数据库设计
一、数据库系统的设计步骤........................................................................................ 1 二、需求分析................................................................................................................ 1
1、任务 .................................................................................................................... 1 2、主要工作 ............................................................................................................. 1 3、数据字典 ............................................................................................................. 1
三、概念结构设计........................................................................................................ 3
1、任务 .................................................................................................................... 3 2、设计概念结构的四类方法（课本209-210） .......................................................... 3 3、设计分E-R图的步骤 ........................................................................................... 3 4、视图集成 ............................................................................................................. 5
四、逻辑结构设计........................................................................................................ 7
1、任务 .................................................................................................................... 7 2、步骤 .................................................................................................................... 7 3、将E-R模型向关系模型转换的规则 ...................................................................... 7
1
一、数据库系统的设计步骤
一个数据库系统的设计通常需要经过以下步骤： 1、 需求分析
2、 概念结构设计 3、 逻辑结构设计 4、 物理结构设计 5、 数据库实施 6、 数据库运行和维护
二、需求分析
1、任务
确定用户的数据需求和处理需求。
2、主要工作
（1）确定业务流程。 （2）分析业务的数据组成。 （3）确定处理需求。
3、数据字典
数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果，包括以下五个部分的内容： （1）数据项
1）数据项表示不可再分的数据单位
2）数据项描述＝｛数据项名，数据项含义说明，
【举例】
数据项：学号
别名，数据类型，长度，取值范围， 取值含义，与其他数据项的逻辑关系｝
含义：唯一标识每个学生 别名：学生编号 类型：字符型 长度：8
取值范围：00000000至99999999
1
取值含义：前两位标别该学生所在年级，后六位按顺序编号
（2）数据结构
1）数据结构反映了数据之间的组合关系。
2）数据结构描述＝｛数据结构名，含义说明， 组成:｛数据项或数据结构｝｝ 【举例】
数据结构：学生
含义说明：定义了一个学生的有关信息，是学籍管理子系统的主体数据结构。 组成：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级
（3）数据流
1）数据流是数据结构在系统内传输的路径。
2）数据流描述＝｛数据流名，说明，数据流来源，
数据流去向，组成:｛数据结构｝， 平均流量，高峰期流量｝
数据流来源是说明该数据流来自哪个过程 数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去
平均流量是指在单位时间（每天、每周、每月等）里的传输次数
高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量
【举例】
数据流：选课信息 说明：学生所选课程信息 来源：“学生选课”处理 去向：“学生选课”存储 组成：学号、课程号
平均流量：每天10个
高峰期流量：每天100个
（4）数据存储
1）数据存储是数据结构停留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一。 2）数据存储描述＝｛数据存储名，说明，编号，
流入的数据流 ，流出的数据流 ， 组成:｛数据结构｝，数据量，存取方式｝
流入的数据流：指出数据来源
流出的数据流：指出数据去向
数据量：每次存取多少数据，每天（或每小时、每周等）存取几次等信息
存取方法：批处理 / 联机处理；检索 / 更新；顺序检索 / 随机检索
【举例】
数据存储 ：学生选课
说明： 记录学生所选课程的成绩
流入数据流：选课信息，成绩信息 流出数据流：选课信息，成绩信息 组成： 学号、课程号、成绩
2
数据量：50000个记录 存取方式： 随机存取
（5）处理过程
1）处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息
2）处理过程描述＝｛处理过程名，说明， 输入:｛数据流｝， 输出:｛数据流｝，
处理:｛简要说明｝｝
【举例】
处理过程：分配宿舍
中。
说明：为所有新生分配学生宿 输入：学生，宿舍
输出：宿舍安排 处理要求：同一间宿舍只能安排同一性别的学生，同一个学生只能安排在一个宿舍
三、概念结构设计
1、任务
将需求分析得到的用户需求抽象为E-R图。
2、设计概念结构的四类方法（课本209-210）
（1）自顶向下：先定义全局概念结构，再逐步细化。
（2）自底向上：定义每个局部应用的概念结构，然后按照一定的规则集成起来，从而得到全局概念结构图。
（3）逐步扩张：首先定义最重要的核心概念结构，以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构。
（4）混合策略：将自顶向下和自底向上相结合。
3、设计分E-R图的步骤
（1）选择局部应用
（2）逐一设计分E-R图：确定实体、属性以及联系。
作为属性的两个特点（课本214-215）： 属性不能再具有需要描述的性质。
属性不能与其他实体联系。
【例1】职工为一个实体，职工号、姓名、年龄为职工的属性。如果职称没有与工资、福利
3
挂钩，即没有需要进一步描述的特征，则可以将职称作为职工的属性，如图1的上图所示。而如果不同的职称有不同的工资、住房标准和不同的附加福利，则最好将职称作为实体，如图1的下图所示。
图1 职称
【例2】在医院中，一个病人只能住在一间病房，病房号可以作为病人实体的一个属性，如图2的左图所示。而如果病房还要与医生实体发生联系，则最好将病房作为一个实体，如图2的右图所示。
图2 病房
【例3】如果一种货物只存放在一个仓库，则可以将仓库号作为描述货物存放地址的属性，如图3的左图所示。而如果一种货物可以存放在多个仓库中，或者仓库本身有面积作为属性，或者仓库与职工发生管理上的联系，那么应该将仓库作为实体看待，如图3的右图所示。
4
图3 仓库
4、视图集成
（1）视图集成指的是，将各子系统的分E-R图综合成系统的总E-R图。 （2）视图集成的两种方法（课本219）
多个分E-R图一次集成
逐步集成，用累加的方式一次集成两个分E-R图
（3）视图集成的步骤 1）合并：解决各分E-R图之间的冲突，将各分E-R图生成初步的E-R图。各E-R
图之间的冲突有三类：属性冲突、命名冲突和结构冲突。（课本220-221）
属性冲突
属性域冲突。例如，学号，有的部分将它定义为字符串型、有的部分将它
定义为整型。
属性取值单位冲突。例如，身高有的以米为单位，有的以厘米为单位。
命名冲突
同名异义。
异名同义。例如，对于科研项目，财务科称之为项目，科研处称之为课题。
结构冲突
同一对象在不同的应用中具有不同的抽象。例如，仓库在某一局部应用中作为属性，在另一局部应用中作为实体。
同一实体在不同的分E-R图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同。
实体之间的联系在不同的分E-R图中为不同的类型。
【例4】将图4-1所示的分E-R图合并为如图4-2所示的E-R图的过程中，解决了以下两类冲突：（1）命名冲突。“零件”和“部件”为异名同义的一对词组，应将其名称进行统一。（2）结构冲突。将“零件”和“部件”统一为“零件”实体后，“零件”实体的属性取各E-R图中属性的并集。
5
产品m组成零件个数n零件产品号性能参数零件号价格材料m使用n部件材料号材料类型库存量使用量部件号规格
图4-1 合并前的分E-R图
零件号产品号产品性能参数m组成n零件m零件个数使用材料号材料类型库存量图4-2 合并后的E-R图
2）修改和重构。
消除不必要的冗余，生成基本E-R图。消除冗余主要采用分析方法，根据数据字典中关于数据项之间逻辑关系的说明来消除冗余。 【例5】图5中，Q3=Q1×Q2，Q4=Q5 ，所以
规格价格n材料使用量 Q3 和Q4 是冗余数据，可以消去。并且由
于Q3 的取消，产品与材料之间的冗余关系也应删除。
图5 消除冗余
6
四、逻辑结构设计
1、任务
将概念结构设计阶段设计好的基本E-R模型转换为具体的数据库管理系统支持的数据模型。
2、步骤
（1）将E-R模型向关系模型转换 （2）对数据模型进行优化。
3、将E-R模型向关系模型转换的规则
（1）一个实体转换为一个关系模式。实体的属性就是关系的属性，实体的标识符就是关系的码。
（2）对于实体间的联系分情况处理。
1） 1:1联系可以转换为一个的关系模式，也可以与任意一端所对应的关系模式合并。
【例6】图6所示的E-R图转换后的关系模式如下：
部门（部门号，部门名，经理号），经理（经理号，经理名，电话） 或：
部门（部门号，部门名），经理（经理号，部门号，经理名，电话）
或：
部门（部门号，部门名），经理（经理号，经理名，电话），管理（部门号，经理号）
图6 1:1联系的转换
2） 1:n联系可以转换为一个的关系模式，也可以与n端所对应的关系模式合并。 【例7】图7所示的E-R图转换后的关系模式如下：
部门（部门号，部门名），职工（职工号，部门号，职工名，工资）
7
图7 1:n联系
3） m:n联系转换为一个关系模式。
【例8】图8所示的E-R图转换后的关系模式如下：
教师表（教师号，教师名，职称） 课程表（课程号，课程名，学分） 授课表（教师号，课程号，授课时数）
教师号职称教师m授课时数授课n学分课程课程名图8 n:m联系
4） 三个或三个以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关系模式。 【例9】图9所示的E-R图转换后的关系模式如下：
供应商（供应商号，零件号，项目号，供应量）
教师名课程号供应商n供应量m项目图9 多元联系
供应p零件 8
