第4章 数据库设计课件.ppt

《第4章 数据库设计课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章 数据库设计课件.ppt（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第4章 数据库设计 本本 章章 要要 点点n数据库设计的四个阶段n数据库的概念设计与逻辑设计思考题n4.1 4.1 数据库设计概述数据库设计概述n 数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术，是数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术，是n信息系统开发和建设中的核心技术。信息系统开发和建设中的核心技术。n 具体说，数据库设计是指对于一个给定的应用环具体说，数据库设计是指对于一个给定的应用环n境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系n统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需n求求 ( (信息

2、要求和处理要求信息要求和处理要求) )。这个问题是数据库在应用领。这个问题是数据库在应用领n域的主要研究课题。域的主要研究课题。n 在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统n称为数据库应用系统。称为数据库应用系统。n 数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部n分。分。n 下面介绍数据库设计的方法、特点和步骤。下面介绍数据库设计的方法、特点和步骤。 n4.1.1 4.1.1 数据库设计的方法数据库设计的方法n1 1、规范设计法、规范设计法n（1 1）比较著名的有新奥尔良）比较著名的有新奥尔良(New Or

3、leans)(New Orleans)方法，它将数方法，它将数据库设计分为四个阶段。据库设计分为四个阶段。n（2 2）S.B.YaoS.B.Yao等又将数据库设计分为五个步骤。等又将数据库设计分为五个步骤。n（3 3）又有）又有I.R.PalmerI.R.Palmer等主张把数据库设计当成一步接一等主张把数据库设计当成一步接一n步的过程，并采用一些辅助手段实现每一过程。步的过程，并采用一些辅助手段实现每一过程。n（4 4）基于）基于E-RE-R模型的数据库设计方法，基于模型的数据库设计方法，基于3NF3NF的设计方的设计方n法，基于抽象语法规范的设计方法等，是在数据库设计的法，基于抽象语法规范

4、的设计方法等，是在数据库设计的n不同阶段上支持实现的具体技术和方法。不同阶段上支持实现的具体技术和方法。n2 2、计算机辅助数据库设计、计算机辅助数据库设计 n(1)Design 2000(1)Design 2000是是OracleOracle公司的数据库设计工具软件。公司的数据库设计工具软件。n(2)Power Designer(2)Power Designer是是SybaseSybase公司的数据库设计工具软公司的数据库设计工具软n件。件。n(3)(3)计算机辅助软件工程（计算机辅助软件工程（CASECASE）则强凋数据库设计和应）则强凋数据库设计和应n用设计的结合用设计的结合, ,按照一

5、定的设计规程，用工程化方法设计按照一定的设计规程，用工程化方法设计n数据库是最实用的方法。数据库是最实用的方法。 4.1.2 4.1.2 数据库设计的特点数据库设计的特点 数据库设计既是一项涉及多学科的综合性技术，又数据库设计既是一项涉及多学科的综合性技术，又是一项庞大的工程项目。其特点之一是：硬件、软件、是一项庞大的工程项目。其特点之一是：硬件、软件、技术与管理的界面的互相结合；其特点之二是：在整个技术与管理的界面的互相结合；其特点之二是：在整个设计过程中，强调结构设计过程中，强调结构( (数据数据) )设计和行为设计和行为( (处理处理) )设计的设计的紧密结合。紧密结合。 图图4 41

6、1 结构和行为设计分离的设计结构和行为设计分离的设计n4.1.3 4.1.3 数据库设计的步骤数据库设计的步骤n 我们按规范设计的方法将数据库设计分为以下六我们按规范设计的方法将数据库设计分为以下六个阶段：个阶段：n 需求分析阶段需求分析阶段 n第第1 1步：了解和分析用户的应用需求（包括数据与处步：了解和分析用户的应用需求（包括数据与处理），进行需求收集和分析。理），进行需求收集和分析。n 概念结构设计阶段概念结构设计阶段n第第2 2步：对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个步：对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体独立于具体RDBMSRDBMS的概念模型。的概念模型。n 逻辑

7、结构设计阶段逻辑结构设计阶段n第第3 3步：按照一组转换规则，将概念模型转换为某个步：按照一组转换规则，将概念模型转换为某个RDBMSRDBMS支持的关系模型；支持的关系模型；n第第4 4步：根据规范化理论，对关系模型进行优化。若对步：根据规范化理论，对关系模型进行优化。若对逻辑结构设计不满意，则转第逻辑结构设计不满意，则转第3 3步进行。步进行。n 物理结构设计阶段物理结构设计阶段n第第5 5步：为关系模型选取一个最适合应用环境的物理步：为关系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）；结构（包括存储结构和存取方法）；n第第6 6步：对此物理结构进行评价设计和性能预测。若

8、步：对此物理结构进行评价设计和性能预测。若对物理结构设计不满意，则转第对物理结构设计不满意，则转第3 3或第或第5 5步进行。步进行。n 数据库实施阶段数据库实施阶段n第第7 7步：运用步：运用RDBMSRDBMS提供的数据语言及其宿主语言，根提供的数据语言及其宿主语言，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，并组织数据入库；试应用程序，并组织数据入库；n第第8 8步：系统的试验性运行。若对数据库实施不满意，步：系统的试验性运行。若对数据库实施不满意，则转第则转第5 5步进行。步进行。n 数据库运行和维护阶段数据库运行和维护阶段

9、n第第9 9步：数据库应用系统经过试运行后即可投入正式步：数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统的运行过程中必须不断地对其进运行。在数据库系统的运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。行评价、调整与修改。n4.2 4.2 需求分析需求分析n4.2.1 4.2.1 需求分析的任务和方法需求分析的任务和方法n 需求分析阶段的任务是通过详细调查现实世界要需求分析阶段的任务是通过详细调查现实世界要处理的对象处理的对象( (组织、部门、企业等组织、部门、企业等) )，充分了解原系，充分了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基统的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基

10、础上确定新系统的功能。新系统必须充分考虑今后础上确定新系统的功能。新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变，不能仅按当前应用需求来设计可能的扩充和改变，不能仅按当前应用需求来设计数据库。数据库。n 调查的重点是调查的重点是“数据数据”和和“处理处理”，通过调查，通过调查要从中获得每个用户对数据库的如下要求：要从中获得每个用户对数据库的如下要求：n 1. 1. 信息要求信息要求n 2 2处理要求处理要求n 3. 3. 安全性和完整性的要求安全性和完整性的要求n 为了很好地完成调查的任务，设计人员必须不为了很好地完成调查的任务，设计人员必须不断地与用户交流，与用户达成共识，以便逐步确定断地与用户交流

11、，与用户达成共识，以便逐步确定用户的实际需求，然后分析与表达这些需求。用户的实际需求，然后分析与表达这些需求。 n n4.2.2 4.2.2 数据字典数据字典n 数据字典数据字典(Data Dictionary，简称，简称 DD)则是则是对系对系n统中数据的详尽描述，是各类数据属性的清单。对统中数据的详尽描述，是各类数据属性的清单。对数据数据n库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收集和数库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收集和数据分据分n析所获得的主要结果。析所获得的主要结果。n 数据字典是各类数据描述的集合，它通常包括数据字典是各类数据描述的集合，它通常包括以下以下n五个部分：五个部分：n

12、 数据项，是数据的最小单位。数据项，是数据的最小单位。n 数据结构，是若干数据项有意义的集合。数据结构，是若干数据项有意义的集合。n 数据流，可以是数据项，也可以是数据结构。数据流，可以是数据项，也可以是数据结构。表示某一处理过程的输入或输出。表示某一处理过程的输入或输出。n 数据存储，处理过程中存取的数据常常是数据存储，处理过程中存取的数据常常是手工凭证、手工文档或计算机文件。手工凭证、手工文档或计算机文件。n 处理过程。处理过程。n4.2.3 4.2.3 数据流图数据流图n 如何分析和表达用户的需求，这是一个重要的问如何分析和表达用户的需求，这是一个重要的问n题。在众多的分析方法中，结构化

13、分析题。在众多的分析方法中，结构化分析(Structured(Structuredn Analysis, Analysis,简称简称 SASA方法方法) )是一个简单实用的方法。是一个简单实用的方法。n SASA方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。n用数据流图，数据字典描述系统。任何一个系统都可用数据流图，数据字典描述系统。任何一个系统都可以以n抽象为如图抽象为如图4 42 2所示的情况。所示的情况。n 图图4 42 2 系统高层抽象图系统高层抽象图n 数据流图表达了数据和处理过程的关系。数据流图表达了数据和处理过程的关系。 n 最后要指出两点：最后

14、要指出两点：n 1 1、需求分析阶段一个重要而困难的任务是收集将来、需求分析阶段一个重要而困难的任务是收集将来n应用所涉及的数据。若设计人员仅按当前应用来设计数应用所涉及的数据。若设计人员仅按当前应用来设计数n据库，以后再想加入新的实体，新的数据项和实体间新据库，以后再想加入新的实体，新的数据项和实体间新n的联系就会十分困难。新数据的加入必定会影响数据库的联系就会十分困难。新数据的加入必定会影响数据库n的概念结构、逻辑结构和物理结构，因此设计人员应充的概念结构、逻辑结构和物理结构，因此设计人员应充n分考虑到可能的扩充和改变，使设计易于更动。分考虑到可能的扩充和改变，使设计易于更动。n 2 2、

15、必须强调用户的参与，这是数据库应用系统设计、必须强调用户的参与，这是数据库应用系统设计n的特点。在数据分析阶段，任何调查研究没有用户的积的特点。在数据分析阶段，任何调查研究没有用户的积n极参加是寸步难行的。设计人员应该和用户取得共同的极参加是寸步难行的。设计人员应该和用户取得共同的n语言，帮助不熟悉计算机的用户建立数据库环境下的共语言，帮助不熟悉计算机的用户建立数据库环境下的共n同概念，并对设计工作的最后结果承担共同的责任。同概念，并对设计工作的最后结果承担共同的责任。n4.3 4.3 概念结构设计概念结构设计 n 概念结构独立于数据库逻辑结构，独立于支持数概念结构独立于数据库逻辑结构，独立于

16、支持数n据库的据库的DBMSDBMS，其主要特点是：，其主要特点是：n1 1能充分地反映现实世界，包括实体和实体之间的联能充分地反映现实世界，包括实体和实体之间的联n系，能满足用户对数据处理的要求，是现实世界的一个系，能满足用户对数据处理的要求，是现实世界的一个n真实模型。真实模型。n2. 2. 易于理解。从而可以和不熟悉计算机的用户交换意易于理解。从而可以和不熟悉计算机的用户交换意n见，用户的积极参与是数据库设计成功与否的关键。见，用户的积极参与是数据库设计成功与否的关键。n3. 3. 易于更动。当现实世界改变时容易修改和扩充。易于更动。当现实世界改变时容易修改和扩充。n4. 4. 易于向关

17、系、网状或层次等各种数据模型转换。易于向关系、网状或层次等各种数据模型转换。n 概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模n型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定。型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定。 n4.3.1 4.3.1 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤n 设计概念结构的方法有四种：设计概念结构的方法有四种：n 自顶向下：首先定义全局概念结构的框架，然后自顶向下：首先定义全局概念结构的框架，然后n逐步细化。逐步细化。n 自底向上：首先定义各局部应用的概念结构，然自底向上：首先定义各局部应用的概念结构，然n后将它们集成，得到全局

18、概念结构。后将它们集成，得到全局概念结构。n 由里向外由里向外: : 首先定义最重要的核心概念结构，然首先定义最重要的核心概念结构，然n后向外扩充，生成其他概念结构。后向外扩充，生成其他概念结构。n 混合策略混合策略: : 自顶向下和自底向上相结合的方法，自顶向下和自底向上相结合的方法，n用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架，以它用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架，以它n为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。 n 现介绍自底向上设计概念结构的方法。按照这种方现介绍自底向上设计概念结构的方法。按照这种方n法，概念结构的设计可按下

19、面步骤进行，见图法，概念结构的设计可按下面步骤进行，见图4 43 3所示。所示。n n 图图4 43 3 概念结构设计步骤概念结构设计步骤 n4.3.2 4.3.2 数据抽象与局部视图设计数据抽象与局部视图设计n1 1、数据抽象、数据抽象n E-RE-R模型是对现实世界的一种抽象。所谓抽象是对实模型是对现实世界的一种抽象。所谓抽象是对实n际的人、物、事和概念的进行人为处理，抽取人们关心际的人、物、事和概念的进行人为处理，抽取人们关心n的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种n概念精确地加以描述，这些概念组成了某种模型。一般概念精确地加以描

20、述，这些概念组成了某种模型。一般n有如下三种抽象：有如下三种抽象：n（1 1）分类）分类(Classification)(Classification)n 定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。n这些对象具有某些共同的特性和行为，它抽象了对象值这些对象具有某些共同的特性和行为，它抽象了对象值n和型之间的和型之间的“is member of”is member of”的语义，在的语义，在E-RE-R模型中，实模型中，实n体型就是这种抽象，如图体型就是这种抽象，如图6.46.4所示。所示。 n n n n 图图4 44 4 分类分类 n（2 2）聚

21、集）聚集(Aggregation) (Aggregation) n 定义某一类型的组成成分。它抽象了对象内部类型定义某一类型的组成成分。它抽象了对象内部类型n和成分之间和成分之间“is part of”is part of”的语义，在的语义，在 E-RE-R模型中，若模型中，若n干属性的聚集所组成的实体型就是这种抽象，如图干属性的聚集所组成的实体型就是这种抽象，如图4 45 5所所n示。示。n 图图4 45 5 聚集聚集 n（3 3）概括）概括(Generalization)(Generalization)n 定义类型之间的一种子集联系。它抽象了类型之间定义类型之间的一种子集联系。它抽象了类型

22、之间n的的“is subset of”is subset of”的语义。例如学生是一个实体型，的语义。例如学生是一个实体型，n本科生、研究生也是实体型。本科生、研究生均是学生本科生、研究生也是实体型。本科生、研究生均是学生n的子集。把学生称为超类的子集。把学生称为超类( (SuperclassSuperclass) )，本科生、研究，本科生、研究n生称为学生的子类生称为学生的子类(Subclass)(Subclass)。n 图图4 46 6 概括概括n2 2、局部视图设计、局部视图设计n 概念结构设计的第一步就是利用上面介绍的抽象机概念结构设计的第一步就是利用上面介绍的抽象机n制对需求分析阶段

23、收集到的数据进行分类、组织制对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织( (聚聚n集集) )，形成实体、实体的属性，标识实体的码，确定实体，形成实体、实体的属性，标识实体的码，确定实体n之间的联系类型之间的联系类型(1:1(1:1，1:n1:n，n:mn:m) )，设计局部视图（也，设计局部视图（也n称分称分E-RE-R图）。具体做法是：图）。具体做法是：n（1 1） 选择局部应用选择局部应用n 图图4 47 7 设计分设计分E-RE-R图的出发点图的出发点n（2 2）逐一设计分）逐一设计分 E-RE-R图图n 每个局部应用对应一组数据流图，局部应用涉及的每个局部应用对应一组数据流图，局部应用涉

24、及的n数据已收集在数据字典中，将这些数据从数据字典中抽数据已收集在数据字典中，将这些数据从数据字典中抽n取出来，参照数据流图，标定该应用中的实体、属性和取出来，参照数据流图，标定该应用中的实体、属性和n实体之间的联系及其类型。实体之间的联系及其类型。n 在给定的应用环境中，能够作为属性对待的，应尽在给定的应用环境中，能够作为属性对待的，应尽n量作为属性对待，目的在于简化量作为属性对待，目的在于简化 E-RE-R图的处置。在实体图的处置。在实体n和属性的调整中，要遵循的二条基本准则是：和属性的调整中，要遵循的二条基本准则是：n 作为作为“属性属性”，不能再具有需要描述的性质。即，不能再具有需要描

25、述的性质。即n属性不能是另一些属性的聚集。属性不能是另一些属性的聚集。n 属性不能与其他实体具有联系。即属性不能与其他实体具有联系。即 E-RE-R图中的联图中的联n系是实体之间的联系。系是实体之间的联系。n 符合上述两条的符合上述两条的“事物事物”一般作为属性来对待，否一般作为属性来对待，否n则作为实体对待。则作为实体对待。n 请参见书上的举例。请参见书上的举例。 n例例4 41 1 销售管理子系统分销售管理子系统分E-RE-R图的设计实例图的设计实例n 某工厂开发管理信息系统，经过可行性分析和详细某工厂开发管理信息系统，经过可行性分析和详细n调查，确定了该系统由物资管理、销售管理、劳动人事

26、调查，确定了该系统由物资管理、销售管理、劳动人事n管理等子系统组成。为每个子系统组成了开发小组。管理等子系统组成。为每个子系统组成了开发小组。n 销售管理子系统开发小组的成员经过调查研究、信销售管理子系统开发小组的成员经过调查研究、信n息流程分析和数据收集，明确了该子系统的主要功能息流程分析和数据收集，明确了该子系统的主要功能n是：处理顾客和销售员送来的订单；工厂是根据订货安是：处理顾客和销售员送来的订单；工厂是根据订货安n排生产的；交出货物同时开出发票；收到顾客付款后，排生产的；交出货物同时开出发票；收到顾客付款后，n根据发票存根和信贷情况进行应收款处理，可得到该子根据发票存根和信贷情况进行

27、应收款处理，可得到该子n系统的数据流图和数据字典，见下图系统的数据流图和数据字典，见下图6.106.10所示。所示。 n 图图4 410 10 销售管理子系统的数据流图销售管理子系统的数据流图n 分析图分析图4 41010和数据字典，知道整个系统功能围绕了和数据字典，知道整个系统功能围绕了n“订单订单”和和“应收帐款应收帐款”的处理。数据结构中订单、顾的处理。数据结构中订单、顾n客、顾客应收帐目用得最多，是许多子功能、数据流共客、顾客应收帐目用得最多，是许多子功能、数据流共n享的数据。享的数据。 n 先设计该分先设计该分E-RE-R图的草图，如图图的草图，如图4 41010所示。所示。n 图图

28、4 410 10 分分E-RE-R图的草图图的草图n 然后参照数据流图和数据字典中的详尽描述，遵循然后参照数据流图和数据字典中的详尽描述，遵循n前面给出的二个准则，进行了一些调整（详细叙述见书前面给出的二个准则，进行了一些调整（详细叙述见书n上），最后得到分上），最后得到分E-RE-R图如下图图如下图4 41111所示。所示。 n图图4 411 11 销售管理子系统的分销售管理子系统的分E-RE-R图图 n对每个实体定义的属性如下：对每个实体定义的属性如下：n 顾客：顾客： 顾客号顾客号，顾客名，地址，电话，信贷状况，顾客名，地址，电话，信贷状况，n账目余额账目余额 n 订单：订单： 订单号订

29、单号，顾客号，订货项数，订货日期，交，顾客号，订货项数，订货日期，交n货日期，工种号，生产地点货日期，工种号，生产地点 n 订单细则：订单细则： 订单号，细则号订单号，细则号，零件号，订货数，金，零件号，订货数，金n额额 n 应收帐款：应收帐款： 顾客号，订单号顾客号，订单号，发票号，应收金额，发票号，应收金额，n支付日期，当前余额，贷款限额支付日期，当前余额，贷款限额 n 产品描述：产品描述： 产品号产品号，产品名，单价，重量，产品名，单价，重量 n 折扣规则：折扣规则： 产品号，订货量产品号，订货量，折扣，折扣 n( (注：为了节省篇幅，实体与属性的关系没有用图形表注：为了节省篇幅，实体与

30、属性的关系没有用图形表n示，实体的键码用下划线表示示，实体的键码用下划线表示) ) n4.4 4.4 逻辑结构设计逻辑结构设计n 概念结构是独立于任何一种数据模型的信息结构。概念结构是独立于任何一种数据模型的信息结构。n逻辑结构设计的任务就是把概念结构设计阶段设计好逻辑结构设计的任务就是把概念结构设计阶段设计好的的nE-RE-R图转换为与选用图转换为与选用DBMSDBMS产品所支持的数据模型相符产品所支持的数据模型相符合的合的n逻辑结构。逻辑结构。n 图图4 412 12 逻辑结构设计过程逻辑结构设计过程 n4.4.1 E-R4.4.1 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换n1.1.每一

31、个实体集转换为一个关系模式，实体集的属性就每一个实体集转换为一个关系模式，实体集的属性就n是关系模式的属性，实体集的键码就是关系模式的键是关系模式的属性，实体集的键码就是关系模式的键n码。码。n2. 2. 每一个联系转换为一个关系模式，与该联系相连的各每一个联系转换为一个关系模式，与该联系相连的各n实体集的键码以及联系的属性转换为关系模式的属性。实体集的键码以及联系的属性转换为关系模式的属性。n要确定该关系模式的键码，则有三种情况：要确定该关系模式的键码，则有三种情况：n 若联系为若联系为1:11:1，则每个实体集的键码均为该关系，则每个实体集的键码均为该关系n模式的键码。模式的键码。n 若联

32、系为若联系为1:n1:n，则关系模式的键码是，则关系模式的键码是n n端实体集的端实体集的n键码。键码。n 若联系为若联系为n:mn:m，则关系模式的键码为诸实体集键，则关系模式的键码为诸实体集键n码的组合。码的组合。 n3 3每一个属于（每一个属于（“isaisa”）联系不转换为一个关系模）联系不转换为一个关系模n式；而每一个子类实体集应该转换为一个关系模式，此式；而每一个子类实体集应该转换为一个关系模式，此n子类所属超类实体集的键码和子类本身拥有的属性就是子类所属超类实体集的键码和子类本身拥有的属性就是n关系模式的属性，此子类所属超类实体集的键码就是关关系模式的属性，此子类所属超类实体集的

33、键码就是关n系模式的键码。系模式的键码。n4 4三个或三个以上实体集间的一个多元联系可以转换为三个或三个以上实体集间的一个多元联系可以转换为n一个关系模式，与该多元联系相连的各实体集的键码和一个关系模式，与该多元联系相连的各实体集的键码和n联系本身的属性都转换为关系模式的属性，而关系模式联系本身的属性都转换为关系模式的属性，而关系模式n的键码为各实体集键码的组合。的键码为各实体集键码的组合。n5 5具有相同键码的非子类关系模式可以合并。具有相同键码的非子类关系模式可以合并。 n4.4.2 4.4.2 关系模型的优化关系模型的优化n 数据库逻辑设计的结果不是唯一的。对数据模型的数据库逻辑设计的结

34、果不是唯一的。对数据模型的n优化是指适当地修改、调整数据模型的结构，以提高数优化是指适当地修改、调整数据模型的结构，以提高数n据库应用系统的性能。据库应用系统的性能。n 在第在第5 5章已讲到，规范化理论是数据库逻辑设计的指章已讲到，规范化理论是数据库逻辑设计的指n南和工具。具体地讲可应用在下面几个方面：南和工具。具体地讲可应用在下面几个方面：n 第一，在需求分析阶段，用数据依赖的概念来分析第一，在需求分析阶段，用数据依赖的概念来分析n和表示各数据项之间的联系。和表示各数据项之间的联系。n 第二，在概念结构设计阶段，以规范化理论为工具第二，在概念结构设计阶段，以规范化理论为工具n来消除初步来消

35、除初步E-RE-R图中冗余的联系。图中冗余的联系。n 第三，在第三，在E-RE-R图向关系模型转换过程中，用模式分解图向关系模型转换过程中，用模式分解n的规则和方法来指导设计。的规则和方法来指导设计。 n 关系数据模型的优化通常以规范化理论为指导，其关系数据模型的优化通常以规范化理论为指导，其n方法为：方法为：n1 1、确定数据依赖。分别写出每个关系模式内部各属性之、确定数据依赖。分别写出每个关系模式内部各属性之n间的数据依赖以及不同关系模式属性之间的数据依赖。间的数据依赖以及不同关系模式属性之间的数据依赖。n2 2、对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，、对于各个关系模式之间的数据依

36、赖进行极小化处理，n消除冗余的联系。消除冗余的联系。n3 3、按照第、按照第5 5章中数据依赖的理论，逐一分析这组关系模章中数据依赖的理论，逐一分析这组关系模n式，考查是否存在部分函数依赖、传递函数依赖、多值式，考查是否存在部分函数依赖、传递函数依赖、多值n依赖等，确定它们分别属于第几范式。依赖等，确定它们分别属于第几范式。n4 4、按照数据分析阶段得到的处理要求，分析这些模式对、按照数据分析阶段得到的处理要求，分析这些模式对n于这样的应用环境是否合适，确定是否要对它们进行合于这样的应用环境是否合适，确定是否要对它们进行合n并或分解。必须注意的是，并非规范化程度越高的关系并或分解。必须注意的是

37、，并非规范化程度越高的关系n就越好。就越好。 n5 5对关系模式进行必要的分解，提高数据操作的效率和对关系模式进行必要的分解，提高数据操作的效率和n存储空间的利用率。常用的两种方法是水平分割和垂直存储空间的利用率。常用的两种方法是水平分割和垂直n分割。分割。 n4.5 4.5 数据库的物理设计数据库的物理设计n 所谓数据库的物理结构主要是指数据库在物理所谓数据库的物理结构主要是指数据库在物理设备上的存储结构和存取方法。设备上的存储结构和存取方法。n 对一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用对一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，称为数据库的物理设计。环境的物理结构的过

38、程，称为数据库的物理设计。n 物理设计可分两步：物理设计可分两步：n 第一步先确定数据库的物理结构，在关系数据库第一步先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；中主要指存取方法和存储结构；n 第二步对物理结构进行评价，评价的重点是时间第二步对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间的效率。和空间的效率。n4.5.1 4.5.1 数据库物理设计的要求与内容数据库物理设计的要求与内容n1 1数据库物理设计的要求数据库物理设计的要求 n 如果希望设计出优化的物理数据库结构，那么就要如果希望设计出优化的物理数据库结构，那么就要n使得在数据库上运行的各种事务响应时间小、存储空间使得

39、在数据库上运行的各种事务响应时间小、存储空间n利用率高、事务吞吐率大。为了进行物理设计，设计人利用率高、事务吞吐率大。为了进行物理设计，设计人n员必须深入了解以下几方面的要求：员必须深入了解以下几方面的要求：n（1 1）对要运行的事务进行详细分析，获得选择物理数据）对要运行的事务进行详细分析，获得选择物理数据n库设计所需要的参数。库设计所需要的参数。n（2 2）要充分了解所用）要充分了解所用DBMSDBMS的内部特征，特别是系统提供的内部特征，特别是系统提供n的存取方法和存储结构。的存取方法和存储结构。n（3 3）对于数据库查询事务，需要得到如下信息：查询的）对于数据库查询事务，需要得到如下信

40、息：查询的n关系、查询条件所涉及的属性、连接条件所涉及的属关系、查询条件所涉及的属性、连接条件所涉及的属n性、查询的投影属性。对于数据更新事务，需要得到如性、查询的投影属性。对于数据更新事务，需要得到如n下信息：被更新的关系、每个关系上的更新操作条件所下信息：被更新的关系、每个关系上的更新操作条件所n涉及的属性、修改操作要改变的属性值。涉及的属性、修改操作要改变的属性值。 n 知道每个事务在各关系上运行的频率和性能要求的知道每个事务在各关系上运行的频率和性能要求的n信息是确定关系存取方法的依据。信息是确定关系存取方法的依据。 n2 2数据库物理设计的内容数据库物理设计的内容n 通常对于关系数据

41、库物理设计的内容主要包括：通常对于关系数据库物理设计的内容主要包括：n（1 1）为关系模式选择存取方法；）为关系模式选择存取方法；n（2 2）设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。）设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。n4.5.2 4.5.2 关系模式存取方法的选择关系模式存取方法的选择n 数据库系统是多用户共享的系统，对同一个关系数据库系统是多用户共享的系统，对同一个关系n要建立多条存取路径才能满足多用户的多种应用要求。要建立多条存取路径才能满足多用户的多种应用要求。n物理设计的任务之一就是要确定选择哪些存取方法，即物理设计的任务之一就是要确定选择哪些存取方法，即n建立哪些存取路径

42、。建立哪些存取路径。n 存取方法是快速存取数据库中数据的技术。数据库存取方法是快速存取数据库中数据的技术。数据库n管理系统一般都提供多种存取方法，常用的存取方法管理系统一般都提供多种存取方法，常用的存取方法n有：有：B+B+树索引方法、聚簇方法和树索引方法、聚簇方法和HASHHASH方法。方法。B+B+树索引方树索引方n法是数据库中经典的存取方法，使用最普遍。法是数据库中经典的存取方法，使用最普遍。 n1 1索引存取方法的选择索引存取方法的选择n 所谓选择索引存取方法实际上就是根据应用要求确所谓选择索引存取方法实际上就是根据应用要求确n定对关系的哪些属性列建立索引、哪些属性列建立组合定对关系的

43、哪些属性列建立索引、哪些属性列建立组合n索引、哪些索引要设计为唯一索引等。一般来说：索引、哪些索引要设计为唯一索引等。一般来说：n（1 1）如果一个）如果一个( (或一组或一组) )属性经常在查询条件中出现，属性经常在查询条件中出现，n则考虑在这个则考虑在这个( (或这组或这组) )属性上建立索引属性上建立索引( (或组合索引或组合索引) )；n（2 2）如果一个属性经常作为最大值和最小值等聚集函）如果一个属性经常作为最大值和最小值等聚集函n数的参数，则考虑在这个属性上建立索引；数的参数，则考虑在这个属性上建立索引；n（3 3）如果一个）如果一个( (或一组或一组) )属性经常在连接操作的连接

44、条属性经常在连接操作的连接条n件中出现，则考虑在这个件中出现，则考虑在这个( (或这组或这组) )属性上建立索引；属性上建立索引；n 必须注意：关系上定义的索引数并不是越多越好，必须注意：关系上定义的索引数并不是越多越好，n系统为维护索引要付出代价，查找索引也要付出代价。系统为维护索引要付出代价，查找索引也要付出代价。n例如，若一个关系的更新频率很高，这个关系上定义的例如，若一个关系的更新频率很高，这个关系上定义的n索引数不能太多。因为更新一个关系时，必须对这个关索引数不能太多。因为更新一个关系时，必须对这个关n系上有关的索引做相应的修改。系上有关的索引做相应的修改。 n2 2聚簇存取方法的选

45、择聚簇存取方法的选择n 为了提高某个属性为了提高某个属性( (或属性组或属性组) )的查询速度，把这个的查询速度，把这个n或这些属性或这些属性( (称为聚簇码称为聚簇码) )上具有相同值的元组集中存放上具有相同值的元组集中存放n在连续的物理块称为聚簇。在连续的物理块称为聚簇。n 聚簇功能可以大大提高按聚簇码进行查询的效率。聚簇功能可以大大提高按聚簇码进行查询的效率。n例如要查询信息系的所有学生名单，设信息系有例如要查询信息系的所有学生名单，设信息系有500500名名n学生，在极端情况下，这学生，在极端情况下，这500500名学生所对应的数据元组名学生所对应的数据元组n分布在分布在500500个

46、不同的物理块上。尽管对学生关系已按所个不同的物理块上。尽管对学生关系已按所n在系建有索引，由索引很快找到了信息系学生的元组标在系建有索引，由索引很快找到了信息系学生的元组标n识，避免了全表扫描，然而再由元组标识去访问数据块识，避免了全表扫描，然而再由元组标识去访问数据块n时就要存取时就要存取500500个物理块，执行个物理块，执行500500次次I IO O操作。如果将操作。如果将n同一系的学生元组集中存放，则每读一个物理块可得到同一系的学生元组集中存放，则每读一个物理块可得到n多个满足查询条件的元组，从而显著地减少了访问磁盘多个满足查询条件的元组，从而显著地减少了访问磁盘n的次数。的次数。

47、n3 3HASHHASH存取方法的选择存取方法的选择n 有些数据库管理系统提供了有些数据库管理系统提供了HASHHASH存取方法。选择存取方法。选择nHASHHASH存取方法的规则如下：存取方法的规则如下：n 如果一个关系的属性主要出现在等值连接条件中或如果一个关系的属性主要出现在等值连接条件中或n主要出现在相等比较选择条件中，而且满足下列两个条主要出现在相等比较选择条件中，而且满足下列两个条n件之一，则此关系可以选择件之一，则此关系可以选择HASHHASH存取方法：存取方法：n (1)(1)如果一个关系的大小可预知，而且不变；如果一个关系的大小可预知，而且不变；n (2)(2)如果关系的大小

48、动态改变，而且数据库管理系统如果关系的大小动态改变，而且数据库管理系统n提供了动态提供了动态HASHHASH存取方法。存取方法。 n4.5.3 4.5.3 数据库存储结构的确定数据库存储结构的确定n 确定数据库物理结构主要是指确定数据的存放位置确定数据库物理结构主要是指确定数据的存放位置n和存储结构，包括确定关系、索引、聚簇、日志、备份和存储结构，包括确定关系、索引、聚簇、日志、备份n等的存储安排和存储结构；确定系统配置等。等的存储安排和存储结构；确定系统配置等。n 确定数据的存放位置和存储结构要综合考虑存取时确定数据的存放位置和存储结构要综合考虑存取时n间、存储空间利用率和维护代价三方面的因

49、素。这三个间、存储空间利用率和维护代价三方面的因素。这三个n方面常常是相互矛盾的，因此需要进行权衡，选择一个方面常常是相互矛盾的，因此需要进行权衡，选择一个n折中方案。折中方案。n1 1确定数据的存放位置确定数据的存放位置n 为了提高系统性能，应该根据应用情况将数据的易为了提高系统性能，应该根据应用情况将数据的易n变部分与稳定部分、经常存取部分和存取频率较低部分变部分与稳定部分、经常存取部分和存取频率较低部分n分开存放。分开存放。 n2 2确定系统配置确定系统配置n DBMSDBMS产品一般都提供了一些系统配置变量、存储分产品一般都提供了一些系统配置变量、存储分n配参数，供设计人员和配参数，供

50、设计人员和DBADBA对数据库进行物理优化。初对数据库进行物理优化。初n始情况下，系统都为这些变量赋予了合理的缺省值。但始情况下，系统都为这些变量赋予了合理的缺省值。但n是这些值不一定适合每一种应用环境，在进行物理设计是这些值不一定适合每一种应用环境，在进行物理设计n时，需要重新对这些变量赋值，以改善系统的性能。时，需要重新对这些变量赋值，以改善系统的性能。n 系统配置变量很多，例如：同时使用数据库的用户系统配置变量很多，例如：同时使用数据库的用户n数，同时打开的数据库对象数，内存分配参数，缓冲区数，同时打开的数据库对象数，内存分配参数，缓冲区n分配参数分配参数( (使用的缓冲区长度、个数使用