数据库设计从何入手

上一篇 / 下一篇 2006-12-22 17:30:58 / 个人分类：给爱一片天空

数据库的设计主要有四个步骤：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计。
本章的主要知识点包括：
学习要点1、数据库设计概述
学习要点2、需求分析
学习要点3、概念设计
学习要点4、逻辑设计
学习要点5、物理设计
学习要点6、数据库的实施、运行和维护

学习要点1、数据库设计概述
数据库设计：在给定的DBMS、操作系统和硬件环境下，如何表达用户的需求，并将其转换为有效的数据库结构，构成较好的数据库模式，这个过程称为数据库设计。数据库及其应用系统开发的全过程可分为两大阶段：数据库系统的分析与设计阶段；数据库系统的实施、运行与维护阶段。
数据库设计的任务：根据一个单位的信息需求、处理需求和数据库的支撑环境，设计出数据模式（包括外模式、逻辑（概念）模式和内模式）以及典型的应用程序。其中信息需求表示一个单位所需要的数据及其结构。处理需求表示一个单位需要经常进行的数据处理。前者表达了对数据库的内容及结构的要求，也就是静态要求；后者表达了基于数据库的数据处理要求，也就是动态要求。
信息需求定义所设计的数据库将要用到的所有信息，描述实体、属性、联系的性质,描述数据之间的联系。处理需求定义所设计的数据库将要进行的数据处理，描述操作的优先次序、操作执行的频率和场合，描述操作与数据之间的联系。

数据库设计有两种不同的方法：
以信息需求为主，兼顾处理需求，这种方法称为面向数据的设计方法；
以处理需求为主，兼顾信息需求，这种方法称为面向过程的设计方法。
数据库设计的3个特点：1、反复性(Iterative)
2、试探性(Tentative)
3、分步进行(Multistage) 数据库设计的步骤：数据库的设计一般分为四步：
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计（图见7－1.ppt）需求分析：
首先必须确认数据库的用户和用途。由于数据库是一个单位的模拟，数据库设计者必须对一个单位的基本情况有所了解。收集和分析这些资料的过程称为需求分析。
概念设计：
用概念数据模型，例如E-R模型，表示数据及其相互间的联系，产生反映用户信息需求和处理需求的数据库概念模式。数据库概念模式是独立于任何数据库管理系统、面向现实世界的数据模型。逻辑设计：
在逻辑设计阶段，将第二步所得到的数据库概念模式，转换成以DBMS的逻辑数据模型表示的逻辑模式。
物理设计：
根据数据库的逻辑和概念模式、DBMS及计算机系统所提供的功能和施加的限制，设计数据库文件的物理存储结构、各种存取路径。
在不同的设计阶段将形成数据库的三层模式。
1）需求分析阶段，综合用户应用需求；
2）概念设计阶段，形成独立于数据库管理系统DBMS的概念模式；
3）逻辑设计阶段，将概念模式（可用E-R图描述）转换成DBMS支持的数据模型（如关系模型），形成数据库的逻辑模式；4）据用户处理的要求和安全性的考虑，在基本表的基础上建立必要的视图，形成数据库的外模式；
5）物理设计阶段，根据DBMS的特点和处理的需要，选择存储结构，建立索引，形成数据库的内模式。数据库的设计阶段与数据库的模式结构之间的联系如图7－2.ppt所示。
学习要点2、需求分析
需求分析分为应用领域的调查、定义数据库支持的信息与应用、定义数据库操作任务、定义数据字典等几步。
应用领域的调查：
应用领域的调查分为两个阶段。
第一阶段对应用领域的组织结构、业务流程和数据流程进行调查，对现行系统的功能和所需信息有一个明确的认识；
第二阶段是在第一阶段的基础上进行应用领域的分析，抽象出应用领域的逻辑模型，把逻辑模型用数据流图来表示。
数据流图（Data Flow Diagram）：可以表示现行系统的信息流动和加工处理等详细情况，是现行系统的一种逻辑抽象表示，它独立于系统的实现。
定义操作任务：
数据库操作任务对应于最终数据库系统的事务。一个应用包括一个或多个数据库操作任务。每个数据库操作任务可属于多个应用。操作任务定义的内容如下：

学习要点3、概念设计
概念设计的任务包括两个方面：
–数据库概念模式设计:以需求分析阶段所识别的数据项为基础，使用高级数据模型建立数据库概念模式
–事务设计:考察需求分析阶段提出的数据库操作任务，形成数据库事务的高级说明应用得最广泛的是实体联系 (E－R) 模型。E－R模型除了具有上述的特点外，还可以用E-R图表示数据模式，便于理解与交流。
数据库概念设计方法主要有两种，一种是集中式设计方法，另一种是视图综合设计方法。数据库概念设计方法（1）集中式模式设计法
首先将需求说明综合成一个统一的需求说明，然后，在此基础上设计一个单位的全局数据模式，再根据全局数据模式为各个用户组或应用定义数据库逻辑设计模式。这种方法强调统一，对各用户组和应用可能照顾不够，一般用于小的、不太复杂的单位。
数据库概念设计方法（2）视图综合设计法
视图综合设计法不要求综合成一个统一的需求说明，而是以各部分的需求说明为基础，分别设计各自的局部模式。这些局部模式实际上相当于各部分的视图，然后再以这些视图为基础，集成为一个全局模式。在视图集成过程中，可能会发现一些冲突，须对视图做适当的修改。修改后的视图可以作为逻辑设计的基础。
视图设计的基本策略（1）
自顶向下
–自顶向下的视图设计先从抽象级别高、普遍的事物开始，逐步细化、具体化、特殊化。
视图设计的基本策略（2）自底向上
–自底向上的视图设计从具体的基本事物开始，逐步抽象化、普遍化。
视图设计的基本策略（3）
由内向外
–由内向外的视图设计从最基本、最核心的事物开始，逐步扩大至有关的其他事物。以学生视图为例，先表示学生的基本数据，再表示如课外活动、兴趣小组、家庭情况等有关的其他数据。
视图综合设计方法视图综合设计方法分为两步。第一步是设计局部概念模式，第二步把局部概念模式合并成一个完整的全局概念模式，即最终的概念数据库模式。
视图的集成（1）
确认视图中的对应关系和冲突
对应关系是指视图中语义都相同的概念，也就是它们的共同部分；冲突指相互之间有矛盾的概念。常见的冲突有下列4种：
（1）命名冲突
（2）概念冲突
（3）域冲突
（4）约束冲突

学习要点4、逻辑设计
数据库逻辑设计的任务是把数据库概念设计阶段产生的数据库概念模式变换为数据库逻辑模式。数据库逻辑设计依赖于逻辑数据模型和数据库管理系统。
逻辑模式的规范化和优化从E-R图转换而来的关系模式还只是逻辑模式的雏形，要成为逻辑模式，还需要进行下列几步的处理：
· 规范化；
适应DBMS限制条件的修改；
对性能、存储空间等的优化；
用DBMS提供的DDL定义逻辑模式。
数据库性能的优化
（1）减少连接运算
连接是开销较大的运算，参与连接的
关系越多开销也就越大。
（2）减小关系的大小和数据量
关系的大小对查询的速度影响很大。
学习要点5、物理设计
数据库物理设计的任务是，为每个关系模式选择合适的存储结构和存取路径。
数据库的物理设计分为如下三个步骤：
分析影响数据库物理设计的因素；
为关系模式选择存取方法；
设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。
对于数据库查询事务，我们需要得到如下信息：
要查询的关系；
查询条件（即选择条件）所涉及的属性；
连接条件所涉及的属性；
查询的投影属性。
对于数据更新事务，我们需要得到如下信息：
要更新的关系；
每个关系上的更新操作的类型；
删除和修改操作条件所涉及的属性；
修改操作要更改的属性值。
选择索引的一般步骤满足下列条件之一，不宜建立索引：
（1）很少出现在查询条件中的属性；
（2）属性值很少的属性。
（3）属性值分布严重不均的属性。
（4）经常更新的属性或表，因为更新时有关的索引需要做相应的修改；
凡符合下列条件之一，可以考虑在有关属性上建立索引：
（1）主键码和外键码上一般都建有索引，这有利于主键码唯一性检查和引用完整性约束检查；主键码和外键码通常都是连接条件中的公共属性，建立索引，可显著提高连接查询的效率。
（2）对于以读为主或只读的表，只要需要，存储空间又允许，可以多建索引；
（3）对于等值查询，如果满足条件的元组是少量的，例如小于５％，且存储空间允许，可以考虑在有关属性上建立索引。

学习要点6、数据库的实施、运行和维护
数据库的实施：
根据数据库的逻辑设计和物理设计的结果，建立实际的数据库结构、装入数据、进行测试和试运行的过程称为数据库的实施。
（1）建立实际数据库结构
（2）装入试验数据，调试应用程序
（3）装入实际数据
（4）进入试运行
数据库的运行和维护：（1）数据库的转储和恢复
（2）维持数据库的安全性与完整性
（3）监测并改善数据库性能
（4）数据库的重组和重构
（5）重组与重构的差别在于：重组并不
修改原有的逻辑模式和内模式；而重构则会部分修改原有的逻辑模式和内模式。

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