第五章-数据库设计

Hoki_Lin
556 阅读10分钟

第五章-数据库设计

1.概念

数据库设计(Database Design)是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）。在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。

graph TB
A[数据库设计]-->B(需求分析)
A-->C(概念结构设计)
A-->D(逻辑结构设计)
A-->E(物理结构设计)
A-->F(数据库的实施)
A-->G(数据库的运行和维护)

需求分析阶段

需求分析是数据库设计的第一步，也是整个设计过程的基础，本阶段的主要任务是对现实世界要处理的对象（公司、部门及企业）进行详细调查，在了解现行系统的概况、确定新系统功能的过程中，收集支持系统目标的基础数据及其处理方法。

需求分析是在用户调查的基础上，通过分析，逐步明确用户对系统的需求，包括数据需求和围绕这些数据的业务处理需求。

概念结构设计阶段

概念结构设计阶段是整个数据库设计的关键，通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体 DBMS 的概念模型。

逻辑结构设计阶段

逻辑结构设计阶段将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，并将其性能进行优化。

数据库逻辑设计中进行模型转换时， 首先将概念模型转换为与特定的 DBMS无关的，但为一般的关系模型、网状模型或层次模型所表示的一般模 型,然后将一般模型转换为特定DBMS支持的逻辑模型;

物理结构设计阶段

利用数据库管理系统提供的方法和技术，对已经确定的数据逻辑结构，以较优的存储结构、数据存取路径、合理的数据存储位置及存储分配，设计出一个高效的、可实现的物理存储结构。

比如: “为哪些表，在哪些字段上， 建立什么样的索引” 这一设计内容就属于数据库物理设计阶段;

数据库实施阶段

在数据库实施阶段运用 DBMS 提供的数据语言（如 SQL）及宿主语言（如 C），根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。

数据库运行与维护阶段

数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行，在运行过程中需要不断对其进行调整、修改与完善。

2.E-R图

在数据库的概念设计中，最常用的数据模型是实体联系模型;

E-R 图是数据库设计的工具之一，它适用于建立数据库的概念模型;

在数据库设计中，用E-R图来描述信息结构但不涉及信息在计算机中的表示，它是数据库设计的概念设计阶段。

在关系数据库设计中，设计关系模式是逻辑设计阶段的任务;

E-R图中的主要元素是实体型、联系和属性;

3.从E-R模型向关系模型转换时，一个M:N联系转换为关系模式时，该关系模式的关键字为

M端实体和N端实体的关键字组合

从E-R图向关系模型的转换所遵循的转换原则是：一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的关键字就是关系的关键字；一个联系转换为一个关系模式，与该联系相连的各实体的码以及联系的属性转换为该关系的属性，该关系的码有以下3种情况。

  • 一个1:1的联系转换为一个关系，相连实体的关键字都是关系的候选关键字：
  • 一个1:n的联系转换为一个关系，多方实体的关键字是关系的关键字；
  • 一个n:m的联系转换为一个关系，相连实体的关键字的组合组成关系的关键字(复合关键字)。

4.实体与属性的划分原则

现实世界的事物能作为属性对待的,尽量作为属性对待,可以简化E-R图的处置

(1) 作为属性,不能再具有需要描述的性质;属性必须是不可再分的数据项,不能包含其他属性;
(2) 属性不能与其他实体具有联系;E-R图中所表示的联系是实体与实体之间的联系;

5.当局部E-R图合并成全局E-R图时可能出现冲突，不属于合并冲突的是

语法冲突

在设计分 E-R 图时，由于各个子系统分别有不同的应用，而且往往是由不同的设计人员设计的，所以各个分 E-R 图之间难免有不一致的地方，这些冲突主要有3类：++属性冲突、命名冲突和结构冲突++。

冲突名称冲突描述
属性冲突包括属性域冲突和属性取值单位冲突。
命名冲突包括同名异义和异名同义冲突。
结构冲突包括同一对象在不同应用中具有不同的抽象，同一实体在不同分E-R图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同。

6.数据库逻辑设计的主要任务是

创建数据库说明

7.如果两个实体之间的联系是 m∶n，则需要引入第三个交叉关系

[解析] 两实体间的联系是M:N时，关系模型是多对多联系。在转换成关系模型时，需要把多对多联系分解成一对多联系，分解的方法就是增加一个关系表示联系，其中纳入M方和N方的关键字。

例题: 如下 E-R 图转换成关系模型，可以转换为多少个关系模式?

graph TD
A[借书人]---|m|B{借阅}
A---C((借书证号))
A---D((姓名))
A---F((单位))
B---H((借阅日期))
B---|n|G[图书]
G---Q((总编号))
G---W((分类号))
G---E((书名))
G---R((作者))
G---T((价格))
G---Y((位置))

由上图可知，借书人与图书是多对多的联系，因此，在转换成关系模型时，添加一个关系表示联系，故可以转换为３个关系模式。

8.数据流程图（DFD）是用于描述结构化方法中需求分析阶段的工具。

9.画E-R图的步骤

  1. 确定实体;
  2. 确定实体之间的联系;
  3. 确定各个实体的属性,若实体的属性为另一个实体的名称,则不用写出来;

10.术语

  • 数据库生命周期：把数据库应用系统从开始规划，设计实现，运行使用，直到被新的系统取代而停止使用的整个时期称为数据库生命周期。

  • 一对一联系：如果实体集E1中每一个实体（至少有一个）至多与实体集E2中的一个实体有联系；反之，实体集E2中的每一个实体至多与实体集E1中的一个实体有联系，则称E1和E2为一对一联系，记为1：1；

  • 一对多联系：如果实体集E1中至少有一个实体与实体集E2中的一个以上的实体有联系；反之，实体集E2中的每一个实体至多与实体集E1中的一个实体有联系，则称E1和E2为一对多联系，记为1:N。

  • 多对多联系：如果实体集E1中至少有一个实体与实体集E2中的一个以上的实体有联系；反之，实体集E2中至少有一个实体与实体集E1中一个以上的实体有联系，则称E1和E2为多对多联系，记为M:N。

11.简述

（1）简述数据库设计过程。

参考答案：数据库设计过程的大致包括六个阶段：

( l ）需求分析：准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）。

( 2 ）概念结构设计：通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体 DBMS 的概念模型。

( 3 ）逻辑结构设计：将概念结构转换为某个 DBMS 所支持的数据模型，并对其进行优化。

( 4 ）数据库物理设计：为逻辑数据模型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）。

( 5 ）数据库实施：设计人员运用 DBMS 提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。

( 6 ）数据库运行和维护：在数据库系统运行过程中对其进行评价、调整与修改。

（2）简述数据库设计过程中结构设计部分形成的数据库模式。

参考答案：数据库结构设计的不同阶段形成数据库的各级模式，即：

( l ）在概念设计阶段形成独立于机器特点，独立于各个 DBMS 产品的概念模式，如 E -R 图；

( 2 ）在逻辑设计阶段将 E -R 图转换成具体的数据库产品支持的数据模型，如关系模型，形成数据库逻辑模式，然后在基本表的基础上再建立必要的视图，形成数据的外模式；

( 3 ）在物理设计阶段，根据 DBMS 特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引，形成数据库内模式。

（3）简述需求分析阶段的调查的内容是什么？

参考答案：需求分析阶段的调查的内容是“数据’和“处理”，即获得用户对数据库的如下要求：

( l ）信息要求，指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质，由信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据；

( 2 ）处理要求，指用户要完成什么处理功能，对处理的响应时间有什么要求，处理方式是批处理还是联机处理；

( 3 ）安全性与完整性要求。

（4）简述数据库的逻辑结构设计及其设计步骤。

参考答案：数据库的逻辑结构设计就是把概念结构设计阶段设计好的概念模型（如E-R 图）转换为与选用的 DBMS 产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。设计步骤为 :

( l ）将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型；

( 2 ）将转换来的关系、网状、层次模型向特定 DBMS 支持下的数据模型转换；

( 3 ）对数据模型进行优化。

（5）简述数据库物理设计的内容和步骤。

参考答案：数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构，它依赖于给定的 DBMS 。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结构，就是数据库的物理设计的主要内容。数据库的物理设计步骤通常分为两步：

( l ）确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构；

( 2 ）对物理结构进行评价，评价的重点是时间效率和空间效率。

avatar
文章
阅读
粉丝