第三部分数据库讲义.doc

数据库系统基础第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分总计111.520.56学时一、数据库系统概述1.1 数据库在电子政务系统中的中心地位。1.1.1 介绍“三网一库”。在2001年国务院制定的全国政府系统政务信息化建设的5年规划中，对我国政府信息化枢纽框架作出了明确规定，主要内容便是“三网一库”，即：政府机关内部的办公业务网、国务院办公厅与各地区、各部门连接的办公业务资源网、以因特网为依托的政府公众信息网；政府共建共享的电子信息资源库。（介绍北京信息化办公室规划处处长 董宝青 介绍的情况。数字北京专门成立的信息资源管理中心，对信息中心即将作出职能回归的计划，非常强调数据库的中心基础作用。拟辟文链接）1.2 应用示例 办公自动化系统 图书管理系统 航空售票系统 数字图书馆系统 银行业务系统 文档管理系统 数字北京的信息资源管理计划页：1在网站上下载其示意图，切切。（重点）【例子】工厂MIS系统销售记录：产品、服务、客户、销售人员、时间 雇员信息： 姓名、地址、工资、津贴、所得税款 财务信息 合同、应收货款、应付货款 1.3 数据库系统的作用1.3.1 管理大量数据目前最先进的数据库产品能支持10TB的数据，这个数据的概念相当于 可存储5,497,558,138,880个汉字 在航空售票系统中，可存储183亿个航班； 在银行业务信息中，可存储38亿个流水帐户； 在图书管理系统中，可以存储45亿本书的简要信息1.3.2 数据定义功能可以定义各种数据库对象，包括数据库、表、视图、查询、索引、游标、角色、规则、约束、外键等 关系型数据库管理系统（RDBMS）一般支持标准SQL语言，可以实现 CREATE/ALTER/DROP TABLE 创建/修改/删除表 CREATE/ALTER/DROP VIEW 创建/修改/删除视图 CREATE/ALTER/DROP DATABASE 创建/修改/删除数据库【注】上述语句是SQL语言（结构化查询语言，关系数据库最流行的数据查询和更新语言）提供的部分数据定义语句。如：create table student(id char(4), name char(16), sex char(2), height numeric(4,2)表示建立名为student的一个数据表，其中包括id等四个字段。Alter table student add hometown char(40) 表示在表student中添加hometown字段。Drop table student 表示删除表student1.3.3 数据管理功能检索数据 SELECT插入数据 INSERT修改数据 UPDATE删除数据 DELETE【注】SQL语言中提供了功能强大的数据管理语言（DML）,简单说明：select id, name from student where hometown like ”%山” 表示查找籍贯以“山”开头的同学的ID号和姓名。Insert into student values(1111,赵忠意”,男,1.76) 表示向表student增加记录1.3.4 控制多用户访问完整性控制：一般利用事务页：2查事务的示意图例子（Transaction）进行。并发性控制：一般利用锁页：2查锁的类型（Lock）进行。安全性控制：一般利用权限、角色页：2画权限表（找灵通公司产品）等措施执行。【解释】【事务】 用事务来进行一致性控制，事务是一致性约束的检查单位，其特点在于事务中的所有操作要么同成功、要么同失败。由COMMIT将所有改变都托付给数据库，使数据库由事务前的一致性变成该事务导致的新的一致性状态。事务失败，由ROLLBACK回滚。一个事务应当具有ACID属性，将在后面DBMS组件中介绍。【锁】 DBMS引入锁的机制来控制并发，加锁就是占有资源，解锁就是释放资源。对数据项加锁最常见的形式是共享锁和排他锁。所谓共享锁意指可读不可写，排他锁意味既可读也可写。在不同系统中对锁还有具体的细分，如MS SQL SERVER中规定了4级锁粒度（数据库、表、页、行），还提供了其他的锁类型（如修改锁、意图锁等）。【权限】就是指定什么样的用户在哪些数据上可以进行什么样的操作。1.4 常用DBMS介绍1.4.1 Oracle Oracle是一个最早商业化的关系型DBMS，具有完整的数据管理功能，包括故障恢复、与高级语言接口、并发完整性控制等。同时它是一个分布式数据库系统，支持各种分布式功能，特别支持INTERNET处理。它还是一个应用开发环境，提供了一套界面友好、功能齐全的数据库开发工具。Oracle使用PL/SQL语言，具有可开放性、可伸缩性、可移植性。Oracle 8i 版本提供支持面向对象的功能，支持对象的类、属性、方法，使其成为对象/关系DBMS，很多大型电子政务管理系统都采用其作为后台数据库进行操作。1.4.2 SQL SERVERMicrosoft SQL SERVER是一种典型的客户机/服务器架构的关系型DBMS，它使用Transact-SQL在服务器和客户机之间传送请求和回应。为用户提供完整的数据库解决方案。1.4.3 Sybase1.4.4 Access作为OFFICE的组件之一，ACCESS是在WINDOWS下流行的桌面型DBMS，对简单的数据库应用，用户无须编写任何代码，可以 直接通过简单的可视化操作完成大部分数据库管理任务。可以通过ODBC与其他数据库进行数据交换与共享，也可与WORD、EXCEL实现数据共享。同时提供VBA接口实现应用系统的开发。1.5.5 Visual Foxpro二、数据库技术演义 2.1 人工管理阶段特点： 在程序中要规定数据的逻辑结构和物理结构，程序与文件不独立 数据面向应用，数据不能共享，存在无控冗余 2.2 文件管理阶段特点： 信息以文件为单位存储在外存，由OS 统一管理 物理、逻辑结构脱离，数据具有物理独立性 实现了文件级的共享，不能共享记录和数据项，存在数据不一致。 面向应用组织数据，仍有大量冗余 【背景】出现了磁盘等随机存取的存储介质，操作系统和高级语言形成。操作系统上的文件管理系统就是专门管理磁盘文件的管理软件。应用程序的开发是独立的，没有一个统一的规划。政府每个部门都可能开发与其他部门完全独立的系统，都拥有各自独立的数据文件。【特点详解】（1） 见背景叙述（2） 因为物理结构的操作全部交给OS去完成，可以实现物理独立性。（3） 因为同一信息在多处采集和维护，可能造成同一种信息的不同数据表示。（4） 同一信息在多个数据文件中出现，当多个不同部门独立采集同一信息是就产生了冗余。标志传统文件管理数据阶段转向现代数据库管理阶段的三大事件是：1968年，IBM推出了商用化的基于层次模型的IMS系统，IMS是一种宿主语言系统，某种宿主语言加上数据操作语言就构成了IMS应用系统。1969年，美国CODASYL(数据系统语言协商会)下的DBTG（数据库任务组）发布了DBTG报告，该报告奠定了网状数据库模型的基础。1970年，E.F.Codd提出关系模型，奠定了关系数据库管理系统的基础。2.3 数据库阶段特点： 使用复杂的数据模型来表示结构，面向部门组织数据，形成综合性数据库 程序与数据有较高的独立性，易扩充 提供了完整的数据控制功能。 为用户提供了方便的接口【特点详解】（1） 使用复杂的数据模型来表示结构。数据模型不但表示数据本身，还要描述数据之间的联系，所要管理的数据不再面向特定应用，而是面向整个应用系统，以部门来组织数据，减少了数据冗余，节省存储空间，有利于保持数据一致性。（2） 具有很高的独立性，物理结构改变时基本不影响数据的逻辑结构和应用程序；部分逻辑结构的改变不影响整体逻辑结构，因此可以说部分实现了物理、逻辑独立性。（3） 包括并发性、完整性、可恢复性、安全性和审计性。并发性就是允许多个用户或应用程序同时操纵数据，而数据库能保证提供正确数据。完整性就是始终包含正确的数据，可以通过定义参照完整性规则或字段规则保证记录之间的有机联系和数据值的有效性。可恢复性指数据库遭到破坏后，系统有能力把数据库恢复到最近某个时刻的正确状态。安全性指只有指定的用户才能使用数据库中的数据和允许的操作。审计性指系统可以自动记录所有对数据库系统和数据的操作，以便于跟踪和审计数据库的所有操作。（4） 为用户提供了方便的接口。在数据库系统中，用户可以非常方便的使用SQL（Structured Query Language结构化查询语言）语言查询数据。2.4 数据库技术的发展趋势2.4.1 数据库技术面对的挑战 环境的变化 数据类型的变化 数据来源的变化 数据管理要求的变化【详解】（1） 应用环境由可控制的环境变成多变的异构信息集成环境和INTERNET分布式环境。（2） 由结构化的数据扩大至半结构化、非结构化和多媒体数据类型。（3） 大量数据将来源于实时和动态的传感器或监测设备，需要处理的量成倍增加。（4） 许多新型应用需要协同设计和工作流管理，需要平面的数据展示方式。2.4.2 数据库技术的发展 分布式数据库分布式数据库是指在多个不同地理位置存储的数据库，其中一部分在某位置存储和处理，其他部分在其余位置存储和处理。两种类型的分布式数据库： 中央数据库，包括分区式数据库和副本式数据库。其中中央数据库存储所有数据，分布式数据库存储该站点经常处理的数据，如果需要其他数据，则向中央数据库发出请求。副本分布式数据库在各站点制作中央数据库的副本。关键技术在于维护各站点数据的一致性。 中央索引数据库：包括中央索引数据库和网络请求分布式数据库。用户使用数据时发送请求至中央索引数据库，根据索引指针寻找。中央索引数据库不存储数据，各站点自己维护数据。而网络请求分布式数据库中，没有中央索引数据库，依靠网络轮询完成用户请求。 面向对象数据库传统数据库存储对象主要是结构化的数字和字符信息，而且可以很好地存储和检索各种复杂对象的信息，如图形、图像等。但它不能处理基于复杂对象的应用程序，例如包含了复杂关系、数据类型多样的CAD数据库中的设计数据。如果在RDBMS中处理这些数据，需要使用专门的程序把这些复杂的数据分解成适合在二维表中存储的数据。在OODBMS中，可以从基本类型开始，如整型、实型、布尔型、字符串开始，使用记录结构、聚集类型、引用类型等构造符构造新的数据类型。 多媒体数据库目前尚未有成熟的多媒体数据库出现，传统DBMS处理大字节的数据类型时，采取了复杂的方法。 数据仓库数据仓库是面向主题的、一致的、不同时间的、稳定的数据集合，用于支持经营管理中的决策支持过程。数据仓库是一个处理过程，该过程从历史的角度组织和存储数据，并能集成地进行数据分析。换言之，数据仓库是一个大的数据库，存储了所有的业务数据。 工作流数据库越来越多的系统在提高效率时受到流程或组织结构的障碍，流程再造成为解决这一问题的重要方法，工作流数据库就是为了适应这种处理需求而产生的，包括处理、活动、控制流、输入、输出、数据流、条件等。它对传统数据库提出了特殊的要求，例如支持长事务、协调多个活动对共享数据库的访问、对事件的支持等。三、数据库系统架构数据库系统架构是指数据库系统中数据的存储、管理和使用等规范形式，包括数据存储架构、数据视图管理架构和数据库应用架构。3.1 数据库存储架构是指数据库中物理数据和逻辑数据的表示形式、物理数据和逻辑数据之间关系映射方式的说明。 物理数据结构指在存储设备上的存储方式。（联系磁盘、光盘结构进行理解）描述术语：位、字节、字、块、卷 逻辑数据结构用户和程序员用来操作的数据形式。逻辑数据的描述包含两个层次l 客观世界的描述：实体、实体集、属性n 实体：描述客观现实存在的东西，它既可以是具体的，也可以是抽象的无形的东西。如一本书可以作为一个实体，一次借书则是一个无形的对象。n 实体集：特性相同的实体构成实体集。n 属性：实体的特性成为属性，每一个属性都有一个值域，值域可以是整数型、字符型、日期类型等。属性可以分为两类，一类是标识属性，一类是描述属性。l 数据库管理系统的描述：数据项（字段）、元组（记录）、关系（表）、关键字n 数据项，又叫字段，是标识属性的可以命名的最小单位。如标识文件的文件名称、文件编号、题名、责任者等字段。n 元组，又叫记录。数据项的集合称为元组，一个元组表示一个具体的实体。n 关系，在关系DBMS中，同一类元组集合构成关系。n 关键字：属性中，能唯一区分该实体的属性或属性组就是该关系的关键字，一个关系可能有多个关键字，每次使用只能选定一个关键字，该关键字称为主关键字，其余关键字叫候选关键字。如果本关系的某一属性是另一关系的关键字，则称该属性为外关键字。关键字对于维护数据库的参照完整性具有重要作用。【数据层次描述】理解现实世界、信息世界、数据世界3.2 数据库视图管理架构数据库存储架构被分成了多个部分，为了按照这种存储架构管理数据，引入了数据视图架构。所谓数据视图就是从某个角度看到的数据特性。目前数据库管理架构使用三模式方法来定义和管理逻辑和物理数据。3.2.1 管理架构：三级模式(1) 内模式：也叫存储模式，是对数据结构和存储结构的描述。例如记录的存储方式是顺序存储、B树结构还是按照hash方法存储；索引的组织方式；数据是否压缩存储，是否加密；存储记录结构有何规定等等。一个数据库只有一个内模式。(2) 模式：也叫全局逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据库模式的中间层次，与硬件环境和开发工具的语言无关。一个数据库只有一个模式，它是以某一种数据模型为基础，统一综合考虑所有用户的需求，并将这些需求有机结合成一个逻辑整体。包括：数据记录由哪些数据项组成；数据项的名称、类型、取值范围；安全性、完整性定义等。(3) 外模式：也叫子模式或局部逻辑模式，是数据库用户（含应用程序员）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。一个数据库可有多个外模式。如果用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密要求等方面存在差异，则其外模式描述就是不同的。外模式是保证数据库安全的一个有力措施 每个用户只能看见和访问所对应当外模式中的数据，其余数据对他们而言是隐蔽的。3.2.2 二级映象功能(1) 外模式/模式映象： 对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映象，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这样当模式改变时，如增加新的数据类型、新的数据项时，由DBA对映象作相应改变，可以使外模式保持不变从而不必修改应用程序，保证了数据的逻辑独立性。(2) 模式/内模式映象：数据库模式与内模式都是唯一的，所以其映象也是唯一的，它定义了全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。当数据库存储结构改变后，由DBA对映象进行相应改变，可以使模式保持不变，从而实现物理独立性。3.2.3 五层视图最终用户层、外部级、概念级、内部级、物理层 3.3 数据库应用架构3.3.1 数据库应用系统包括数据库应用架构就是数据库应用系统中数据存储层、业务处理层、界面表示层以及网络通讯设备之间的布局和分布。3.3.2 单机型桌面型DBMS，在数据一致性、完整性、安全性、并发性方面存在许多缺陷，但基本实现了DBMS应该具有的功能，适合未联网和移动用户。单机型将数据存储层、业务处理层和界面表示层所有功能层次集中在一个计算机上。流行DBMS：MS ACCESS、Visual Foxpro3.3.3 集中式数据库架构是一种采用大型主机和终端结合的系统，该结构将操作系统、应用程序、数据库系统和资源放在核心主机上，只将界面表示层功能放在终端上。该系统对主机的要求很高，而终端的要求则不高，又叫“哑终端”结构。3.3.4 C/S 结构目前非常流行的模式，由客户机提出请求，服务器对请求作出回答。该架构的本质在于通过服务功能的分布实现分工服务，每个服务器对系统提供自己最擅长的服务。该架构中，数据的控制存储层放在服务器上，业务处理层和界面处理层放在客户机上。客户机负责生成数据库请求，然后将请求发送至服务器处，并接收服务器处理的结果，并将这些结果按照一定的格式返回给用户。3.3.5 多层数据库结构多层数据库应用架构是一种复杂的数据库应用架构。其数据存储控制层在数据服务器上，主要的业务处理层在应用服务器完成，简单的业务处理和界面表示层在客户机3.3.6 Browser/Server B/S结构只需要安装作为前端运行的浏览器即可，而不需要安装客户端软件。该架构的核心是WEB服务器，它负责接收远程浏览器的超文本(HTTP)数据请求，然后将结果翻译成HTTP格式返回发出请求的浏览器。3.4 数据库管理系统组件3.4.1 数据与元数据数据是数据库管理系统管理的对象；元数据是有关数据结构的信息。在DBMS中，数据就是用户填充到表中的信息，元数据就是有关表名、列名、数据类型等数据库对象的数据。类似的，索引是数据，关于索引的描述则是元数据。3.4.2 输入对DBMS的输入操作包括查询、修改和模式修改。查询就是针对数据的操作，可以通过普通的查询界面和应用程序界面进行。修改就是对数据的修改。模式修改就是对元数据的修改，对这些操作需要有授权才能进行。3.4.3 查询处理器查询处理器负责处理查询，包括编译器、解释器、预编译器。编译器负责对查询或修改语句进行优化并转换成可以处理的底层语言；解释器负责模式修改，并将其记录在元数据中；预预编译器负责完成嵌入在宿主语言中的查询语句。3.4.4 存储管理器存储管理器是根据所获得的请求信息，从数据存储中获得信息或修改数据信息。通常由DBMS直接控制存储在磁盘上的数据而非OS的文件系统。其中文件管理器负责跟踪磁盘上文件的位置；缓冲区管理器负责内存的管理。3.4.5 事务管理器事务管理器负责系统的完整性工作。它必须保证同时运行的查询语句不会相互影响，即使由于种种原因突然失败，系统也不丢失任何数据。事务管理器与查询管理器相互影响，因为事务管理器必须知道当前查询所操作的数据以避免冲突；事务管理器还与存储管理器发生联系，在进行模式修改时涉及日志的存储与更新，以便在系统失败之后可以通过日志来恢复数据。事务管理器具有ACID属性：A（Atomicity）原子性；C(Consistency)一致性；I（Isolation）独立性；D(Durability)持久性。l 原子性表示事务执行，要么全部完成，要么全部不完成，一个事务对数据库的所有操作，都是不可分割的操作序列。l 一致性表示无论系统处于何种状态，都能保证数据库中的数据处于一致性状态。l 独立性，表示两个或多个事务运行而不互相影响，它由并发控制子系统保证。l 持久性表示工作完成之后，那么这些工作的结果就会永远保存，由系统恢复管理子系统保证。四、数据模型4.1 概念与分类【概念】数据模型：是表示现实世界的一种方法和工具。它实质上是组织框架、结构，但更注重数学意义上的表达。【类型】经典数据模型：关系、层次、网状语义数据模型：ER【详解】构造一个数据模型具有相当的难度，因为它必须包含足够丰富的构件，以便能描述现实世界中有意义的方面，同时还要满足模式构造的有关要求。在数据库技术发展史上，数据模型也经历了由简单到复杂，由具体到抽象的过程。本世纪6070年代相继出现了层次、网状、关系数据模型，通常称为三大经典数据模型。层次数据模型采用简单的树结构来表示实体之间的关系；网状模型用网状结构来表达；关系模型则以关系的集合论为基础，用统一的关系（二维表）来表达实体与实体的联系，具有较高的数据独立性和较严密的数学基础。三大经典模型是目前使用最广泛的模型，其特点是基本上面向机器的，即它们能有效地存贮和处理数据，但其有限的表达远不能自然地直接描述和模拟现实世界。而E-R（实体关系）模型则是一种面向用户的，它采用可视化的图形方法，尽量用图形模型表达数据的意义。它基于对现实世界的这样一种认识，即现实世界是由一组称为实体的基本对象和这些对象之间的联系组成。它舍弃了低层信息而着重于更接近用户的高层的数据说明。需要说明的是，尽管目前有不少面向对象的语义模型，但经典数据模型特别是关系数据模型仍然是主流。许多语义模型，其实是基于经典模型的，只是在其上添加了语义模型层而已。4.2 E-R 模型【基本构件】E-R模型构成成分中有三种:实体（集）、属性、联系。【表示方法】实体用矩形框表示，框内写实体名字。实体属性用椭圆表示，圆上写属性名字，并用无向边相连。联系用棱形框表示，联系以适当含义命名，用无向连线将参加相应联系的实体矩形框分别与矩形框相连，并标明联系类型。【联系类型】基本联系类型：一对一、一对多一对一：表示对A的一个给定值，有且只有一个B值与之对应。一对多：对A的一个给定值，有零个、一个、或多个B值与之对应。因为联系是相对的，从A到B有一个联系，则由B到A也有一个反联系，这样A与B的关系就有三种区分：一对一（1：1）、一对多（1：N，与多对一同）、多对多（N：M）。4.3 层次模型层次模型是用树形结构来表示实体之间的联系的模型。模型结构：（参照树结构的定义）有且仅有一个节点无父节点，该节点为根节点。其他节点有且仅有一个父节点。 【解释】在层次模型中，每个节点表示一个记录类型，节点之间的连线表示记录之间的联系，这种联系只能是父子联系。每个记录类型包含若干字段，表示该实体的不同属性。层次模型的一个基本特点是，任何一个给定值只有按照其路径查看时，才能显出其全部意义。优点：模型简单、容易使用、适于实体之间联系固定的应用系统。缺点：不能很好的描述多对多联系，对插入和删除限制过多，查询子女节点必须通过双亲节点。4.4 网状模型网状数据模型：用网状结构来表达实体与实体之间联系的模型典型代表是DBTG系统。【解释】网状数据模型是一种比层次模型更具普遍性的模型，它允许有的节点可以没有父节点，允许有的节点有多个父节点。因此它可以更直接的描述现实世界，层次模型实质是上是网状模型的一个特例。优点：更直接的描述现实世界，存取效率较高。缺点：DDL语言极其复杂，数据独立性差。4.5 关系模型【概念】以关系的集合论为基础，用统一的关系（二维表格）来表达的具有较高的数据独立性和较严密的数学理论基础的模型。 【模型特点】 关系的每一属性值都是原子值，不可再分。 表中每一列应具有相同的数据类型。 表中每列用有不同的属性名，且类的顺序可任意。 表中没有重复的行出现，且行的顺序任意 。 【解释】可以把关系直观地看成一个二维表格，表中每一行就是一个记录，表的每一列表示一个属性。在定义关系模式时，一般必须指明关系的关键字。关系数据模型就是由一组关系模式构成的，它表达了现实世界中实体与实体的联系，它的构件只有关系一种而无其他。关系的表示方法：关系名（属性1，属性2，属性3，），一般在主关键字下标下划线。【评价】优点：可以简单、灵活地表达各种实体及其之间的联系；用户界面友好，易用性最佳，关系DBMS提供了丰富的查询语言，如SQL.具有严密的数学基础。具有较高的数据独立性。缺点：运行效率不够高。4.6 ER模型转换为关系模型1、将每个实体及其属性用关系模式表示2、把两个实体集的联系及其属性转化为一个关系，包括两个方面： 如果为多对多联系，则两实体关系的主关键字均放入联系关系中作为联合关键字对于一对多联系，将一关系的主关键字放入多关系做为外键，而无需建立专门的联系关系。【解释】关系数据库是目前最流行、最重要的数据库，20世纪80年代以来，计算机厂商推出的DBMS产品基本上都是关系DBMS，非关系DBMS大都加上了关系接口。所以基于关系模型设计数据库是开发数据库应用系统的首要考虑。而关系模型从本质上讲是面向机器的（虽然它在经典数据模型中是最面向用户的），不利于用户直接理解，所以通常采用先进行ER语义模型设计，再将ER模型转换为关系模型。得到的关系模型再经过规范化处理后便用于系统设计。ER图与关系模式是非常一致的，无论从历史发展的角度，还是从市场应用的角度看，ER与关系模型都是紧密联系在一起的。因此经常把ER图作为设计关系模式的开始阶段。4.7 数据库系统的设计(1) 需求分析阶段重点是调查、收集、分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性和完整性要求。信息要求是指用户需要从数据库中获得的信息内容与性质，即在数据库中需要存储哪些数据；处理要求是指用户要求完成什么处理功能，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，新系统必须能够满用户的其他要求。具体的操作方式包括跟班作业、开调查会、专人介绍、询问、调查表等多种方式。数据字典是其主要分析成果，它是各类数据描述的集合。对数据库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收集和分析的主要结果，在数据库设计中占有重要的地位。数据字典通常包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程5个部分，它是数据的数据，而不是数据本身，数据本身存放在物理数据库中，数据字典有助于这些数据的进一步管理和控制。(2) 概念结构设计阶段将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计。概念结构是对现实世界的一种抽象，一般以ER模型为工具，采取自底向上的设计策略来进行。首先是设计局部ER图，然后将各分ER图集成生成初步ER图，经过修改重构后形成基本ER图。(3) 逻辑结构设计阶段概念模型是数据模型的基础，为了能够用某一DBMS实现用户需求，还必须将概念结构进一步转化为相应的数据模型，这就是逻辑结构设计的目的。理论上讲，应该先选择最适合描述与表达概念结构的数据模型，然后在支持这种数据模型的DBMS中进行综合比较。但在现实中，设计者往往没有选择DBMS的余地，各DBMS又有各自的限制，提供不同的环境与工具。具体来说，逻辑结构包括：ER图向数据模型转换、数据模型优化、设计用户子模式等步骤。(4) 物理设计阶段数据库物理设计就是确定物理设备上的存储结构与存取方法，依赖于给定的计算机系统。(5) 数据库实施阶段具体包括：定义数据库结构、装载数据、编制调试程序等步骤。(6) 运行和维护阶段包括数据库转储和恢复；数据库的完整性、安全性控制；数据库性能的监督、分析和改进；数据库的重新组织等。五、关系数据库概述（可选）5.1 关系数据模型概述关系数据模型包含：关系数据结构、关系操作集合、完整性约束三部分。5.1.1关系数据结构前面已述，扁平的二维表格结构。5.1.2关系操作集合包括关系代数和关系演算。关系代数是用对关系的运算来表达查询要求的方式；关系演算是用谓词来表达查询要求的方式。它们在表达能力上是完全等价的。它们都是抽象的查询语言，与具体的DBMS实现的具体语言并不完全一样，但它们能作为评估标准。实际的查询语言，除了提供关系代数或关系演算的功能外，还提供附加功能，如集函数、算术运算等。SQL就是关系DB