第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計

第六章關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計6.1設(shè)計方法概述數(shù)據(jù)庫設(shè)計定義：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)庫及應(yīng)用系統(tǒng)，使之能有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的目標(biāo)能夠滿足數(shù)據(jù)存儲需求便于最終用戶訪問具有良好的安全機制數(shù)據(jù)準(zhǔn)確并易于管理數(shù)據(jù)庫整體性能良好數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點涉及多學(xué)科的綜合技術(shù)硬件、軟件和干件的結(jié)合龐大的工程項目。三分技術(shù)，七分管理與經(jīng)驗，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計和行為設(shè)計二方面。6.2E-R方法

PeterChen于1976年提出，基本思想：首先設(shè)計一個企業(yè)模式(E-R圖)

該模式是現(xiàn)實世界的反映，與存儲組織、存取方法、效率等無關(guān)。 然后將企業(yè)模式變換為某個DBMS上的數(shù)據(jù)模式。企業(yè)模式:面向問題的、概念性的模型，與DBMS無關(guān)的高級模型。

與DBMS有關(guān)的模式稱為邏輯模式或用戶模式

E-R方法擴展

1981年M.Flavin對E-R方法進行了改進稱之為信息建模法

， 信息建模=實體（對象）+屬性+關(guān)系+父類型/子類型+關(guān)聯(lián)對象。

1988年S.Shlaer和S.Mellor發(fā)展為語義數(shù)據(jù)建模方法，有了許多面向?qū)ο蟮奶攸c。

基于ER方法的一般步驟1.需求分析2.概念設(shè)計3.邏輯設(shè)計4.物理設(shè)計5．實現(xiàn)設(shè)計需求分析

需求收集和分析1.信息要求2.處理要求3.功能要求 4

.環(huán)境特征結(jié)果：數(shù)據(jù)字典（通常包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和處理過程五個部分）需求分析（1）信息要求，用戶對即將建立的數(shù)據(jù)庫有些什么要求？保存什么信息？要從數(shù)據(jù)庫中得到什么信息？提供的數(shù)據(jù)與取得的信息是什么形式？等等。（2）處理要求，如何使用數(shù)據(jù)？對各種數(shù)據(jù)的使用頻率如何？檢索方式如何？要輸出那些表格？被存取的數(shù)據(jù)量與運行限制等。

需求分析3.功能要求，對將要建立的信息系統(tǒng)應(yīng)具有那些功能？能給組織解決那些處理問題？功能要求包括規(guī)劃的、現(xiàn)存的、人工的或自動的等各方面。 ４．環(huán)境特征，企業(yè)的規(guī)模與結(jié)構(gòu)、部門的地理分布、現(xiàn)有系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性限制以及ＤＢＭＳ與運行環(huán)境約束等。

學(xué)生學(xué)籍管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：學(xué)生含義說明：是學(xué)籍管理子系統(tǒng)的主體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義了一個學(xué)生的有關(guān)信息組成：學(xué)號，姓名，性別，年齡，所在系，年級

學(xué)生學(xué)籍管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)項：學(xué)號含義說明：唯一標(biāo)識每個學(xué)生別名：學(xué)生編號類型：字符型長度：8取值范圍：00000000至99999999取值含義：前兩位標(biāo)別該學(xué)生所在年級，后六位按順序編號

學(xué)生學(xué)籍管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流：體檢結(jié)果說明：學(xué)生參加體格檢查的最終結(jié)果數(shù)據(jù)流來源：體檢數(shù)據(jù)流去向：批準(zhǔn)組成：……學(xué)生學(xué)籍管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)存儲：學(xué)生登記表說明：記錄學(xué)生的基本情況組成：……數(shù)據(jù)量：每年3000張存取方式：隨機存取

學(xué)生學(xué)籍管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典處理過程：分配宿舍說明：為所有新生分配學(xué)生宿舍輸入：學(xué)生，宿舍，輸出：宿舍安排處理：在新生報到后，為所有新生分配學(xué)生宿舍。要求同一間宿舍只能安排同一性別的學(xué)生，同一個學(xué)生只能安排在一個宿舍中。每個學(xué)生的居住面積不小于3平方米。安排新生宿舍其處理時間應(yīng)不超過15分鐘。

概念設(shè)計對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型。結(jié)果：E-R圖概念設(shè)計常用方法：

（1）自底向上：首先根據(jù)需求分析的結(jié)果設(shè)計各個局部E-R圖；然后集成并優(yōu)化局部視圖。

（2）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)。

畫E-R圖的基本步驟：（1）確定實體類型；（2）確定聯(lián)系類型；（3）畫出E-R圖；（4）確定屬性；集成局部E-R圖集成時注意三類沖突：屬性沖突

(1)屬性域沖突，即屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同。(2)屬性取值單位沖突。命名沖突(1)同名異義。(2)異名同義（一義多名）。

集成局部E-R圖結(jié)構(gòu)沖突

(1)同一對象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象。（實體/屬性）(2)同一實體在不同局部視圖中所包含的屬性不完全相同。(3)實體之間的聯(lián)系在不同局部視圖中呈現(xiàn)不同的類型。

優(yōu)化：消除冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系P166教學(xué)管理

E-R圖學(xué)生學(xué)籍管理局部E-R圖課程管理局部E-R圖學(xué)生管理集成E-R圖邏輯設(shè)計將概念設(shè)計轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型P169例5.9-例5.11E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的原則：

（1）

一個實體集轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。

（2）一個m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。（3）一個1:n聯(lián)系可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并（1的關(guān)鍵字放入N的關(guān)系中）。（4）

一個1:1聯(lián)系可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。（5）

三個或三個以上實體間的多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式

（6）

同一實體集間的聯(lián)系（自聯(lián)系），可按上述1:1、1:n和m:n三種情況分別處理。

邏輯設(shè)計—關(guān)系模型的優(yōu)化確定數(shù)據(jù)依賴。對于各個關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。對關(guān)系模式進行分析，確定各關(guān)系模式分別屬于第幾范式?？疾槭欠翊嬖诓糠忠蕾?、傳遞依賴、多值依賴等，對關(guān)系模式進行必要的分解。按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，分析得到的模式是否合適，確定是否需要對它們進行合并或分解。物理設(shè)計為邏輯數(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)。確定數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的內(nèi)容1.確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)2.設(shè)計數(shù)據(jù)的存取路徑3.確定數(shù)據(jù)的存放位置4.確定系統(tǒng)配置1.確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)確定數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)時要綜合考慮存取時間、存儲空間利用率和維護代價三方面的因素許多DBMS提供聚簇功能，提高某個屬性或?qū)傩越M的查詢速度確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)（續(xù)）聚簇以后可以節(jié)省存儲空間聚簇功能適用于多個關(guān)聯(lián)關(guān)系聚簇只能提高某些特定應(yīng)用的性能，而且建立和維護聚簇的開銷是很大的2.設(shè)計數(shù)據(jù)的存取路徑在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，選擇存取路徑主要是指確定如何建立索引3.確定數(shù)據(jù)的存放位置影響數(shù)據(jù)存放位置和存儲結(jié)構(gòu)的因素：硬件環(huán)境應(yīng)用需求存取時間存儲空間利用率維護代價確定數(shù)據(jù)的存放位置（續(xù)）

基本原則根據(jù)應(yīng)用情況將易變部分與穩(wěn)定部分分開存放存取頻率較高部分與存取頻率較低部分分開存放以提高系統(tǒng)性能確定數(shù)據(jù)的存放位置（續(xù)）例：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)備份、日志文件備份等由于只在故障恢復(fù)時才使用，而且數(shù)據(jù)量很大，可以考慮存放在磁帶上。如果計算機有多個磁盤，將表和索引分別放在不同的磁盤上，在查詢時，由于兩個磁盤驅(qū)動器分別在工作，因而可以保證物理讀寫速度比較快?？梢詫⑷罩疚募c數(shù)據(jù)庫對象（表、索引等）放在不同的磁盤以改進系統(tǒng)的性能。4.確定系統(tǒng)配置DBMS產(chǎn)品一般都提供了一些存儲分配參數(shù)

同時使用數(shù)據(jù)庫的用戶數(shù)同時打開的數(shù)據(jù)庫對象數(shù)使用的緩沖區(qū)大小、個數(shù)時間片大小數(shù)據(jù)庫的大小裝填因子等等-----缺省值問題確定系統(tǒng)配置（續(xù)）系統(tǒng)為這些變量賦予了缺省值。但是這些值不一定適合每一種應(yīng)用環(huán)境，在進行物理設(shè)計時，需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境確定這些參數(shù)值，以使系統(tǒng)性能最優(yōu)。

在物理設(shè)計時對系統(tǒng)配置變量的調(diào)整只是初步的，在系統(tǒng)運行時還要根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況做進一步的調(diào)整，以切實改進系統(tǒng)性能。5.實現(xiàn)設(shè)計

運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言（例如SQL）、開發(fā)工具，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)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進行試運行。數(shù)據(jù)庫實施定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)裝載

數(shù)據(jù)庫試運行數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計數(shù)據(jù)庫運行和維護物理模型編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)new一、定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

確定了數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)后，用DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（SQL）來嚴(yán)格描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（續(xù)）例:定義表結(jié)構(gòu)：CREATETABLE學(xué)生

(學(xué)號CHAR(8),

……………);

定義視圖：

CREATEVIEW.... (…………… );定義索引：

CREATEINDEX

……………定義聚族：

CREATECLUSTER……………

二、數(shù)據(jù)裝載組織數(shù)據(jù)入庫是數(shù)據(jù)庫實施階段最主要的工作。數(shù)據(jù)裝載方法人工方法計算機輔助數(shù)據(jù)入庫數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）人工方法步驟（小型系統(tǒng)）：1)篩選數(shù)據(jù)。需要裝入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通常都分散在各個部門的數(shù)據(jù)文件或原始憑證中，所以首先必須把需要入庫的數(shù)據(jù)篩選出來。2)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式。篩選出來的需要入庫的數(shù)據(jù)，其格式往往不符合數(shù)據(jù)庫要求，進行轉(zhuǎn)換。

3)輸入數(shù)據(jù)。將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)輸入計算機中。

4)校驗數(shù)據(jù)。檢查輸入的數(shù)據(jù)是否有誤。數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）

計算機輔助數(shù)據(jù)入庫步驟（適用于中大型系統(tǒng),數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)）：1)篩選數(shù)據(jù)：各個部門的數(shù)據(jù)文件2)輸入數(shù)據(jù)：由輸入子系統(tǒng)將原始數(shù)據(jù)通過界面輸入。3)校驗數(shù)據(jù)。采用多種檢驗技術(shù)檢查輸入數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）4)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的要求，從已經(jīng)輸入的數(shù)據(jù)中抽取有用成分，對其進行分類，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式。抽取、分類和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)的主要工作，也是其復(fù)雜性所在。5)綜合數(shù)據(jù)。對轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的要求進一步綜合成最終數(shù)據(jù)。三、編制與調(diào)試應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計與數(shù)據(jù)庫設(shè)計并行,編制與調(diào)試數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序。調(diào)試應(yīng)用程序時由于數(shù)據(jù)入庫尚未完成，可先使用模擬數(shù)據(jù)。四、數(shù)據(jù)庫試運行數(shù)據(jù)庫試運行（聯(lián)合調(diào)試）的主要工作：1）功能測試：實際運行應(yīng)用程序，執(zhí)行對數(shù)據(jù)庫的各種操作，測試應(yīng)用程序的各種功能。2）性能測試：測量系統(tǒng)的性能指標(biāo)，分析是否符合設(shè)計目標(biāo)。3）壓力測試：多人同時登錄或模擬登錄.數(shù)據(jù)庫試運行（續(xù)）如果數(shù)據(jù)庫試運行結(jié)果不符合設(shè)計目標(biāo)，則需要返回物理設(shè)計階段，調(diào)整物理結(jié)構(gòu)，修改參數(shù)；有時甚至需要返回邏輯