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1、数据库设计第七章第七章数据库设计7.1 数据库设计过程与设计实例7.2 需求分析7.3 概念结构设计7.4 逻辑结构设计7.5 关系模式的规范化7.6 设计实例期刊采编系统7.1 数据库设计过程与设计实例前面章节介绍的内容只解决了系统的实现过程，即如何建立各种对象，但并没有解释为什么创建这些对象。数据库设计是根据一个给定的应用环境，构造最优的数据模型，利用DBMS，建立数据库应用系统。如何建立一个高效适用的数据库应用系统，是数据库应用领域中的一个重要课题。数据库设计是一项软件工程，具有自身的特点，已逐步形成了数据库设计方法学。简单地讲，数据库设计包括结构设计和行为设计。结构设计结构设计是指按照

2、应用要求，确定一个合理的数据模型。数据模型是用来反映和显示事物及其关系的。结构设计的结果就是得到数据库中表的结构。行为设计行为设计是指应用程序的设计，将设计的结果物理化，实施数据库，如完成查询、修改、添加、删除、统计数据，制作报表等。行为设计要求满足数据的完整性、安全性、并发控制和数据库的恢复。数据库设计要经历6个阶段：需求分析概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计数据库实施数据库运行与维护需求分析数据流程图需求分析数据流数据流名称：教师信息数据流名称：教师信息来源：教师来源：教师去向：处理去向：处理授课授课包含的数据项：包含的数据项：教师号教师号姓名姓名性别性别年龄年龄职称职称专业专业需求分析

3、数据字典数据项名数据项名称称数据类型及长度数据类型及长度说明说明学号学号字符，固定长度字符，固定长度6前前4位为班号，后位为班号，后2位为在位为在班内序号班内序号学生姓名学生姓名字符，可变长度字符，可变长度8学生性别学生性别字符，固定长度字符，固定长度2取值范围男或女取值范围男或女概念结构设计逻辑结构设计“教学管理系统”的数据模型表示为：系（系号，系名，系主任，电话）教师（教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄，系号）学生（学号，姓名，性别，出生日期，专业，照片，系号）课程（课程号，课程名，学时，类别）课程评价（教师号，课程号，评价）选修（学号，课程号，分数）物理设计进行物理结构设计是根据使用的

4、计算机软硬件环境和数据库管理系统，确定数据库表的结构，并进行优化，为数据模型选择合理的存储结构和存取方法，决定存取路径和分配存取空间等。建立索引的基本原则1）如果一个属性（或一组属性）经常在查询条件或在连接操作的联接条件中出现，则考虑在这个属性（或这组属性）上建立索引（或组合索引）2）如果一个属性经常作为最大值或最小值等聚合函数的参数，则考虑在这个属性上建立索引数据库实施数据库实施是运用DBMS建立数据库，创建各种对象（表、窗体、查询），编制与调试应用程序，录入数据，进行试运行数据库运行与维护数据库系统正式投入使用后，还应不断进行评价、修改与调整。这一时期的工作就是数据库的运行和维护。数据库设

5、计流程7.2 需求分析需求分析是数据库设计的起点和基础需求分析阶段的工作是详细准确地了解数据库应用系统的运行环境和用户要求开发的目的是什么用户需要从数据库中得到的数据信息是什么输出这些信息采用何种方式或格式需求分析的方法-调查步骤调查各部门的组成和业务活动帮助用户进一步明确系统最终要求把结果以标准化的文档表示出来，如使用数据流程图、数据字典和需求说明等方式发调查表请专业人员介绍询问跟班作业查阅资料数据流程图的基本画法数据流程图要表述出数据来源、数据处理、数据流程图要表述出数据来源、数据处理、数据输出以及数据存储，它主要反映了数据数据输出以及数据存储，它主要反映了数据和处理的关系。和处理的关系。

6、7.3 概念结构设计任务将需求分析结果抽象为概念模型方法建立E-R模型(Entity-Relationship model)E-R模型的表示方法为E-R图E-R图实质表示了实体、属性和实体间的联系7.3.1 E-R图的表示方法实体用矩形表示，矩形框内写明实体名属性用椭圆表示，椭圆内写明属性名，并且将椭圆用线与相应的实体连接。联系用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用线分别与有关的实体连接起来，同时在线上注明联系类型。（1：1，1：n或m：n）学生实体、课程实体的属性及其联系的E-R图表示 系、教师、学生和课程间的联系确定出确定出实体与实体与实体间实体间联系联系教学管理的E-R模型 填全填全实体实

7、体属性属性7.3.2 建立E-R模型中的几个问题相对原则对于同一对象抽象的结果可能不同简单原则现实世界的事物能作为属性的尽量归为属性设计过程设计局部E-R模型集成全局E-R模型解决三种冲突命名冲突属性冲突结构冲突简单原则举例不不考虑宿舍的进一步信考虑宿舍的进一步信息时，宿舍应作为属性息时，宿舍应作为属性建立E-R模型举例例7-1 一个企业应用包括人员管理、生产管理、设备管理等功能模块。其中：人员管理需要记录职工编号、职工姓名、职务（干部/工人）、年龄、性别等。一个职工工作于一个部门，一个部门有若干职工。对于部门应记录各部门的编号、部门名称、负责人、电话等信息。设计局部E-R模型人员管理的E-R

8、图 设计局部E-R模型设备管理的E-R图 设计局部E-R模型生产管理的E-R图 将局部E-R模型集成全局E-R模型7.4 逻辑结构设计任务将概念设计结果转换为DBMS支持的数据模型步骤将概念结构转换为数据模型将转换来的模型向特定DBMS支持的数据模型转换（这里使用关系数据库模型）对数据模型进行优化7.4.1 E-R模型转换为关系模型的方法实体的转换一个实体转换为一个关系模式实体间联系的转换一对一联系一对多联系多对多联系主键的定义实体的转换一个实体转换为一个关系模式实体的属性就是关系模式的属性实体的键就是关系的主键例如教学管理系统中共有教师、系、学生和课程四个实体，它们转换为关系模式后分别为教师

9、（教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄）系（系号，系名，系主任，电话）学生（学号，姓名，性别，出生日期，专业，照片）课程（课程号，课程名，学时，类别）一对一联系的转换方法一联系转换为独立的关系模式模式的属性由联系本身的属性及两个实体的键构成主键由两个实体中的任意一个键构成方法二将联系与一端的实体的关系模式合并，即将联系的属性加入到实体的关系模式内主键不变一对一联系的转换建立独立的关系模式实体对应关系模式分别为：实体对应关系模式分别为：班级（班级（班号班号，专业，人数），专业，人数）班长（班长（学号学号，姓名，专长），姓名，专长）联系联系管理（管理（班号班号，学号），学号）关系模式关系模式“管理

10、管理”的主的主键也可以选择学号键也可以选择学号一对一联系的转换合并到实体关系模式原实体对应关系模式分别为：原实体对应关系模式分别为：班级（班级（班号班号，专业，人数），专业，人数）班长（学号，姓名，专长）班长（学号，姓名，专长）将将联系联系“管理管理”合并到实体合并到实体“班班级级”对应的模式后为：对应的模式后为：班级（班级（班号班号，专业，人数，专业，人数，学号学号）班长（班长（学号学号，姓名，专长），姓名，专长）联系联系“管理管理”也可以合并也可以合并到实体到实体“班长班长”对应的模对应的模式式一对多联系的转换方法一联系转换为独立的关系模式模式的属性由联系本身的属性及两个实体的键构成主键由

11、n端实体的键组成方法二将联系与n端的实体的关系模式合并，即将联系的属性加入到实体的关系模式内主键不变一对多联系的转换建立独立的关系模式实体对应的关系模式实体对应的关系模式系（系（系号系号，系名，系主任，电话），系名，系主任，电话）教师（教师（教师号教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄），姓名，专业，职称，性别，年龄）联系对应的关系模式联系对应的关系模式管理（管理（教师号教师号，系号），系号）一对多联系的转换合并到实体关系模式实体对应的关系模式实体对应的关系模式系（系（系号系号，系名，系主任，电话），系名，系主任，电话）教师（教师（教师号教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄），姓名，专业，职称，

12、性别，年龄）合并到实体合并到实体“教师教师”后后 教师（教师（教师号教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄，姓名，专业，职称，性别，年龄，系号）系号）只能合并只能合并到到“多多”的一端的一端多对多联系的转换联系只能转换为独立模式模式的属性由联系本身的属性及两个实体的键构成主键由两端实体的键组合而成多对多联系的转换建立独立的关系模式课程（课程（课程号课程号，课程名，学时，类别），课程名，学时，类别）学生（学生（学号学号，姓名，性别，专业，出生日期，照片），姓名，性别，专业，出生日期，照片）选修（选修（学号学号，课程号课程号，分数），分数）7.4.2 E-R模型转换为关系模型举例根据教学管理E-R模

13、型建立教学管理系统的关系模型根据例7-1的E-R模型建立企业应用系统的关系模型系（系（系号系号，系名，系主任，电话），系名，系主任，电话）学生学生（学号学号，姓名，性别，出生日期，专业，照片），姓名，性别，出生日期，专业，照片）课程（课程（课程号课程号，课程名，学时，类别），课程名，学时，类别）教师（教师（教师号教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄），姓名，专业，职称，性别，年龄）选选修修（学学号号，课课程号程号，分数），分数）课课 程程 评评 价价（教教师师号号，课课 程程 号号，评价）评价）管理（管理（教师号教师号，系号系号）注册（注册（学号学号，系号），系号）系（系号，系名，系主任，电话

14、）课程（课程号，课程名，学时，类别）教师（教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄，系号）学生（学号，姓名，性别，出生日期，专业，照片，系号）选修（学号，课程号，分数）课程评价（教师号，课程号，评价）教学管理的关系模型教学管理的关系模型设设备备（设设备备编编号号，设备名称，价格）设备名称，价格）零零件件（零零件件编编号号，零件名称，规格）零件名称，规格）人人员员（职职工工编编号号，姓姓名名，性性别别，年年龄，职务）龄，职务）部部门门（部部门门编编号号，部部门门名名称称，负负责责人人，电话）电话）生生产产（零零件件编编号号，部部门门编编号号，生产日期，生产数量）生产日期，生产数量）装装配配（设设备备

15、编编号号，零零件件编编号号，装装配配日期，装配数量）日期，装配数量）包含（包含（职工编职工编号号，部门编号），部门编号）人员（人员（职工编号职工编号，姓名，性别，姓名，性别，年龄，职务，年龄，职务，部门编号部门编号）管理（部门编号，管理（部门编号，设备编号设备编号）合并合并合并合并设设备备（设设备备编编号号，设设备备名名称称，价格，价格，部门编号部门编号）企业应用的关系模型人员（职工编号，姓名，性别，年龄，职务，部门编号）部门（部门编号，部门名称，负责人，电话）设备（设备编号，设备名称，价格，部门编号）零件（零件编号，零件名称，规格）生产（零件编号，部门编号，生产日期，生产数量）装配（设备编号

16、，零件编号，装配日期，装配数量）7.4.3 数据完整性设计实体完整性参照完整性用户自定义完整性7.5 关系模式的规范化7.5.1 问题的提出7.5.2 函数依赖与键7.5.3 关系模式的范式与规范化供应商编号供应商名称联系方式商品名称商品价格101华讯12345678光驱180101华讯12345678光盘150101华讯12345678打印纸20102欣欣87654321光盘160102欣欣87654321鼠标56例如针对供应商建立了如下关系模式：供货（供应商编号，供应商名称，联系方式，商品名称，商品价格）数据冗余大数据冗余大数据不一致性数据不一致性操作异常操作异常这个模式存在这个模式存在如

17、下问题如下问题函数依赖函数依赖的概念函数依赖的表示方法函数依赖的类型完全依赖部分依赖传递依赖 学生关系的函数依赖关系学生（学生（学号学号，姓名，性别，出生日期，专业），姓名，性别，出生日期，专业）该关系的函数依赖集表示为：该关系的函数依赖集表示为：学号学号姓名姓名学号学号性别性别学号学号出生日期出生日期学号学号专业专业函数依赖的定义给定一关系R，若当且仅当对应于R中属性X的每一个值，在任一时刻必有一个确定的属性Y值，则称Y是函数依赖于X，也可称为X函数决定Y，记为X-Y。成绩（学号，姓名，课程号，课程名，分数）成绩关系的函数依赖集成绩关系的函数依赖集:学号学号姓名姓名课程号课程号课程名课程名(

18、学号学号,课程号课程号)分数分数完全函数依赖和部分函数依赖完全依赖若称关系R中的属性Y是完全依赖于属性X，则应满足以下两个条件：属性Y函数依赖于属性X属性Y不函数依赖于属性X的任一真子集X部分依赖如果属性Y只函数依赖于属性X的某一真子集X，则称属性Y部分函数依赖于属性X。传递依赖定义：在关系R中，如果属性X、Y、Z之间满足：XY,Y Z，则称Z对X传递依赖。例如关系模式:辅导（学号，班级，辅导员）函数依赖集:学号班级班级辅导员键定义：设K是关系R模式中的属性，当K的值确定后，关系中其它属性值也就唯一确定，且K的任何一个真子集不再具有这样的性质，则称K为R的键或候选键。注意：通常选择其中一个作主

19、键K可以是单个属性或属性组合主属性与非主属性主属性包含在任何一个候选键中的属性称为主属性非主属性不包含在候选键中的属性称为非主属性或非键属性关系中主键是单属性的，则非键属性对主键肯定是完全函数依赖的。而当主键是复合属性时，则非键属性对主键的函数依赖就有完全依赖和部分依赖两种可能。外部键设X是关系模式R中的属性或属性组，X并非R的键，而是另一关系模式的键，则称X是R的外键。如：系（部门编号，系名，系主任，电话）教师（教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄，部门编号）范式与规范化范式关系满足不同层次的要求就称为不同的范式范式由低到高依次为1NF,2NF,3NF,4NF,5NF规范化将一个低一级范式的

20、关系模式分解为若干个满足高一级范式关系模式的集合的过程1NF、2NF、3NF 1NF：如果关系模式R的每一个属性只包含单一的值，则关系模式R满足1NF2NF：如果关系R满足第一范式，而且它的所有非主关键字属性完全依赖于整个主属性（也就是说，不存在部分依赖），则R满足第二范式3NF：如果某关系满足第二范式，而且他的任何一个非主属性都不传递函数依赖于任何非主属性，则R满足第三范式规范化至1NF学号学号姓名姓名课程名课程名成绩成绩991101李雨李雨英语英语计算机基础计算机基础8590991102杨玲杨玲英语英语计算机基础计算机基础7394991103张山张山英语英语计算机基础计算机基础7685学号

21、学号姓名姓名课程名课程名成绩成绩991101李雨李雨英语英语85991101李雨李雨计算机基础计算机基础90991102杨玲杨玲英语英语73991102杨玲杨玲计算机基础计算机基础94991103张山张山英语英语76991103张山张山计算机基础计算机基础85每一个属性只包含单一的值每一个属性只包含单一的值由1NF规范化至2NF消除部消除部分依赖分依赖名单（名单（学号学号，姓名），姓名）成绩（成绩（学号学号，姓名，姓名，课程号课程号，课程名，分数），课程名，分数）成绩（成绩（学号，课程号学号，课程号，分数），分数）由2NF规范化至3NF辅导（学号，班级，辅导员）班级（班级（学号学号，班级），班

22、级）辅导（辅导（班级班级，辅导员），辅导员）消除传消除传递依赖递依赖数据库规范化应用实例分析关系模式供货（供应商编号，供应商名称，联系方式，商品名称，商品价格）的函数依赖集，并将其规范到第三范式。函数依赖集表示为供应商编号供应商名称供应商编号联系方式（供应商编号，商品名称）商品价格该关系模式存在部分依赖，因此只满足1NF规范化至3NF为供应商（供应商编号，供应商名称，联系方式）供货信息（供应商编号，商品名称，商品价格）7.6 设计实例期刊采编系统期刊采编的主要任务是由编辑部的编辑人员对稿件进行编辑，决定稿件收录的期刊的刊次和栏目；设计排版部的设计人员，负责期刊的设计排版工作。需求分析期刊采编系

23、统包括：人员管理稿件生产管理期刊设计排版管理等功能模块需求分析人员管理模块人员管理需要记录职工编号、职工姓名、职务、年龄、性别等。一个职工工作于一个部门，一个部门有若干职工。对于部门应记录各部门的编号、部门名称、负责人、电话等信息。需求分析稿件生产管理模块稿件生产管理模块管理若干编辑部的若干人员和进行稿件的生产；对于各编辑部需记录各编辑部编号、负责人、电话；而编辑部的人员同样记录人员编号、姓名、职务、年龄、性别、负责的具体工作等；对于稿件需要记录稿件的编号、标题、作者、字数、正文等；每一个编辑部编辑多篇稿件，而一篇稿件只有一个编辑部编辑，要记录编辑的姓名和编辑完成的时间。需求分析期刊设计排版模

24、块期刊设计排版模块管理设计排版部的若干人员和若干期刊。对于期刊需要记录期刊的名称、刊出年月等；同样对于稿件需要记录稿件的编号、标题、作者、字数、正文等；对于设计排版部需记录单位编号、负责人、电话；设计排版部的人员同样记录职工编号、姓名、职务、年龄、性别、负责的具体工作等。每一本期刊由多篇稿件编排而成，要记录编排者的姓名和设计完成的时间。需求分析数据流程图 需求分析数据字典数据流名称：稿件数据流名称：稿件来源：作者来源：作者去向：去向：p1编辑编辑包包含含的的数数据据项项：标标题题、作作者者、字数、正文字数、正文期刊采编系统的数据流期刊采编系统的数据流稿件稿件数据流名称：编辑信息数据流名称：编辑

25、信息来源：编辑部来源：编辑部去向：去向：p1编辑编辑包包含含的的数数据据项项：编编辑辑部部编编号号、名名称称、负负责责人人、电电话话、职职工工编编号号、职职工工姓姓名名、年年龄龄、性别、职务、权限性别、职务、权限期刊采编系统的数据流期刊采编系统的数据流编辑信息编辑信息需求分析数据字典数据流名称：期刊数据流名称：期刊来源：期刊来源：期刊去向：去向：p1编辑编辑包包含含的的数数据据项项：期期刊刊名名称称、刊刊号号、出版日期出版日期期刊采编系统的数据流期刊采编系统的数据流期刊期刊数据流名称：编辑后稿件数据流名称：编辑后稿件来源：来源：p1编辑编辑去向：去向：p2排版排版包包含含的的数数据据项项：稿稿

26、件件编编号号、标标题题、作作者者、字字数数、正正文文、编编辑辑姓姓名名、编编辑辑日日期、期刊名称、刊号、所属栏目期、期刊名称、刊号、所属栏目期刊采编系统的数据流期刊采编系统的数据流编辑后稿件编辑后稿件需求分析数据字典数据流名称：排版信息数据流名称：排版信息来源：设计排版部来源：设计排版部去向：去向：p2排版排版包包含含的的数数据据项项：设设计计部部编编号号、名名称称、负负责责人人、电电话话、职职工工编编号号、职职工工姓姓名名、年年龄龄、性性别别、职职务务、权限权限期刊采编系统的数据流期刊采编系统的数据流排版信息排版信息数据流名称：排版后稿件数据流名称：排版后稿件来源：来源：p2排版排版去向：期

27、刊去向：期刊包包含含的的数数据据项项：稿稿件件编编号号、标标题题、作作者者、字字数数、正正文文、编编辑辑姓姓名名、编编辑辑日日期期、期期刊刊名名称称、刊刊号号、所所属属栏栏目目、设设计者、完成日期、出版日期计者、完成日期、出版日期期刊采编系统的数据流期刊采编系统的数据流排版后稿件排版后稿件需求分析数据字典数据项名称数据项名称数据类型及长度数据类型及长度说明说明部门编号部门编号整型整型采用序列编号采用序列编号部门名称部门名称字符，可变长度字符，可变长度50负责人负责人字符，可变长度字符，可变长度50不能为空不能为空电话电话字符，可变长度字符，可变长度24职工编号职工编号整型整型采用序列编号采用序

28、列编号姓名姓名字符，可变长度字符，可变长度30不能为空不能为空性别性别字符，固定长度字符，固定长度2取值男或女取值男或女年龄年龄整型整型取值范围取值范围1-100职务职务字符，可变长度字符，可变长度20多数人为多数人为“编辑编辑”权限权限字符，可变长度字符，可变长度100期刊编号期刊编号字符，固定长度字符，固定长度9前前3位是期刊名称缩写，中间位是期刊名称缩写，中间4位位是年号，最后是年号，最后2位是年度内序号位是年度内序号期刊名称期刊名称字符，可变长度字符，可变长度50设计者设计者字符，可变长度字符，可变长度30完成日期完成日期日期日期出版日期出版日期日期日期稿件编号稿件编号整型整型采用序列

29、编号采用序列编号标题标题字符，可变长度字符，可变长度180不能为空不能为空作者作者字符，可变长度字符，可变长度30正文正文字符字符不能为空不能为空字数字数整型整型编辑者编辑者字符，可变长度字符，可变长度30编辑日期编辑日期日期日期所属栏目所属栏目字符，可变长度字符，可变长度50概念结构设计局部E-R模型人员管理E-R模型概念结构设计局部E-R模型稿件生产管理的稿件生产管理的E-R图图概念结构设计局部E-R模型期刊设计排版的期刊设计排版的E-R图图合成全局E-R图逻辑结构设计由E-R图转换为关系模式设计数据完整性数据模型的规范化关系模式部门（部门编号，部门名称，负责人，电话）人员（职工编号，姓名

30、，性别，年龄，职务，权限，部门编号）期刊（期刊编号，期刊名称，出版日期，部门编号，设计者，完成日期）稿件（稿件编号，标题，作者，字数，正文，部门编号，编辑者，编辑日期，期刊编号，所属栏目）数据完整性设计实体完整性通过确定主键已完成参照完整性模式“人员”中的属性“部门编号”来源于模式“部门”中的属性“部门编号”模式“期刊”中的属性“部门编号”来源于模式“部门”中的属性“部门编号”模式“稿件”中的属性“部门编号”来源于模式“部门”中的属性“部门编号”模式“稿件”中的属性“期刊编号”来源于模式“期刊”中的属性“期刊编号”用户定义完整性包括：模式“人员”中的属性“性别”的值只能为男或女；模式“人员”中的属性“年龄”的值只能为1-100间；模式“部门”中的属性“职务”的默认值为编辑；模式“期刊”中的属性“完成日期”的值应早于（小于）属性“出版日期”的值；模式“期刊”中的属性“期刊编号”固定为9位，前三位由字母，后六位由数字构成。数据模型的规范化4个模式都只存在完全依赖，不存在部分依赖和传递依赖，因此该数据模型满足第三范式。