第七讲数据库设计

1、An Introduction to Database System以信息需求为主，兼顾处理需求以信息需求为主，兼顾处理需求-面向数据的设计方法面向数据的设计方法以处理需求为主，兼顾信息需求以处理需求为主，兼顾信息需求-面向过程的设计方法面向过程的设计方法反复性反复性试探性试探性分步进行分步进行需求分析需求分析概念设计概念设计逻辑设计逻辑设计物理设计物理设计 给出应用领域中给出应用领域中数据项、数据项之间的关系，数据操作任数据项、数据项之间的关系，数据操作任务的详细定义务的详细定义，为数据库的概念设计、逻辑设计和物理设，为数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计奠定基础，为优化数据库的逻辑结构和物

2、理结构提供可计奠定基础，为优化数据库的逻辑结构和物理结构提供可靠依据。靠依据。 准确描述应用领域的准确描述应用领域的信息模式信息模式，支持用户的各种应用，这，支持用户的各种应用，这样既容易转换成数据库逻辑模式，又易于用户理解。样既容易转换成数据库逻辑模式，又易于用户理解。 满足用户的完整性和安全性要求，能在逻辑级上高效地支满足用户的完整性和安全性要求，能在逻辑级上高效地支持各种数据库事务的运行。持各种数据库事务的运行。 从应用的实际需要入手，权衡时间效率、空间效率和维护从应用的实际需要入手，权衡时间效率、空间效率和维护代价等，为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理代价等，为逻辑数据模型选取

3、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） 需求分析阶段：综合用户的应用需求；综合用户的应用需求； 概念设计阶段：形成独立于形成独立于DBMSDBMS的概念模式；的概念模式； 逻辑设计阶段：将概念模式（如：将概念模式（如：E-RE-R图）转换成图）转换成DBMSDBMS支持的数支持的数据模型（如：关系模型），形成数据库的逻辑模式；据模型（如：关系模型），形成数据库的逻辑模式； 根据用户的处理要求和安全性的考虑：在基本表的基础上建立必在基本表的基础上建立必要的视图，形成数据库的外模式；要的视图，形成数据库的外模式； 物理设计阶段：根据根据DBMSDBMS

4、的特点和处理的需要，选择存储结构，的特点和处理的需要，选择存储结构，建立索引，形成数据库的内模式。建立索引，形成数据库的内模式。 对应用领域的对应用领域的组织结构组织结构、业务流程业务流程和和数据流程数据流程进行调查进行调查，对现行系统的功能和所需信息有一个明确的认识；，对现行系统的功能和所需信息有一个明确的认识；进行应用领域的分析，抽象出应用领域的逻辑模型，最进行应用领域的分析，抽象出应用领域的逻辑模型，最后将逻辑模型用后将逻辑模型用数据流图表示出来。表示出来。 数据流图：可以表示现行系统的信息流动和加工可以表示现行系统的信息流动和加工处理等详细情况，是现行系统的一种逻辑抽象表示，处理等详细

5、情况，是现行系统的一种逻辑抽象表示，它独立于系统的实现。它独立于系统的实现。 考察数据流图中的每个存储信息，确定其是否应该（而且可考察数据流图中的每个存储信息，确定其是否应该（而且可能）由数据库存储，是则列入数据库需要存储的信息范围。能）由数据库存储，是则列入数据库需要存储的信息范围。 对每一个需要由数据库存储的信息，进行严格定义。包括：对每一个需要由数据库存储的信息，进行严格定义。包括：信息名、内容定义、产生该信息的应用和引用该信息的应用信息名、内容定义、产生该信息的应用和引用该信息的应用。 分析数据流图中的每个数据处理应用，确定正在设计的数分析数据流图中的每个数据处理应用，确定正在设计的数

6、据库是否应该（且可能）支持这个应用。是则将该功能列据库是否应该（且可能）支持这个应用。是则将该功能列入数据库系统支持的应用范围。入数据库系统支持的应用范围。 对每个数据库系统应该支持的应用，进行严格定义。包括对每个数据库系统应该支持的应用，进行严格定义。包括：应用名、处理功能、输入信息和输出信息。：应用名、处理功能、输入信息和输出信息。 数据库操作任务对应于最终数据库系统的事务。一个应用数据库操作任务对应于最终数据库系统的事务。一个应用包括一个或多个数据库操作任务。每个数据库操作任务可包括一个或多个数据库操作任务。每个数据库操作任务可属于多个应用。属于多个应用。 每个数据库操作任务必须是某个应

7、用的组成部分；每个数据库操作任务必须是某个应用的组成部分； 每个数据库操作任务必须是一个独立的计算机执行单位，每个数据库操作任务必须是一个独立的计算机执行单位，具有相对独立的功能；具有相对独立的功能； 每个数据库操作任务内的所有操作必须具有每个数据库操作任务内的所有操作必须具有，即当，即当该任务成功运行结束时，所有操作对数据库的影响必须同该任务成功运行结束时，所有操作对数据库的影响必须同时存在；当该任务失败时，所有操作对数据库的影响必须时存在；当该任务失败时，所有操作对数据库的影响必须全部清除；全部清除； 每个数据库操作任务必须具有明确的输入和输出数据项集每个数据库操作任务必须具有明确的输入和

8、输出数据项集合定义，每个数据项必须是详细说明的原子数据项。合定义，每个数据项必须是详细说明的原子数据项。1）从）从DBIPO图中提取出所有原子数据项；图中提取出所有原子数据项；2）将有联系的数据项组合起来形成数据组；）将有联系的数据项组合起来形成数据组；3）以数据组为单位，写出数据项的如下定义：）以数据组为单位，写出数据项的如下定义： 语义定义：名字、实际意义等；名字、实际意义等； 完整性约束定义：数据类型、数据长度、小数位数、值约束、空数据类型、数据长度、小数位数、值约束、空值约束以及其他比较复杂的完整性约束等；值约束以及其他比较复杂的完整性约束等；4）根据用户和实际领域的信息模型需要补充其

9、他数据项及其定义；）根据用户和实际领域的信息模型需要补充其他数据项及其定义；5）形成数据定义字典，包括上述数据项定义的所有内容。）形成数据定义字典，包括上述数据项定义的所有内容。： 在需求分析的基础上，建立数据库的概念模型。在需求分析的基础上，建立数据库的概念模型。能真实、充分地反映现实世界。各类数据及其相互之间能真实、充分地反映现实世界。各类数据及其相互之间的联系和约束；的联系和约束；易懂易用，能为非计算机专业人员所接受；易懂易用，能为非计算机专业人员所接受；组成模型的概念少，定义严格，无多义性；组成模型的概念少，定义严格，无多义性；具有图形表示能力。具有图形表示能力。集中式模式设计法集中式

10、模式设计法视图综合设计法视图综合设计法（1）自顶向下：先从抽象级别高、普遍的事物开始，逐步细化）自顶向下：先从抽象级别高、普遍的事物开始，逐步细化、具体化、特殊化。、具体化、特殊化。（2）自底向上：从具体的事物开始，逐步抽象化、普遍化。）自底向上：从具体的事物开始，逐步抽象化、普遍化。（3）由内向外：从最基本、最核心的事物开始，逐步扩大至有）由内向外：从最基本、最核心的事物开始，逐步扩大至有关的其他事物。关的其他事物。1）设计局部概念模式（视图）设计局部概念模式（视图）2）将局部模式合并成全局模式（视图）将局部模式合并成全局模式（视图）根据局部需求分析的结果产生局部实体集；根据局部需求分析的结

11、果产生局部实体集；确定局部实体集间的联系及结构约束；确定局部实体集间的联系及结构约束；形成局部形成局部E-R图。图。（1）确认视图中的对应关系和冲突l 对应关系：视图中语义都相同的概念，是视图的共同部分；视图中语义都相同的概念，是视图的共同部分；l 冲突：相互之间有矛盾的概念。相互之间有矛盾的概念。l 常见的冲突：命名冲突、概念冲突、域冲突、约束冲突命名冲突、概念冲突、域冲突、约束冲突（2）对视图进行修改，解决冲突（3）合并视图，形成局部视图。 合并对应的部分、保留特殊的部分、删除冗余部分，必合并对应的部分、保留特殊的部分、删除冗余部分，必要时做适当修改，力求视图简单清晰。要时做适当修改，力求

12、视图简单清晰。 将概念设计阶段产生的数据库概念模式变换为数将概念设计阶段产生的数据库概念模式变换为数据库的逻辑模式。据库的逻辑模式。实体集的转换实体集的转换联系的转换联系的转换规范化；规范化；适应适应DBMS限制条件的修改；限制条件的修改；对性能、存储空间等的优化；对性能、存储空间等的优化； （如减少连接运算、减小关系的大小和数据量、尽可能使用（如减少连接运算、减小关系的大小和数据量、尽可能使用快照等）快照等）用用DBMS所提供的所提供的DDL定义逻辑模式。定义逻辑模式。在逻辑设计的基础上，为每个关系模式选择合在逻辑设计的基础上，为每个关系模式选择合适的存储结构和存取方法。适的存储结构和存取方

13、法。提高数据库的性能，特别是满足主要应用的性提高数据库的性能，特别是满足主要应用的性能要求；能要求；有效地利用存储空间。有效地利用存储空间。 查询事务要查询的关系要查询的关系;查询条件所涉及的属性查询条件所涉及的属性;连接条件所涉及的属性连接条件所涉及的属性;查询的投影属性。查询的投影属性。 更新事务要更新的关系；要更新的关系；每个关系上更新操作的类型；每个关系上更新操作的类型；删除和修改操作条件所涉及的属性；删除和修改操作条件所涉及的属性；修改操作要改变的属性值。修改操作要改变的属性值。n 目的：使事务能快速存取数据库中的数据。使事务能快速存取数据库中的数据。n 常用方法：、聚簇、聚簇、HA

14、SHn 索引的选择按启发式规则选择（常用）按启发式规则选择（常用）代价估算（困难）代价估算（困难）（1）下列情况之一的属性或表，不宜建立索引不出现或很少出现在查询条件中的属性；不出现或很少出现在查询条件中的属性；属性值很少的属性；属性值很少的属性；属性值分布严重不均的属性；属性值分布严重不均的属性；经常更新的属性或表；经常更新的属性或表；过长的属性；过长的属性；太小的表。太小的表。（2）满足下列条件之一，可以考虑在相关属性上建索引 主码和外码一般都建有索引；主码和外码一般都建有索引； 以读为主或只读表，只要空间允许可以多建索引；以读为主或只读表，只要空间允许可以多建索引； 等值查询，且满足条件的元组数等值查询，且满足条件的元组数5%，可以考虑在相关，可以考虑在相关属性上建索引；属性上建索引； 范围查询，可以考虑在相关属性上建索引。范围查询，可以考虑在相关属性上建索引。 目的：确定如何在磁盘上存储关系、索引等数据库文件，确定如何在磁盘上存储关系、索引等数据库文件，使得空间利用率最大而数据库操作的开销最小。使得空间利用率最大而数据库操作的开销最小。数据在多磁盘上的分区设计的基本原则： 减少访盘冲突，提高减少访盘冲突，提高I/O的并行性；的并行性； 分散热点数据，均衡分散热点数据，均衡I/O负载；负载； 保证关键数据的快速访问，缓解系统的瓶颈。保证关键数据的快速访