【正文】 ）是最簡單實用的方法。 25 隨系統(tǒng)分析報告提供下列附件： (1) 系統(tǒng)的硬件 、 軟件支持環(huán)境的選擇及規(guī)格要求（ 所選擇的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 、 操作系統(tǒng) 、 漢字平臺 、計算機型號及其網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等 ） 。 在定義信息需求和處理需求的同時必須相應(yīng)確定安全性和完整性約束 。 包括： (1) 新系統(tǒng)要求 、 方案和概圖 (2) 反映新系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)流圖 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè) 計 某種數(shù)據(jù)模型 關(guān)系模型 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 非關(guān)系模型 （ 模塊結(jié)構(gòu)圖 ） 物理設(shè)計 存儲安排 存取方法選擇 存取路徑建立 模塊設(shè)計 IPO表 實施階段 編寫模式 裝入數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫試運行 程序編碼 編譯聯(lián)結(jié) 測試 運行維護 性能測試 ， 轉(zhuǎn)儲 /恢復數(shù)據(jù)庫 重組和重構(gòu) 新舊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 、 運行 、 維護 （ 修正性 、 適應(yīng)性 、改善性維護 ） 圖 數(shù)據(jù)庫各個設(shè)計階段的描述 22 1． 調(diào)查分析用戶的活動 ?這個過程通過對新系統(tǒng)運行目標的研究 ， 對現(xiàn)行系統(tǒng)所存在的主要問題的分析以及制約因素的分析 ， 明確用戶總的需求目標 ， 確定這個目標的功能域和數(shù)據(jù)域 。 ? 在上圖有關(guān)處理特性的描述中 ， 采用的設(shè)計方法和工具屬于軟件工程和管理信息系統(tǒng)等課程中的內(nèi)容 ， 本書不再討論 ， 這里重點介紹數(shù)據(jù)特性的設(shè)計描述以及在結(jié)構(gòu)特性中參照處理特性設(shè)計以完善數(shù)據(jù)模型設(shè)計的問題 。 應(yīng)用程序的開發(fā)目標是開發(fā)一個可依賴的有效的數(shù)據(jù)庫存取程序 ， 來滿足用戶的處理要求 。 這是最費時 、 最復雜的一步 ， 但也是最重要的一步 ， 相當于待構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫大廈的地基 ，它決定了以后各步設(shè)計的速度與質(zhì)量 。 ? 目前許多計算機輔助軟件工程 （ Computer Aided Software Engineering， CASE） 工具可以自動或輔助設(shè)計人員完成數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中的很多任務(wù) .比如SYSBASE公司的 PowerDesigner和 Oracle公司的 Design 2021。 2． 基于 3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法 ?基于 3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法是由 S ? 直觀設(shè)計法也叫手工試湊法，它是最早使用的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法。 5 2． 數(shù)據(jù)庫的行為設(shè)計 ? 數(shù)據(jù)庫的行為設(shè)計是指確定數(shù)據(jù)庫用戶的行為和動作 。1 第 6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù) 、 內(nèi)容和特點 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù) ?數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指根據(jù)用戶需求研制數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的過程 ， 具體地說 ， 是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境 ， 構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式 ， 建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng) ， 使之能有效的存儲數(shù)據(jù) ， 滿足用戶的信息要求和處理要求 。而在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中 ， 用戶的行為和動作指用戶對數(shù)據(jù)庫的操作 ， 這些要通過應(yīng)用程序來實現(xiàn) ， 所以數(shù)據(jù)庫的行為設(shè)計就是應(yīng)用程序的設(shè)計 。這種方法依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗和技巧，缺乏科學理論和工程原則的支持，設(shè)計的質(zhì)量很難保證，常常是數(shù)據(jù)庫運行一段時間后又發(fā)現(xiàn)各種問題，這樣再重新進行修改，增加了系統(tǒng)維護的代價。Atre提出的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，其基本思想是在需求分析的基礎(chǔ)上，確定數(shù)據(jù)庫模式中的全部屬性和屬性間的依賴關(guān)系，將它們組織在一個單一的關(guān)系模式中，然后再分析模式中不符合 3NF的約束條件，將其進行投影分解，規(guī)范成若干個 3NF關(guān)系模式的集合。 13 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟 ?和其他軟件一樣 ， 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程可以使用軟件工程中的生存周期的概念來說明 ， 稱為“ 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的生存期 ” ， 它是指從數(shù)據(jù)庫研制到不再使用它的整個時期 。 需求分析做得不好 ， 可能會導致整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計返工重做 。 6． 數(shù)據(jù)庫運行與維護階段 ?這一階段主要是收集和記錄實際系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù) ， 數(shù)據(jù)庫運行的記錄用來提高用戶要求的有效信息 ， 用來評價數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能 ， 進一步調(diào)整和修改數(shù)據(jù)庫 。 ? 以下各節(jié)分別詳細介紹數(shù)據(jù)庫設(shè)計的六個階段 。 具體做法是： (1) 調(diào)查組織機構(gòu)情況 ， 包括該組織的部門組成情況 ，各部門的職責和任務(wù)等 。 ? 在收集各種需求數(shù)據(jù)后 ， 對前面調(diào)查的結(jié)果進行初步分析 ， 確定新系統(tǒng)的邊界 ， 確定哪些功能由計算機完成或?qū)頊蕚渥層嬎銠C完成 ， 哪些活動由人工完成 。 (2) 組織機構(gòu)圖 、 組織之間聯(lián)系圖 t 各機構(gòu)功能業(yè)務(wù)一覽圖 。 SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機構(gòu)入手，采用逐層分解的方式分析系統(tǒng)，用數(shù)據(jù)流圖 （ Data Flow Diagram， DFD）和 數(shù)據(jù)字典（ Data Dictionary， DD）描述系統(tǒng)。 如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還比較復雜 ， 那么可以繼續(xù)細化 ， 直到表達清楚為止 。 ?其中 ， 取值范圍 、 與其他數(shù)據(jù)項的關(guān)系這兩項內(nèi)容定義了完整性約束條件 ， 是設(shè)計數(shù)據(jù)檢驗功能的依據(jù) 。 ?包括 ｛ 數(shù)據(jù)存儲名 ， 說明 ， 輸入數(shù)據(jù)流 ， 輸出數(shù)據(jù)流 ， 組成：｛ 數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ｝ ， 數(shù)據(jù)量 ， 存取頻度 ， 存取方式 ｝ 。 34 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性 ? 在需求分析階段 ， 設(shè)計人員充分調(diào)查并描述了用戶的需求 ，但這些需求只是現(xiàn)實世界的具體要求 ， 應(yīng)把這些需求抽象為信息世界的結(jié)構(gòu) ， 才能更好地實現(xiàn)用戶的需求 。 (2) 概念模型不受特定的 DBMS的限制 ， 也獨立于存儲安排和效率方面的考慮 ， 因而比邏輯模型更為穩(wěn)定 。 概念模型是 DBA、 應(yīng)用開發(fā)人員和用戶之間的主要界面 ， 因此 ， 概念模型要表達自然 、 直觀和容易理解 ， 以便和不熟悉計算機的用戶交換意見 ， 用戶的積極參與是保證數(shù)據(jù)庫設(shè)計和成功的關(guān)鍵 。 先定義全局概念結(jié)構(gòu) ER模型的框架 ， 再逐步細化 。 (4) 混合策略 。 ? 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計首先要根據(jù)需求分析得到的結(jié)果 （ 數(shù)據(jù)流圖 、 數(shù)據(jù)字典等 ） 對現(xiàn)實世界進行抽象 ， 設(shè)計各個局部 ER模型 。 ② 屬性：用橢圓形框表示 ， 框內(nèi)標注屬性名稱 。 ② 兩個以上實體間的聯(lián)系 ， 如圖 （ b） 所示 。 44 ?ER圖的基本思想就是分別用矩形框、橢圓形框和菱形框表示實體、屬性和聯(lián)系，使用無向邊將屬性與其相應(yīng)的實體連接起來，并將聯(lián)系分別和有關(guān)實體相連接，注明聯(lián)系類型。實體和屬性之間在形式上并無可以明顯區(qū)分的界限 ，通常是按照現(xiàn)實世界中事物的自然劃分來定義實體和屬性 ， 將現(xiàn)實世界中的事物進行數(shù)據(jù)抽象 ， 得到實體和屬性 。 50 (2) 局部 ER模型設(shè)計 ? 數(shù)據(jù)抽象后得到了實體和屬性 ， 實際上實體和屬性是相對而言的 ， 往往要根據(jù)實際情況進行必要的調(diào)整 。如圖 。 ? ER圖的優(yōu)點就是易于被用戶理解，便于交流。 ① 合并 ， 消除各局部 ER圖之間的沖突 ， 生成初步 ER圖 。 ① 屬性沖突 ?屬性沖突又分為屬性值域沖突和屬性的取值單位沖突 。 ? 一般表現(xiàn)為同名異義或異名同義 （ 實體 、 屬性 、 聯(lián)系名 ） 。 這類沖突在解決時 ， 就是使同一對象在不同應(yīng)用中具有相同的抽象 ， 或把實體轉(zhuǎn)換為屬性 ， 或把屬性轉(zhuǎn)換為實體 。 ?首先 ， 這兩個局部 ER圖中存在著命名沖突 ， 學生選課局部Ｅ－Ｒ圖中的實體 “ 系 ” 與教師任課局部Ｅ－Ｒ圖中的實體 “ 單位 ” ， 都是指 “ 系 ” ， 即所謂的異名同義 ， 合并后統(tǒng)一改為 “ 系 ” ， 這樣屬性“ 名稱 ” 和 “ 單位 ” 即可統(tǒng)一為 “ 系名 ” 。 ? 通常采用分析的方法消除冗余 。 ? 因此 ， 用戶和數(shù)據(jù)庫人員必須對這一模型反復討論 ，在用戶確認這一模型已正確無誤的反映了他們的要求后 ， 才能進入下一階段的設(shè)計工作 。 70 圖 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 初始關(guān)系模式設(shè)計 關(guān)系模式規(guī)范化 模式評價 是否修正 以 DBMS語法描述 物理設(shè)計 模式修正 否 是 71 初始關(guān)系模式設(shè)計 1． 轉(zhuǎn)換原則 ? 概念設(shè)計中得到的 ER圖是由實體 、 屬性和聯(lián)系組成的 ，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的結(jié)果是一組關(guān)系模式的集合 。 ?例如 ， 還以圖 ER模型為例 ， 四個聯(lián)系也分別轉(zhuǎn)換成四個關(guān)系模式： ?屬于 （ 教師號 ， 系名 ） ?講授 （ 教師號 ， 課程號 ） ?選修 （ 學號 ， 課程號 ， 成績 ） ?擁有 （ 系名 ， 學號 ） 74 (3) 特殊情況的處理 ?三個或三個以上實體間的一個多元聯(lián)系在轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式時 ， 與該多元聯(lián)系相連的各實體的主鍵及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換成為關(guān)系的屬性 ， 轉(zhuǎn)換后所得到的關(guān)系的主鍵為各實體鍵的組合 。 (3) 在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 ， 從 ER圖向數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換過程中 ， 用模式合并與分解方法達到規(guī)范化級別 。 如果發(fā)現(xiàn)有的應(yīng)用不被支持 ， 或不完全被支持 ， 則應(yīng)該改進關(guān)系模式 。 ? 有關(guān) LRA方法本書不詳細介紹 ， 讀者可以參考有關(guān)書籍 。 ?對于經(jīng)常進行大量數(shù)據(jù)的分類條件查詢的關(guān)系 ，可進行水平分解 ， 這樣可以減少應(yīng)用系統(tǒng)每次查詢需要訪問的記錄數(shù) ， 從而提高了查詢性能 。 垂直分解要保證分解后的關(guān)系具有無損連接性和函數(shù)依賴保持性 。 84 ?數(shù)據(jù)庫最終要存儲在物理設(shè)備上 。 1． 存儲記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ? 在物理結(jié)構(gòu)中 ， 數(shù)據(jù)的基本存取單位是存儲記錄 。 設(shè)計時應(yīng)當根據(jù)實際情況對這三個方面進行綜合權(quán)衡 。 在極端情況下 ， 這些學生的記錄會分布在 300個不同的物理塊中 ， 這時如果要查詢計算機系的學生 ， 就需要做 300次的I/O操作 ， 這將影響系統(tǒng)查詢的性能 。 ? 建立多個索引文件可以縮短存取時間 ， 但是增加了索引文件所占用的存儲空間以及維護的開銷 。 ? 訪問路徑的設(shè)計分成主訪問路徑與輔訪問路徑的設(shè)計 。 ?例如 ， 目前許多計算機都有多個磁盤 ， 因此可以將表和索引分別存放在不同的磁盤上 ， 在查詢時 ， 由于兩個磁盤驅(qū)動器并行工作 ， 可以提高物理讀寫的速度 。 ?實際上，往往需要經(jīng)過反復測試才能優(yōu)化物理設(shè)計。 因此 ， 需要耗費大量的人力 、 物力 ， 是一種非常單調(diào)乏味而又意義重大的工作 。 在輸入子系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)該考慮多種數(shù)據(jù)檢驗技術(shù) ， 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)使用不同的方法進行多次檢驗 ， 確認正確后方可入庫 。 97 數(shù)據(jù)庫試運行 ? 應(yīng)用程序編寫完成 ， 并有了一小部分數(shù)據(jù)裝入后 ， 應(yīng)該按照系統(tǒng)支持的各種應(yīng)用分別試驗應(yīng)用程序在數(shù)據(jù)庫上的操作情況 ， 這就是數(shù)據(jù)庫的試運行階段 ， 或者稱為聯(lián)合調(diào)試階段 。 98 ? 重新設(shè)計物理結(jié)構(gòu)甚至邏輯結(jié)構(gòu) ， 會導致數(shù)據(jù)重新入庫 。 ? 數(shù)據(jù)庫的實施和調(diào)試不是幾天就能完成的 ， 需要有一定的時間 。 (1) 功能測試 。 同時還要轉(zhuǎn)換原來的應(yīng)用程序 ， 使之能在新系統(tǒng)下有效地運行 。 ? 對于一般的小型系統(tǒng) ， 裝入數(shù)據(jù)量較少 ， 可以采用人工方法來完成 。 ?數(shù)據(jù)庫實施主要包括以下工作： ?建立實際數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)； ?裝入數(shù)據(jù)； ?應(yīng)用程序編碼與調(diào)試； ?數(shù)據(jù)庫試運行； ?整理文檔 。 另外 ， 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)備份 、 日志文件備份等 ， 只在數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障進行恢復時才使用 ， 而且數(shù)據(jù)量很大 ， 可以存放在磁帶上 ，以改進整個系統(tǒng)的性能 。首先利用這種方法設(shè)計各個文件 ， 使其能最有效地處理主要的應(yīng)用 。 88 2． 訪問方法的設(shè)計 ? 訪問方法是為存儲在物理設(shè)備 （ 通常指輔存 ） 上的數(shù)據(jù)提供存儲和檢索能力的方法 。 87 (2) 索引 ? 存儲記錄是屬性值的集合 ， 主關(guān)系鍵可以惟一確定一個記錄 ， 而其他屬性的一個具體值不能惟一確定是哪個記錄 。 86 (1) 聚簇 （ Cluster） ? 聚簇就是為了提高查詢速度 ， 把在一個 （ 或一組 ） 屬性上具有相同值的元組集中地存放在一個物理塊中 。 存儲記錄結(jié)構(gòu)包括記錄的組成 、 數(shù)據(jù)項的類型和長度 ， 以及邏輯記錄到存儲記錄的映射 。 物理設(shè)計的任務(wù)是為了有效地實現(xiàn)邏輯模式 ， 確定所采取的存儲策略 。 ? 經(jīng)過多次的模式評價和模式改進之后 ， 最終的數(shù)據(jù)庫模式得以確定 。 如果多數(shù)查詢一次只涉及其中的一類學生 ， 就應(yīng)該把整個學生關(guān)系水平分割為大專生 、 本科生和研究生三個關(guān)系 。 ?如果因為需求分析 、 概念設(shè)計的疏漏導致某些應(yīng)用不能得到支持 ， 則應(yīng)該增加新的關(guān)系模式或?qū)傩?。是哪個階段的問題就返回到哪個階段去 ， 因此有可能對前兩個階段再進行評審 ， 解決存在的問題 。 因此 ， 為了進一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能 ， 還應(yīng)該對規(guī)范化后產(chǎn)生的關(guān)系模式進行評價 、 改進 ， 經(jīng)過反復多次的嘗試和比較 ，最后得到優(yōu)化的關(guān)系模式 。 ?供應(yīng) （ 供應(yīng)商號 ， 項目號 ， 零件號 ， 數(shù)量 ） 75 供應(yīng)商 供應(yīng) 數(shù)量 零件 項目 m n n 圖 多個實體之間的聯(lián)系 76 關(guān)系模式規(guī)范化 ? 應(yīng)用規(guī)范化理論對上述產(chǎn)生的關(guān)系的邏輯模式進行初步優(yōu)