数据库设计

教学对象

教学时间

年     月    日

教学内容

第5章　关系数据库设计

5．1  数据库设计的基本步骤

教学目的

¨     通过本节内容的学习，应了解数据库设计的基本步骤。

教学重点

数据库设计的基本步骤

教学难点

建议学时

1学时

教学教具

多媒体教学系统

教学方法

讲授（PPT）

演示设计

板书设计

5.1.1  需求分析阶段

5.1.2  概念模型设计阶段

5.1.3  逻辑模型设计阶段

5.1.4  数据库物理设计阶段

5.1.5  数据库实施阶段

5.1.6  数据库运行和维护阶段

教学过程

课程导入

提问：数据库设计的基本步骤有哪些？

通过提问，促使学生思考，引导其充分认识数据库设计的基本步骤，分别了解需求分析阶段、概念模型设计阶段、逻辑模型设计阶段、数据库物理设计阶段、数据库实施阶段、数据库运行和维护阶段。

5．1数据库设计的基本步骤

按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下六个阶段，如图5．１所示。

（1）需求分析。

（2）概念设计。

（3）逻辑设计。                                                                                     

（4）物理设计。

（5）数据库实施。

不满意

不满意

概念设计阶段

逻辑设计阶段

物理设计阶段

数据库

实施阶段

数据库运行、

维护阶段

应用要求、DBMS详细

特征

应用需求

（数据、处理）

转换规则、DBMS功能、优化方法

需求收集和分析

设计概念结构

设计逻辑结构

数据模型优化

设计物理结构

评价设计，性能预测

物理实现

试验性运行

使用、维护数据库

需求分析阶段

（6）数据库运行和维护。

图5.1 数据库设计步骤

5．1．1 需求分析阶段

进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求，包括数据与处理需求。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗时的一步。作为“地基”的需求分析是否做得充分与准确，决定了在其上构建“数据库大厦”的速度与质量。需求分析做得不好，可能会导致整个数据库重新设计，因此，务必引起高度重视。

5．1．2 概念模型设计阶段

在概念设计阶段，设计人员仅从用户角度看待数据及其处理要求和约束，产生一个反映用户观点的概念模式，也称为“组织模式”。概念模式能充分反映现实世界中实体间的联系，又是各种基本数据模型的共同基础，易于向关系模型转换。这样做有以下好处：

（1）数据库设计各阶段的任务相对单一化，设计复杂程度得到降低，便于组织管理。

（2）概念模式不受特定DBMS的限制，也独立于存储安排，因而比逻辑设计得到的模式更为稳定。

（3）概念模式不含具体的DBMS所附加的技术细节，更容易为用户所理解，因而能准确地反映用户的信息需求。

概念模型设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。如采用基于E-R模型的数据库设计方法，该阶段即将所设计的对象抽象出E-R模型；如采用用户视图法，则应设计出不同的用户视图。

5．1．3 逻辑模型设计阶段

逻辑模型设计阶段的任务是将概念模型设计阶段得到的基本E-R图，转换为与选用的DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。如采用基于E-R模型的数据库设计方法，该阶段就是将所设计的E-R模型转换为某个DBMS所支持的数据模型；如采用用户视图法，则应进行表的规范化，列出所有的关键字以及用数据结构图描述表集合中的约束与联系，汇总各用户视图的设计结果，将所有的用户视图合成一个复杂的数据库系统。

5．1．4 数据库物理设计阶段

数据库的物理结构主要指数据库的存储记录格式、存储记录安排和存取方法。显然，数据库的物理设计完全依赖于给定的硬件环境和数据库产品。在关系模型系统中，物理设计比较简单一些，因为文件形式是单记录类型文件，仅包含索引机制、空间大小、块的大小等内容。

物理设计可分五步完成，前三步涉及到物理结构设计，后两步涉及到约束和具体的程序设计：

（1）存储记录结构设计：包括记录的组成、数据项的类型、长度，以及逻辑记录到存储记录的映射。

（2） 确定数据存放位置：可以把经常同时被访问的数据组合在一起，“记录聚簇（cluster）”技术能满足这个要求。

（3）存取方法的设计：存取路径分为主存取路径及辅存取路径，前者用于主键检索，后者用于辅助键检索。

（4）完整性和安全性考虑：设计者应在完整性、安全性、有效性和效率方面进行分析，作出权衡。

（5）程序设计：在逻辑数据库结构确定后，应用程序设计就应当随之开始。物理数据独立性的目的是消除由于物理结构的改变而引起对应用程序的修改。当物理独立性未得到保证时，可能会引发对程序的修改。

数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构，包括存储结构和存取方法。

5．1．5 数据库实施阶段

根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机系统上建立起实际数据库结构、装入数据、测试和试运行的过程称为数据库的实施阶段。实施阶段主要有三项工作。

（1）建立实际数据库结构。对描述逻辑设计和物理设计结果的程序即“源模式”，经DBMS编译成目标模式并执行后，便建立了实际的数据库结构。

（2）装入试验数据对应用程序进行调试。试验数据可以是实际数据，也可由手工生成或用随机数发生器生成。应使测试数据尽可能覆盖现实世界的各种情况。

（3）装入实际数据，进入试运行状态。测量系统的性能指标，是否符合设计目标。如果不符，则返回到前面，修改数据库的物理模型设计甚至逻辑模型设计。

5．1．6 数据库运行和维护阶段

数据库系统正式运行，标志着数据库设计与应用开发工作的结束和维护阶段的开始。运行维护阶段的主要任务有四项：

（1）维护数据库的安全性与完整性：检查系统安全性是否受到侵犯，及时调整授权和密码，实施系统转储与备份，发生故障后及时恢复。

（2）监测并改善数据库运行性能：对数据库的存储空间状况及响应时间进行分析评价，结合用户反应确定改进措施。

（3）根据用户要求对数据库现有功能进行扩充。

（4）及时改正运行中发现的系统错误。

教学小结

需求分析是数据库设计的基础。不论采用什么方法，都必须扎扎实实搞好需求分析。概念设计阶段的关键是对需求分析的结果进行抽象，确定实体、属性以及实体之间的联系。逻辑设计阶段主要是将E-R图向关系模型转换，要解决的关键问题是如何将实体和实体间的联系转换为关系模式，以及如何确定这些关系模式的属性和码，处理好属性命名的冲突问题，具有相同码的关系模式进行合并。数据库物理设计及实施是逻辑设计结果的具体实现，完全依赖于给定的硬件环境和数据库产品。总之数据库设计各阶段是密切相关的，应保证各阶段工作的一致性和规范化。

学习指导

学生在学习时应明确数据库设计的各个阶段。

参阅教材

教材第5章 第1节

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作    业

习题5.1题

教学后记