【正文】 階段是從數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計和開發(fā)的全過程來考察數(shù)據(jù)庫設計的問題 。 ?經(jīng)驗證明，由于設計要求的不正確或誤解，直到系統(tǒng)測試階段才發(fā)現(xiàn)許多錯誤，則糾正起來要付出很大代價。 （ 1） 信息需求指目標范圍內(nèi)涉及的所有實體 、 實體的屬性以及實體間的聯(lián)系等數(shù)據(jù)對象 ， 也就是用戶需要從數(shù)據(jù)庫中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì) 。 需求規(guī)范說明書是對需求分析階段的一個總結(jié) 。 ?系統(tǒng)分析報告是設計者和用戶一致確認的權(quán)威性文獻 ， 是今后各階段設計和工作的依據(jù) 。 ? 在數(shù)據(jù)流圖中 ， 用命名的箭頭表示數(shù)據(jù)流 ， 用圓圈表示處理 ， 用矩形或其他形狀表示存儲 。 ? 在 SA方法中，處理過程的處理邏輯常常借助判定表或判定樹來描述，而系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)則是借助數(shù)據(jù)字典來描述 28 圖 需求分析的方法 (a) 自頂向下的需求分析 (b) 自底向上的需求分析 … … … … … … 需求 需求 … … 需求 … 需求 需求 需求 需求 需求 需求 需求 需求 需求 需求 … 需求 … 29 圖 數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)來源 處理 數(shù)據(jù)輸出 處理需求 信息需求 30 圖 數(shù)據(jù)流圖示例 付款憑證 報銷單 報銷登記 報銷人 審查 分錄 31 2． 數(shù)據(jù)字典 ? 數(shù)據(jù)字典是對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳細描述 ， 是各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性的清單 。 32 (3) 數(shù)據(jù)流 ?數(shù)據(jù)流可以是數(shù)據(jù)項 ， 也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ， 它表示某一處理過程中數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂?。 33 (5) 處理過程 ?處理過程的處理邏輯通常用判定表或判定樹來描述 ，數(shù)據(jù)字典只用來描述處理過程的說明性信息 。 當時的設計方式是在需求分析之后 ， 接著就進行邏輯設計 。 概念模型在數(shù)據(jù)庫的各級模型中的地位如圖 。 (4) 易于向各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換 。 先定義各局部應用的概念結(jié)構(gòu) ER模型 ， 然后將它們集成 ， 得到全局概念結(jié)構(gòu) ER模型 。即自頂向下地進行需求分析，再自底向上地設計概念結(jié)構(gòu)。 用 ER方法建立的概念結(jié)構(gòu)模型稱為 ER模型 ，或稱為 ER圖 。 例如系主任領(lǐng)導系 ， 學生屬于某一系 ， 學生選修課程 ， 工人生產(chǎn)產(chǎn)品 ， 這里 “ 領(lǐng)導 ” 、 “ 屬于 ” 、 “ 選修 ” 、 “ 生產(chǎn) ” 表示實體間的聯(lián)系 ， 可以作為聯(lián)系名稱 。 ?需要注意的是，因為聯(lián)系本身也是一種實體型，所以聯(lián)系也可以有屬性。 45 ER圖的三種基本成份及其圖形的表示方法 學生 選修 學號 (a)實體 (b)屬性 (c)聯(lián)系 46 圖 實體及其聯(lián)系圖 (a)兩個實體之間的聯(lián)系 學生 選修 成績 課程 系主任 領(lǐng)導 系 學生 屬于 系 1 1 n 1 系主任 n (c)實體集內(nèi)部的聯(lián)系 m 職工 領(lǐng)導 1 n 供應商 供應 數(shù)量 零件 項目 m n n (b)多個實體之間的聯(lián)系 47 圖 學生與課程聯(lián)系的完整的 E－ R圖 課程名 學生 學號 姓名 性別 年齡 系別 課程 課程號 學分 n 選修 成績 m 48 (2) 數(shù)據(jù)抽象 ? 在系統(tǒng)需求分析階段 ， 最后得到了多層數(shù)據(jù)流圖 、 數(shù)據(jù)字典和系統(tǒng)分析報告 。 對象和實體之間是 “ is member of”的關(guān)系 。 ② 屬性不能與其他實體具有聯(lián)系 ， 聯(lián)系只能發(fā)生在實體之間 。 ? 下面舉例說明局部 ER模型設計 。 ② 二元集成法 ， 首先集成兩個重要的局部視圖 ， 以后用累加的方法逐步將一個新的視圖集成進來 ， 如圖（ b） 所示 。 ? 全局概念結(jié)構(gòu)它不僅要支持所有的局部 ER模型 ， 而且必須合理地表示一個完整 、 一致的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu) 。 又如年齡 ， 有的可能用出生年月表示 ， 有的則用整數(shù)表示 。 ， 即同一意義的對象在不同的部門中具有不同的名稱 。 解決辦法是 ， 合并后實體的屬性組成為各局部 ER圖中的同名實體屬性的并集 ， 然后再適當調(diào)整屬性的次序 。 64 圖 教務管理系統(tǒng)的初步 E－ R圖 m n 1 系 屬于 教師 擁有 學生 開課 講授 選修 課程 m m n m 1 m 1 學號 姓名 性別 年齡 平均成績 成績 教師號 課程號 課程名 教師號 姓名 性別 職稱 系名 電話 65 (2) 消除不必要的冗余 ， 生成基本 ER圖 ? 所謂冗余 ， 在這里指冗余的數(shù)據(jù)和實體之間冗余的聯(lián)系 。 66 ? 另外 ， “ 系 ” 和 “ 課程 ” 之間的聯(lián)系 “ 開課 ” ， 可以由 “ 系 ” 和 “ 教師 ” 之間的 “ 屬于 ” 聯(lián)系與 “ 教師 ”和 “ 課程 ” 之間的 “ 講授 ” 聯(lián)系推導出來 ， 所以 “ 開課 ” 屬于冗余聯(lián)系 。 數(shù)據(jù)庫邏輯設計的任務是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成特定 DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型的過程 。 (2) 一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式 ， 與該聯(lián)系相連的各實體的鍵以及聯(lián)系的屬性均轉(zhuǎn)換為該關(guān)系的屬性 。 ? 規(guī)范化理論是數(shù)據(jù)庫邏輯設計的指南和工具 ， 規(guī)范化過程可分為兩個步驟：確定規(guī)范式級別 ， 實施規(guī)范化處理 。 ? 模式評價的目的是檢查所設計的數(shù)據(jù)庫模式是否滿足用戶的功能要求 、 效率 ， 確定加以改進的部分 。 79 ? 在功能評價的過程中，可能會發(fā)現(xiàn)冗余的關(guān)系模式或?qū)傩裕@時應對它們加以區(qū)分，搞清楚它們是為未來發(fā)展預留的，還是某種錯誤造成的，比如名字混淆。 ?如果因為性能考慮而要求改進 ， 則可采用合并或分解的方法 。 ?垂直分解 是把關(guān)系模式的屬性分解為若干子集合 ， 形成若干子關(guān)系模式 。 邏輯設計階段的結(jié)果是全局邏輯數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 。 此階段是以邏輯設計的結(jié)果作為輸入 ， 結(jié)合具體 DBMS的特點與存儲設備特性進行設計 ， 選定數(shù)據(jù)庫在物理設備上的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法 。 某一類型的所有存儲記錄的集合稱為 “ 文件 ” ， 文件的存儲記錄可以是定長的 ， 也可以是變長的 。如果存放不下 ， 可以存放在相鄰的物理塊中 。 在主關(guān)系鍵上應該建立惟一索引 ， 這樣不但可以提高查詢速度 ， 還能避免關(guān)系鍵重復值的錄入 ，確保了數(shù)據(jù)的完整性 。 一個訪問方法包括存儲結(jié)構(gòu)和檢索機構(gòu)兩個部分 。 一個物理數(shù)據(jù)庫很可能有幾套主訪問路徑 。 90 4． 系統(tǒng)配置的設計 ? DBMS產(chǎn)品一般都提供了一些系統(tǒng)配置變量 、 存儲分配參數(shù) ， 供設計人員和 DBA對數(shù)據(jù)庫進行物理優(yōu)化 。 數(shù)據(jù)庫實施 93 建立實際數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) ? DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言 （ DDL） 可以定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 。 ? 首先將需要裝入的數(shù)據(jù)從各個部門的數(shù)據(jù)文件中篩選出來 ， 轉(zhuǎn)換成符合數(shù)據(jù)庫要求的數(shù)據(jù)格式 ， ? 然后輸入到計算機中 ， ? 最后進行數(shù)據(jù)校驗 ， 檢查輸入的數(shù)據(jù)是否有誤 。 ?數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換 、 分類和綜合常常需要多次才能完成 ， 因而輸入子系統(tǒng)的設計和實施是很復雜的 ，需要編寫許多應用程序 ， 由于這一工作需要耗費較多的時間 ， 為了保證數(shù)據(jù)能夠及時入庫 ，應該在數(shù)據(jù)庫物理設計的同時編制數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng) ， 而不能等物理設計完成后才開始 。 實際運行應用程序 ， 測試它們能否完成各種預定的功能 。 在此期間由于系統(tǒng)還不穩(wěn)定 ， 隨時可能發(fā)生硬件或軟件故障 ， 加之數(shù)據(jù)庫剛剛建立 ， 操作人員對系統(tǒng)還不熟悉 ， 對其規(guī)律缺乏了解 ， 容易發(fā)生操作錯誤 ， 這些故障和錯誤很可能破壞數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) ，這種破壞很可能在數(shù)據(jù)庫中引起連鎖反應 ， 破壞整個數(shù)據(jù)庫 。 如果測試的結(jié)果不符合設計目標 ， 則應返回到設計階段 ， 重新修改設計和編寫程序 ， 有時甚至需要返回到邏輯設計階段 ， 調(diào)整邏輯結(jié)構(gòu) 。 ? 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好之后 ， 就可以開始編制與調(diào)試數(shù)據(jù)庫的應用程序 ， 這時由于數(shù)據(jù)入庫尚未完成 ， 調(diào)試程序時可以先使用模擬數(shù)據(jù) 。 ? 為了保證裝入數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確無誤 ， 必須高度重視數(shù)據(jù)的校驗工作 。 ? 由于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量一般都很大 ， 它們分散于一個企業(yè) （ 或組織 ） 中各個部門的數(shù)據(jù)文件 、 報表或多種形式的單據(jù)中 ， 它們存在著大量的重復 ， 并且其格式和結(jié)構(gòu)一般都不符合數(shù)據(jù)庫的要求 ， 必須把這些數(shù)據(jù)收集起來加以整理 ， 去掉冗余并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫所規(guī)定的格式 ， 這樣處理之后才能裝入數(shù)據(jù)庫 。 ?如果評價結(jié)果滿足設計要求，則可進行數(shù)據(jù)庫實施。 89 3． 數(shù)據(jù)存放位置的設計 ?為了提高系統(tǒng)性能 ， 應該根據(jù)應用情況將數(shù)據(jù)的易變部分 、 穩(wěn)定部分 、 經(jīng)常存取部分和存取頻率較低部分分開存放 。 輔助鍵是用作記錄索引的屬性 ， 可能并不惟一確定某一個記錄 。 關(guān)系中數(shù)據(jù)越多索引的優(yōu)越性也就越明顯 。 例如 ， 假設要查詢學生關(guān)系中計算機系的學生名單 ， 設計算機系有 300名學生 。 ? 決定存儲結(jié)構(gòu)的主要因素包括存取時間 、 存儲空間和維護代價三個方面 。 只有 “ 知己知彼 ”才能設計出較好的物理結(jié)構(gòu) 。 這樣 ， 邏輯數(shù)據(jù)庫確定之后 ， 就可以開始進行應用程序設計了 。 因此是否要進行垂直分解要看分解后的所有事務的總效率是否得到了提高 。 ?水平分解 是把關(guān)系的元組分為若干子集合 ， 定義每個子集合為一個子關(guān)系 。 LRA方法對網(wǎng)狀模型和層次模型較為實用 ， 對于關(guān)系模型的查詢也能起一定的估算作用 。 在涉及多個關(guān)系模式的應用中 ， 應確保聯(lián)接后不丟失信息 。 (2) 在概念結(jié)構(gòu)設計階段 ， 以規(guī)范化理論為指導 ，確定關(guān)系鍵 ， 消除初步 ER圖中冗余的聯(lián)系 。 73 (2) 把每一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式 ?由聯(lián)系轉(zhuǎn)換得到的關(guān)系模式的屬性集中 ， 包含兩個發(fā)生聯(lián)系的實體中的主鍵以及聯(lián)系本身的屬性 ， 其關(guān)系鍵的確定與聯(lián)系的類型有關(guān) 。 邏輯結(jié)構(gòu)設計 69 ?一般的邏輯設計分為以下三步 （ 如圖 示 ） ： (1) 初始關(guān)系模式設計； (2) 關(guān)系模式規(guī)范化； (3) 模式的評價與改進 。 如果設計不好 ， 就不能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)庫的功能 ， 無法滿足用戶的處理要求 。 我們把消除了冗余的初步 ER圖稱為基本 ER圖 。 63 ?下面以教務管理系統(tǒng)中的兩個局部 ER圖為例 ，來說明如何消除各局部 ER圖之間的沖突 ， 進行局部 ER模型的合并 ， 從而生成初步 ER圖 。 例如 ， 教師的職稱在某一局部應用中被當作實體 ， 而在另一局部應用中被當作屬性 。 61 ② 命名沖突 ? 命名不一致可能發(fā)生在實體名 、 屬性名或聯(lián)系名之間 ，其中屬性的命名沖突更為常見 。 60 ?ER圖中的沖突有三種：屬性沖突 、 命名沖突和結(jié)構(gòu)沖突 。 無論使用哪一種方法 ， 視圖集成均分成兩個步驟 ， 如圖 。形成局部 ER模型后，應該返回去征求用戶意見，以求改進和完善，使之如實地反映現(xiàn)實世界。 ?又如， “ 職稱 ” 為教師實體的屬性，但在涉及住房分配時，由于分房與職稱有關(guān)，即職稱與住房實體之間有聯(lián)系，則根據(jù)原則②，職稱應作為一個實體。 ?例如 ， 學號 、 姓名 、 性別 、 年齡 、 系別等可以抽象為學生實體的屬性 ， 其中學號是標識學生實體的主鍵 。 ? 設計局部 ER模型的關(guān)鍵就是正確劃分實體和屬性 。圖 （ b）中 “ 供應數(shù)量 ” 是 “ 供應 ”聯(lián)系的屬性。 表現(xiàn)在 ER圖上可以歸結(jié)為圖 ： ① 兩個實體之間的聯(lián)系 ， 如圖 （ a） 所示 。 如圖 （ a） 所示 。 ? 所謂抽象是對實際的人 、 物 、 事和概念進行人為處理 ，它抽取人們關(guān)心的共同特性 ， 忽略非本質(zhì)的細節(jié) ， 并把這些特性用各種概念精確地加以描述 ， 這些概念組成了某種模型 。 如圖（ c） 所示 。 (1) 自頂向下 。 (2) 易于交流和理解 。 這樣做有三個好處： 概念結(jié)構(gòu)設計 35 (1) 從邏輯設計中分離出概念設計以后 ， 各階段的任務相對單一化 ， 設計復雜程度大大降低 ， 便于組織管理 。 ?最終形成的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典為 “ 需求分析說明書 ” 的主要內(nèi)容，這是下一步進行概念設計的基礎。可以是手工憑證 ， 手工文檔或計算機文件 。 (1) 數(shù)據(jù)項 ?數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)的最小單位 ， 其具體內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)頂名 、 含義說明 、 別名 、 類型 、 長度 、 取值范圍 、 與其他數(shù)據(jù)項的關(guān)系 。 一般用第一層描述系統(tǒng)的全貌 ， 第二層分別描述各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 。 ? 其中自頂向下的分析方法（ Structured Analysis，簡稱SA方法