié)構(gòu)再逐步細(xì)化。 2) 自底向上。即先定義各局部概念結(jié)構(gòu)再逐步整和，是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計最常用的方法。 3) 逐步擴張。即先定義核心概念結(jié)構(gòu)再逐步擴展。 4) 混合策略。即綜合自頂向下和自底向上方法設(shè)計。 2. 自底向上方式設(shè)計的步驟 用戶通常采用自底向上方式設(shè)計概念結(jié)構(gòu)，即采用自底向上方式設(shè)計E-R圖。自底向上概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要步驟，可以分為三步完成： 1) 進行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)

8、計局部概念模式。 2) 將局部概念模式，綜合成全局概念模式。 3) 評審，分析。,4.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,4.3.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計分為三步完成，分別是： 1. 設(shè)計局部概念模式 局部設(shè)計概念模式，即設(shè)計局部E-R圖的任務(wù)是根據(jù)需求分 析階段產(chǎn)生的各個部門的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典中相關(guān)數(shù)據(jù)， 設(shè)計出各項應(yīng)用的局部E-R圖。 2. 綜合成全局概念 全局設(shè)計概念模式，即將局部E-R圖根據(jù)聯(lián)系，綜合成一個完整的全局E-R圖。 3. 評審 將局部E-R圖根據(jù)聯(lián)系，綜合成一個完整的全局E-R圖，還需要評審。,4.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,4.4.1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)就是把概念結(jié)

9、構(gòu)設(shè)計好的基本E-R圖轉(zhuǎn)換為與指定DBMS產(chǎn)品所支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu)。 從理論上講，設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)應(yīng)該選擇最適用與相應(yīng)概念結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，然后對支持這種數(shù)據(jù)模型的各種DBMS進行比較，從中選出最合適的DBMS。但實際情況往往是用戶已經(jīng)指定好了DBMS，而且現(xiàn)在的DBMS一般都是RDBMS，所以數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員沒有什么選擇余地。數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員只有按照用戶指定的RDBMS，將概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的E-R圖轉(zhuǎn)換為符合RDBMS的關(guān)系模型。,4.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,4.4.2 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計一般分為兩和步驟： 1) 首先將概念結(jié)構(gòu)（即E-R圖）轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型。由于現(xiàn)在常

10、用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是基于關(guān)系模型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，所以只需要將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型，但一定要在用戶指定的RDBMS支持下的數(shù)據(jù)模型進行轉(zhuǎn)換。 2) 然后對數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化。,4.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,4.5.1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù) 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：選擇存儲結(jié)構(gòu)、確定存取方法、選擇存取路徑、確定數(shù)據(jù)的存放位置。主要解決選擇文件存儲結(jié)構(gòu)和確定文件存取方法的問題。在數(shù)據(jù)庫中訪問數(shù)據(jù)的路徑主要表現(xiàn)為如何建立索引。如要直接定位到所要查找的記錄，應(yīng)采用索引方法存取方法（索引表）。順序表只能從起點進去向后一個個訪問記錄。數(shù)據(jù)庫的物理實現(xiàn)取決于特定的DBMS，在規(guī)劃存儲結(jié)構(gòu)時主要應(yīng)考慮存取時間和存儲空間，這兩者通常是互相矛盾的，要根據(jù)實際情況決定。,4.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計,4.5.2 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計通常分為兩步： 1) 確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)（存儲結(jié)構(gòu)、存取方法）。 2) 對物理結(jié)構(gòu)進行評價（時間、空間）。,4.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計,4.6.1 數(shù)據(jù)庫實施 對數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計初步評價完成后就可以開始實施建立數(shù)據(jù)庫了。數(shù)據(jù)庫