# 数据库设计
# 1.数据库设计概述(识记)
# 数据库的生命周期
- 数据库分析与设计阶段：需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计
- 数据库实现与操作阶段：实现、操作与监督、修改与调整
# 数据库设计的目标
- 满足应用功能需求：增删查改
- 良好的数据库性能：共享性、完整性、一致性、安全保密性
# 数据库设计的内容
- 数据库结构设计(静态的)
- 概念结构设计
- 逻辑结构设计
- 物理结构设计
- 数据库行为设计(动态的)，行为即操作
- 功能设计
- 事务设计
- 程序设计
# 数据库设计的方法
- 直观设计法，最原始的数据库设计方法
- 规范设计法
- 新奥尔良设计方法：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计
- 基于E-R模型的数据库设计方法
- 基于第三范式的设计方法，是一类结构化设计方法
- 计算机辅助设计法
# 数据库设计的过程
# 练习题
1.对于数据库的生命周期，属于数据库实现阶段的工作是（），单选题，答案：D
- A 需求分析
- B 概念设计
- C 逻辑设计
- D 数据库的修改与调整
2.数据库设计有两个十分重要的目标，即满足（ ） 和良好的数据库性能。填空题，答案：应用功能需求
3.数据库设计方法可分为三类，即（ ）设计法、规范设计法、计算机辅助设计法。填空题，答案：直观
4.数据库设计的第一个阶段是（ ）。单选题，答案：A
- A 需求分析
- B 结构设计
- C 行为设计
- D 数据库实施
# 2.数据设计的基本步骤(领会)
# 需求分析(简单题)
目标：是了解与分析用户的信息及应用处理的要求，并将结果按一定格式整理而形成的需求分析报告
该分析报告是后续概念设计、逻辑设计、物理设计、数据库建立与维护的依据。
需求分析内容：
- 确定数据范围
- 分析数据应用过程
- 收集与分析数据
- 编写需求分析报告
# 确定数据库范围
确定数据库范围 --- 支持哪些应用功能。
- 有效利用计算机设备及数据系统的潜在能力。
- 提高数据库的应变能力
- 避免应用过程中对数据库做太多或太大的修改
- 延长数据库的生命周期
# 应用过程分析
应用过程分析 --- 结果是数据库结构设计的重要依据
- 用到哪些数据
- 数据使用的顺序
- 对数据做何处理和处理的策略以及结果
# 收集与分析数据
# 静态结构
- 数据分类表，用于数据的总体描述
| 数据ID | 数据名 | 用途 | 主人 | 用户 | 来源 | 去向 | 存档时间 | 数据量 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
- 数据元素表，指通常意义下的数据项或属性
| 数据ID | 数据元素ID | 元素名 | 意义 | 类型 | 长度 | 算法 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
# 动态结构
- 任务分类表，一个任务指为完成某一特定处理功能的相对独立的操作序列。
| 任务ID | 名称 | 功能 | 类型 | 主人 | 用户 | 执行日期 | 频率 | 操作过程 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
- 数据操作特征表，用以描述任务和数据之间的关系，它包括不同任务对数据执行不同操作的频率
| 任务ID | 数据ID | 建立 | 查询 | 插入 | 修改 | 删除 | 数据量 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
# 数据约束
- 数据的安全保密性
- 数据的完整性
- 响应时间
- 数据恢复
# 编写需求分析报告
- 数据库的应用功能目标
- 标明不同用户的视图范围
- 应用处理过程需求说明，包括：数据流程图、任务分类表、数据操作特征表、操作过程说明书
- 数据字典，是数据库系统中存储三级结构定义的数据库，通常指的是数据库系统中各类数据详细描述的集合。通常包括数据分类表、数据元素表和各类原始资料。
- 数据量
- 数据约束
# 概念结构设计
- 概念模型（自顶向下）
- 独立于任何软件与硬件（主要目标：最大限度的满足应用需求）
# 逻辑结构设计
逻辑模型有哪些类型：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型
- 逻辑结构设计的输入与输出信息
- 逻辑结构设计的步骤
模型转换 => DBMS支持的关系模型、网状模型或层次模型
设计评价 => 检验模式及子模式(外模式)的正确性与合理性
# 物理设计
具体任务主要是：确定数据库在存储设备上的存储结构及存取方法。
因DBMS的不同还可能包括建立索引和聚集，以及物理块大小、缓冲区个数和大小、数据压缩的选择等。
# 数据库实施
- 加载数据：收集、分类、整理校验、输入等
- 应用程序设计：具有较高的稳定性，并具有试运行的数据基础，也具备了应用程序编制与调试的必要条件。这样编写的应用程序具有较高的稳定性和实用性
- 数据库试运行：有利于工作人员掌握并熟悉系统；有利于正式运行时避免人为的操作不当等损害。
# 数据库运行和维护
保证数据库的正常运行，系统维护中最困难的工作是数据库重组与重构
# 练习题
1.数据库物理设计完成后，进入（ ）阶段。填空题，答案：数据库实施
2.物理设计的具体任务主要是确定数据库在存储设备上的存储结构及（ ）。填空题，答案：存取方法
3.物理设计的内容因DBMS的不同还可能包括建立索引和（ ），以及物理块大小、数据压缩等。填空题，答案：聚集
4.下表是（ ）。单选题，答案：B
| 数据ID | 数据名 | 用途 | 主人 | 用户 | 来源 | 去向 | 存档时间 | 数据量 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
- A 数据元素表
- B 数据分类表
- C 任务分类表
- D 数据操作特征表
5.数据的（ ）是指不施加应用操作于其上时数据的原始状况，这可通过数据分类表和数据元素表进行说明。填空题，答案：静态结构
# 3.关系数据库设计方法
# 关系数据库设计过程与各级模式(识记)
# 概念结构设计(综合应用)
# E-R图的表示方法(重点)
实体：长方形(矩形)；属性：椭圆；菱形：联系
- 1 : 1 联系(一对一关系) 系 - 系主任
- 1 : N 联系(一对多关系) 班级 - 学生
- M : N 联系(多对多关系) 学生 - 课程
- 三个实体之间的一对多联系
- 三个实体之间的多对多联系
- 单个实体型内的一对多联系
# 局部信息结构设计
- 确定局部范围，主要依据需求分析报告中标明的用户视图范围来确定，往往与子模式范围相对应。
- 选择实体，数据分类表是选择实体的直接依据。实体选择的最大困难是如何区别实体与属性。
- 选择实体的关键字属性，实体的存在依赖于其关键字的存在。
- 确定实体间联系，数据间的联系必须在概念设计时确定。
- 确定实体的属性，属性分为标识属性(唯一存在的，实体的关键字)和说明属性(对实体的说明，描述的实体的一般特征)
局部信息结构设计 - 用户管理系统E-R图示例
- 用户：用户ID、用户名、年龄、口令
- 用户组：用户组ID、用户组名、用户组描述
- 部门：部门ID、部门名、部门所在地、部门领导
- 权限：权限ID、权限名、权限链接
用户组与用户是一对多联系，表示每个用户属于一个用户组、一个用户组有多个用户，其联系的名称定义为 "属于"
部门与用户是一对多联系，表示每个部门包含多个用户，每个用户只在一个部门，其名称定义为"包含"。
用户组和权限之间是多对多联系，表示一种权限可以分配给多个用户组，每个用户组可以拥有多种权限，其联系的名称定义为"拥有"
# 全局信息结构设计
将局部信息设计组合在一起，就是全局信息结构
# 练习题
1.对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至少有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B之间具有的联系是（ ）。单选题，答案：C
- A 多对一
- B 一对多
- C 多对多
- D 一对一
2.ER模型是数据库的设计工具之一，它一般适用于建立数据库的（ ）。单选题，答案：A
- A 概念模型
- B 逻辑模型
- C 内部模型
- D 外部模型
3.每个部门有多名职工，每名职工在一个部门任职，实体集部门与职工之间的联系是（ ），单选题，答案：B
- A 一对一
- B 一对多
- C 多对一
- D 多对多
4.为体育部门建立数据库，其中包含如下信息：
（1）运动队：队名、主教练、其中队名唯一标识运动队。
（2）运动员：运动员编号、姓名、性别、年龄
（3）运动项目：项目编号、项目名、所属类别
其中，每个运动队有多名运动员，每名运动员只属于一个运动队；每名运动员可以参加多个项目，每个项目可以有多个运动员参加。系统记录每名运动员参加每个项目所得名次和成绩以及比赛日期。
① 根据以上叙述，建立ER模型，要求标注联系类型。（实体的属性可以省略）
# 逻辑结构设计方法(综合应用)
# E-R图向关系模型的转换(简答题)
- 一个实体型转换为一个关系模式，实体的属性作为关系的属性，实体的码作为关系的码。
- 一个一对一联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。
- 一个一对多联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与N端对应的关系模式合并
- 一个多对多联系转换为一个关系模式
- 三个或以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关系模式
- 相同码的关系模式可以合并
实例：将之前画的ER图转换为关系模型
# 数据模型的优化(规范化)
数据库逻辑设计的结果，不是唯一的。需要进一步提高数据库应用系统的性能，根据需要适当的修改、调整数据模型的结构。
- 确定个属性间的函数依赖关系
- 对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，消除冗余的联系
- 判断每个关系模式的范式，根据实际需要确定最合适的范式
- 按照需求分析阶段得到的处理要求，分析这些模式对于这样的应用环境是否合适。确定是否要对某些模式进行合并或分解。
- 对关系模式进行必要的分解，提高数据操作的效率和存储空间的利用率
# 设计用户子模式(外模式)
- 可以通过视图机制，在设计用户视图时，重新定义某些属性的别名，使其更符合用户的习惯，以方便使用
- 可以对不同级别的用户定义不同的视图，以保证系统的安全性。
- 简化用户对系统的使用。
# 物理设计方法(识记)
# 建立索引(逻辑连接)
- 静态简历索引
- 动态建立索引
# 建立聚集(物理聚集)
聚集是将相关数据集中存放的物理存储技术。数据聚集结构的一种有效方式是块结构方式。数据聚集可以在一个或多个关系上建立。
# 练习题
1.为体育部门建立数据库，其中包含如下信息：
（1）运动队：队名、主教练、其中队名唯一标识运动队。
（2）运动员：运动员编号、姓名、性别、年龄
（3）运动项目：项目编号、项目名、所属类别
其中，每个运动队有多名运动员，每名运动员只属于一个运动队；每名运动员可以参加多个项目，每个项目可以有多个运动员参加。系统记录每名运动员参加每个项目所得名次和成绩以及比赛日期。
② 根据转换规则，将ER模型转换为关系模型，要求标明每个关系模式的主键或外键
运动队 (队名、主教练)
运动员 (运动员编号、姓名、性别、年龄、队名)
运动项目 (项目编号、项目名，所属类别)
参加 (运动员编号、项目编号、名次、成绩、比赛日期)
粗体为主键、这种样式为外键
2.简述基本E-R图向关系模型转换的原则
(一个实体型，三个模式，三个以上，相同码)
- 一个实体型转换为一个关系模式，实体的属性作为关系的属性，实体的码作为关系的码。
- 一个一对一联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。
- 一个一对多联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与N端对应的关系模式合并
- 一个多对多联系转换为一个关系模式
- 三个或以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关系模式
- 相同码的关系模式可以合并
3.将E-R图转换到关系模式时，实体与联系都可以表示成（ ）。单选，答案：B
- A 属性
- B 关系
- C 键
- D 码
4.从E-R模型向关系模型转换，一个M:N的联系转换成一个关系模式时，该关系模式的键是（ ）。单选题，答案：C
- A M端实体的键
- B N端实体的键
- C M端实体键与N端实体键组合
- D 重新选取其他属性
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