前言

《数据库原理及应用教程（第4版 | 微课版）》第6章：“数据库设计”的学习提纲。

6.1 数据库设计概述

6.1.1 数据库设计的任务、内容和特点

数据库设计的内容：

  • 结构/静态模型设计：概念设计，逻辑设计，物理设计
  • 行为/动态模型设计

6.1.2 数据库设计方法简述

  • 直观设计/手工试凑法
  • 规范设计/新奥尔良法
  • 计算机辅助设计法
  • 自动化设计法

规范设计/新奥尔良法：

  • 基于实体-联系（E-R）模型法
  • 基于第三范式（3NF）法
  • 基于视图法
  • 实体分析法
  • 属性分析法
  • 基于抽象语义法
  • …

6.1.3 数据库设计的步骤

  1. 系统需求分析
  2. 概念结构设计：独立于软件（数据库管理系统）和硬件；需求 -> 概念模型——概念模式

概念模式示例：实体-联系（E-R）图

  1. 逻辑结构设计：与软件（数据库管理系统）耦合；概念模型 -> 数据模型——关系模式

关系模式示例：学生（学号（主码），姓名）

  1. 物理结构设计：与硬件耦合
  2. 数据库实施
  3. 数据库运行与维护

第1和2步面向需求
第3和4步面向数据库管理系统
第5和6步面向实现

6.2 系统需求分析

6.2.1 需求分析的任务

  1. 调查分析用户活动
  2. 收集和分析需求数据，确定系统边界
  3. 编写系统分析报告/需求规范/格说明书

系统边界：判断哪些对象由人工完成，哪些对象由计算机自动完成

6.2.2 需求分析的方法

  • 自顶向下/结构化分析（SA）：最简单实用
  • 自底向上

自顶向下/结构化分析（SA）方法使用的工具：

  • 数据流图（DFD）
  • 数据字典（DD）

数据表示：数据字典（DD）
数据处理：判定表，判定树

6.3 概念结构设计

6.3.1 概念结构设计的必要性

需求 -> 概念模型——概念模式

6.3.2 概念模型的特点

  • 语义表达能力丰富
  • 易于交流和理解
  • 易于修改和扩充
  • 易于向各种数据模型转换

6.3.3 概念模型的E-R表示方法

实体-联系（E-R）模型是概念模型。

E-R模型/图/方法的组成：

  • 实体：矩形框
  • 属性：椭圆形框
  • 联系：菱形框
  • 关系：无向边
  • 其他：标注，联系的类型

联系的类型：

  • 实体内/实体与属性的联系：一对一，一对多，多对多
  • 实体间/实体与实体的联系：一对一，一对多，多对多

6.3.4 概念结构设计的方法与步骤

方法：

  • 自顶向下：先全局，后局部
  • 自底向上：先局部，后全局；最常用
  • 逐步扩张：先核心，后全局
  • 混合策略：先自顶向下，后自底向上

步骤：

  1. 数据抽象：设计局部E-R模型/用户视图
  2. 视图集成：集成各局部E-R模型为全局E-R模型

数据抽象的方法：

  • 分类：抽象实体
  • 聚集：抽象属性

数据抽象的步骤：

  1. 分类
  2. 聚集
  3. 设计局部E-R模型

视图集成的方法：

  • 多元集成法：一次集成各局部E-R模型为全局E-R模型
  • 二元集成法：分多次，每次集成两个局部E-R模型为全局E-R模型；最常用

视图集成的步骤：

  1. 合并：合并各局部E-R模型，消除冲突，生成初步E-R模型

冲突：属性冲突，命名冲突，结构冲突
属性冲突：属性值域冲突，属性取值单位冲突
命名冲突：同名异义，异名同义
结构冲突：同一对象在不同应用中抽象不同：可能为实体或属性，同一实体在不同应用中属性组成不同：可能数量或次序不同，同一联系在不同应用中类型不同：可能为一对一、一对多或多对多

  1. 优化：由初步E-R模型，消除冗余，生成基本E-R模型

6.4 逻辑结构设计

6.4.1 逻辑结构设计的任务和步骤

任务：概念模型 -> 数据模型——关系模式

关系模式示例：学生（学号（主码），姓名）

步骤：

  1. 初始关系模式设计
  2. 关系模式规范化
  3. 模式的评价与改进

6.4.2 初始关系模式设计

转换原则：

  • 实体 -> 关系模式
  • 联系 -> 关系模式
  • 属性 -> 属性

步骤：

  1. 实体转换为关系模式，转换属性
  2. 联系转换为关系模式，转换属性
  3. 处理特殊情况

6.4.3 关系模式规范化

步骤：

  1. 确定范式级别
  2. 实施规范化处理：至少为第三范式（3NF）

6.4.4 模式评价与改进

模式评价：

  • 功能评价
  • 性能评价

模式改进的方法：

  • 合并：合并关系模式以减少连接操作
  • 分解

分解的类型：

  • 水平分解：分解元组以减少操作的记录数
  • 垂直分解：分解属性以减少操作的字段数

6.5 物理结构设计

步骤：

  1. 确定物理结构：存储结构，存取方法
  2. 评价物理结构：时间效率，空间效率

6.5.1 确定物理结构

步骤：

  1. 设计存储记录的结构：如字段的类型和长度
  2. 设计数据访问的方法：如索引
  3. 设计数据存储的位置：如存储的磁盘
  4. 设计系统的配置：如数据库的大小

6.5.2 评价物理结构

6.6 数据库实施

步骤：

  1. 建立实际数据库结构
  2. 装入数据
  3. 应用程序编码与调试
  4. 数据库试运行
  5. 整理文档

6.6.1 建立实际数据库结构

使用数据定义语言（DDL）

6.6.2 装入数据——略

6.6.3 应用程序编码与调试——略

6.6.4 数据库试运行

内容：

  • 功能测试
  • 性能测试

6.7 数据库运行和维护

内容：

  • 维护数据库的安全性与完整性
  • 监测并改善数据库性能
  • 重新组织和构造数据库

数据库设计步骤的总结

方法：规范设计/新奥尔良法

1.系统需求分析

方法：自顶向下/结构化分析（SA）
工具：数据流图，数据字典，判定表/树

（1）调查分析用户活动

（2）收集和分析需求数据，确定系统边界

（3）编写系统分析报告/需求规范/格说明书

2.概念结构设计

方法：自底向上
工具：实体-联系（E-R）图

（1）数据抽象

方法：分类，聚集

①分类

②聚集

③设计局部E-R图

（2）视图集成

方法：二元集成法

①合并

②优化

  1. 逻辑结构设计

（1）初始关系模式设计

①实体转换为关系模式，转换属性

②联系转换为关系模式，转换属性

③处理特殊情况

（2）关系模式规范化

①确定范式级别

②实施规范化处理

（3）模式的评价与改进

  • 模式评价：功能评价，性能评价

  • 模式改进：合并，分解：水平分解，垂直分解

4.物理结构设计

（1）确定物理结构

①设计存储记录的结构

②设计数据访问的方法

③设计数据存储的位置

④设计系统的配置

（2）评价物理结构

  • 时间效率
  • 空间效率

5.数据库实施

（1）建立实际数据库结构

（2）装入数据

（3）应用程序编码与调试

（4）数据库试运行

  • 功能测试
  • 性能测试

（5）整理文档

6.数据库运行和维护

  • 维护数据库的安全性与完整性
  • 监测并改善数据库性能
  • 重新组织和构造数据库

总结

《数据库原理及应用教程（第4版 | 微课版）》第6章：“数据库设计”的学习提纲。

参考资料

  • 《数据库原理及应用教程（第4版 | 微课版）》主编：陈志泊；副主编：许福，韩慧；编著：崔晓晖，路贺俊，阮豫红

作者的话

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  • 作者：夜悊
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