數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫行為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)數(shù)課件

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述2數(shù)據(jù)庫需求分析3數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4數(shù)據(jù)庫行為設(shè)計(jì)5數(shù)據(jù)庫實(shí)施1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法概述1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟

1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)（1）綜合性

涉及面廣，需包含計(jì)算機(jī)專業(yè)知識及業(yè)務(wù)系統(tǒng)專業(yè)知識；要解決技術(shù)及非技術(shù)兩方面的問題；（2）靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動態(tài)行為設(shè)計(jì)是分離的

靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指數(shù)據(jù)庫的模式框架設(shè)計(jì)（包括語義結(jié)構(gòu)（概念）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（邏輯）、存儲結(jié)構(gòu)（物理））；動態(tài)行為設(shè)計(jì)是指應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（動作操縱：功能組織、流程控制）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在模式或外模式中定義。數(shù)據(jù)庫的行為設(shè)計(jì)在存取數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。程序和數(shù)據(jù)不易結(jié)合。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和行為設(shè)計(jì)是分離進(jìn)行的。

1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法概述

新奧爾良（NewOrleans）方法

需求說明需求分析概念結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法從本質(zhì)上看仍然是手工設(shè)計(jì)方法，其基本思想是過程迭代和逐步求精。

1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟需求分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)施數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)全過程

運(yùn)行和維護(hù)需求分析數(shù)據(jù)分析功能分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加載數(shù)據(jù)功能設(shè)計(jì)事務(wù)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)調(diào)試運(yùn)行2數(shù)據(jù)庫需求分析2.1需求分析的任務(wù)2.2需求調(diào)查2.1需求分析的任務(wù)需求分析階段的主要任務(wù)是對現(xiàn)實(shí)世界要處理的對象（公司，部門，企業(yè)）進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，在了解現(xiàn)行系統(tǒng)的概況、確定新系統(tǒng)功能的過程中，收集支持系統(tǒng)目標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其處理方法。需求分析是在用戶調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過分析，逐步明確用戶對系統(tǒng)的需求，包括數(shù)據(jù)需求和圍繞這些數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)處理需求。

2.2需求調(diào)查用戶調(diào)查的重點(diǎn)是“數(shù)據(jù)”和“處理”。信息需求定義未來數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用到的所有信息，明確用戶將向數(shù)據(jù)庫中輸入什么樣的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中要求獲得哪些內(nèi)容，將要輸出哪些信息。同時(shí)還要描述數(shù)據(jù)間的聯(lián)系等。處理需求定義了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的操作功能，描述操作的優(yōu)先次序，包括操作的執(zhí)行頻率和場合，操作與數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。處理需求還要明確用戶要完成哪些處理功能，每種處理的執(zhí)行頻度，用戶需求的響應(yīng)時(shí)間以及處理的方式，比如是聯(lián)機(jī)處理還是批處理，等等。安全性與完整性要求描述了系統(tǒng)中不同用戶對數(shù)據(jù)庫的使用和操作情況，完整性要求描述了數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及數(shù)據(jù)的取值范圍要求。

數(shù)據(jù)處理流圖

數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)輸出處理在需求分析中，通過自頂向下、逐步分解的方法分析系統(tǒng)。任何一個(gè)系統(tǒng)都可以抽象為數(shù)據(jù)流圖的形式。

3數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分類

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為：數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫行為設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)。行為設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的功能組織和流程控制。

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程邏輯映象綜合與抽象…應(yīng)用需求1應(yīng)用需求2應(yīng)用需求n概念設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)外模式1外模式2外模式m內(nèi)模式表示轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含內(nèi)容概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：形成DB概念模式，用語義層模型描述，如E－R圖。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：形成DB邏輯模式與外模式，用結(jié)構(gòu)層模型描述，例基本表、視圖等。物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：形成DB內(nèi)模式，用文件級術(shù)語描述。例DB文件或目錄、索引。3.1概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是產(chǎn)生反映企業(yè)組織信息需求的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)，即概念模型。概念模型的特點(diǎn)

有豐富的語義表達(dá)能力。

易于交流和理解。

易于更改。易于向各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換，易于導(dǎo)出與DBMS有關(guān)的邏輯模型。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略

自底向上。先定義局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后按一定的規(guī)則把它們集成起來，從而得到全局概念模型。自頂向下：先定義全局概念模型，然后再逐步細(xì)化。由里向外：先定義最重要的核心結(jié)構(gòu)，然后再逐步向外擴(kuò)展。混合策略。將自頂向下和自底向上結(jié)合起來使用。

采用E-R模型方法的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)局部E-R模型E-R模型的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括確定局部E-R模型的范圍、定義實(shí)體、聯(lián)系以及它們的屬性。設(shè)計(jì)全局E-R模型將所有局部E-R圖集成為一個(gè)全局E-R圖，即全局E-R模型。優(yōu)化全局E-R模型設(shè)計(jì)局部E-R模型

概念結(jié)構(gòu)是對現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象。所謂抽象是對實(shí)際的人、物、事和概念進(jìn)行人為處理，抽取所關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)細(xì)節(jié)，并把這些特性用各種概念準(zhǔn)確的加以描述。一般有三種抽象方法：

分類概括聚集分類（1）在相似的個(gè)體之間提取共性，建立“類”的概念（集合）。個(gè)體與個(gè)體之間：具有相似的狀態(tài)與行為，有相同的描述結(jié)構(gòu)，相互用主碼值區(qū)分。個(gè)體與類之間：個(gè)體Isamemberof類（子類有且僅有一個(gè)超類）。學(xué)生張三李四王五…classIsamemberof概括學(xué)生本科生研究生超類子類Isasubsetof聚集學(xué)生…實(shí)體型屬性學(xué)號姓名性別Isapartof設(shè)計(jì)全局E-R模型

將局部E-R圖集成為全局E-R圖；需消除各分E-R圖合并時(shí)產(chǎn)生的沖突；解決沖突是合并E-R圖的主要工作和關(guān)鍵所在。沖突主要有三類：屬性沖突：屬性域沖突、屬性取值單位沖突命名沖突：同名異義和異名同義

結(jié)構(gòu)沖突：同一對象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象、同一實(shí)體在不同的局部E-R圖中所包含的屬性個(gè)數(shù)和屬性的排列次序不完全相同。

優(yōu)化全局E-R模型

實(shí)體個(gè)數(shù)盡可能少；實(shí)體所包含的屬性盡可能少；實(shí)體間聯(lián)系無冗余。局部E-R圖nm產(chǎn)品產(chǎn)品號性能參數(shù)零件零件號價(jià)格組成零件個(gè)數(shù)nm材料材料號材料類型產(chǎn)品零件號規(guī)格使用使用量庫存量合并示例nnm產(chǎn)品產(chǎn)品號性能參數(shù)零件零件號規(guī)格組成零件個(gè)數(shù)價(jià)格使用使用量材料號材料類型庫存量材料3.2邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

把概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)好的基本E-R模型轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型，也就是導(dǎo)出特定的DBMS可以處理的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)庫的模式和外模式），這些模式在功能、性能、完整性和一致性約束方面滿足應(yīng)用要求。步驟：將概念模型轉(zhuǎn)換為某種組織層數(shù)據(jù)模型；對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換

一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。實(shí)體的屬性就是關(guān)系的屬性，實(shí)體的標(biāo)識符就是關(guān)系的碼。對于實(shí)體間的聯(lián)系有以下不同的情況：一個(gè)1：1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與任意一端所對應(yīng)的關(guān)系模式合并。一個(gè)1：n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與n端所對應(yīng)的關(guān)系模式合并。一個(gè)m：n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。

三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。

具有相同碼的關(guān)系模式可以合并。

1:1轉(zhuǎn)換示例部門表（部門號，部門名，經(jīng)理號）經(jīng)理表（經(jīng)理號，經(jīng)理名，電話）或者：部門表（部門號，部門名）經(jīng)理表（經(jīng)理號，部門號，經(jīng)理名，電話）11經(jīng)理部門管理部門名部門號經(jīng)理號經(jīng)理名電話1:n轉(zhuǎn)換示例部門表（部門號，部門名）職工表（職工號，部門號，職工名，工資）

n1職工部門工作部門名部門號職工號職工名工資m:n轉(zhuǎn)換示例教師表（教師號，教師名，職稱）課程表（課程號，課程名，學(xué)分）授課表（教師號，課程號，授課時(shí)數(shù)）nm課程教師授課教師名教師號課程號課程名學(xué)分職稱授課時(shí)數(shù)

數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化

關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化通常以規(guī)范化理論為指導(dǎo)，并考慮系統(tǒng)的性能。具體方法為：確定各屬性間的數(shù)據(jù)依賴。消除冗余的聯(lián)系。確定最合適的范式。確定是否要對某些模式進(jìn)行分解或合并。對關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解，以提高數(shù)據(jù)的操作效率和存儲空間的利用率。

水平分解以時(shí)間、空間、類型等范疇屬性取值為條件，滿足相同條件的數(shù)據(jù)行為一個(gè)子表。分解的依據(jù)一般以范疇屬性取值范圍劃分?jǐn)?shù)據(jù)行。這樣在操作同表數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)空范圍相對集中，便于管理。

K#A1…AmK#A1…AmK#A1…Am垂直分解以非主屬性所描述的應(yīng)用對象生命歷程的先后為條件，對應(yīng)相同歷程的屬性為一個(gè)子表。分解的依據(jù)是將非主屬性按其數(shù)據(jù)生成的時(shí)間段劃分，描述相同時(shí)間段的屬性劃分在一個(gè)組中。使操作同表數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)空范圍相對集中，便于管理。K#A11…A1mA21…A2nK#A11…A1mK#A21…A2n

設(shè)計(jì)外模式

將概念模型轉(zhuǎn)換為邏輯數(shù)據(jù)模型之后，還應(yīng)該根據(jù)局部應(yīng)用需求，并結(jié)合具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)用戶的外模式。外模式概念對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的視圖概念，設(shè)計(jì)外模式是為了更好地滿足局部用戶的需求。定義數(shù)據(jù)庫的模式主要是從系統(tǒng)的時(shí)間效率、空間效率、易維護(hù)等角度出發(fā)。定義外模式考慮事項(xiàng)使用更符合用戶習(xí)慣的別名。對不同級別的用戶定義不同的視圖，以保證數(shù)據(jù)的安全。簡化用戶對系統(tǒng)的使用。

3.3物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對已確定的邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用DBMS提供的方法、技術(shù)，以較優(yōu)的存儲結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存取路徑、合理的數(shù)據(jù)存儲位置以及存儲分配，設(shè)計(jì)出一個(gè)高效的、可實(shí)現(xiàn)的物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)通常分為兩步：確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)；對物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)間和空間效率的評價(jià)。物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法

對于數(shù)據(jù)查詢，需要得到如下信息：查詢所涉及的關(guān)系；查詢條件所涉及的屬性；連接條件所涉及的屬性；查詢列表中涉及的屬性。對于更新數(shù)據(jù)的事務(wù)，需要得到如下信息：更新所涉及的關(guān)系；每個(gè)關(guān)系上的更新條件所涉及的屬性；更新操作所涉及的屬性。確定存取方法

一般用戶可以通過建立索引的方法來加快數(shù)據(jù)的查詢效率。建立索引的一般原則為：在經(jīng)常作為查詢條件的屬性上建立索引。在經(jīng)常作為連接條件的屬性上建立索引。在經(jīng)常作為分組依據(jù)列的屬性上建立索引。對經(jīng)常進(jìn)行連接操作的表可以建立索引。一個(gè)表可以建立多個(gè)索引，但只能建立一個(gè)聚簇索引。

確定存儲結(jié)構(gòu)一般的存儲方式有：順序存儲散列存儲聚簇存儲一般情況下系統(tǒng)都會為數(shù)據(jù)選擇一種最合適的存儲方式。

物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的評價(jià)

評價(jià)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法完全依賴于具體的DBMS，主要考慮的是操作開銷，即為使用戶獲得及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)所需的開銷和計(jì)算機(jī)的資源的開銷。具體可分為如下幾類：查詢和響應(yīng)時(shí)間更新事務(wù)的開銷生成報(bào)告的開銷主存儲空間的開銷輔助存儲空間的開銷

4數(shù)據(jù)庫行為設(shè)計(jì)

4.1功能需求分析4.2功能設(shè)計(jì)4.3事務(wù)設(shè)計(jì)4.1功能需求分析在進(jìn)行需求分析時(shí)，實(shí)際上進(jìn)行了兩項(xiàng)工作:“數(shù)據(jù)流”的調(diào)查分析，“事務(wù)處理”過程的調(diào)查分析。數(shù)據(jù)流的調(diào)查分析為數(shù)據(jù)庫的信息結(jié)構(gòu)提供了最原始的依據(jù)，事務(wù)處理的調(diào)查分析是行為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

對行為特性要進(jìn)行的分析標(biāo)識所有的查詢、報(bào)表、事務(wù)及動態(tài)特性，指出對數(shù)據(jù)庫所要進(jìn)行的各種處理；指出對每個(gè)實(shí)體所進(jìn)行的操作（增、刪、改、查）；給出每個(gè)操作的語義，包括結(jié)構(gòu)約束和操作約束；給出每個(gè)操作（針對某一對象）的頻率；給出每個(gè)操作（針對某一應(yīng)用）的響應(yīng)時(shí)間；給出該系統(tǒng)總的目標(biāo)。示例教師退休行為的操作特征為：該教師沒有未教授完的課程。刪除此教師記錄。此教師記錄不再在當(dāng)前教師表中。

4.2功能設(shè)計(jì)

¨¨目標(biāo)功能2功能n功能1功能22功能23功能21系統(tǒng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是通過系統(tǒng)的各功能模塊來達(dá)到的。由于每個(gè)系統(tǒng)功能又可以劃分為若干個(gè)更具體的功能模塊，因此，可以從目標(biāo)開始，一層一層分解下去，直到每個(gè)子功能模塊只執(zhí)行一個(gè)具體的任務(wù)。例：“學(xué)籍管理”的功能結(jié)構(gòu)圖

學(xué)籍管理錄取分班入學(xué)報(bào)到…錄入修改查詢修課管理4.3事務(wù)設(shè)計(jì)

事務(wù)處理是計(jì)算機(jī)模擬人處理事務(wù)的過程，包括：輸入設(shè)計(jì)輸出設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)等等

輸入設(shè)計(jì)

原始單據(jù)的設(shè)計(jì)格式制成輸入一覽表制作輸入數(shù)據(jù)描述文檔輸出設(shè)計(jì)用途。區(qū)分輸出結(jié)果是給客戶的還是用于內(nèi)部或報(bào)送上級領(lǐng)導(dǎo)的。輸出設(shè)備的選擇。是僅僅顯示出來，還是要打印出來或需要永久保存。輸出量。輸出格式。5數(shù)據(jù)庫實(shí)施加載數(shù)據(jù)調(diào)試和運(yùn)行應(yīng)用程序加載數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一般數(shù)據(jù)量都很大，各應(yīng)用環(huán)境差異也很大。為了保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)正確、無誤，必須十分重視數(shù)據(jù)的校驗(yàn)工作。在將數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，應(yīng)該進(jìn)行多次的校驗(yàn)。

對于重要的數(shù)據(jù)的校驗(yàn)更應(yīng)該反復(fù)多次，確認(rèn)無誤后再進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中。

調(diào)試和運(yùn)行應(yīng)用程序在有一部分?jǐn)?shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)庫之后，就可以開始對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試了，這個(gè)過程又稱為數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行。這一階段要實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，執(zhí)行對數(shù)據(jù)庫的各種操作，測試應(yīng)用程序的功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。如果不滿足，則要對應(yīng)用程序進(jìn)行修改、調(diào)整，直到