資料庫設計的基本步驟

(1)需求分析階段：需求收集和分析，得到資料字典和資料流圖。

(2)概念結構設計階段：對使用者需求綜合、歸納與抽象，形成概念模型，用e-r圖表示。

(3)邏輯結構設計階段：將概念結構轉換為某個dbms所支援的資料模型。

(4)資料庫物理設計階段：為邏輯資料模型選取乙個最適合應用環境的物理結構。

(5)資料庫實施階段：建立資料庫，編制與除錯應用程式，組織資料入庫，程式試執行。

(6)資料庫執行和維護階段：對資料庫系統進行評價、調整與修改。

1 資料庫設計概述

資料庫設計是指對於乙個給定的應用環境，構造最優的資料庫模式，建立資料庫及其應用系統，使之能夠有效地儲存資料。資料庫設計的基本步驟：

需求分析

概念結構設計

邏輯結構設計

物理結構設計

資料庫的建立和測試

資料庫執行和維護。

資料庫各階段設計描述

2 概念結構設計

在早期的資料庫設計，在需求分析階段後，就直接進行邏輯結構設計。由於此時既要考慮現實世界資訊的聯絡與特徵，又要滿足特定的資料庫系統的約束要求，因而對於客觀世界的描述受到一定的限制。同時，由於設計時要同時考慮多方面的問題，也使設計工作變得十分複雜。2023年p.p.s.chen提出在邏輯結構設計之前先設計乙個概念模型，並提出了資料庫設計的實體--聯絡方法(entity--relationship approach)。這種方法不包括深的理論，但提供了乙個簡便、有效的方法，目前成為資料庫設計中通用的工具。

有許多商業軟體支援e-r模型，如sybase公司的powerdesigner dataarchitect(最新版本v9.5.1 for windows)、微軟公司microsoft infomodeler (visiomodeler)等。

圖 s-designer dataarchitect 5.1 設計的e-r模型

使用e-r模型來進行概念模型的設計通常分兩步進行，首先是建立區域性概念模型，然後綜合區域性概念模型，成為全域性概念模型。

2.1 e-r模型基本符號

實體的表示：用長方形

聯絡的表示：用菱形，1:1、1:n (m:1)、(m:n)

屬性的表示：用橢圓形

e-r圖具有以下幾個特性：

乙個聯絡集合可以定義在兩個或兩個以上的實體集合上，例如老師--學生--課程的聯絡集合s-t-c，就是定義在三個實體上。

乙個聯絡集合也可以定義在乙個實體集合上，例如零件下又分有子零件，每個零件又可由m個子零件組成，每個子零件又可組合成n個零件。

對於給定的實體集合，可以定義乙個以上的聯絡集合，例如工程專案--工人可以定義兩個聯絡集合，其中乙個表示工程專案和工人的聯絡，另乙個表示工程專案和工人中的工程專案負責人的聯絡。前者是n:m的聯絡，後者是1:1的聯絡。

實體聯絡圖可以表示乙個實體型別對另乙個實體型別的存在的依賴性，例如工人這一實體下反映其被撫養者的關係，就是依賴關係，這種聯絡用箭頭表示，說明撫養者這個實體的存在取決於工人中的相應的那個實體。

2.2 初步e-r圖設計

在資料分析的基礎上，就可以著手設計概念結構。設計初步e-r圖的步驟：

先設計區域性e-r圖，也稱使用者檢視

綜合各區域性e-r圖，形成總的e-r圖，即使用者檢視的整合。

在設計初步e-r圖時，要盡量能充分地把組織中各部門對資訊的要求集中起來，而不需要考慮資料的冗餘問題。

區域性概念模型設計是從使用者的觀點出發，設計符合使用者需求的概念結構。區域性概念模型設計的就是組織、分類收集到的資料項，確定哪些資料項作為實體，哪些資料項作為屬性，哪些資料項是同一實體的屬性等。確定實體與屬性的原則：

能作為屬性的盡量作為屬性而不要劃為實體;

作為屬性的資料元素與所描述的實體之間的聯絡只能是1:n的聯絡;

作為屬性的資料項不能再用其他屬性加以描述，也不能與其他實體或屬性發生聯絡。

例1：乙個機械製造廠的簡單管理系統。首先按工廠技術部門和工廠**部門設計兩個區域性e-r圖。工廠技術部門關心的是產品的效能引數，及由哪些零件組成，零件的材料和耗用量等;工廠**部門關心的是產品的**，使用材料的**及庫存量等。

例1圖區域性e-r圖

綜合這兩個分e-r圖，得到初步e-r圖。

例1圖初步e-r圖

初步e-r圖是現實世界的純粹表示，可能存在冗餘的資料和實體間冗餘的聯絡。所謂冗餘的資料是指可由基本資料匯出的資料，冗餘的聯絡是指可由基本聯絡匯出的聯絡。

2.3 基本e-r圖設計

初步e-r圖由於存在冗餘的資訊，會破壞資料庫的完整性，給資料庫的管理帶來麻煩，以至引起資料不一致的錯誤。因此，必須消除資料上的冗餘和聯絡上的冗餘，消除冗餘後的e-r圖，稱為基本e-r圖。

消除冗餘的方法，可以採用分析的方法。

例1圖基本e-r圖

例2：某書店購圖書彙總登記表，經過1nf、2nf、3nf分析得

對應的基本e-r圖

例2圖圖書彙總登記表基本e-r圖

基本e-r圖滿足第三正規化要求。

用例1的分析方法，對於乙個龐大的複雜系統是有困難的，可以將初步e-r圖轉換成函式依賴關係，利用規範化理論，將其分解為多個符合第三正規化的函式依賴關係，再構成基本e-r圖。

3 邏輯結構設計

任務：將基本e-r圖轉換為與選用dbms產品所支援的資料模型相符合的邏輯結構。過程：

將概念結構轉換為現有dbms支援的關係、網狀或層次模型中的某一種資料模型;

從功能和效能要求上對轉換的模型進行評價，看它是否滿足使用者要求;

對資料模型進行優化

3.1 e-r圖向關係模型的轉換

原則：(1)乙個實體型轉換為乙個關係模型，實體的屬性就是關係的屬性，實體的鍵就是關係的鍵;(2)乙個聯絡轉換為乙個關係模式，與該聯絡相連的每個實體型的鍵以及聯絡的屬性都轉換為關係的屬性。這個關係的鍵分為以下三種不同的情況：

若聯絡為1：1，則相連的每個實體型的鍵均是該關係模式的侯選鍵。

若聯絡為1：n，則聯絡對應的關係模式的鍵取n端實體型的鍵。

若聯絡為m:n，則聯絡對應的聯模式的鍵為參加聯絡的諸實體型的鍵的組合。

圖聯絡為1:1時

圖聯絡為1:n時

圖聯絡為m:n時

(3)一些特殊聯絡的處理，可分為以下幾情況：

當乙個實體的存在是依賴於另乙個實體的存在時，兩個實體之間的聯絡便代表了兩個實體間的一種所有關係。

當聯絡定義在同乙個同型實體上時，聯絡轉化為乙個關係模式，與該聯絡相連的實體型的鍵以及聯絡的屬性轉換為關係模式的屬性。

圖實體存在依賴關係

圖聯絡定義在同一同型實體上

3.2 模型評價：

功能評價，效能評價

3.3 模型優化：

減少連線運算，垂直和水平分割，使用快照，減少資料占用空間

4 物理結構設計

5 資料庫的建立和測試

6 資料庫的執行和維護

7 資料庫保護

資料庫設計的基本步驟

資料庫設計的基本步驟

資料庫設計的基本步驟

資料庫設計的4個基本步驟

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