数据库应用与设计：第7章 数据库设计与实施

第7章数据库设计与实施管理信息系统的基础是数据库，所以数据库设计的好坏是信息系统成功的关键。本章介绍数据库设计的一般过程，并利用PowerDesigner实现数据库的概念模型设计和物理模型设计，另外还介绍数据库实施与维护的一般方法。数据库应用与设计本章学习目标了解数据库设计的基本任务和设计过程；深刻理解数据库设计各阶段的特点和内容；了解进行需求调查的方法；掌握用E-R模型对现实世界进行抽象的方法；掌握E-R模型向关系模型转换的方法；掌握关系模型的优化方法；掌握用PowerDesigner完成数据库设计的方法。数据库应用与设计本章重点和难点本章学习的重点是概念结构的设计、逻辑结构的设计和物理结构的设计，这是数据库设计中比较重要的三个阶段。本章学习的难点是将前面所学各章知识综合运用到数据库设计中，完成从理论到实践的过程。数据库应用与设计7.1数据库设计的一般内容和步骤

数据库设计的概念数据库设计的基本任务数据库设计的方法与步骤数据库应用与设计数据库设计的概念数据库设计是指基于数据库的应用系统或管理信息系统的设计。数据库设计有广义和狭义两个定义广义的定义是指基于数据库的应用系统或管理信息系统的设计，它包括应用设计和数据库结构设计两部分内容。狭义的定义则专指数据库模式或结构的设计。本章主要指的是后者。数据库应用与设计数据库设计的基本任务数据库设计的基本任务就是根据用户的信息需求，处理需求和数据库的支撑环境（包括DBMS、操作系统、硬件），设计一个结构合理、使用方便、效率较高的数据库。信息需求是指在数据库中应该存储和管理哪些数据对象；处理需求是指需要进行哪些业务处理和操作，如对数据对象的查询、增加、删除、修改、统计等操作。数据库应用与设计数据库设计的方法与步骤

数据库设计方法早期数据库设计主要采用手工和经验相结合的方法。由于该方法缺乏科学方法和设计工具的支持，所以设计质量难以保证。人们经过不懈的努力和探索，提出各种数据库设计方法、开发了数据库设计工具软件，由于遵循了软件工程的思想与方法、以及数据库设计的特点，数据库设计的质量大大提高。本章将使用PowerDesigner做为数据库设计建模工具。数据库应用与设计数据库设计步骤需求分析阶段概念结构设计阶段逻辑结构设计阶段物理结构设计阶段数据库实施阶段数据库运行和维护阶段数据库应用与设计数据库设计各阶段的设计依据和结果数据库应用与设计思考题

什么是数据库设计？数据库设计的基本任务是什么？数据库设计的一般步骤是什么？在数据库设计过程中，各个阶段的主要内容是什么？讨论数据库设计的作用。查阅相关文献，了解数据库设计方法的发展过程，并对各种方法进行比较。数据库应用与设计7.2数据库设计工具PowerDesigner简介

PowerDesigner是一个功能强大而使用方便的工具集，为新一代数据库应用的建模提供了全面的支持。PowerDesigner12.0提供了如下7种模型：需求分析模型(RequirementsModel——RQM)企业业务流程模型(BusinessProcessModel——BPM)概念数据模型(ConceptualDataModel——CDM)物理数据模型(PhysicalDataModel——PDM)面向对象模型(ObjectOrientedModel——OOM)信息流动模型(InformationLiquidityModel——ILM)XML模型(XMLModel)数据库应用与设计PowerDesigner各模型之间的转换关系

数据库应用与设计思考题利用PowerDesigner可以完成哪些工作？PowerDesigner提供了哪些模型？各种模型的功能是什么？什么是逆向工程？在PowerDesigner中如何实现逆向工程？数据库应用与设计7.3概念模型设计弱实体、依赖联系和强制联系概念数据模型设计的基本内容和方法使用PowerDesigner设计概念模型数据库应用与设计弱实体、依赖联系和强制联系弱实体在现实世界中还存在一类“客体”，它自身不具有标识特征，它需要借助于所依赖的实体来区分一个个“客体”，我们把这类“客体”称为弱实体。例如：（1）学生(学号,姓名,年龄)，学生家长(家长姓名,关系,工作单位,联系电话)，“学生家长”必须依靠学生实体集才能存在，因此“学生家长”是一个弱实体。（2）贷款(贷款号,金额)，还款(还款号,还款日期,金额)，有了“贷款”才存在“还款”，所以“还款”是一个弱实体。数据库应用与设计弱实体、依赖联系和强制联系依赖联系弱实体集的属性不足以构成主关键字，为了区分弱实体集中的一个个实体，需要借助于另一个实体集中的主关键字。这种被依赖的实体集也称作强实体集，在弱实体集和强实体集之间必然存在着一种联系，并把这种联系称作依赖联系。依赖联系都是一对多的联系，弱实体集也只有作为一对多联系的一部分才有意义，依赖联系通常不具有任何描述性属性。数据库应用与设计弱实体、依赖联系和强制联系强制联系和非强制联系实体之间的联系可以分为强制联系和非强制联系。例如，专业和学生之间存在一对多的联系，学生任何时候都必须属于某个专业，因此专业和学生之间的联系是强制联系。再例如，社团和学生之间存在一对多或多对多联系，学生可以属于某个社团、也可以不属于任何社团，因此社团和学生之间的联系是非强制联系。依赖联系都是强制联系。数据库应用与设计概念数据模型设计的基本内容和方法概念模型设计的结果是得到数据库的概念结构，或称概念数据模型。概念数据模型与具体的硬件环境和软件环境均无关。数据库应用与设计设计概念模型的一般步骤（1）先设计面向全局应用的全局概念结构的初步框架，即先建立起整个系统的总体框架；（2）然后根据部门或功能划分成局部应用；（3）依据划分后的局部应用完成局部E-R图的设计；（4）最后将局部E-R图合并、转换成全局E-R图，完成概念模型的设计。数据库应用与设计概念数据模型设计的基本内容概念模型的设计或描述的最常用工具是E-R图，这一步的工作至少要包括以下内容：（1）确定实体(包括弱实体)；（2）确定实体的属性；（3）确定实体的标识属性（关键字）；（4）确定实体间的联系和联系类型；（5）画出表示概念模型的E-R图（利用相应的建模工具，如PowerDesinger）。数据库应用与设计合并E-R图及其冲突的解决在进行E-R图合并时，要注意消除不一致性和冗余，即解决冲突问题。各局部E-R图之间的冲突主要有：属性冲突命名冲突结构冲突数据库应用与设计属性冲突与命名冲突属性冲突属性的值域冲突，简称域冲突，即属性值的类型、取值范围或取值集合不同。属性取值单位冲突，即属性值的单位不同。命名冲突同名异义，即不同意义的实体名、属性名或联系名在不同的局部E-R图中有相同的名字。异名同义（一义多名），即相同意义的实体名、属性名或联系名在不同的局部E-R图中有不同的名字。属性冲突和命名冲突的解决方法可以通过讨论，协商统一即可。数据库应用与设计结构冲突结构冲突主要包括以下三种情况：同一对象在不同应用中具有不同的抽象。解决的方法是将它们统一，使同样的对象具有相同的抽象。同一实体在不同局部E-R图中所包含的属性不完全相同。解决的方法是在合并时需要让该实体的属性为各局部E-R图中的属性的并集。实体之间在不同的应用中可能存在着不同的联系。解决的方法是在合并E-R图时注意不要丢失联系，也可能需要根据应用的语义对实体联系的类型进行综合或调整。数据库应用与设计E-R图的审核和验证审核或验证工作包括：整体概念模型内部必须具有一致性，不能有相互矛盾的表述；整体概念模型必须能够准确反映原来的每个局部模型的结构，包括实体、属性和联系等；整体概念模型必须能够满足需求分析阶段所确定的所有要求，这一条实际蕴涵了以上两条。数据库应用与设计使用PowerDesigner设计概念模型使用PowerDesigner设计数据库的处理流程是：设计概念数据模型；由概念数据模型（CDM）生成初步的物理数据模型（PDM）；在生成的物理数据模型中完成物理数据库设计；生成创建目标数据库的脚本甚至可以直接创建目标数据库。数据库应用与设计概念数据模型设计界面中的工具板其中的命令按钮大致可以分为三类：设计E-R图的实体、联系、继承和属性等概念数据模型中的要素；

点取、套取、抓取、放大、缩小、剪裁等编辑手段和工具；

文本、直线、矩形、椭圆形、圆角矩形、任意形状、多边形等辅助信息和符号。数据库应用与设计建立概念数据模型的常规操作定义实体定义实体的属性定义联系数据库应用与设计一个简单的概念数据模型疑问：在学生实体和教师实体中没有包含实现参照联系的院系编号属性。这些1:n联系使用的符号不完全一样。数据库应用与设计转换后的简单概念数据模型数据库应用与设计思考题在概念数据库设计阶段最困难的任务是什么？在数据库设计过程中，是否可以不需要概念模型设计阶段？为什么？在概念模型中强制联系和非强制联系反映了什么样的语义？数据库应用与设计7.4逻辑模型设计逻辑阶段设计的任务是将概念模型转换成某个具体的DBMS所支持的数据模型，一般称之为逻辑模型，这里只介绍到关系模型的转换。转换后的数据模型应与转换前的E-R模型保持一致的应用语义。数据库应用与设计逻辑模型设计的一般过程E-R模型向关系模型的转换使用PowerDesigner将概念模型转换成逻辑（物理）模型使用PowerDesigner设计逻辑（物理）模型关系模式优化数据库应用与设计E-R模型向关系模型的转换如果在概念模型设计阶段已经将多对多联系转换成了一对多联系，则在逻辑模型设计阶段把E-R模型转换为关系模型将非常简单：将每一个实体转换为一个关系模式，使其包含对应实体的全部属性，并根据语义确定关键字（实际在概念模型阶段已经确定）将一对多的联系直接并入n端实体的关系模式，这只需要将“1”端实体的关系模式的主关键字纳入n端实体的关系模式，并作为外部关键字将一对一联系的两个关系模式合并为一个关系模式数据库应用与设计使用PowerDesigner将概念模型转换成逻辑（物理）模型根据概念数据模型生成的物理数据模型如下：数据库应用与设计使用PowerDesigner设计逻辑(物理)模型由CDM生成的PDM需要进一步进行设计，例如可以设计索引、设计视图、设计约束、设计触发器、设计存储过程，还可以重新命名属性或修正在概念模型设计阶段产生的错误等。在PowerDesigner中可以从PDM直接生成创建各种数据库对象的代码，它直接与具体的数据库管理系统相关。物理数据模型也可以用逆向工程从已有的数据库逆向生成。物理模型还可以逆向生成概念数据模型。数据库应用与设计物理数据模型设计界面中的工具板其中的命令按钮大致可以分为三类：

表、视图、参照、属性等物理数据模型中的要素；

点取、套取、抓取、放大、缩小、剪裁等编辑手段和工具；

文本、直线、矩形、椭圆形、圆角矩形、任意形状、多边形等辅助信息和符号。数据库应用与设计关系模式优化通常在生成逻辑数据模型后，为了进一步提高数据库的设计质量，要以关系规范化理论为指导对关系模式进行优化。可以运用第6章中介绍的规范化的标准（如3NF或BCNF）来检验目前所得到的关系模式是否达到了规范化的要求，并对没有达到规范化要求的关系模式进行模式分解，最终设计出高质量的关系模式。数据库应用与设计思考题在数据库设计过程中，概念数据模型设计和逻辑数据模型设计是什么关系？逻辑数据库设计阶段都包括哪些工作内容？将E-R模型转换成关系模型的一般方法是什么？在PowerDesigner中如何根据概念模型生成逻辑（物理）模型？PowerDesigner物理模型中都包含哪些元素？在PowerDesigner的物理模型设计阶段可以进行哪些内容的设计？为什么要对逻辑设计阶段的关系模式进行优化？这些优化主要包括哪些内容？数据库应用与设计7.5物理数据库设计物理数据库设计的内容是设计数据库的存储结构和物理实现方法。在物理数据库设计阶段主要包括的内容有：估算数据库的数据存储量安排数据库的存储设计备份策略数据库应用与设计思考题关系数据库的物理设计阶段的主要包括哪些内容？在SQLServer环境下如何安排数据库的物理存储？在SQLServer环境下如何制定备份和恢复策略？在数据库物理设计中，可以采用哪些方法来提高系统性能？数据库应用与设计7.6数据库的实施与维护数据库的实施建立