数据库系统的设计方法

数据库系统的设计方法：数据库设计者在确定数据存取方法是必须清楚3种相关信息：1）数据库查询事物的信息，它包括查询所需要的关系，查询条件所涉及的属性群，连接条件所涉及的属性，查询的投影属性等 。2）数据库更新事物的信息，它包括更新操作所需要的关系，每个关系上的更新操作所涉及的属性，修改操作要改变的属性等信息。3）每个事物在各关系上运行的频率和性能要求。

数据库系统的设计方法

• 数据库系统设计概念
  • 数据库系统设计的内容
    • 目的：建立一个性能良好的，能满足不同用户使用要求的，又能被选定的 DBMS 所接受的数据库系统模式。
    • 1）数据库的结构特性设计：指的是数据库的逻辑结构特征。
    • 2）数据库的行为特性设计：指的是确定数据库用户的行为和动作，并设计出数据库应用系统的系统层次结构，功能结构和系统设计流程图，确定数据库的子模式。
    • 3）数据库的物理设计模式：要求——数据库结构的动态特性在选定的 DBMS 环境下，把数据库的逻辑结构模型加以物理实现，从而得出数据库的存储模式和存取方法。
  • 数据库系统设计应注意的问题
    • 1，进行数据库系统设计时应考虑计算机硬件，软件和干件实际情况
      • 应当考虑3个方面的内容：（1）数据库系统的硬件条件是基础（2）数据库管理系统和数据库应用系统开发软件是软件环境（3）数据库用户的技术水平和管理水平是关键。
    • 2,数据库系统设计时应使结构特性设计和行为特性设计紧密结合。
  • 数据库系统设计的基本方法
    • 用手工试奏法
      • 它的6个阶段进行：需求分析，概念结构设计，逻辑结构设计，物理结构设计，数据库实施及数据库运行，维护。
  • 数据库系统结构的基本步骤
    • （1）. 需求分析阶段——独立于数据库管理系统，（2）.概念结构设计阶段：概念模型（E-R)图，数据字典，概念模型设计是整个数据库系统设计的关键——独立于数据库管理系统，（3）逻辑结构设计阶段：某种数据模型、关系或非关系模型——依赖于数据库管理系统，（4）物理结构设计阶段：主要任务是逻辑数据模型选取一个最合适应用环境的物理结构，包括数据存储位置，数据存储结构和存取方法——依赖于数据库管理系统，（5）数据库实施阶段：编写模式，装入数据和数据库试运行——依赖于数据库管理系统，（6）数据库运行和维护阶段：性能监测，转储/恢复，数据库重组和重构——依赖于数据库管理系统。
• 系统需求分析
  • 需求分析的任务和方法
    • 系统需求调查的内容
      • 1,数据库中的信息内容，2.数据处理内容：包括用户要完成的数据处理功能，3.数据安全性和完整性要求。
    • 系统需求的调查步骤
      • 1.了解管理对象的组织结构情况，2.了解相关部门的业务活动情况，3.确定系统的边界，4.协助用户明确对新系统的各种要求，包括信息要求和处理要求。
    • 系统需求调查的方法
      • 1）跟班作业，2）开调查会，3）请转入介绍，4）询问，5）请用户填写设计调查表，6）查阅数据记录。
    • 系统需求分析方法——结构化分析方法
  • 数据字典及其表示
    • 作用是数据的描述，数据字典是各类数据描述的集合，需求和分析阶段收集到的基础数据用数据字典和一组数据流程图表达
    • 内容：1.数据项，2.数据结构，3.数据流，4.数据存储，5.处理过程。
• 数据库概念结构的设计
  • 概念结构的特点及设计方法
    • 概念结构的特点
      • 1）.概念模型是现实世界的一个真实模型，2）概念模型应当易于更改，3）概念模型应当易于理解，4）概念模型应易于向数据模型转换。
    • 概念结构设计的方法
      • 1）自顶向下的设计方法，2）自底向上的设计方法，3）逐步扩张的设计方法，4）混合策略设计方法。
    • 概念结构的设计步骤
      • 第一抽象数据并设计局部视图，第二集成局部视图，得到全局的概念结构。
  • 数据抽象与局部视图设计
    • 3种数据抽象方法
      • 分类，聚集，概括。
    • 设计分E-R 图
      • 设计分 E-R 图的具体做法
        • 1）选择局部应用，2）设计分 E-R 图
      • 实体和属性的区别
        • 1）“属性”不能再具有需要描述的性质，2）属性不能与其他实体具有联系
  • 视图集成
    • 视图集成有两种方法：1，多个分 E-R 图一次集成，2.逐步集成
    • 合并分 E-R 图，生成初步 E-R 图
      • 分 E-R 图之间的冲突主要有3类：
        • 属性冲突
          • 主要有两种情况：1）属性域冲突，2）属性取值单位冲突
        • 命名冲突
          • 主要有以下两种：1）同名异义冲突，2）异名同义冲突
        • 结构冲突
          • 有以下3种情况：1）同一对象在不同的应用中具有不同的抽象，2）同一实体在不同分 E-R 图中的属性组成不一致，3）实体之间的联系在不同的分 E-R 图中呈现不同的类型。
    • 消除不必要的冗余，设计基本E-R 图
      • 1，用分析方法消除冗余，2，用规范化理论消除冗余
• 数据库逻辑结构的设计
  • ＊任务：概念模型转换为选定的数据模型 ＊转换过程分为3步进行：1）把概念模型转换成一般的数据模型，2）将一般的数据模型转换成特定的 DBMS 所支持的数据模型，3）通过优化方法将其转化为优化的数据模型。
  • 概念模型向网状模型的转换
    • 不同型实体集及其联系的转换规则
      • 1）每个实体集转换成一个记录，2）每个1:n 的二元联系转换成一个系，系的方向由1方实体记录指向 n, 方实体记录，3）每个 m: n 的二元联系，在转换时要引入一个联结记录，并形成两个系，系的方向由实体记录方指向联结记录方。
    • 同型实体之间联系的模型转换规则
      • 1）对于同一实体集的一对多联系，在向网状模型转换时要引入一个联结记录，并转换为两个系，系的方向不同。2）对于同一实体集之间的 m:n 联系，转换是要引入一个联结记录，所转换的两个系由实体记录方指向联结记录方。
  • 概念模型向关系模型的转换
    • 实体集的转换规则：概念模型中的一个实体集转换为关系模型中的一个关系，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码，关系的结构是关系模式。
    • 实体集间联系的转换规则
      • （1）1:1联系的转换方法。——有三种方案，方案一：联系形成的独立关系/方案二：两关系合并/方案三：关系合并。最合理的是方案3。（2）1/n 联系的转换方法。——有两种方案，方案一：1:n 联系形成的关系独立存在/方案二：联系形成的关系与 n 端对象合并。比较合理的是方案2。（3）m:n联系的转换方法：与该联系相连的各实体集的码，以及联系本身的属性均转换为关系的属性，新关系的码为两个相连实体集码的组合。
    • 关系合并规则
      • 在关系模式中具有相同码的关系，可根据情况合并为一个关系。
  • 用户子模式的设计（户子模式也称为外模式）
    • 使用更符合用户习惯的别名
      • 可以对子模式中的关系和属性名重新命名，使其与用户习惯一致，以方便用户的使用。
    • 对不同级别的用户可以定义不同的子模式
      • 在产品关系上建立以下两个视图：1.为一般顾客建立视图，2.为产品销售部门建立视图。
  • 数据库逻辑结构设计的实例
    • 概念模型的设计
    • 关系模型的设计
• 数据库物理结构的设计
  • ＊任务：给定的逻辑数据模型，选取一个最适合应用环境的物理结构。 ＊数据库物理的结构设计可以分为两步进行：首先确定数据的物理结构，即确定数据库的存取方法和存储结构；然后对物理结构进行评价。对物理结构评价的重点是时间和效率，如果评价结果满足原设计要求，则可以进行物理实施。
  • 数据库物理结构设计的内容和方法
    • 内容：选择存取方法和存储结构，包括确定关系，索引，聚簇，日志，备份等的存储安排和存储结构，确定系统配置等。
    • 数据库设计者在确定数据存取方法是必须清楚3种相关信息：1）数据库查询事物的信息，它包括查询所需要的关系，查询条件所涉及的属性群，连接条件所涉及的属性，查询的投影属性等 。2）数据库更新事物的信息，它包括更新操作所需要的关系，每个关系上的更新操作所涉及的属性，修改操作要改变的属性等信息。3）每个事物在各关系上运行的频率和性能要求。
  • 存取方法的选择
    • 索引存取方法的选择
      • 选择索引存取方法实际上就是根据应用要求确定对关系的那些属性列建立索引，哪些属性列建立组合索引，哪些索引建立唯一索引等。
      • 选择索引方法的基本规则：1）如果一个属性经常在查询条件中出现，则考虑在这个属性上建立索引。2）如果一个属性经常在作为最大值和最小值等聚集函数的参数，则考虑在这个属性上建立索引。3）如果一个属性在连接操作的连接条件中出现，则考虑在这个属性上建立索引。4）关系上定义的索引数要适当，并不是越多越好，因为系统为维护索引要付出代价，查找索引也要付出代价。
    • 聚簇存取方法的选择
      • 为了提高某个属性或属性组的查询速度，把这个属性或属性组上具有相同值的元组集中存储在连续的物理块上的处理称为聚簇。
      • 内容：建立聚簇的必要性，建立聚簇的基本原则，建立聚簇应注意的问题。
  • 确定数据库的存储结构
    • 确定数据的存储位置和存储结构要综合考虑存储时间，存储空间利用率和维护代价三个方面的因素。
    • 三个因素：1.确定数据的存储位置，2.确定系统配置，3.评价物理结构。
• 数据库的实施和维护
  • 数据入库和数据转换
    • 数据入库：组织数据入库是数据库实施阶段最主要的工作。组织数据录入时需要将各类源数据从各个局部应用中抽取出来，并输入到计算机后再进行分类转换，综合成符合新设计的数据库结构的形式，最后输入数据库。
    • 数据转换：目前的 DBMS 产品没有提供通用的适合所有数据库的数据转换工具，其主要原因在于应用环境千差万别，源数据也各不相同，因而不存在通用的转换规则。
  • 数据库试运行
    • 在部分数据输入到数据库后，就可以开始对数据库系统进行联合调试的工作了，从而进入到数据库的试运行阶段。
    • 数据库试运行阶段的主要工作：（1）测试应用程序功能，（2）测试系统性能指标。
    • 数据库试运行阶段要注意的问题：（1）数据库的试运行操作应分步进行，（2）数据库的实施和调试不可能一次完成。
  • 数据库的运行和维护
    • 数据库的转储和恢复：数据库的转储和恢复是系统正式运行后最主要的维护工作之一。
    • 数据库的安全性，完整性控制
      • 在数据库运行过程中，由于应用环境的变化，对安全性的也会发想变化。例如，系统中用户的密级也会变化。这些都需要数据库管理员根据实际情况修改原有的安全性控制。
    • 数据库性能的监督，分析和改造
      • 在数据库运行过程中，监督系统运行，监督测数据进行分析并找出改进系统性能的方法是数据库管理员的又一重要任务。目前 DBMS 产品提供了监测系统性能的参数工具，数据库管理员可以利用这些工具方便地得到系统运行过程中一系列性能参数的值。
    • 数据库的重组织和重构造
      • 数据库运行一段时间后，由于记录不断增，删，改，会使数据库的物理存储情况变坏，降低了数据的存取效率，数据库的性能下降。这时，数据库管理员就要对数据库进行重组织或部分重组织。 ＃＃目的：按原设计要求重新安排存储位置，回收垃圾和减少指针链等，以提高系统性能。
• 数据库应用系统的设计
  • 数据库系统的体系架构
    • 根据数据库系统的构造方式，可以分为3种类型：1）桌面型数据库系统，2）两层结构的数据库系统，3）多层结构的数据库系统。
    • 两层结构的数据库应用系统的支持技术
      • 数据库应用系统通过应用程序开发工具设计实现，常见的数据库应用系统开发工具具有 D elphi, Power, Builder 等。
      • BDE 和ADO 两种技术 ：（1）基于 BDE技术的两层结构的数据库系统：DBE是Delphi 按统一方式访问和操作数据的工具。（2）基于 ADO技术的两层结构的数据库系统：ADO 是微软公司推出的一种数据访问技术，它和 ODBC, RDD 一起称为 MDAC 。
  • 数据库管理工具及数据源配置技术
    • DSN 及类型
      • DSN 是Windows 系统中 ODBC 的数据源标识，在 ODBC 数据源管理器中使用。 DSN 有用户 DSN ，系统 DSN和文件 DSN 三中。
    • 配置 ODBC 数据源
      • 配置方法：1）在服务器中安装数据库管理系统，建立数据库。2）在客户端中打开“控制面板”，选择“管理工具”—“数据源（ODBC) ”选项。3）在 ODBC 数据管理器中选择用户 DSN 选项卡，再选择数据源驱动程序。4）在随后出现的建立数据源向导中，输入数据源名称，对数据源的说明和服务器名称。
  • 数据库应用系统设计的步骤和方法
    • 步骤：1.需求分析，2.系统设计，3.建立数据库，4.程序设计，5.编程和调试。
• 数据库应用系统的设计实例
  • 系统数据流程图和数据字典
    • 用户需求调查
      • 组成部分：1）图书管理，2）读者管理，3）借书服务，4）还书服务。
    • 系统数据流程图
      • 经过详细的调查，弄清了系统现行的业务流程。在此基础上，构造出系统的逻辑模型并通过数据流程图标识。
    • 系统数据字典
      • 在定义的图书馆管理系统数据字典中，主要对数据流程图中的数据流，数据存储和处理过程进行说明。
      • 主要的数据流定义
        • 1）数据流名称：图书情况，2）数据流名称：读者情况，3）数据流名称：管理员情况，4）数据流名称：用户身份，5）数据流名称：借书请求，6）数据流名称：还书请求，7）数据流名称：图书信息。
      • 主要的数据存储定义
        • 1）数据存储编号：D1,2)数据存储编号：D2,3)数据存储编号：D3,4)数据存储编号：D4。
      • 主要处理过程
        • 1）处理过程编号：P1.1,2)处理过程编号：P1.2,, 3) 处理过程编号：P2.1,,4)处理过程编号：P2.2,,5)处理过程编号：P2.3,,6)处理过程编号：P3
  • 系统体系结构及功能结构
    • 系统体系结构及实现方法
      • 图书馆管理系统采用点对多点的客户机/服务器结构
    • 系统工作环境及支掌软件
      • 1.服务器端的工作环境要求及支掌软件，2.客户机的工作环境要求及支掌软件
    • 数据库系统结构
      • 图书馆管理系统的数据库系统结构采用两层结构的数据库系统，选定BDE 技术为数据库的支持技术。
    • 系统功能及结构
      • 功能：1）用户登录模块，2）图书馆内部管理模块，3）图书馆服务模块。
  • 数据库结构设计
    • 1.数据库的概念模型，2.数据库逻辑模型