数据库设计

目录

• 数据库设计概述
• 需求分析
• 概念结构设计
• 逻辑结构设计
• 物理结构设计
• 数据库的实施和维护

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数据库设计

1. 综合性的技术
2. 涉及信息技术
3. 数据库技术
4. 软件工程技术

数据库设计概述

数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造（设计）优化的数据库逻辑模式和物理结构，并据此建立数据库及其应用系统使之能够有效的存储和管理数据，满足各种用户的应用需求，包括信息管理要求和数据操作要求。

• 信息管理要求：在数据库中应该存储和管理哪些数据对象； 数据操作要求：对数据对象需要进行哪些操作，如查询、增、删、改、统计等操作；

• 数据库设计目标

为用户和各种应用系统提供一个信息基础设施的高效率的运行环境；

• 高效率的运行环境

1. 数据库数据的存取效率高
2. 数据库存储空间的利用率高
3. 数据库系统运行管理的效率高

• 数据库设计的特点

1. 数据库建设的基本规律

三分技术，七分管理，十二分基础数据

• 管理：
  数据库建设项目管理
  企业（即应用部门）的业务管理
• 基础数据:
  数据的收集、整理、组织和不断更新

2. 结构（数据）设计和行为（处理）设计相结合

将数据库结构设计和数据处理设计密切结合

• 结构和行为分离的设计

• 传统的软件工程：重行为设计
  忽视对应用中数据语义的分析和抽象，只要有可能就尽量推迟数据结构设计的决策
• 早期的数据库设计：重结构设计
  致力于数据模型和数据库建模方法的研究，忽视了行为设计对结构设计的影响；

3. 大型数据库的设计是涉及多学科的综合性技术

• 要求设计人员具有以下多方面的知识和技能管理

1. 计算机的基础知识
2. 数据库的基本知识
3. 软件工程的原理和方法
4. 数据库设计的技术
5. 序设计的方法和技巧
6. 应用领域的专业知识

• 数据库设计的基本步骤

1. 需求分析
2. 概念结构设计
3. 逻辑结构设计
4. 物理结构设计
5. 数据库实施
6. 数据库的运行和维护

注意：需求分析和概念设计独立于任何数据库管理系统 逻辑设计和物理设计与选用的数据库管理系统密切相关

• 参加数据库设计的人员

1. 系统分析人员和数据库设计人员
   自始至终参与数据库设计，其水平决定了数据库系统的质量
2. 数据库管理员和用户代表
   主要参加需求分析与和数据库的运行和维护
3. 应用开发人员
   包括程序员和操作员

• 总结

1. 设计一个完善的数据库应用系统，往往是上述6个阶段的不断反复，这个设计步骤既是数据库设计的过程，也包括数据库应用系统的设计过程
2. 把数据的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来，两方面的各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完善两方面的设计

需求分析

是否做得充分与准确，决定了构建数据库的速度和质量

• 需求分析就是分析用户的要求

1. 是设计数据库的起点
2. 结果是否准确地反映了用户的实际要求，将直接影响到后面各个阶段的设计，并影响到设计结果是否合理和实用

• 需求分析的任务

1. 详细调查现实世界要处理的对象(组织、部门、企业等)
2. 充分了解原系统的功能工作概况
3. 明确用户的各种需求
4. 在此基础上确定新系统的功能
5. 新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变
6. 调查的重点是“数据”和“处理”，获得用户对数据库的要求

• 信息要求

• 处理要求

• 安全性和完整性要求

• 确定用户最终需求的难点

• 解决方法：不断深入和用户进行交流

• 调查用户需求的步骤

1. 调查组织机构的情况
2. 调查各部门的业务活动情况
3. 协助用户明确对新系统的各种要求
4. 确定新系统的边界

• 常用调查方法

1. 跟班作业
2. 开调查会
3. 请专人介绍
4. 询问
5. 调查表
6. 查阅记录

• 分析方法

1. 结构化分析方法
2. SA方法
   采用自顶向下，逐层分解的方法分析系统

• 需求分析的过程

• 数据字典

1. 数据字典是关于数据库中数据的描述，即元数据，不是数据本身
2. 数据字典是在需求分析阶段监理，在数据库设计过程中不断修改、充实、完善
3. 数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果

• 总结

1. 把需求收集和分析作为数据库设计的第一阶段是十分重要的
2. 第一阶段收集的基础数据（用数据字典表达）是下一步进行概念设计的基础
3. 强调两点

• 设计人员应充分考虑到可能的扩充和改变，使设计易于更改，系统易于扩充
• 必须强调用户的参与

概念结构设计

综合、归纳、抽象形成一个独立于具体DBMS的概念模型，常用E-R图表示

• 概念模型：将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构（即概念模型）的过程就是概念结构设计

• 概念模型的特点

1. 能真实、充分地反映现实世界
2. 易于理解
3. 易于更改
4. 易于向关系等转换

• 描述概念模型的工具

E-R图

• E-R模型

1. 实体之间的联系
   1对1
   1对多
   多对多
2. 提供了表示实体型、属性和联系的方法
   实体型（矩形）属性（椭圆形）联系（菱形）

E-R图的集成

1. 合并各E-R图，并消除冲突（属性冲突、命名冲突、结构冲突）
2. 修改和重构

逻辑结构设计

将概念模型转换为某个数据库管理系统所支持的数据模型，并对其进行优化

• 转换内容

1. E-R图由实体型、实体的属性和实体型之间的联系三个要素组成
2. 关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合
3. 将E-R图转换为关系模型：将实体型、实体的属性和实体型之间的联系转换为关系模式

• 数据模型的优化

1. 数据库逻辑设计的结果不是唯一的
2. 得到初步数据模型后，还应该适当的修改，调整数据模型的结构
3. 关系数据模型的优化通常以规范化理论为指导

物理结构设计

为逻辑数据结构选取一个最适合应用环境的物理结构 包括存储结构和存取方法

• 数据库管理系统常用存取方法

1. B+树索引存取方法的选择
   关系上定义的索引数过多会带来较多的额外开销
2. HASH存取方法的选择
   该关系大小动态改变
3. 聚簇存取方法的选择

• 评价物理结构方法

1. 存储空间
2. 存取时间
3. 维护代价

数据库的实施和维护

根据逻辑设计和物理设计结果构建数据库 编写与调试应用程序 组织数据入库并进行试运行

• 数据的载入

组织数据入库是数据库实施阶段最主要的工作

• 数据装载方法

1. 人工方法
2. 计算机辅助数据入库

• 应用程序的调试

1. 数据库应用程序的设计应该与数据设计并行进行
2. 组织数据入库的同时还要调试应用程序
3. 应用程序的设计、编码、调试的方法，需要具体学习软件工程课程

• 数据库的运行和维护

1. 数据库的转储和恢复
2. 数据库的安全性和完整性控制
3. 数据库性能的监督、分析和改进
4. 数据库的重组织与重构造

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