【正文】 目標是存儲空間占用少、訪問效率高和維護代價低； 一旦選定了硬件平臺、 OS 和 DBMS，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲和存取方式等可用的物理模式也就隨之確定了； 數(shù)據(jù)庫物理設計主要包括 以下步驟 ： （ 1） 數(shù)據(jù)庫邏輯模式調整：將數(shù)據(jù)庫邏輯模式及 其視圖轉換為 DBMS 支持的基本表和視圖，并利用 DBMS 提供的完整性機制設計業(yè)務規(guī)則； （ 2） 文件組織與存取設計：配置基本表的文件組織形式，據(jù)實際情況為基本表設計合適的存取方法和路徑； （ 3） 數(shù)據(jù)分布設計： （ 4） 安全模式設計： （ 5） 確定系統(tǒng)配置： （ 6） 物理模式評估： 6． 6． 2 數(shù)據(jù)庫邏輯模式 （ 是獨立于具體的 DBMS 的 ） 調整 物理數(shù)據(jù)庫設計首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫邏輯結構信息，設計目標 DBMS 平臺支持的基本表的模式信息，這些模式信息代表了所要開發(fā)的具體目標數(shù)據(jù)庫的結構，這個過程稱為數(shù)據(jù)庫邏輯模式調整，主要包括如下設計內(nèi)容： （ 1） 實現(xiàn)目標數(shù)據(jù)庫 基本表和視圖：采用目標 DBMS 所支持 的建表方法，設計基本表及其面向模型的完整性約束； （ 2） 設計基本表業(yè)務規(guī)則； （如 check） 6． 6． 3 DB 文件組織與存取設計 分析事務的數(shù)據(jù)訪問特性 （ 1） 使用 事務 基本表交叉引用矩陣 ，分析系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫事務對各個基本表的訪問情況，確定事務訪問了哪些基本表，對這些基本表執(zhí)行了何種操作，并進一步分析各操作涉及到的基本表屬性； （ 2） 估計各事務的執(zhí)行頻率； （ 3） 對每張基本表，匯總所有作用于該表上的各事務的操作頻率信息； 了解并選擇數(shù)據(jù)庫文件結構 （ 1） 如果數(shù)據(jù)庫中的一個基本表中的 數(shù)據(jù)量很少 ，并且操 作非常頻繁，該基本表可采用堆文件組織方式； （ 2） 順序文件支持基于查找碼的順序訪問，也支持快速二分查找； （ 3） 如果用戶查詢是基于散列域值的等值匹配，特別是如果訪問順序是隨機的，散列文件比較合適。必須選一合適的散列函數(shù)，但這比較復雜，而且不象索引文件那樣可以據(jù)數(shù)據(jù)記錄變化動態(tài)調整。所有索引項作為索引記錄存儲在索引文件中，索引文件根據(jù)某個特定的查找碼值的順序組織為順序文件； （ C） 一個數(shù)據(jù)文件可以有 多個 （ 提供的查詢方式可多樣 ） 查找碼和索引文件； 6． 3． 2 有序索引的分類及特點 聚集索引與非聚集索引 （ 1） 對數(shù)據(jù)文件和它的一個特定的索引文件，如果數(shù) 據(jù)文件中數(shù)據(jù)記錄的排列順序與索引文件中索引項的 排列順序相一致 ，則該索引文件稱為聚集索引，否則稱為非聚集索引； （ 2） 在一個數(shù)據(jù)文件上除了建立一個聚集索引外，還可建立多個非聚集索引； 稠密索引和稀疏索引 如果數(shù)據(jù)文件中的每個查找碼都在索引文件中都對應一個索引記錄，稱為稠密索引，如果只一部分對應，則稱為稀疏索引； 主索引和輔索引 在數(shù)據(jù)文件包含主碼的屬性集上建立索引稱為主索引，在非主碼屬性上建立的索引稱為輔索引； 單層索引和多層索引 （ 1） 單層索引（線性索引）：索引項根據(jù)鍵值在索引文件中順序排列，組織成一維線性結構，每 個索引項直接指向數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)記錄； （ 2） 當數(shù)據(jù)文件很大時，即使采用稀疏索引，建成的索引文件也很大，導致效率低下，為解決該問題，可對索引文件中的索引項本身再建立一級稀疏索引，組成 2 層索引結構；進一步地，可建立 多層樹型 索引結構來快速定位； 6． 4 散列技術 6． 4． 1 散列文件 散列是一種快速查找技術，它利用定義在文件記錄上的查找碼，通過 計算一個散列函數(shù) ，以散列函數(shù)值作為記錄的物理地址，實現(xiàn)對文件記錄直接快速訪問。 數(shù)據(jù)值滿足條件分為： （ 1） 域約束：限制指 定列的取值及范圍； （ 2） 主碼約束：定義每個關系的主碼值不空，且惟一； （ 3） 引用完整性約束：定義不同模式的屬性間滿足的條件，及一個關系模式中屬性間可能滿足的條件； 5． 4． 4 安全模式和外模式的設計 根據(jù)選定的 DBMS 支持的安全控制特征來確定； 根據(jù)不同用戶對數(shù)據(jù)庫存取特點定義相關的外模式； 第六章 存儲技術與數(shù)據(jù)庫物理設計 6． 1 文件組織 6． 1． 1 數(shù)據(jù)庫的物理結構 數(shù)據(jù)庫中的應用數(shù)據(jù)是以文件形式存儲在外存上的，文件在邏輯上被組織成記錄的序列，即每個DB 文件可看作是邏輯記錄的集合； 一個文件在磁盤上占有一定的 物理存儲空間，文件中的每個邏輯記錄被映射存儲到某個特定的磁盤塊上，一個文件在物理上可以看作是由存放文件記錄的一系列磁盤塊組成，稱為 物理文件 ； 文件的邏輯記錄與磁盤間的映射關系是由操作系統(tǒng)或 DBMS 來管理的，當需要對一個文件的邏輯記錄進行操作時，先要根據(jù)這種映射關系找到該邏輯記錄所在的磁盤塊，然后再進行操作。 （ A） 若聯(lián)系為 1： 1，則每個實體集的碼均是該關系的候選碼； （ B） 若聯(lián)系為 1： n，則關系的碼為 n 端實體集的碼； （ C） 若聯(lián)系為 m： n，則關系的碼為各實體集碼的組合； （ 3） 合并具有相同碼的關系 檢查確認對象：檢查轉換后的每個關系名和屬性名是否符合數(shù)據(jù)庫設計關于統(tǒng)一命名的約定； 5． 4． 2 優(yōu)化關系模式 模式分解原則： （ 1） 分解具有 無損連接性 ：分解后的關系能夠恢復成原來的關系； （ 2） 分解保持函數(shù)依賴： （ A） 無損連接和保持函數(shù)依賴是用于衡量一個模式分解是否導致原有模式中部分信息丟失的兩個標準； （ B） 當一個關系被分解后會出現(xiàn)幾種結果，既有 無損連接，又能保持函數(shù)依賴是較理想的分解結果，意味著在分解的過程中沒有丟失原有模式的任何信息； （ C） 一般情況下，分解到 3NF 就足夠了，但在 3NF 關系下，仍存在一定程度上的更新異常或不一致的隱患，但與數(shù)據(jù)庫性能比較起來是可以忽略的，因為在數(shù)據(jù)庫設計過程中通過增加一些數(shù)據(jù)約束，就可以解決 3NF 引起的數(shù)據(jù)問題了。所以通常關系模式規(guī)范化工作僅做到 3NF，這樣既使關系中不合理的屬性基本消除，規(guī)范化程度也不太高，保證數(shù)據(jù)庫有較好的性能。 多值依賴與 4NF： （ 1） 多值依賴：表示關系中屬性（如 A、 B、 C）之間的依賴，對于 A 的每個值，都存在一個 B或 C 的值的集合，而且 B 和 C 的值 相互獨立 ，記為： A??B、 A??C （ 2） 第四范式：如果關系模式 R 屬于 1NF，對于 R 的每個 非平凡的多值依賴 X?Y（ Y 不屬于 X），X 含有候選碼，則 R 是第四范式。即 2NF的基礎上，消除非主屬性對主碼的傳遞函數(shù)依賴可達到 3NF。 第二范式： （ 1） 定義：若關系模式 R（ F， U）是 1NF，且 每個非主屬性完全函數(shù)依賴于碼 ，則稱 R 為第二范式，即在 2NF 中不存在非主屬性對碼的部分依賴； （ 2） 僅滿足第一范式關系會存在種種問題，要消除必須用更高級的范式標準來設計，稱為標準化； （ 3） 具體做法是將大的關系分解成多個小的關系，使分解后的關系滿足更高級范式 的要求。因為 U是有窮的，所以會得到 X（ i） =X（ i+1），此時 X（ i）為所求的 X+。 平凡與非平凡函數(shù)依賴： （ 1） 若 X 決定 Y，但 Y 屬于 X，則稱 X?Y 是 平凡函數(shù)依賴 ，否則稱 非平凡函數(shù)依賴 ； （ 2） 即平凡函數(shù)依賴，僅當其右邊的屬性集是左邊屬性集的子集時成立； （ 全屬于 ） （ 3） 非平凡函數(shù)依賴，僅當其右邊的屬性集至少有一個屬性不屬于左邊有集合時成立； （ 部分 ） （ 4） 完全非平凡函數(shù)依賴：僅當其右邊的屬性集中屬性都不在左邊的集合時成立； （ 都不屬于 ） 碼： （ 1） 在關系模式 R（ U）中， K 為 R 的屬性或屬性組，若 K 完全 函數(shù)決定 ? .An，則 K 為關系模式 R 的候選碼 （應 理解為一個屬性組） ，包含在候選碼中的屬性稱為 主屬性 ，否則為 非主屬性 ； （ 2） 若一個關系的候選碼不止一個，則選定其中一個作為關系 R 的主碼； （ 3） 關系的碼屬性除了必須完全函數(shù)決定關系的所有其他屬性外，還必須滿足最小化規(guī)則，即在關系模式 R（ U）中，不存在一個 K 的真子集能夠函數(shù)決定 R 的其他屬性。 完全 （ f） 與部分函數(shù) （ p） 依賴： （ 1） 在關系模式 R（ U）中，如果 X?Y 成立，并且對 X 的 任何真子集 X’不能函數(shù)決定 Y，則稱 Y 對 X 是完全函數(shù)依賴，被記作 Xf?Y。（選擇、投影、連接、自然連接、除法） 5． 3． 2 函數(shù)依賴 函數(shù)依理論利用一個關系中屬性之間的依賴關系評價和優(yōu)化關系模式，以保證存儲到數(shù)據(jù)庫中的關系具有較好特性； 函數(shù)依賴： （ 1） 設 R（ U）為一關系模式， X 和 Y 為屬性全集 U 的子集，若對于 R（ U）的任意一個可能的關系 r， r 中不可能存在兩個元組在 X 上的屬性值相等，而在 Y 上的屬性值不等，則稱“ X函數(shù)決定 Y”或“ Y 函數(shù)依賴于 X”，并記作 X?Y，其中 X 稱為決定因素，因為根據(jù)函數(shù)依賴定義，給定一個 X，就能惟一決定一個 Y。 （ 2） 外碼 約束：（外碼的定義：有兩個關系 R 和 S， X 是 R 得屬性組，非碼；是 S 的碼，則稱X 是 R 得外碼） 外碼為空或碼的值（ 否者查找失敗 ） （ 3） 用戶定義的完整性： （性別只為男和女） 5． 3 關系數(shù)據(jù)庫設計理論 5． 3． 1 問題的提出 究竟一個關系數(shù)據(jù)庫包含哪些屬性是合理的，如何評價一個關系模式設計的優(yōu)劣？ （ 插入、更新、刪除異常 ） 補充（ 關系代數(shù) ） 傳統(tǒng)的集合運算。通常這組約束規(guī)則用來限定和檢查數(shù)據(jù)庫所含實例的合法性和正確性； 完整性約束分 靜態(tài)和動態(tài) 兩種，靜態(tài)完整性 （相當于 邏輯的，真理的 ） 約束是基于關系模式的，主要有 主碼、外碼約束和域約束 組成；動態(tài)完整性約束 （ 基于現(xiàn)實 ） 是基于企業(yè)的業(yè)務規(guī)則的。關系是元組的集合，關系中的每個元組在數(shù)學上被定義為這個關系所涉及的全部域值中笛卡兒積的一個元素。 （ 1） 關系名（數(shù)據(jù)庫名）：由字母數(shù)字組成； （ 2） 屬性名； （ 3） 關系模式和關系：描述模式描述關系的靜態(tài)結構，由模式名、關系模式所包含的屬性及屬性值所滿足的條件組成模式定義。 （ 3） 構造實體級數(shù)：實體級圖的范圍和數(shù)目 ,依賴于建模的規(guī)模和建模問題涉及的實體集數(shù)目。聯(lián)系的名字可以動詞表示。 聯(lián)系只標識直接關系，不標識間接關系。 （ 3） 組織隊伍：包括項目負責人、建模者、信息源、課題專家、評審委員會 第二階段：定義實體集 （ 1） 目標是標識和定義應用領域中的實體集，方法是分類標識原始材料中的所有名詞； （ 2） 區(qū)別實體集名詞和非實體集名詞的方法，是否具有下列特征： （ A） 它能夠被描述或說明嗎？ （ B） 有多少同類的實例嗎？ （ C） 每個實例可以被標識和區(qū)分嗎？ 第三階段：定義聯(lián)系 （ 1） 標識實體集之間的聯(lián)系：建立聯(lián)系矩陣，聯(lián)系矩陣由一個二維數(shù)組表示。 4． 4． 3 建模過程 第一階段：建模規(guī)劃及準備 （ 1） 建模目標： （ A） 目標說明：回答將構造的模型完成什么功能，涉及的問題和數(shù)據(jù)范圍，同時說明是一個當前系統(tǒng)模型還是待建模型。 （ 2） 屬性的語法 （ A） 主碼和非主 碼屬性語法：在一個實體集中屬性要有惟一的名字，屬性名由名詞表示，主碼屬性名后加（ PK）標注，被列在屬性列表的頂端，并用水平線將主碼和其他屬性分開。 屬性 （ 1） 屬性的語義：用來描述一類現(xiàn)實或抽象事物的特征或性質。 （ 2） 聯(lián)系的語法： （ A） 標定聯(lián) 系語法：在 IDEF1X 圖中，聯(lián)系的語法用直線表示，在一個標定型聯(lián)系中，子女實體集總是一個從屬實體集，用圓角矩形框表示； （ B） 非標定聯(lián)系語法：如果兩個實體集之間有關系，并且是一個非標定聯(lián)系，就用一條虛線把它們連接起來。 （ C） 分類聯(lián)系：是兩個或多個實體集之間的聯(lián)系，且在這些實體集中存在一個一般實體集，它的每一個實例都恰好與一個且僅一個分類實體集的一個實例相聯(lián)系。 全局（合并和重構）合并：消除沖突（屬性，命名，結構）；沖突：消除冗余。（ 1）一對一聯(lián)系；（ 2）一對多聯(lián)系；（ 3）多對多聯(lián)系 4． 3． 2 ER 方法語法 ER 方法中用 矩形框 表示實體集，矩形框內(nèi)寫上實體集的名稱； ER 模型用 菱形 表示聯(lián)系，聯(lián)系名寫在菱形框內(nèi)； ER 模型中實體集的屬 性用 橢圓或圓角矩形框 表示，屬性名字寫在其中。 4． 3 ER建模方法 4． 3． 1 基本概念 實體或實例：指客觀存在并可相互區(qū)分的事物，可以是一個具體的人或物，也可以是抽象的事件或概念； 實體集：表示一個現(xiàn)實的和抽象事物的集合，這些事物必須具有相同的屬性或特征。 4． 1． 2 概念設計過程 概念設計