計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第7章

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法的介紹，使讀者了解一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程及其設(shè)計(jì)過(guò)程中要解決的問(wèn)題，同時(shí)使讀者對(duì)軟件工程中的概念深刻理解。主要內(nèi)容包括：①需求分析②概念模式的設(shè)計(jì)③邏輯模式的設(shè)計(jì)④物理設(shè)計(jì)

§7.1概述數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)為中心，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的支持下進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、整理、存儲(chǔ)、更新、加工和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行信息的查詢和傳播等操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要滿足用戶的需求，又要與給定的應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)，因此必須采用系統(tǒng)化、規(guī)范化的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)與使用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的過(guò)程是把現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)人為的加工和計(jì)算機(jī)的處理，為現(xiàn)實(shí)世界提供信息的過(guò)程。在給定的DBMS、操作系統(tǒng)和硬件環(huán)境下，表達(dá)用戶的需求，并將其轉(zhuǎn)換為有效的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成較好的數(shù)據(jù)庫(kù)模式，這個(gè)過(guò)程稱為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。要設(shè)計(jì)一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)必須用系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析和處理問(wèn)題。數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程可分為兩大階段：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)階段；數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)階段。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)四個(gè)階段。

1、需求分析：分析用戶的要求。需求分析是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)查和分析，了解用戶的信息需求和處理需求，并以數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典等形式加以描述。

2、概念設(shè)計(jì)：主要是把需求分析階段得到的用戶需求抽象化為概念模型。概念設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，我們將使用E-R模型作為概念模式設(shè)計(jì)的工具。3、邏輯設(shè)計(jì)：就是將概念設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的概念模式轉(zhuǎn)換為邏輯模式。因?yàn)檫壿嬙O(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）密切相關(guān)，所以本章以關(guān)系模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)討論邏輯設(shè)計(jì)。4、物理設(shè)計(jì)：是為關(guān)系模式選擇合適的存取方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。§7.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的生命周期分為兩個(gè)重要的階段：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)施和運(yùn)行階段其中數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)整個(gè)生命周期中工作量比較大的一個(gè)階段，其質(zhì)量對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的影響很大。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是：

根據(jù)一個(gè)組織部門(mén)的信息需求、處理需求和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持環(huán)境(包括DBMS、操作系統(tǒng)和硬件)，設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)模式(包括外模式、邏輯(概念)模式和內(nèi)模式)及典型的應(yīng)用程序。其中信息需求表示一個(gè)組織部門(mén)所需要的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)；處理需求表示一個(gè)組織部門(mén)需要經(jīng)常進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，例如工資計(jì)算、成績(jī)統(tǒng)計(jì)等。前者表達(dá)了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)的要求，也就是靜態(tài)要求；后者表達(dá)了基于數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)處理要求，也就是動(dòng)態(tài)要求。DBMS、操作系統(tǒng)和硬件是建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的軟、硬件基礎(chǔ)，也是其制約因素。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩種不同的方法：

面向數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法(data-orientedapproach)，這種設(shè)計(jì)方法以信息需求為主，兼顧處理需求；

面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方法(process-orientedapproach)，這種設(shè)計(jì)方法以處理需求為主，兼顧信息需求。

用前一種方法設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可以比較好地反映數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，不但可以滿足當(dāng)前應(yīng)用的需要，還可以滿足潛在應(yīng)用的需要。用第二種方法設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可能在使用的初始階段比較好地滿足應(yīng)用的需要，獲得好的性能，但隨著應(yīng)用的發(fā)展和變化，往往會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的較大變動(dòng)或者不得不重新設(shè)計(jì)。這兩種設(shè)計(jì)方法，在實(shí)際中都有應(yīng)用。面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方法主要用于處理要求比較明確、固定的應(yīng)用系統(tǒng)，例如飯店管理。但是在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)庫(kù)一般由許多用戶共享，還可能不斷有新的用戶加入，除了常規(guī)的處理要求外，還有許多即席訪問(wèn)。對(duì)于這類數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，最好采用面向數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法，使數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)比較合理地模擬一個(gè)組織部門(mén)。通常一個(gè)組織部門(mén)的數(shù)據(jù)是相對(duì)穩(wěn)定的，而處理則是相對(duì)變動(dòng)的，為了設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，一般采用面向數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)上面的分析我們看到：

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)有兩個(gè)：數(shù)據(jù)模式的設(shè)計(jì)，

以數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）為基礎(chǔ)的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

應(yīng)用程序是隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展而不斷變化的，在有些數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中(例如情報(bào)檢索)，事先很難編出所需的應(yīng)用程序或事務(wù)，因此，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本的任務(wù)是數(shù)據(jù)模式的設(shè)計(jì)。不過(guò)，數(shù)據(jù)模式的設(shè)計(jì)必須適應(yīng)數(shù)據(jù)處理的要求，以保證大多數(shù)常用的數(shù)據(jù)處理能夠方便、快速地進(jìn)行。§7.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1、反復(fù)性(iterative)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不可能“一氣呵成”，需要反復(fù)推敲和修改才能完成。前階段的設(shè)計(jì)是后階段設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和起點(diǎn)，后階段也可向前階段反饋其要求。如此反復(fù)修改，才能比較完善地完成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2、試探性(tentative)與解決一般問(wèn)題不同，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)果經(jīng)常不是唯一的，所以設(shè)計(jì)的過(guò)程通常是一個(gè)試探的過(guò)程。由于在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有各種各樣的需求和制約的因素，它們之間有時(shí)可能會(huì)相互矛盾，因此數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果很難達(dá)到非常滿意的效果，常常為了達(dá)到某些方面的優(yōu)化而降低了另一方面的性能。這些取舍是由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者權(quán)衡本組織部門(mén)的需求來(lái)決定的。3、分步進(jìn)行(multistage)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)常常由不同的人員分階段地進(jìn)行。這樣既使整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得條理清晰、目的明確，又是技術(shù)上分工的需要。而且分步進(jìn)行可以分段把關(guān)，逐級(jí)審查，能夠保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和進(jìn)度。盡管后階段可能會(huì)向前階段反饋其要求，但在正常情況下，這種反饋修改的工作量不應(yīng)是很大的?！?.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般分為四個(gè)步驟：需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，需求分析和概念設(shè)計(jì)可以獨(dú)立于任何的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)，而邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)則與具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)密切相關(guān)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段以及各個(gè)階段的輸入和輸出如圖7.1。數(shù)據(jù)庫(kù)概念模式

DBMS的特征硬件和操作系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模式需求分析說(shuō)明書(shū)需求分析概念設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)相關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)總體信息需求處理需求數(shù)據(jù)庫(kù)物理模式圖7.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程§7.2需求分析設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，首先必須確認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的用戶和用途。由于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一個(gè)組織部門(mén)的模擬，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須對(duì)一個(gè)組織部門(mén)的基本情況有所了解，比如該組織部門(mén)的組織機(jī)構(gòu)、各部門(mén)的聯(lián)系、有關(guān)事物和活動(dòng)以及描述它們的數(shù)據(jù)、信息流程、政策和制度、報(bào)表及其格式和有關(guān)的文檔等。收集和分析這些資料的過(guò)程稱為需求分析。例如在一個(gè)大學(xué)，學(xué)生是按照系部、班級(jí)來(lái)進(jìn)行組織，而課程則是按照專業(yè)、任課教師等進(jìn)行組織。每個(gè)學(xué)生需要選修自己專業(yè)內(nèi)的課程并取得成績(jī)，而校方則需要統(tǒng)計(jì)每門(mén)課的平均分和學(xué)生的平均成績(jī)，這就是學(xué)生和課程之間的聯(lián)系和需要進(jìn)行的處理。需求分析的目標(biāo)是給出應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)操作任務(wù)的詳細(xì)定義，為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，為優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)提供可靠依據(jù)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)與用戶密切合作，用戶則應(yīng)積極參與，從而使設(shè)計(jì)人員對(duì)用戶需求有全面、準(zhǔn)確的理解。需求分析的過(guò)程是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界深入了解的過(guò)程，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能否正確的反映現(xiàn)實(shí)世界主要取決于需求分析，需求分析人員既要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)有一定的了解，又要對(duì)組織部門(mén)的情況比較熟悉，一般由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和本組織部門(mén)的有關(guān)工作人員合作進(jìn)行。需求分析的結(jié)果整理成需求分析說(shuō)明書(shū)，這是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)人員與應(yīng)用組織部門(mén)的工作人員取得共識(shí)的基礎(chǔ)，必須得到有關(guān)組織部門(mén)人員的確認(rèn)。需求分析大致可分為以下三步來(lái)完成：§7.2.2需求信息的整理

需求信息的收集又稱為系統(tǒng)調(diào)查。為了充分地了解用戶可能提出的要求，在調(diào)查研究之前，要做好充分的準(zhǔn)備工作，要明確調(diào)查的目的、調(diào)查的內(nèi)容和調(diào)查的方式。1、調(diào)查的目的

首先，要了解一個(gè)組織部門(mén)的機(jī)構(gòu)設(shè)置，主要業(yè)務(wù)活動(dòng)和職能。其次，要了解本組織部門(mén)的大致工作流程和任務(wù)范圍劃分。這一階段的工作是大量的和繁瑣的。尤其是管理人員缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)的了解，他們不知道或不清楚哪些信息對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者是必要的或重要的，不了解計(jì)算機(jī)在管理中能起什么作用，做哪些工作。另一方面，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者缺乏對(duì)管理對(duì)象的了解，不了解管理對(duì)象內(nèi)部的各種聯(lián)系，不了解數(shù)據(jù)處理中的各種要求。由于管理人員與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者之間存在著這樣的距離，所以需要管理部門(mén)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者更加緊密地配合，充分提供有關(guān)信息和資料，為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。2、調(diào)查的內(nèi)容

外部要求：信息的性質(zhì)，響應(yīng)的時(shí)間、頻度和如何發(fā)生的規(guī)則，以及對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的考慮和要求，安全性及完整性要求。

業(yè)務(wù)現(xiàn)狀：這是調(diào)查的重點(diǎn)，包括信息的種類，信息流程，信息的處理方式，各種業(yè)務(wù)工作過(guò)程和各種票據(jù)。

組織機(jī)構(gòu)：了解本組織部門(mén)內(nèi)部機(jī)構(gòu)的作用、現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題，及是否適應(yīng)計(jì)算機(jī)管理。規(guī)劃中的應(yīng)用范圍和要求。3、調(diào)查方式開(kāi)座談會(huì)；跟班作業(yè)；請(qǐng)調(diào)查對(duì)象填寫(xiě)調(diào)查表；查看業(yè)務(wù)記錄、票據(jù)；個(gè)別交談。

對(duì)高層負(fù)責(zé)人的調(diào)查，最好采用個(gè)別交談方式。在交談之前，應(yīng)給他們一份詳細(xì)的調(diào)查提綱，以便使他們有所準(zhǔn)備。從訪問(wèn)中，可獲得有關(guān)該組織高層管理活動(dòng)和決策過(guò)程的信息需求、該組織的運(yùn)行政策、未來(lái)發(fā)展變化趨勢(shì)等與戰(zhàn)略規(guī)劃有關(guān)的信息。

對(duì)中層管理人員的訪問(wèn)，可采用開(kāi)座談會(huì)、個(gè)別交談或發(fā)調(diào)查表、查看業(yè)務(wù)記錄的方式，目的是了解企業(yè)的具體業(yè)務(wù)控制方式和約束條件、不同業(yè)務(wù)之間的接口、日常控制管理的信息需求以及預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展的潛在信息要求。

對(duì)基層操作人員的調(diào)查，主要采用發(fā)調(diào)查表和個(gè)別交談方式來(lái)了解每項(xiàng)具體業(yè)務(wù)的過(guò)程、數(shù)據(jù)要求和約束條件。§7.2.2需求信息的整理1、業(yè)務(wù)流程分析業(yè)務(wù)流程分析的目的是獲得業(yè)務(wù)流程及業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)聯(lián)系的形式描述。一般采用數(shù)據(jù)流分析法，分析結(jié)果以數(shù)據(jù)流圖（DFD）表示。圖7.2是一個(gè)數(shù)據(jù)流圖的示意圖。圖中有向線表示數(shù)據(jù)流，圓圈中寫(xiě)上處理的名稱、圓圈代表一個(gè)處理、帶有名字的雙線段表示存儲(chǔ)的信息。

輸入處理查找分析輸出處理原始數(shù)據(jù)篩選輸入查找結(jié)果格式化輸出存儲(chǔ)文件圖7-2數(shù)據(jù)流圖示意圖舉例：下面是學(xué)生成績(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)流程分析，原始的數(shù)據(jù)是學(xué)生的成績(jī)，系統(tǒng)要求統(tǒng)計(jì)學(xué)生的成績(jī)，并根據(jù)成績(jī)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果由獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)委評(píng)選出獲得獎(jiǎng)學(xué)金的學(xué)生，其數(shù)據(jù)流圖如圖7.3輸入處理產(chǎn)生報(bào)表輸出處理成績(jī)清單統(tǒng)計(jì)整理報(bào)表清單獲獎(jiǎng)清單存儲(chǔ)文件圖7-3學(xué)生成績(jī)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流圖2、分析結(jié)果的描述為了清楚地描述需求分析的結(jié)果，需要整理出數(shù)據(jù)清單，分類編寫(xiě)，以供設(shè)計(jì)階段使用，并可作為驗(yàn)收的依據(jù)。①數(shù)據(jù)項(xiàng)清單：列出每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的名稱、含義、來(lái)源、類型和長(zhǎng)度等。②業(yè)務(wù)活動(dòng)清單：列出每一部門(mén)中最基本的工作任務(wù)，包括任務(wù)的定義、操作類型、③執(zhí)行頻度、所屬部門(mén)及涉及的數(shù)據(jù)項(xiàng)等。④完整性一致性要求。⑤安全性要求。⑥響應(yīng)時(shí)間要求。⑦預(yù)期變化的影響。3、評(píng)審評(píng)審的目的在于確認(rèn)某一階段的任務(wù)是否全部完成，以免重大的疏漏和錯(cuò)誤。評(píng)審要有項(xiàng)目組以外的專家和主管部門(mén)負(fù)責(zé)人參加，以保證評(píng)審工作的客觀性和質(zhì)量。評(píng)審常常導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程的回溯和反復(fù)，需要根據(jù)評(píng)審意見(jiàn)修改所提交的階段設(shè)計(jì)成果，有時(shí)修改甚至要回溯到前面的某一階段，進(jìn)行部分乃至全部重新設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行評(píng)審，直至達(dá)到全部系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)為止?！?.3概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出反映某個(gè)組織部門(mén)信息需求的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念模式，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概念模式獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)、獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）、獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。概念模式的設(shè)計(jì)方法是在需求分析的基礎(chǔ)上，用概念數(shù)據(jù)模型（例如E-R模型）表示數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之間的相互聯(lián)系，設(shè)計(jì)出反映用戶信息需求和處理需求的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念模式。概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是準(zhǔn)確描述應(yīng)用領(lǐng)域的信息模式，支持用戶的各種應(yīng)用，這樣既容易轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)邏輯模式，又容易為用戶理解。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念模式是面向現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型，不能直接用于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。但是這種模式易于為用戶所理解，而且設(shè)計(jì)人員可以致力于模擬現(xiàn)實(shí)世界，而不必過(guò)早地糾纏于DBMS所規(guī)定的各種細(xì)節(jié)。在此階段，用戶可以參與和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而有利于保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與用戶的需求相吻合。在概念模式的設(shè)計(jì)中，E-R模型法是最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方法，下面介紹用E-R模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念模式的步驟。E-R圖設(shè)計(jì)概念模式的方法有兩種：以局部E-R圖為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)全局模式，稱為集中式模式設(shè)計(jì)；

先設(shè)計(jì)局部E-R模型圖，再由若干個(gè)局部E-R模型圖綜合成為全局E-R模型圖，稱為綜合設(shè)計(jì)法。這兩種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)思想是有區(qū)別的：綜合設(shè)計(jì)法是以局部需求說(shuō)明作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在集成時(shí)盡管對(duì)局部E-R圖要做必要的修改，但局部E-R圖是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，全局模式是局部E-R圖的集成；集中式模式設(shè)計(jì)法是在統(tǒng)一需求說(shuō)明的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)全局模式，全局模式是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。綜合設(shè)計(jì)法比較適合于大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以多組并行進(jìn)行，免除綜合需求說(shuō)明的麻煩。目前，綜合設(shè)計(jì)法用得較多，下面將以綜合設(shè)計(jì)法為主介紹概念模式設(shè)計(jì)。綜合設(shè)計(jì)法分為兩個(gè)步驟：①設(shè)計(jì)局部概念模式②由局部概念模式綜合成全局概念模式?！?.3.1設(shè)計(jì)局部概念模式局部概念模式設(shè)計(jì)可以由用戶獨(dú)立完成，也可以由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者協(xié)助完成。一般分為以下幾個(gè)步驟：1、根據(jù)局部需求分析的結(jié)果產(chǎn)生局部實(shí)體集。

局部實(shí)體集應(yīng)該是局部應(yīng)用領(lǐng)域中的事物，能夠滿足局部應(yīng)用的要求。局部實(shí)體集的產(chǎn)生包括確定局部實(shí)體集的屬性和鍵碼。在局部概念模式設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有些事物既可以抽象為實(shí)體集也可以抽象為屬性或?qū)嶓w集間的聯(lián)系。對(duì)于這樣的事物，我們應(yīng)該使用最易于為用戶理解的概念模型結(jié)構(gòu)來(lái)表示。在易于被用戶理解的前提下，既可抽象為屬性，又可抽象為實(shí)體的的盡量抽象為屬性。需要注意的是，每個(gè)事物必須由一種而且僅有一種概念模型結(jié)構(gòu)表示。在設(shè)計(jì)局部實(shí)體集時(shí)，我們還需要確定哪些屬性是單值屬性、哪些屬性是多值屬性以及哪些屬性是復(fù)合屬性(指由多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組成的屬性)。2、在確定了局部實(shí)體集后，根據(jù)局部分析的結(jié)果確定局部實(shí)體集間的聯(lián)系及其結(jié)構(gòu)約束。

局部實(shí)體集間的聯(lián)系要準(zhǔn)確地描述局部應(yīng)用領(lǐng)域中各事物之間的關(guān)系。同時(shí)，局部實(shí)體集間的聯(lián)系也需要滿足局部應(yīng)用的各種要求。3、最后，根據(jù)上面的分析來(lái)形成局部E-R圖。例1

某大學(xué)關(guān)于學(xué)生課程管理的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)系統(tǒng)，在學(xué)校機(jī)構(gòu)中有教務(wù)處和研究生院兩個(gè)管理學(xué)生的部門(mén)，在設(shè)計(jì)E-R模型圖時(shí)，可分別設(shè)計(jì)局部的E-R模型圖，如圖7.4和圖7.5所示。學(xué)生選課課程學(xué)號(hào)姓名性別系別出生日期何時(shí)入學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金成績(jī)課程號(hào)選/必教師課程名學(xué)分學(xué)生選課課程學(xué)號(hào)姓名性別系別出生日期入學(xué)時(shí)間碩/博成績(jī)課程號(hào)學(xué)分教師課程名學(xué)位課導(dǎo)師圖7.4教務(wù)處學(xué)生管理的E-R模型圖圖7.5研究生院學(xué)生管理的局部E-R模型圖§7.3.2設(shè)計(jì)全局概念模式在進(jìn)行局部E-R圖集成時(shí)，需按照下面三個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行：1、確認(rèn)局部E-R模型圖中的對(duì)應(yīng)關(guān)系和沖突對(duì)應(yīng)關(guān)系是指局部E-R圖中語(yǔ)義都相同的概念，也就是它們的共同部分；沖突指相互之間有矛盾的概念。常見(jiàn)的沖突有下列4種：①命名沖突命名沖突有同名異義和同義異名兩種。例如，在例1給出的圖中，“學(xué)生”和“課程”這兩個(gè)實(shí)體集在教務(wù)處的局部E-R圖和研究生院的局部E-R圖中含義是不同的：在教務(wù)處的局部E-R圖中學(xué)生是指大學(xué)生、大學(xué)生的課程，在研究生院的局部E-R圖中是指研究生和研究生課程，這屬于同名異義；在教務(wù)處的局部E-R圖中學(xué)生實(shí)體集有“何時(shí)入學(xué)”這一個(gè)屬性，在研究生院的局部E-R圖中有“入學(xué)日期”這一屬性，兩者是同義異名。②概念沖突同一個(gè)概念在一個(gè)局部E-R圖中可能作為實(shí)體集，在另一局部E-R圖中可能作為屬性或聯(lián)系。例如，在上面給出的圖中，如果用戶要求，選課也可以作為實(shí)體集，而不作為聯(lián)系。③域沖突相同的屬性在不同的局部E-R圖中有不同的域，例如，學(xué)號(hào)在一個(gè)局部E-R圖中可能當(dāng)作字符串，在另一個(gè)局部E-R圖中可能當(dāng)作整數(shù)。相同的屬性采用不同的度量單位，稱為域沖突。④約束沖突不同局部E-R圖可能有不同的約束；例如，對(duì)于“選課”這個(gè)聯(lián)系，大學(xué)生和研究生對(duì)選課的最少門(mén)數(shù)和最多門(mén)數(shù)的限定可能不一樣。2、對(duì)局部E-R圖進(jìn)行某些修改，解決部門(mén)沖突解決部門(mén)的沖突是對(duì)各個(gè)部門(mén)中存在的命名沖突、概念沖突、域沖突、約束沖突按照統(tǒng)一的規(guī)范定義。如在例1的圖中，“入學(xué)日期”和“何時(shí)人學(xué)”兩個(gè)屬性名可以統(tǒng)一成“入學(xué)日期”，學(xué)號(hào)統(tǒng)一用字符串表示，學(xué)生分為大學(xué)生和研究生兩類，課程也分為本科生課程和研究生課程兩類等。3、合并局部E-R圖，形成全局模式在合并局部E-R圖的過(guò)程中，應(yīng)盡可能合并對(duì)應(yīng)的部分、保留特殊的部分、刪除冗余部分，必要時(shí)對(duì)模式進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，力求使模式?jiǎn)明清晰。局部E-R圖的集成并不限于兩個(gè)局部E-R圖的集成，可以推廣到多個(gè)局部E-R圖的集成，多個(gè)局部E-R圖的集成比較復(fù)雜，一般用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具進(jìn)行。例2在學(xué)校機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的全局E-R模型圖課程學(xué)生選課學(xué)號(hào)姓名性別系別出生日期入學(xué)時(shí)間學(xué)生類別成績(jī)課程號(hào)學(xué)分教師課程名課程類別

圖4.6學(xué)生課程管理的E-R模型圖其中學(xué)生實(shí)體的屬性：學(xué)生類別的域?yàn)楸究粕?、研究生、博士生，如果是研究生、博士生，?yīng)有他們的指導(dǎo)老師屬性；屬性課程類別的域?yàn)檠芯可n程、本科生課程。圖4.6是由圖4.4和圖4.5進(jìn)行綜合而成E-R模型圖。例3:設(shè)計(jì)一個(gè)工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)的E-R模型圖分析：工廠的生產(chǎn)由技術(shù)部門(mén)和供應(yīng)部門(mén)提供保障。技術(shù)部門(mén)關(guān)心的是產(chǎn)品的性能參數(shù)、產(chǎn)品由那些零件組成、零件使用的材料和耗用量等；供應(yīng)部門(mén)關(guān)心的是產(chǎn)品的價(jià)格，使用材料的價(jià)格及庫(kù)存量等。分別設(shè)計(jì)技術(shù)部門(mén)和供應(yīng)部門(mén)的E-R模型圖如圖7.7和圖7.8所示。產(chǎn)品零件組成產(chǎn)品號(hào)產(chǎn)品名性能參數(shù)零件數(shù)零件號(hào)材料名耗用量圖7.7技術(shù)部門(mén)的E-R模型圖產(chǎn)品使用材料存量倉(cāng)庫(kù)產(chǎn)品號(hào)產(chǎn)品名價(jià)格用量材料號(hào)材料名庫(kù)存量?jī)r(jià)格存放量倉(cāng)庫(kù)名倉(cāng)庫(kù)號(hào)地點(diǎn)

圖7.8供應(yīng)部門(mén)的E-R模型圖進(jìn)一步分析：在圖7.5和圖7.6中實(shí)體產(chǎn)品的實(shí)體名和含義是相同的，在綜合成E-R模型圖時(shí)可以合并為一個(gè)實(shí)體；在現(xiàn)實(shí)世界中產(chǎn)品是通過(guò)消耗材料生產(chǎn)出來(lái)的，即產(chǎn)品和材料之間也是有聯(lián)系的；零件也是通過(guò)消耗材料而生產(chǎn)出來(lái)的，零件和材料之間也有消耗關(guān)系。因此圖7.7和圖7.8合并成的全局E-R模型圖如圖7.9。零件數(shù)產(chǎn)品零件組成產(chǎn)品號(hào)產(chǎn)品名性能參數(shù)零件號(hào)材料名價(jià)格材料消耗存量倉(cāng)庫(kù)消耗耗用量2存放量材料號(hào)材料名庫(kù)存量?jī)r(jià)格倉(cāng)庫(kù)號(hào)倉(cāng)庫(kù)名地點(diǎn)7.9綜合后的E-R模型圖耗用量1分析：綜合后的E-R模型圖中存在著數(shù)據(jù)的冗余。產(chǎn)品對(duì)材料的消耗量1可以通過(guò)組成產(chǎn)品的零件所消耗材料的消耗量2計(jì)算獲得，因此消耗量1為冗余數(shù)據(jù)，應(yīng)該從E-R圖中刪除，聯(lián)系沒(méi)有了屬性，產(chǎn)品與材料之間的聯(lián)系也可以從圖中刪除；每一種材料的庫(kù)存量可以從各個(gè)倉(cāng)庫(kù)中這種材料的存放量計(jì)算獲得，因此材料實(shí)體的庫(kù)存量為冗余屬性應(yīng)該從圖中刪除。除去冗余后的綜合E-R模型圖為圖7.10產(chǎn)品零件組成產(chǎn)品號(hào)產(chǎn)品名性能參數(shù)零件數(shù)零件號(hào)材料名價(jià)格材料消耗存量倉(cāng)庫(kù)耗用量2存放量材料號(hào)材料名價(jià)格倉(cāng)庫(kù)號(hào)倉(cāng)庫(kù)名地點(diǎn)圖7.10生產(chǎn)管理系統(tǒng)的E-R模型圖§7.4邏輯設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)的任務(wù)是：把數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念模式變換為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)邏輯模式。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS），不同的DBMS支持不同的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型包括層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型，其中關(guān)系模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)因有關(guān)系理論支持而得到廣泛使用，成為當(dāng)今數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主流。所以，本章以關(guān)系模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)討論數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)方法?！?.4.1E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)，首先須將概念設(shè)計(jì)中所得的E-R圖轉(zhuǎn)換成等價(jià)的關(guān)系模式。將E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式的方法是：將實(shí)體和聯(lián)系均轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，實(shí)體和聯(lián)系的屬性作為關(guān)系模式的屬性。（具體方法參見(jiàn)§2.2.2數(shù)據(jù)模型）例4將圖4.10生產(chǎn)管理系統(tǒng)的E-R模型圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式分析：在E-R模型圖中，有四個(gè)實(shí)體：產(chǎn)品、零件、材料、倉(cāng)庫(kù)，可分別將這些實(shí)體轉(zhuǎn)換為如下的關(guān)系模式：產(chǎn)品（產(chǎn)品號(hào)，產(chǎn)品名，性能參數(shù)，價(jià)格）零件（零件號(hào)，材料名）材料（材料名，材料號(hào)，價(jià)格）倉(cāng)庫(kù)（倉(cāng)庫(kù)號(hào)，倉(cāng)庫(kù)名，地址）分析：在圖4.10生產(chǎn)管理系統(tǒng)的E-R模型圖中，各種實(shí)體之間的聯(lián)系均為多對(duì)多（M：N）的聯(lián)系（一個(gè)產(chǎn)品由多個(gè)零件組成，一個(gè)零件可以是多個(gè)產(chǎn)品的零件；一個(gè)零件由多種材料生產(chǎn)，一種材料可以生產(chǎn)多種零件；一種材料可以存放在多個(gè)倉(cāng)庫(kù)中，一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可以存放多種材料），轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式時(shí)，分別將這些聯(lián)系轉(zhuǎn)換為如下的幾個(gè)關(guān)系模式（轉(zhuǎn)換方法可參見(jiàn)§2.2.2）。產(chǎn)品—零件（產(chǎn)品號(hào)，零件號(hào)，零件數(shù)）零件—材料（零件號(hào)，材料號(hào)，耗用量）材料—倉(cāng)庫(kù)（材料號(hào)，倉(cāng)庫(kù)號(hào)，存放量）§7.4.2數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)在邏輯設(shè)計(jì)階段，將所得到的關(guān)系模式，轉(zhuǎn)換成以DBMS數(shù)據(jù)模型表示的邏輯模式。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：設(shè)計(jì)滿足用戶的完整性和安全性要求、能在邏輯級(jí)上高效率地支持各種數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)運(yùn)行的邏輯模式。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)不僅涉及數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，而且涉及進(jìn)一步解決數(shù)據(jù)模式設(shè)計(jì)中存在的一些技術(shù)問(wèn)題，例如數(shù)據(jù)模式的規(guī)范化（關(guān)系模式的范式）、滿足DBMS各種限制等。數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：1、從E-R圖導(dǎo)出初始關(guān)系模式。即將E-R圖按規(guī)則轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。2、規(guī)范化處理。利用§6.3提供的規(guī)范化理論對(duì)得到的關(guān)系模式進(jìn)行規(guī)范化。消除操作異常，改善完整性、一致性和存儲(chǔ)效率，一般達(dá)到3NF就可以了。3、模式評(píng)價(jià)。目的是檢查數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式是否滿足用戶的要求，包括功能評(píng)價(jià)和性能評(píng)價(jià)。4、優(yōu)化模式。疏漏的要新增關(guān)系或?qū)傩?；性能不好的要采用合并、分解或選用另外結(jié)構(gòu)等。

①合并。對(duì)具有相同關(guān)鍵字的關(guān)系模式，如它們的