數據庫設計

目錄

• 數據庫設計概述
• 需求分析
• 概念結構設計
• 邏輯結構設計
• 物理結構設計
• 數據庫的實施和維護

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數據庫設計

1. 綜合性的技術
2. 涉及信息技術
3. 數據庫技術
4. 軟件工程技術

數據庫設計概述

數據庫設計是指對於一個給定的應用環境，構造（設計）優化的數據庫邏輯模式和物理結構，並據此創建數據庫及其應用系統使之可以有效的存儲和管理數據，知足各類用戶的應用需求，包括信息管理要求和數據操做要求。

• 信息管理要求：在數據庫中應該存儲和管理哪些數據對象； 數據操做要求：對數據對象須要進行哪些操做，如查詢、增、刪、改、統計等操做；

• 數據庫設計目標

爲用戶和各類應用系統提供一個信息基礎設施的高效率的運行環境；

• 高效率的運行環境

1. 數據庫數據的存取效率高
2. 數據庫存儲空間的利用率高
3. 數據庫系統運行管理的效率高

• 數據庫設計的特色

1. 數據庫建設的基本規律

三分技術，七分管理，十二分基礎數據

• 管理：
  數據庫建設項目管理
  企業（即應用部門）的業務管理
• 基礎數據:
  數據的收集、整理、組織和不斷更新

2. 結構（數據）設計和行爲（處理）設計相結合

將數據庫結構設計和數據處理設計密切結合

• 結構和行爲分離的設計

• 傳統的軟件工程：重行爲設計
  忽視對應用中數據語義的分析和抽象，只要有可能就儘可能推遲數據結構設計的決策
• 早期的數據庫設計：重結構設計
  致力於數據模型和數據庫建模方法的研究，忽視了行爲設計對結構設計的影響；

3. 大型數據庫的設計是涉及多學科的綜合性技術

• 要求設計人員具備如下多方面的知識和技能管理

1. 計算機的基礎知識
2. 數據庫的基本知識
3. 軟件工程的原理和方法
4. 數據庫設計的技術
5. 序設計的方法和技巧
6. 應用領域的專業知識

• 數據庫設計的基本步驟

1. 需求分析
2. 概念結構設計
3. 邏輯結構設計
4. 物理結構設計
5. 數據庫實施
6. 數據庫的運行和維護

注意：需求分析和概念設計獨立於任何數據庫管理系統 邏輯設計和物理設計與選用的數據庫管理系統密切相關

• 參加數據庫設計的人員

1. 系統分析人員和數據庫設計人員
   自始至終參與數據庫設計，其水平決定了數據庫系統的質量
2. 數據庫管理員和用戶表明
   主要參加需求分析與和數據庫的運行和維護
3. 應用開發人員
   包括程序員和操做員

• 總結

1. 設計一個完善的數據庫應用系統，每每是上述6個階段的不斷反覆，這個設計步驟既是數據庫設計的過程，也包括數據庫應用系統的設計過程
2. 把數據的設計和對數據庫中數據處理的設計緊密結合起來，兩方面的各個階段同時進行，相互參照，相互補充，以完善兩方面的設計

需求分析

是否作得充分與準確，決定了構建數據庫的速度和質量

• 需求分析就是分析用戶的要求

1. 是設計數據庫的起點
2. 結果是否準確地反映了用戶的實際要求，將直接影響到後面各個階段的設計，並影響到設計結果是否合理和實用

• 需求分析的任務

1. 詳細調查現實世界要處理的對象(組織、部門、企業等)
2. 充分了解原系統的功能工做概況
3. 明確用戶的各類需求
4. 在此基礎上肯定新系統的功能
5. 新系統必須充分考慮從此可能的擴充和改變
6. 調查的重點是「數據」和「處理」，得到用戶對數據庫的要求

• 信息要求

• 處理要求

• 安全性和完整性要求

• 肯定用戶最終需求的難點

• 解決方法：不斷深刻和用戶進行交流

• 調查用戶需求的步驟

1. 調查組織機構的狀況
2. 調查各部門的業務活動狀況
3. 協助用戶明確對新系統的各類要求
4. 肯定新系統的邊界

• 經常使用調查方法

1. 跟班做業
2. 開調查會
3. 請專人介紹
4. 詢問
5. 調查表
6. 查閱記錄

• 分析方法

1. 結構化分析方法
2. SA方法
   採用自頂向下，逐層分解的方法分析系統

• 需求分析的過程

• 數據字典

1. 數據字典是關於數據庫中數據的描述，即元數據，不是數據自己
2. 數據字典是在需求分析階段監理，在數據庫設計過程當中不斷修改、充實、完善
3. 數據字典是進行詳細的數據收集和數據分析所得到的主要結果

• 總結

1. 把需求收集和分析做爲數據庫設計的第一階段是十分重要的
2. 第一階段收集的基礎數據（用數據字典表達）是下一步進行概念設計的基礎
3. 強調兩點

• 設計人員應充分考慮到可能的擴充和改變，使設計易於更改，系統易於擴充
• 必須強調用戶的參與

概念結構設計

綜合、概括、抽象造成一個獨立於具體DBMS的概念模型，經常使用E-R圖表示

• 概念模型：將需求分析獲得的用戶需求抽象爲信息結構（即概念模型）的過程就是概念結構設計

• 概念模型的特色

1. 能真實、充分地反映現實世界
2. 易於理解
3. 易於更改
4. 易於向關係等轉換

• 描述概念模型的工具

E-R圖

• E-R模型

1. 實體之間的聯繫
   1對1
   1對多
   多對多
2. 提供了表示實體型、屬性和聯繫的方法
   實體型（矩形）屬性（橢圓形）聯繫（菱形）

E-R圖的集成

1. 合併各E-R圖，並消除衝突（屬性衝突、命名衝突、結構衝突）
2. 修改和重構

邏輯結構設計

將概念模型轉換爲某個數據庫管理系統所支持的數據模型，並對其進行優化

• 轉換內容

1. E-R圖由實體型、實體的屬性和實體型之間的聯繫三個要素組成
2. 關係模型的邏輯結構是一組關係模式的集合
3. 將E-R圖轉換爲關係模型：將實體型、實體的屬性和實體型之間的聯繫轉換爲關係模式

• 數據模型的優化

1. 數據庫邏輯設計的結果不是惟一的
2. 獲得初步數據模型後，還應該適當的修改，調整數據模型的結構
3. 關係數據模型的優化一般以規範化理論爲指導

物理結構設計

爲邏輯數據結構選取一個最適合應用環境的物理結構 包括存儲結構和存取方法

• 數據庫管理系統經常使用存取方法

1. B+樹索引存取方法的選擇
   關係上定義的索引數過多會帶來較多的額外開銷
2. HASH存取方法的選擇
   該關係大小動態改變
3. 聚簇存取方法的選擇

• 評價物理結構方法

1. 存儲空間
2. 存取時間
3. 維護代價

數據庫的實施和維護

根據邏輯設計和物理設計結果構建數據庫 編寫與調試應用程序 組織數據入庫並進行試運行

• 數據的載入

組織數據入庫是數據庫實施階段最主要的工做

• 數據裝載方法

1. 人工方法
2. 計算機輔助數據入庫

• 應用程序的調試

1. 數據庫應用程序的設計應該與數據設計並行進行
2. 組織數據入庫的同時還要調試應用程序
3. 應用程序的設計、編碼、調試的方法，須要具體學習軟件工程課程

• 數據庫的運行和維護

1. 數據庫的轉儲和恢復
2. 數據庫的安全性和完整性控制
3. 數據庫性能的監督、分析和改進
4. 數據庫的重組織與重構造

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