《數(shù)據(jù)庫及基礎(chǔ)》項目2 設(shè)計數(shù)據(jù)庫

設(shè)計數(shù)據(jù)庫任務(wù)2-1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述目錄Contents任務(wù)2-2需求分析任務(wù)2-3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-6數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-7案例：設(shè)計學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫任務(wù)2-1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述PART1（一）數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述任務(wù)assignments數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述任務(wù)2-1任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【任務(wù)分析】設(shè)計人員在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，應(yīng)首先了解數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟?！菊n堂任務(wù)】了解數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟。按照規(guī)范化設(shè)計的方法，考慮數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的全過程，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟分為6個階段（見圖2.1）：需求分析階段、概念設(shè)計階段、邏輯設(shè)計階段、物理設(shè)計階段、數(shù)據(jù)庫實施、數(shù)據(jù)庫運行和維護階段。前兩個階段是面向用戶的應(yīng)用需求、面向具體的問題，中間兩個階段是面向DBMS，最后兩個階段是面向具體的實現(xiàn)方法。前4個階段可統(tǒng)稱為“分析和設(shè)計階段”，后兩個階段統(tǒng)稱為“實現(xiàn)和運行階段”。數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述任務(wù)2-1任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理在設(shè)計數(shù)據(jù)庫之前，首先選擇參加設(shè)計的人員，包括系統(tǒng)分析人員、數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員、程序員、用戶和數(shù)據(jù)庫管理員。系統(tǒng)分析人員和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的核心人員，他們將自始至終參加數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，他們的水平?jīng)Q定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的質(zhì)量。用戶和數(shù)據(jù)庫管理員在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中也是舉足輕重的人物，他們主要參加需求分析和數(shù)據(jù)庫的運行維護，他們的積極參與不但能加快數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，而且是決定數(shù)據(jù)庫設(shè)計質(zhì)量的重要因素。程序員則在系統(tǒng)實施階段參與進來，負責(zé)編寫程序和配置軟硬件環(huán)境。如果設(shè)計的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)比較復(fù)雜，還應(yīng)該考慮是否需要使用數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具和CASE工具，以提高數(shù)據(jù)庫設(shè)計質(zhì)量并減少設(shè)計工作量，并考慮選用何種工具。數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述任務(wù)2-1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述任務(wù)2-1任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫設(shè)計6個階段的具體說明如下。1．需求分析階段需求分析就是根據(jù)用戶的需求收集數(shù)據(jù)，是設(shè)計數(shù)據(jù)庫的起點。需求分析的結(jié)果是否準(zhǔn)確反映用戶的實際需求，將直接影響后面各個階段的設(shè)計，并影響設(shè)計結(jié)果是否合理和實用。2．概念設(shè)計階段概念設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，它通過對用戶的需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型。3．邏輯設(shè)計階段邏輯設(shè)計是指將概念模型轉(zhuǎn)換成某個DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，并對其進行優(yōu)化。數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述任務(wù)2-1任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理4．物理設(shè)計階段物理設(shè)計是指為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法）。5．?dāng)?shù)據(jù)庫實施階段在數(shù)據(jù)庫實施階段，設(shè)計人員運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言及其宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫（此項工作在項目4中具體實現(xiàn)），編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進行試運行。6．?dāng)?shù)據(jù)庫運行和維護階段數(shù)據(jù)庫運行和維護是指數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)正式投入運行后，不斷地對其進行評價、調(diào)整與修改。PART2任務(wù)2-2需求分析（一）需求分析的任務(wù)及目標(biāo)（二）需求分析的方法任務(wù)assignments需求分析任務(wù)2-2任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（一）需求分析的任務(wù)及目標(biāo)在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫前，首先應(yīng)該找出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須保存的信息，以及應(yīng)當(dāng)怎樣保存那些信息（如信息的長度、用數(shù)字或文本的形式保存等）。要完成這一任務(wù)，需要收集數(shù)據(jù)。收集數(shù)據(jù)可以與系統(tǒng)所有者和系統(tǒng)的用戶交談。需求分析的任務(wù)是收集數(shù)據(jù)，要盡可能多地收集關(guān)于數(shù)據(jù)庫要存儲的數(shù)據(jù)以及將來如何使用這些數(shù)據(jù)的信息，確保收集到數(shù)據(jù)庫需要存儲的全部信息。需求分析任務(wù)2-2任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理通過對客戶和最終用戶的詳盡調(diào)查以及設(shè)計人員的親自體驗，充分了解原系統(tǒng)或手工處理工作存在的問題，正確理解用戶在數(shù)據(jù)管理中的數(shù)據(jù)需求和完整性要求，如數(shù)據(jù)庫需要存儲哪些數(shù)據(jù)、用戶如何使用這些數(shù)據(jù)、這些數(shù)據(jù)有哪些約束等。因此客戶和最終用戶必須參與到對數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的調(diào)查、分析和反饋的工作中，客戶和最終用戶必須確認是否考慮了業(yè)務(wù)的所有需求，以及由業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)庫需求是否正確。在收集數(shù)據(jù)的初始階段，應(yīng)盡可能多地收集數(shù)據(jù)，包括各種單據(jù)、憑證、表格、工作記錄、工作任務(wù)描述、會議記錄、組織結(jié)構(gòu)及其職能、經(jīng)營目標(biāo)等。在收集到的大量信息中，有一些信息對設(shè)計工作是有用的，而有一些可能沒有用處，設(shè)計人員經(jīng)過與用戶的多次交流和溝通，才能最后確定用戶的實際需求。在與用戶討論和溝通時，要詳細記錄。明確以下問題將有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計目標(biāo)。需求分析任務(wù)2-2任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（1）有多少數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源自哪里，是否有已存在的數(shù)據(jù)資源？（2）必須保存哪些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是字符、數(shù)字或日期型？（3）誰使用數(shù)據(jù)，如何使用？（4）數(shù)據(jù)是否經(jīng)常修改，如何修改和什么時候修改？（5）某個數(shù)據(jù)是否依賴于另一個數(shù)據(jù)或被其他數(shù)據(jù)引用？（6）某個信息是否要唯一？（7）哪些數(shù)據(jù)是組織內(nèi)部的，哪些數(shù)據(jù)是外部的？（8）哪些業(yè)務(wù)活動與數(shù)據(jù)有關(guān)，數(shù)據(jù)如何支持業(yè)務(wù)活動？（9）數(shù)據(jù)訪問的頻度和增長的幅度如何？（10）誰可以訪問數(shù)據(jù)，如何保護數(shù)據(jù)。需求分析任務(wù)2-2任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（二）需求分析的方法需求分析首先是調(diào)查清楚用戶的實際需求，與用戶達成共識，然后分析與表達這些需求。1．調(diào)查用戶需求的步驟調(diào)查用戶需求的具體步驟如下。（1）調(diào)查組織機構(gòu)情況。包括了解該組織的部門組成情況、各部門的職責(zé)等，為分析信息流程做準(zhǔn)備。（2）調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動情況。包括了解各個部門輸入和使用什么數(shù)據(jù)，如何加工處理這些數(shù)據(jù)，輸出什么信息，輸出到什么部門，輸出結(jié)果的格式是什么，這是調(diào)查的重點。需求分析任務(wù)2-2任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（3）在熟悉業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求，包括信息要求、處理要求、完全性與完整性要求，這是調(diào)查的又一個重點。（4）確定新系統(tǒng)的邊界。對前面調(diào)查的結(jié)果進行初步分析，確定哪些功能由計算機完成或?qū)頊?zhǔn)備讓計算機完成，哪些活動由人工完成。由計算機完成的功能就是新系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的功能。需求分析任務(wù)2-2任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理2．常用的調(diào)查方法在調(diào)查過程中，可以根據(jù)不同的問題和條件使用不同的調(diào)查方法。常用的調(diào)查方法如下。（1）跟班作業(yè)。親自參加業(yè)務(wù)工作來了解業(yè)務(wù)活動的情況。這種方法可以比較準(zhǔn)確地了解用戶的需求，但比較耗費時間。（2）開調(diào)查會。與用戶座談來了解業(yè)務(wù)活動情況及用戶需求。座談時，參加者和用戶可以相互啟發(fā)。（3）請專人介紹。（4）詢問。對某些調(diào)查中的問題，可以找專人詢問。（5）問卷調(diào)查。設(shè)計調(diào)查表請用戶填寫。如果調(diào)查表設(shè)計合理，這種方法是很有效的，也易于為用戶所接受。（6）查閱記錄。查閱與原系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄。任務(wù)2-3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計PART3任務(wù)assignments（一）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和步驟（二）局部E-R圖設(shè)計（三）全局E-R圖設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（一）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和步驟1．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法通常有以下4種。（1）自頂向下。首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細化。（2）自底向上。首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu)。（3）逐步擴張。首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至總體概念結(jié)構(gòu)。（4）混合策略。將自頂向下和自底向上的方法相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計一個全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為框架自底向上設(shè)計各局部概念結(jié)構(gòu)。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3其中最常采用的策略是混合策略，即自頂向下進行需求分析，然后自底向上設(shè)計概念結(jié)構(gòu)，其方法如圖2.2所示。圖2.2自頂向下需求分析與自底向上概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理2．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟按照圖2.2所示的自頂向下需求分析與自底向上概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，概念結(jié)構(gòu)設(shè)計可分為以下兩步。（1）進行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計局部E-R圖。（2）集成各局部E-R圖，形成全局E-R圖，其步驟如圖2.3所示。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3圖2.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（二）局部E-R圖設(shè)計設(shè)計局部E-R圖首先需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，在多層的數(shù)據(jù)流圖中選擇一組適當(dāng)層次的數(shù)據(jù)流圖，讓這組圖中的每一部分對應(yīng)一個局部應(yīng)用，然后以這一層次的數(shù)據(jù)流圖為出發(fā)點，設(shè)計分E-R圖。將各局部應(yīng)用涉及的數(shù)據(jù)分別從數(shù)據(jù)字典中抽取出來，參照數(shù)據(jù)流圖，確定各局部應(yīng)用中的實體、實體的屬性、標(biāo)識實體的碼、實體之間的聯(lián)系及其類型（1∶1，1∶n，m∶n）。實際上，實體和屬性是相對而言的。同一事物在一種應(yīng)用環(huán)境中作為“屬性”，在另一種應(yīng)用環(huán)境中就有可能作為“實體”。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理例如，如圖2.4所示，大學(xué)中的“系”在某種應(yīng)用環(huán)境中，只是作為“學(xué)生”實體的一個屬性，表明一個學(xué)生屬于哪個系；而在另一種環(huán)境中，由于需要考慮一個系的系主任、教師人數(shù)、學(xué)生人數(shù)、辦公地點等，所以它需要作為實體。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理因此，要區(qū)分同一事物在不同的應(yīng)用環(huán)境中作為“屬性”還是作為“實體”，應(yīng)當(dāng)遵循兩條基本準(zhǔn)則。（1）屬性不能再具有需要描述的性質(zhì)，即屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項，不能再由另一些屬性組成。（2）屬性不能與其他實體具有聯(lián)系。聯(lián)系只發(fā)生在實體之間。符合上述兩條特性的事物一般作為屬性對待。為了簡化E-R圖的處理，現(xiàn)實世界中的事物凡是能夠作為屬性對待的，都應(yīng)盡量作為屬性。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.1】設(shè)有如下實體。學(xué)生：學(xué)號、系名稱、姓名、性別、年齡、選修課程名、平均成績課程：編號、課程名、開課單位、任課教師號教師：教師號、姓名、性別、職稱、講授課程編號單位：單位名稱、電話、教師號、教師姓名上述實體中存在如下聯(lián)系。①一個學(xué)生可選修多門課程，一門課程可由多個學(xué)生選修。②一個教師可講授多門課程，一門課程可由多個教師講授。③一個系可有多個教師，一個教師只能屬于一個系。根據(jù)上述約定，可以得到學(xué)生選課局部E-R圖和教師授課局部E-R圖分別如圖2.5和圖2.6所概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（三）全局E-R圖設(shè)計1．局部E-R圖的集成方法各個局部E-R圖建立好后，還需要將它們合并集成為一個整體的概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即全局E-R圖。局部E-R圖的集成有兩種方法。（1）多元集成法，也叫作一次集成法，是指一次性將多個局部E-R圖合并為一個全局E-R圖，如圖2.7（a）所示。（2）二元集成法，也叫作逐步集成法，首先集成兩個重要的局部E-R圖，然后用累加的方法逐步將一個新的E-R圖集成進來，如圖2.7（b）所示。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理2．局部E-R圖集成的步驟在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜度選擇這兩種方案。如果局部E-R圖比較簡單，可以采用一次集成法。一般情況下，采用逐步集成法，即每次只綜合兩個圖，這樣可降低難度。無論使用哪一種方法，局部E-R圖集成均分為兩個步驟。（1）合并分E-R圖，生成初步E-R圖。這個步驟將所有局部E-R圖綜合成全局概念結(jié)構(gòu)。全局概念結(jié)構(gòu)不僅要支持所有的局部E-R模型，而且必須合理地表示一個完整、一致的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)。由于各個局部應(yīng)用面向的問題不同，并且通常由不同的設(shè)計人員設(shè)計局部E-R圖設(shè)計，因此，各局部E-R圖不可避免地會有許多不一致的地方，通常把這種現(xiàn)象稱為沖突。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理E-R圖中的沖突有3種：屬性沖突、命名沖突和結(jié)構(gòu)沖突。①屬性沖突。屬性沖突又分為屬性值域沖突和屬性的取值單位沖突。a．屬性值域沖突。即屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同。例如，學(xué)生的學(xué)號通常用數(shù)字表示，這樣有些部門就將其定義為數(shù)值型，而有些部門將其定義為字符型。b．屬性的取值單位沖突。比如零件的重量，有的以千克為單位，有的以公斤為單位，有的則以克為單位。屬性沖突屬于用戶業(yè)務(wù)上的約定，必須與用戶協(xié)商后解決。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理②命名沖突。命名不一致可能發(fā)生在實體名、屬性名或聯(lián)系名之間，其中屬性的命名沖突最為常見，一般表現(xiàn)為同名異義或異名同義。a．同名異義，即同一名字的對象在不同的局部應(yīng)用中具有不同的意義。例如，“單位”在某些部門表示為人員所在的部門，而在某些部門可能表示物品的重量、長度等屬性。b．異名同義，即同一意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有不同的名稱。例如，對于“房間”這個名稱，在教務(wù)管理部門中對應(yīng)教室，而在后勤管理部門中對應(yīng)學(xué)生宿舍。命名沖突的解決方法同屬性沖突相同，需要與各部門協(xié)商、討論后解決。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理③結(jié)構(gòu)沖突。a．同一對象在不同應(yīng)用中有不同的抽象，可能為實體，也可能為屬性。例如，教師的職稱在某一局部應(yīng)用中被當(dāng)作實體，而在另一局部應(yīng)用中被當(dāng)作屬性。在解決這類沖突時，就是使同一對象在不同應(yīng)用中具有相同的抽象，或把實體轉(zhuǎn)換為屬性，或把屬性轉(zhuǎn)換為實體。b．同一實體在不同局部應(yīng)用中的屬性組成不同，可能是屬性數(shù)或?qū)傩缘呐帕写涡虿煌＝鉀Q辦法是，合并后的實體的屬性組成為各局部E-R圖中的同名實體屬性的并集，然后適當(dāng)調(diào)整屬性的排列次序。c．實體之間的聯(lián)系在不同局部應(yīng)用中呈現(xiàn)不同的類型。例如，在局部應(yīng)用X中，E1與E2可能是一對一聯(lián)系，而在另一局部應(yīng)用Y中，可能是一對多或多對多聯(lián)系，也可能是E1、E2、E3三者之間有聯(lián)系。解決方法：根據(jù)應(yīng)用語義對實體聯(lián)系的類型進行綜合或調(diào)整。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理下面以例2.1中已畫出的兩個局部E-R圖（見圖2.5、圖2.6）為例，說明如何消除各局部E-R圖之間的沖突，并合并局部E-R模型，生成初步E-R圖。首先，這兩個局部E-R圖中存在命名沖突，學(xué)生選課局部E-R圖中的實體“系”與教師授課局部E-R圖中的實體“單位”都是指系，即所謂異名同義，合并后統(tǒng)一改為“系”，這樣屬性“名稱”和“單位名稱”即可統(tǒng)一為“系名”。其次，還存在結(jié)構(gòu)沖突，實體“系”和實體“單位”在兩個局部E-R圖中的屬性組成不同，合并后，這兩個實體的屬性組成為各局部E-R圖中的同名實體屬性的并集。解決上述沖突后，合并兩個局部E-R圖，就能生成初步的全局E-R圖。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（2）消除不必要的冗余，生成基本E-R圖。在初步的E-R圖中，可能存在冗余的數(shù)據(jù)和冗余的實體之間的聯(lián)系。冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本數(shù)據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，冗余的聯(lián)系是指可由其他的聯(lián)系導(dǎo)出的聯(lián)系。冗余的存在容易破壞數(shù)據(jù)庫的完整性，給數(shù)據(jù)庫的維護增加困難，應(yīng)該消除。當(dāng)然，不是所有的冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系都必須消除，有時為了提高某些應(yīng)用的效率，不得不以冗余信息作為代價。設(shè)計數(shù)據(jù)庫概念模型時，哪些冗余信息必須消除，哪些冗余信息允許存在，需要根據(jù)用戶的整體需求確定。把消除了冗余的初步E-R圖稱為基本E-R圖。通常采用分析的方法消除冗余。數(shù)據(jù)字典是分析冗余數(shù)據(jù)的依據(jù)，還可以通過數(shù)據(jù)流圖分析出冗余的聯(lián)系。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理在如圖2.5和圖2.6所示的初步E-R圖中，因為“課程”實體中的屬性“教師號”可由“講授”這個教師與課程之間的聯(lián)系導(dǎo)出，而學(xué)生的平均成績可由“選修”聯(lián)系中的屬性“成績”計算出來，所以“課程”實體中的“教師號”與“學(xué)生”實體中的“平均成績”均屬于冗余數(shù)據(jù)。另外，因為“系”和“課程”之間的聯(lián)系“開課”，可以由“系”和“教師”之間的“屬于”聯(lián)系與“教師”和“課程”之間的“講授”聯(lián)系推導(dǎo)出來，所以“開課”屬于冗余聯(lián)系。這樣，圖2.5和圖2.6所示的初步E-R圖在消除冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系后，便可得到基本的E-R圖，如圖2.8所示。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-3任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理PART4任務(wù)2-4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）初始關(guān)系模式設(shè)計（二）關(guān)系模式的規(guī)范化任務(wù)assignments邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段得到的E-R模型是用戶的模型，它獨立于任何一種數(shù)據(jù)模型和任何一個具體的DBMS。為了創(chuàng)建用戶要求的數(shù)據(jù)庫，需要把上述概念模型轉(zhuǎn)換為某個具體的DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的過程是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成特定DBMS支持的數(shù)據(jù)模型的過程。從此開始便進入了“實現(xiàn)設(shè)計”階段，該階段需要考慮具體DBMS的性能、具體的數(shù)據(jù)模型特點。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理E-R圖表示的概念模型可以轉(zhuǎn)換成任何一種具體的DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，如網(wǎng)狀模型、層次模型和關(guān)系模型。因為這里只討論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計問題，所以只介紹如何將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。一般的邏輯設(shè)計分為以下3步，如圖2.9所示。（1）初始關(guān)系模式設(shè)計。（2）關(guān)系模式規(guī)范化。（3）模式的評價與改進。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4圖2.9關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（一）初始關(guān)系模式設(shè)計1．轉(zhuǎn)換原則因為概念設(shè)計得到的E-R圖是由實體、屬性和聯(lián)系組成的，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的結(jié)果是一組關(guān)系模式的集合。所以將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型實際上就是將實體、屬性和聯(lián)系轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。在轉(zhuǎn)換中要遵循以下規(guī)則。規(guī)則2.1實體類型的轉(zhuǎn)換：將每個實體類型轉(zhuǎn)換成一個關(guān)系模式，實體的屬性即為關(guān)系的屬性，實體的標(biāo)識符即為關(guān)系模式的碼。規(guī)則2.2聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換：根據(jù)不同的聯(lián)系類型做不同的處理。規(guī)則2.2.1若實體間的聯(lián)系是1∶1，則可以在兩個實體類型轉(zhuǎn)換成的兩個關(guān)系模式中的任意一個關(guān)系模式中加入另一個關(guān)系模式的碼和聯(lián)系類型的屬性。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理規(guī)則2.2.2若實體間的聯(lián)系是1∶n，則在n端實體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式中加入1端實體類型的碼和聯(lián)系類型的屬性。規(guī)則2.2.3若實體間的聯(lián)系是m∶n，則將聯(lián)系類型也轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為兩端實體類型的碼加上聯(lián)系類型的屬性，而碼為兩端實體碼的組合。規(guī)則2.2.43個或3個以上的實體間的一個多元聯(lián)系，不管是何種類型的聯(lián)系，總是將多元聯(lián)系類型轉(zhuǎn)換成一個關(guān)系模式，其屬性為與該聯(lián)系相連的各實體的碼及聯(lián)系本身的屬性，其碼為各實體碼的組合。規(guī)則2.2.5具有相同碼的關(guān)系可合并。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.2】將圖2.10所示的含有1∶1聯(lián)系的E-R圖按上述規(guī)則轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。該E-R圖包含兩個實體，實體間存在1∶1聯(lián)系，根據(jù)規(guī)則2.1和規(guī)則2.2.1可將該E-R圖轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式（帶下畫線的屬性為碼）。方案1：“負責(zé)”與“職工”兩關(guān)系模式合并，轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式如下。職工（職工號，姓名，年齡，產(chǎn)品號）產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，價格）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理方案2：“負責(zé)”與“產(chǎn)品”兩關(guān)系模式合并，轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式如下。職工（職工號，姓名，年齡）產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，價格，職工號）比較上面兩個方案，在方案1中，由于并不是每個職工都負責(zé)產(chǎn)品，所以產(chǎn)品號屬性的NULL值較多，方案2比較合理。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.3】將圖2.11所示的含有1∶n聯(lián)系的E-R圖按上述規(guī)則轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。該E-R圖包含兩個實體，實體間存在1∶n聯(lián)系，規(guī)則2.1和規(guī)則2.2.2可將該E-R圖轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式（帶下畫線的屬性為碼）。倉庫（倉庫號，地點，面積）產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，價格，倉庫號，數(shù)量）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.4】將圖2.12所示的含有同實體集1∶n聯(lián)系的E-R圖按上述規(guī)則轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。該E-R圖只有一個實體，實體集內(nèi)部存在1∶n聯(lián)系，按規(guī)則2.1和規(guī)則2.2.2可將該E-R圖轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式（帶下畫線的屬性為碼）。職工（職工號，姓名，年齡，領(lǐng)導(dǎo)工號）其中，“領(lǐng)導(dǎo)工號”就是領(lǐng)導(dǎo)的“職工號”，由于同一關(guān)系中不能有相同的屬性名，故將領(lǐng)導(dǎo)的“職工號”改為“領(lǐng)導(dǎo)工號”。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.5】將圖2.13所示的含有m∶n聯(lián)系的E-R圖按規(guī)則轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。該E-R圖包含兩個實體，實體間存在著m∶n聯(lián)系，按規(guī)則2.1和規(guī)則2.2.3可將該E-R圖轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式（帶下畫線的屬性為碼）。商店（店號，店名，店址，店經(jīng)理）商品（商品號，商品名，單價，產(chǎn)地）經(jīng)營（店號，商品號，月銷售量）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.6】將圖2.14所示的同實體集間含有m∶n聯(lián)系的E-R圖按規(guī)則轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。該E-R圖只有一個實體，實體集內(nèi)部存在m∶n聯(lián)系，按規(guī)則2.1和規(guī)則2.2.3可將該E-R圖轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式（帶下畫線的屬性為碼）。零件（零件號，名稱，價格）組裝（組裝件號，零件號，數(shù)量）其中，“組裝件號”為組裝后的復(fù)雜零件號，由于同一個關(guān)系中不允許存在同屬性名，因而改為“組裝件號”。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.7】將圖2.15所示的多實體集間含有m∶n聯(lián)系的E-R圖根據(jù)規(guī)則轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。該E-R圖包含3個實體，3個實體間存在m∶n聯(lián)系，按規(guī)則2.1和規(guī)則2.2.4可將該E-R圖轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式（帶下畫線的屬性為碼）。供應(yīng)商（供應(yīng)商號，供應(yīng)商名，地址）零件（零件號，零件名，單價）產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，型號）供應(yīng)（供應(yīng)商號，零件號，產(chǎn)品號，數(shù)量）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.8】將圖2.8所示的E-R圖，按轉(zhuǎn)換規(guī)則轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。圖2.8所示的E-R圖包含4個實體，實體間存在兩個1∶n聯(lián)系和兩個m∶n聯(lián)系，按規(guī)則2.1、規(guī)則2.2.2和規(guī)則2.2.3將該E-R圖轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式（帶下畫線的屬性為碼）。系（系名，電話）教師（教師號，姓名，性別，職稱，系名）學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡，系名）課程（課程號，課程名）選修（學(xué)號，課程號，成績）講授（教師號，課程號）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（二）關(guān)系模式的規(guī)范化數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的結(jié)果不是唯一的。為了進一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，還應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用需要適當(dāng)修改、調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，這就是數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化。關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化通常以規(guī)范化理論為指導(dǎo)。關(guān)系模式設(shè)計的好壞將直接影響數(shù)據(jù)庫設(shè)計的成敗。將關(guān)系模式規(guī)范化，使之達到較高的范式是設(shè)計好關(guān)系模式的唯一途徑，否則，設(shè)計的關(guān)系數(shù)據(jù)庫會產(chǎn)生一系列的問題。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理1．存在的問題及解決方法（1）存在的問題。下面以一個實例說明關(guān)系沒有經(jīng)過規(guī)范化可能會出現(xiàn)的問題。例如，要設(shè)計一個教學(xué)管理數(shù)據(jù)庫，希望從該數(shù)據(jù)庫中得到學(xué)生學(xué)號、姓名、年齡、性別、系別、系主任姓名、學(xué)生學(xué)習(xí)的課程名和該課程的成績信息。若將此信息要求設(shè)計為一個關(guān)系，則關(guān)系模式如下。

S（sno，sname，sage，ssex，sdept，mname，cname，score） 該關(guān)系模式中各屬性之間的關(guān)系為：一個系有若干個學(xué)生，但一個學(xué)生只屬于一個系；一個系只能有一名系主任，但一個系主任可以同時兼幾個系的系主任；一個學(xué)生可以選修多門課程，每門課程可被若干個學(xué)生選修；每個學(xué)生學(xué)習(xí)的每門課程都有一個成績。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理從表2.1中的數(shù)據(jù)情況可以看出，該關(guān)系存在以下問題。①數(shù)據(jù)冗余太大。每個系名和系主任的名字存儲的次數(shù)等于該系學(xué)生人數(shù)乘以每個學(xué)生選修的課程數(shù)，系名和系主任數(shù)據(jù)重復(fù)量太大。②插入異常。一個新系沒有招生，或系里有學(xué)生但沒有選修課程時，系名和系主任名無法插入數(shù)據(jù)庫中。因為在這個關(guān)系模式中，碼是（sno，cname），這時沒有學(xué)生而使得學(xué)號無值，或?qū)W生沒有選課而使得課程名無值。但在一個關(guān)系中，碼屬性不能為空值，因此關(guān)系數(shù)據(jù)庫無法操作，導(dǎo)致插入異常。③刪除異常。當(dāng)某系的學(xué)生全部畢業(yè)而又沒有招新生時，在刪除學(xué)生信息的同時，系及系主任名的信息隨之刪除，但這個系依然存在，但在數(shù)據(jù)庫中無法找到該系的信息，即出現(xiàn)了刪除異常。④更新異常。若某系換系主任，則數(shù)據(jù)庫中該系的學(xué)生記錄應(yīng)全部修改。如果稍有不慎，某些記錄漏改了，則造成數(shù)據(jù)不一致，即出現(xiàn)了更新異常。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理為什么會發(fā)生插入異常和刪除異常？原因是該關(guān)系模式中屬性與屬性之間存在不好的數(shù)據(jù)依賴。一個“好”的關(guān)系模式應(yīng)當(dāng)不會發(fā)生插入和刪除異常，冗余度要盡可能少。（2）解決方法。對于存在問題的關(guān)系模式，可以通過模式分解的方法使之規(guī)范化。例如，將上述關(guān)系模式分解成3個關(guān)系模式。S（sno，sname，sage，ssex，sdept）SC（sno，cname，score）DEPT（sdept，mname）這樣分解后，3個關(guān)系模式都不會發(fā)生插入異常、刪除異常，數(shù)據(jù)的冗余度也得到了控制，數(shù)據(jù)的更新也變得簡單。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理2．函數(shù)依賴的基本概念（1）規(guī)范化。規(guī)范化是指用形式更為簡潔、結(jié)構(gòu)更加規(guī)范的關(guān)系模式取代原有關(guān)系模式的過程。（2）關(guān)系模式對數(shù)據(jù)的要求。關(guān)系模式必須滿足一定的完整性約束條件，以達到現(xiàn)實世界對數(shù)據(jù)的要求。完整性約束條件主要包括以下兩個方面。①對屬性取值范圍的限定。②屬性值間的相互聯(lián)系（主要體現(xiàn)在值的相等與否），這種聯(lián)系稱為數(shù)據(jù)依賴。（3）屬性間的聯(lián)系。第1章講到客觀世界的事物間存在著錯綜復(fù)雜的聯(lián)系，實體間的聯(lián)系有兩類：一類是實體與實體之間的聯(lián)系；另一類是實體內(nèi)部各屬性間的聯(lián)系。這里主要討論第二類聯(lián)系。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理屬性間的聯(lián)系可分為3類。①一對一聯(lián)系（1∶1）。以學(xué)生關(guān)系模式S（sno，sname，sage，ssex，sdept，mname，cname，score）為例，如果學(xué)生無重名，則屬性sno和sname之間是一對一聯(lián)系，一個學(xué)號唯一地決定一個姓名，一個姓名也唯一地決定一個學(xué)號。設(shè)X、Y是關(guān)系R的兩個屬性（集）。如果對于X中的任一具體值，Y中至多有一個值與之對應(yīng)；反之亦然，則稱X、Y兩屬性間是一對一聯(lián)系。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理②一對多聯(lián)系（1∶n）。在學(xué)生關(guān)系模式S中，屬性sdept和sno之間是一對多聯(lián)系，即一個系對應(yīng)多個學(xué)號（如計算機系可對應(yīng)20060101、20060102等），但一個學(xué)號只對應(yīng)一個系（如20060101只能對應(yīng)計算機系）。同樣，mname和sno、sno和score之間都是一對多聯(lián)系。設(shè)X、Y是關(guān)系R的兩個屬性（集）。如果對于X中的任一具體值，Y中至多有一個值與之對應(yīng)，而Y中的一個值卻可以和X中的n個值(n≥0)相對應(yīng)，則稱Y對X是一對多聯(lián)系。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理③多對多聯(lián)系（m∶n）。在學(xué)生關(guān)系模式S中，cname和score兩屬性間是多對多聯(lián)系。一門課程對應(yīng)多個成績，一個成績也可以在多門課程中出現(xiàn)。sno和cname、sno和score之間也是多對多聯(lián)系。設(shè)X、Y是關(guān)系R的兩個屬性（集）。如果對于X中的任一具體值，Y中有m(m≥0)個值與之對應(yīng)，而Y中的一個值也可以和X中的n個值(n≥0)相對應(yīng)，則稱Y對X是多對多聯(lián)系。上述屬性間的3種聯(lián)系實際上是屬性值之間相互依賴又相互制約的反映，稱為屬性間的數(shù)據(jù)依賴。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（4）數(shù)據(jù)依賴。數(shù)據(jù)依賴是指通過一個關(guān)系中屬性間值的相等與否體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，是現(xiàn)實世界屬性間相互聯(lián)系的抽象，是數(shù)據(jù)內(nèi)在的性質(zhì)。數(shù)據(jù)依賴共有3種：函數(shù)依賴（FunctionalDependency，F(xiàn)D）、多值依賴（MultiValued-Dependency，MVD）和連接依賴（JoinDependency，JD），其中最重要的是函數(shù)依賴和多值依賴。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（5）函數(shù)依賴。在數(shù)據(jù)依賴中，函數(shù)依賴是最基本、最重要的一種依賴，它是屬性之間的一種聯(lián)系，假設(shè)給定一個屬性的值，就可以唯一確定（查找到）另一個屬性的值。例如，知道某一學(xué)生的學(xué)號，可以唯一地查詢到其對應(yīng)的系別，如果這種情況成立，就可以說系別函數(shù)依賴于學(xué)號。這種唯一性并非指只有一個記錄，而是指任何記錄。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理定義1：設(shè)有關(guān)系模式R(U)，X和Y均為U={A1，A2，…，An}的子集，r是R的任一具體關(guān)系，r中不可能存在兩個元組在X上的屬性值相等，而在Y上的屬性值不等（也就是說，如果對于r中的任意兩個元組t和s，只要有t[X]=s[X]，就有t[Y]=s[Y]），則稱X函數(shù)決定Y，或稱Y函數(shù)依賴于X，記作X→Y，其中X叫作決定因素（Determinant），Y叫作依賴因素（Dependent）。這里的t[X]表示元組t在屬性集X上的值，s[X]表示元組s在屬性集X上的值。FD是對關(guān)系模式R的一切可能的當(dāng)前值r的定義，不是針對某個特定關(guān)系的。通俗地說，在當(dāng)前值r的兩個不同元組中，如果X值相同，就一定要求Y值也相同；或者說，對于X的每個具體值，都有Y唯一的具體值與之對應(yīng)。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理下面介紹函數(shù)依賴相關(guān)的術(shù)語與記號。①X→Y，但YX，則稱X→Y是非平凡的函數(shù)依賴。②X→Y，但YX，則稱X→Y是平凡的函數(shù)依賴。因為平凡的函數(shù)依賴總是成立的，所以若不特別聲明，則本書后面提到的函數(shù)依賴，都不包含平凡的函數(shù)依賴。③若X→Y，Y→X，則稱XY。④若Y不函數(shù)依賴于X，則記作XY。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理定義2：在關(guān)系模式R(U)中，如果X→Y，并且對于X的任何一個真子集X￠，都有X￠Y，則稱Y對X完全函數(shù)依賴，記作XY。若X→Y，如果存在X的某一真子集X(X￠X)，使X￠→Y，則稱Y對X部分函數(shù)依賴，記作XY。定義3：在關(guān)系模式R(U)中，X、Y、Z是R的3個不同的屬性或?qū)傩越M，如果X→Y(YX，Y不是X的子集），且YX，Y→Z，則稱Z對X傳遞函數(shù)依賴，記作XZ。加上條件YX，是因為如果Y→X，則XY，實際上是X→Z，是直接函數(shù)依賴而不是傳遞函數(shù)依賴。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（6）屬性間聯(lián)系決定函數(shù)依賴。前面討論的屬性間的3種聯(lián)系，并不是每種聯(lián)系中都存在函數(shù)依賴。①1∶1聯(lián)系：如果兩屬性集X、Y之間是1∶1聯(lián)系，則存在函數(shù)依賴XY。例如，在學(xué)生關(guān)系模式S中，如果不允許學(xué)生重名，則有snosname。②1∶n聯(lián)系：如果兩屬性集X、Y之間是n∶1聯(lián)系，則存在函數(shù)依賴X→Y，即多方?jīng)Q定一方，如sno→sdept、sno→sage、sno→mname等。③m∶n聯(lián)系：如果兩屬性集X、Y之間是m∶n聯(lián)系，則不存在函數(shù)依賴。例如，sno和cname之間、cname和score之間就是如此。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.9】設(shè)有關(guān)系模式S（sno，sname，sage，ssex，sdept，mname，cname，score），判斷以下函數(shù)依賴的對錯。①sno→sname，sno→ssex，(sno，cname)→score。②cname→sno，sdept→cname，sno→cname。在①中，因為sno和sname之間存在一對一或一對多聯(lián)系，sno和ssex、（sno，cname）和score之間存在一對多聯(lián)系，所以這些函數(shù)依賴是存在的。在②中，因為sno和cname、sdept和cname之間都是多對多聯(lián)系，因此它們之間是不存在函數(shù)依賴的。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.10】設(shè)有關(guān)系模式：學(xué)生課程（學(xué)號，姓名，課程號，課程名稱，成績，教師，教師年齡），在該關(guān)系模式中，因為成績要由學(xué)號和課程號共同確定，教師決定教師年齡。所以此關(guān)系模式包含了以下函數(shù)依賴關(guān)系。學(xué)號→姓名（每個學(xué)號只能有一個學(xué)生姓名與之對應(yīng)）課程號→課程名稱（每個課程號只能對應(yīng)一個課程名稱）（學(xué)號，課程號）→成績（每個學(xué)生學(xué)習(xí)一門課只能有一個成績）教師→教師年齡（每一個教師只能有一個年齡）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理3．范式利用規(guī)范化理論，使關(guān)系模式的函數(shù)依賴集滿足特定的要求，滿足特定要求的關(guān)系模式稱為范式。關(guān)系按其規(guī)范化程度從低到高可分為5級范式（NormalForm），分別稱為1NF、2NF、3NF(BCNF)、4NF、5NF。規(guī)范化程度較高者必是較低者的子集，即

5NF4NFBCNF3NF2NF1NF 一個低一級范式的關(guān)系模式，通過模式分解可以轉(zhuǎn)換成若干個高一級范式的關(guān)系模式的集合，這個過程稱為規(guī)范化。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（1）第一范式（1NF）。定義4：如果關(guān)系模式R中不包含多值屬性（每個屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項），則R滿足第一范式（FirstNormalForm），記作R∈1NF。1NF是規(guī)范化的最低要求，是關(guān)系模式要遵循的最基本的范式，不滿足1NF的關(guān)系是非規(guī)范化的關(guān)系。關(guān)系模式如果僅僅滿足1NF是不夠的。盡管學(xué)生關(guān)系模式S滿足1NF，但它仍然會出現(xiàn)插入異常、刪除異常、更新異常及數(shù)據(jù)冗余等問題，只有對關(guān)系模式繼續(xù)規(guī)范化，使之滿足更高的范式，才能得到高性能的關(guān)系模式。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（2）第二范式（2NF）。定義5：如果關(guān)系模式R(U，F(xiàn))1NF，且R中的每個非主屬性完全函數(shù)依賴于R的某個候選碼，則R滿足第二范式（SecondNormalForm），記作R2NF。【例2.11】關(guān)系模式S-L-C(U，F(xiàn))U={SNO，SDEPT，SLOC，CNO，SCORE}，其中SNO是學(xué)號，SDEPT是學(xué)生所在系，SLOC是學(xué)生的宿舍（住處），CNO是課程號，SCORE是成績。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理該關(guān)系模式的碼=(SNO，CNO)函數(shù)依賴集F={(SNO，CNO)→SCORE，SNO→SDEPT，SNO→SLOC，SDEPT→SLOC}非主屬性={SDEPT，SLOC，SCORE}非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴={(SNO，CNO)SDEPT，(SNO，CNO)SLOC}顯然，該關(guān)系模式不滿足2NF。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理不滿足2NF的關(guān)系模式會產(chǎn)生以下幾個問題。①插入異常。插入一個新學(xué)生，若該生沒有選課，則CNO為空，但因為碼不能為空，所以不能插入。②刪除異常。某學(xué)生只選擇了一門課，現(xiàn)在該門課要刪除，則該學(xué)生的基本信息也將刪除。③更新異常。某個學(xué)生要從一個系轉(zhuǎn)到另一個系，若該生選修了K門課，則該學(xué)生必須修改的相關(guān)字段值為2K個（系別、住處），一旦有遺漏，將破壞數(shù)據(jù)的一致性。造成以上問題的原因是SDEPT、SLOC部分函數(shù)依賴于碼。解決的辦法是用投影分解把關(guān)系模式分解為多個關(guān)系模式。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理投影分解是把非主屬性及決定因素分解出來構(gòu)成新的關(guān)系，決定因素在原關(guān)系中保持，函數(shù)依賴關(guān)系相應(yīng)分開轉(zhuǎn)化（將關(guān)系模式中部分依賴的屬性去掉，將部分依賴的屬性單獨組成一個新的模式）。上述關(guān)系模式分解的結(jié)果如下。S-C(SNO，CNO，SCORE)碼={(SNO，CNO)}F={(SNO，CNO)→SCORE}S-L(SNO，SDEPT，SLOC)碼={SNO}F={SNO→SDEPT，SNO→SLOC，SDEPT→SLOC}經(jīng)過模式分解，因為兩個關(guān)系模式中的非主屬性對碼都是完全函數(shù)依賴，所以它們都滿足2NF。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（3）第三范式（3NF）。定義6：如果關(guān)系模式R(U，F(xiàn))2NF，且每個非主屬性都不傳遞函數(shù)依賴于任何候選碼，則R滿足第三范式（ThirdNormalForm），記作R3NF。在例2.11中，因為關(guān)系S-L(SNO，SDEPT，SLOC)，SNO→SDEPT，SDEPT→SLOC，SLOC傳遞函數(shù)依賴于碼SNO，所以S-L不滿足3NF。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理解決的方法同樣是將S-L進行投影分解，結(jié)果如下。S-D(SNO，SDEPT)碼={SNO}F={SNO→SDEPT}D-L(SDEPT，SLOC)碼={SDEPT}F={SDEPT→SLOC}分解后的關(guān)系模式中不再存在傳遞函數(shù)依賴，即關(guān)系模式S-D和D-L都滿足3NF。3NF是一個可用的關(guān)系模式應(yīng)滿足的最低范式，也就是說，一個關(guān)系模式如果不滿足3NF，實際上它就是不能使用的。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（4）BCNF。BCNF(BoyceCoddNormalForm)是由Boyce和Codd提出的，比3NF又進了一步，通常認為BCNF是修正的第三范式，有時也稱為擴充的第三范式。定義7：關(guān)系模式R(U，F(xiàn))1NF，若X→Y且YX時，X必含有碼，則R(U，F(xiàn))BCNF。也就是說，在關(guān)系模式R(U，F(xiàn))中，若每個決定因素都包含碼，則R(U，F(xiàn))BCNF。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理由BCNF的定義可以得出結(jié)論，一個滿足BCNF的關(guān)系模式有以下特點。①所有非主屬性對每一個碼都是完全函數(shù)依賴。②所有的主屬性對每一個不包含它的碼也是完全函數(shù)依賴。③沒有任何屬性完全函數(shù)依賴于非碼的任何一組屬性?！纠?.12】設(shè)關(guān)系模式SC(U，F(xiàn))，其中U={SNO，CNO，SCORE}F={(SNO，CNO)→SCORE}SC的候選碼為（SNO，CNO），決定因素中包含碼，因為沒有屬性對碼傳遞依賴或部分依賴，所以SCBCNF。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理【例2.13】設(shè)關(guān)系模式STJ(S，T，J)，其中S是學(xué)生，T是教師，J是課程。每位教師只教一門課，每門課有若干教師，某一學(xué)生選定某門課，就對應(yīng)一位固定的教師。由語義可得到如下函數(shù)依賴。(S，J)→T，(S，T)→J，T→J該關(guān)系模式的候選碼為(S，J)、(S，T)。因為該關(guān)系模式中的所有屬性都是主屬性，所以STJ3NF，但STJBCNF，因為T是決定因素，但T不包含碼。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)2-4任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理不屬于BCNF的關(guān)系模式仍然存在數(shù)據(jù)冗余問題。例如，例2.13中的關(guān)系模式STJ，如果有100個學(xué)生選定某一門課，則教師與該課程的關(guān)系就會重復(fù)存儲100次。STJ可分解為如下兩個滿足BCNF的關(guān)系模式，以消除此種冗余。TJ（T，J）ST（S，T）任務(wù)2-5數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計PART5（一）關(guān)系模式存取方法選擇（二）確定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)任務(wù)assignments數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計算機系統(tǒng)。為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過程，稱為數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。物理設(shè)計的目的是有效實現(xiàn)邏輯模式，確定采取的存儲策略。此階段是以邏輯設(shè)計的結(jié)果作為輸入，并結(jié)合具體DBMS的特點與存儲設(shè)備特性進行設(shè)計，選定數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計可分為兩步。（1）確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中主要指存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。（2）對物理結(jié)構(gòu)進行評價，評價的重點是時間和空間效率。如果評價結(jié)果滿足原設(shè)計要求，則可進入物理實施階段，否則需要重新設(shè)計或修改物理結(jié)構(gòu)，有時甚至要返回邏輯設(shè)計階段修改數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（一）關(guān)系模式存取方法選擇數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是多用戶共享的系統(tǒng)，對同一個關(guān)系要建立多條存取路徑才能滿足多用戶的多種應(yīng)用要求。物理設(shè)計的任務(wù)之一就是確定選擇哪些存取方法，即建立哪些存取路徑。存取方法是快速存取數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的技術(shù)。DBMS一般都提供多種存取方法，常用的存取方法有3類：索引方法、聚簇（Cluster）方法和HASH方法。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理1．索引存取方法的選擇在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，索引是一個單獨的、物理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是某個表中一列或若干列的集合和相應(yīng)指向表中物理標(biāo)識這些值的數(shù)據(jù)頁的邏輯指針清單。索引可以提高數(shù)據(jù)的訪問速度，可以確保數(shù)據(jù)的唯一性。所謂索引存取方法，就是根據(jù)應(yīng)用要求確定對關(guān)系的哪些屬性列建立索引、哪些屬性列建立組合索引、哪些索引要設(shè)計為唯一索引等。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（1）如果一個（或一組）屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這個（或這組）屬性上建立索引（或組合索引）。（2）如果一個屬性經(jīng)常作為最大值或最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)，則考慮在這個屬性上建立索引。（3）如果一個（或一組）屬性經(jīng)常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)，則考慮在這個（或這組）屬性上建立索引。關(guān)系上定義的索引數(shù)并不是越多越好，因為系統(tǒng)為維護索引要付出代價，并且查找索引也要付出代價。例如，若一個關(guān)系的更新頻率很高，在這個關(guān)系上定義的索引就不能太多。因為更新一個關(guān)系時，必須對這個關(guān)系上有關(guān)的索引做相應(yīng)的修改。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理2．聚簇存取方法的選擇為了提高某個屬性或?qū)傩越M的查詢速度，把這個或這些屬性（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊稱為聚簇。創(chuàng)建聚簇可以大大提高按聚簇碼進行查詢的效率。例如，要查詢信息系的所有學(xué)生，若信息系有500名學(xué)生，在極端情況下，這500名學(xué)生對應(yīng)的數(shù)據(jù)元組分布在500個不同的物理塊上，盡管可以按系名建立索引，由索引找到信息系學(xué)生的元組標(biāo)識，但由元組標(biāo)識去訪問數(shù)據(jù)塊就要存取500個物理塊，執(zhí)行500次I/O操作。如果在“系名”這個屬性上建立聚簇，則同一系的學(xué)生元組將集中存放，這將顯著減少訪問磁盤的次數(shù)。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計算機系統(tǒng)。為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過程，稱為數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。物理設(shè)計的目的是有效實現(xiàn)邏輯模式，確定采取的存儲策略。此階段是以邏輯設(shè)計的結(jié)果作為輸入，并結(jié)合具體DBMS的特點與存儲設(shè)備特性進行設(shè)計，選定數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計算機系統(tǒng)。為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過程，稱為數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。物理設(shè)計的目的是有效實現(xiàn)邏輯模式，確定采取的存儲策略。此階段是以邏輯設(shè)計的結(jié)果作為輸入，并結(jié)合具體DBMS的特點與存儲設(shè)備特性進行設(shè)計，選定數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（1）設(shè)計聚簇的規(guī)則。①凡符合下列條件之一，都可以考慮建立聚簇。a．對經(jīng)常在一起進行連接操作的關(guān)系可以建立聚簇。b．如果一個關(guān)系的一組屬性經(jīng)常出現(xiàn)在相等比較條件中，則該關(guān)系可建立聚簇。c．如果一個關(guān)系的一個或一組屬性上的值的重復(fù)率很高，即對應(yīng)每個聚簇碼值的平均元組不是太少，則可以建立聚簇。如果元組太少，則聚簇的效果不明顯。②凡存在下列條件之一，應(yīng)考慮不建立聚簇。a．需要經(jīng)常對全表進行掃描的關(guān)系。b．在某屬性列上的更新操作遠多于查詢和連接操作的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（2）使用聚簇需要注意的問題如下。①一個關(guān)系最多只能加入一個聚簇。②聚簇對于某些特定應(yīng)用可以明顯提高性能，但建立聚簇和維護聚簇的開銷很大。③在一個關(guān)系上建立聚簇，將導(dǎo)致移動關(guān)系中元組的物理存儲位置，并使此關(guān)系上的原有索引無效，必須重建。④因為一個元組的聚簇碼值改變時，該元組的存儲也要做相應(yīng)的移動，所以聚簇碼值要相對穩(wěn)定，以減少修改聚簇碼值引起的維護開銷。因此，通過聚簇碼進行訪問或連接是關(guān)系的主要應(yīng)用，與聚簇碼無關(guān)的其他訪問很少或者是次要時，可以使用聚簇。當(dāng)SQL語句中包含有與聚簇碼有關(guān)的ORDERBY、GROUPBY、UNION、DISTINCT等子句或短語時，使用聚簇特別有利，可以省去對結(jié)果集的排序操作；否則很可能會適得其反。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理3．Hash存取方法的選擇有些DBMS提供了Hash存取方法。選擇Hash存取方法的規(guī)則如下。如果一個關(guān)系的屬性主要出現(xiàn)在等值連接條件或相等比較選擇條件中，并且滿足下列兩個條件之一時，則此關(guān)系可以選擇Hash存取方法。（1）一個關(guān)系的大小可預(yù)知，并且不變。（2）關(guān)系的大小動態(tài)改變，并且選用的DBMS提供了動態(tài)Hash存取方法。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（二）確定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)主要是指確定數(shù)據(jù)的存放位置和存儲結(jié)構(gòu)，包括確定關(guān)系、索引、聚簇、日志、備份等的存儲安排和存儲結(jié)構(gòu)；確定系統(tǒng)配置等。提示確定數(shù)據(jù)的存放位置和存儲結(jié)構(gòu)要綜合考慮存取時間、存儲空間利用率和維護代價3方面的因素。這3個方面常常相互矛盾，因此在實際應(yīng)用中需要全方位權(quán)衡，選擇一個折中的方案。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理1．確定數(shù)據(jù)的存放位置為了提高系統(tǒng)性能，應(yīng)該根據(jù)實際應(yīng)用情況將數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的易變部分與穩(wěn)定部分、常存取部分、存取頻率較低部分分開存放。有多個磁盤的計算機可以采用下面幾種存取位置的分配方案。（1）將表和該表的索引放在不同的磁盤上。在查詢時，兩個磁盤驅(qū)動器并行操作，提高了物理I/O讀/寫的效率。（2）將比較大的表分別放在兩個磁盤上，以加快存取速度，這在多用戶環(huán)境下特別有效。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（3）將日志文件與數(shù)據(jù)庫的對象（表、索引等）放在不同的磁盤上，以改進系統(tǒng)的性能。（4）經(jīng)常存取或?qū)Υ嫒r間要求高的對象（如表、索引）應(yīng)放在高速存儲器（如硬盤）上；存取頻率小或?qū)Υ嫒r間要求低的對象（如數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)備份和日志文件備份等，只在故障恢復(fù)時才使用），如果數(shù)據(jù)量很大，就可以存放在低速存儲設(shè)備上。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)2-5任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理2．確定系統(tǒng)配置DBMS產(chǎn)品一般都提供了一些系統(tǒng)配置變量、存儲分配參數(shù)，供設(shè)計人員和DBA對數(shù)據(jù)庫進行物理優(yōu)化。在初始情況下，系統(tǒng)都為這些變量賦予了合理的默認值。這些初始值并不一定適合每種應(yīng)用環(huán)境，在進行物理設(shè)計時，需要重新對這些變量賦值，以改善系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)配置變量很多，例如，同時使用數(shù)據(jù)庫的用戶數(shù)、同時打開數(shù)據(jù)庫的對象數(shù)、內(nèi)存分配參數(shù)、緩沖區(qū)分配參數(shù)（使用的緩沖區(qū)長度、數(shù)量）、存儲分配參數(shù)、物理塊的大小、物理塊裝填因子、時間片大小、數(shù)據(jù)庫的大小、鎖的數(shù)目等。這些參數(shù)值會影響存取時間和存儲空間的分配，因此在進行物理設(shè)計時，要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境確定這些參數(shù)值，以使系統(tǒng)性能最佳。任務(wù)2-6數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護PART6（一）數(shù)據(jù)庫的實施（二）數(shù)據(jù)庫的運行與維護任務(wù)assignments數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-6任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（一）數(shù)據(jù)庫的實施完成數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計之后，設(shè)計人員就要用關(guān)系DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言和其他實用程序?qū)?shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果嚴(yán)格地描述出來，成為DBMS可以接受的代碼，再經(jīng)過調(diào)試產(chǎn)生目標(biāo)模式，然后就可以組織數(shù)據(jù)入庫了，這就是數(shù)據(jù)庫實施階段。數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-6任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理1．?dāng)?shù)據(jù)載入數(shù)據(jù)庫實施階段包括兩項重要的工作：一項是數(shù)據(jù)載入；另一項是應(yīng)用程序的編碼和調(diào)試。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量一般都很大，而且數(shù)據(jù)來源于部門的各個不同的單位，數(shù)據(jù)的組織方式、結(jié)構(gòu)和格式都與新設(shè)計的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有相當(dāng)?shù)牟罹唷＝M織數(shù)據(jù)載入就是將各類源數(shù)據(jù)從各個局部應(yīng)用中抽取出來，輸入計算機，再分類轉(zhuǎn)換，最后綜合成新設(shè)計的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的形式，輸入數(shù)據(jù)庫。因此這樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、組織入庫的工作是相當(dāng)費時費力的。由于各個不同的應(yīng)用環(huán)境差異很大，不可能有通用的轉(zhuǎn)換器，DBMS產(chǎn)品也不提供通用的轉(zhuǎn)換工具。為提高數(shù)據(jù)輸入的效率和質(zhì)量，應(yīng)該針對具體的應(yīng)用環(huán)境設(shè)計數(shù)據(jù)錄入子系統(tǒng)，由計算機來完成數(shù)據(jù)載入的任務(wù)。數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-6任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理由于要載入的數(shù)據(jù)在原來系統(tǒng)中的格式結(jié)構(gòu)與新系統(tǒng)中的不完全一樣，有的差別可能比較大，不僅在向計算機輸入數(shù)據(jù)時有可能發(fā)生錯誤，而且在轉(zhuǎn)換過程中也有可能出錯。因此在源數(shù)據(jù)入庫之前要采用多種方法對它們進行檢查，以防止不正確的數(shù)據(jù)入庫，這部分的工作在整個數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)中是非常重要的。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計應(yīng)該與數(shù)據(jù)庫設(shè)計同時進行，因此在組織數(shù)據(jù)入庫的同時，還要調(diào)試應(yīng)用程序。應(yīng)用程序的設(shè)計、編碼和調(diào)試的方法、步驟在程序設(shè)計語言中有詳細的講解，這里就不再贅述了。數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-6任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理2．?dāng)?shù)據(jù)庫試運行在將部分?jǐn)?shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫后，就可以開始對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行聯(lián)合調(diào)試，這稱為數(shù)據(jù)庫試運行。這一階段要實際運行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，對數(shù)據(jù)庫執(zhí)行各種操作，測試應(yīng)用程序的功能是否滿足設(shè)計要求。如果不滿足，則要對應(yīng)用程序部分進行修改、調(diào)整，直到達到設(shè)計要求為止。在數(shù)據(jù)庫試運行時，還要測試系統(tǒng)的性能指標(biāo)，分析其是否達到了設(shè)計目標(biāo)。在對數(shù)據(jù)庫進行物理設(shè)計時，已初步確定了系統(tǒng)的物理參數(shù)值，但在一般的情況下，設(shè)計時的考慮在許多方面只是近似的估計，和實際系統(tǒng)運行總有一定的差距，因此必須在試運行階段實際測量和評價系統(tǒng)性能指標(biāo)。事實上，有些參數(shù)的最佳值往往是經(jīng)過運行調(diào)試后找到的。如果測試的結(jié)果與設(shè)計的目標(biāo)不符，則要返回物理設(shè)計階段，重新調(diào)整物理結(jié)構(gòu)，修改系統(tǒng)參數(shù)，在某些情況下，甚至要返回邏輯設(shè)計階段，修改邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-6任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理這里要特別強調(diào)兩點。第一，由于數(shù)據(jù)入庫的工作量實在太大，費時又費力，如果試運行后還要修改物理結(jié)構(gòu)甚至邏輯結(jié)構(gòu)，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)重新入庫。因此應(yīng)分期分批地組織數(shù)據(jù)入庫，先輸入小批量數(shù)據(jù)供調(diào)試用，待試運行基本合格后，再大批量輸入數(shù)據(jù)，逐步增加數(shù)據(jù)量，逐步完成運行評價。第二，在數(shù)據(jù)庫試運行階段，由于系統(tǒng)還不穩(wěn)定，軟硬件故障隨時都可能發(fā)生，并且系統(tǒng)的操作人員對新系統(tǒng)還不熟悉，誤操作也不可避免，因此必須首先調(diào)試運行DBMS的恢復(fù)功能，做好數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)工作。一旦故障發(fā)生，能使數(shù)據(jù)庫盡快恢復(fù)，盡量減少對數(shù)據(jù)庫的破壞。數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-6任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（二）數(shù)據(jù)庫的運行與維護數(shù)據(jù)庫試運行合格后，數(shù)據(jù)庫開發(fā)工作基本完成，可正式投入運行了。但是，由于應(yīng)用環(huán)境在不斷變化，在數(shù)據(jù)庫運行過程中，物理存儲也會不斷變化，對數(shù)據(jù)庫設(shè)計進行評價、調(diào)整、修改等維護工作是一項長期的任務(wù)，也是設(shè)計工作的繼續(xù)和提高。在數(shù)據(jù)庫運行階段，對數(shù)據(jù)庫經(jīng)常性的維護工作主要是由DBA完成的，它包括以下幾個方面。（1）數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)。數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)是系統(tǒng)正式運行后最重要的維護工作之一。DBA要針對不同的應(yīng)用要求制定不同的轉(zhuǎn)儲計劃，以保證一旦發(fā)生故障，能盡快將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某種一致的狀態(tài)，并盡可能減少對數(shù)據(jù)庫的破壞。數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-6任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（2）數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制。在數(shù)據(jù)庫運行過程中，應(yīng)用環(huán)境的變化，對安全性的要求也會發(fā)生變化。比如有的數(shù)據(jù)原來是機密的，現(xiàn)在可以公開查詢了，而新加入的數(shù)據(jù)又可能是機密的。系統(tǒng)中用戶的級別也會改變。這些都需要DBA根據(jù)實際情況修改原有的安全性控制。同樣，數(shù)據(jù)庫的完整性約束條件也會變化，也需要DBA不斷修改，以滿足用戶的要求。（3）數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進。在數(shù)據(jù)庫運行過程中，監(jiān)督系統(tǒng)運行、分析監(jiān)測數(shù)據(jù)、找出改進系統(tǒng)性能的方法是DBA的又一重要任務(wù)。DBA應(yīng)仔細分析這些數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前系統(tǒng)運行狀況是否最佳，應(yīng)當(dāng)做哪些改進，如調(diào)整系統(tǒng)物理參數(shù)，或?qū)?shù)據(jù)庫的運行狀況進行重組織或重構(gòu)造等。數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護任務(wù)2-6任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（4）數(shù)據(jù)庫的重組織與重構(gòu)造。數(shù)據(jù)庫運行一段時間后，記錄不斷增、刪、改，會使數(shù)據(jù)庫的物理存儲情況變壞，降低了數(shù)據(jù)的存取效率，數(shù)據(jù)庫性能下降，這時DBA就要對數(shù)據(jù)庫進行重組織或部分重組織（只對頻繁增、刪的表進行重組織）。DBMS一般都提供用于數(shù)據(jù)重組織的實用程序。在重組織的過程中，按原設(shè)計要求重新安排存儲位置、回收垃圾、減少指針鏈等，以提高系統(tǒng)的性能。數(shù)據(jù)庫的重組織并不修改原設(shè)計的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造則不同，它需要部分修改數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式。PART7任務(wù)2-7案例：設(shè)計學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫（一）收集數(shù)據(jù)（二）創(chuàng)建E-R模型任務(wù)assignments（三）設(shè)計關(guān)系模式（四）關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化案例：設(shè)計學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫任務(wù)2-7任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（一）收集數(shù)據(jù)為了收集數(shù)據(jù)庫需要的信息，設(shè)計人員與學(xué)生管理人員和系統(tǒng)的操作者進行了交談，從最初的談?wù)撝校涗浟巳缦乱c。（1）數(shù)據(jù)庫要存儲每位學(xué)生的基本信息、各系部基本信息、各班級基本信息、教師基本信息、教師授課基本信息和學(xué)生宿舍基本信息。（2）管理人員可以通過數(shù)據(jù)庫管理各系部、各班、各教師、全院學(xué)生的基本信息。（3）按工作的要求查詢數(shù)據(jù)，如瀏覽某系部、某班級、某年級、某專業(yè)等學(xué)生基本信息。案例：設(shè)計學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫任務(wù)2-7任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（4）根據(jù)要求實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。如學(xué)生人數(shù)，應(yīng)屆畢業(yè)生人數(shù)，某系、某專業(yè)、某班級男女生人數(shù)，各系部教師人數(shù)，退、休學(xué)人數(shù)等。（5）能實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)成績的管理（錄入、修改、查詢、統(tǒng)計、打?。?。（6）能實現(xiàn)對學(xué)生住宿信息的管理，如查詢某學(xué)生的宿舍樓號、房間號及床位號等。（7）能實現(xiàn)歷屆畢業(yè)生的信息管理，如查詢某畢業(yè)生的詳細信息。（8）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的操作人員可以查詢數(shù)據(jù)，管理人員可以修改數(shù)據(jù)。（9）使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型。案例：設(shè)計學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫任務(wù)2-7任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理上述信息沒有固定的順序，并且有些信息可能有重復(fù)，或者遺漏了某些重要的信息，這里收集到的信息要在后面的設(shè)計工作中與用戶反復(fù)查對，以確保收集到了關(guān)于數(shù)據(jù)庫的完整和準(zhǔn)確的信息。對于比較大的系統(tǒng)，可能需要數(shù)次會議，每一次會議會針對系統(tǒng)的一部分進行討論和研究，即便如此，對于每一部分，可能還要經(jīng)過數(shù)次會議反復(fù)討論。此外，還可以通過分發(fā)調(diào)查表、安排相關(guān)人員面談、親臨現(xiàn)場觀察業(yè)務(wù)活動的實際進行過程等方式收集數(shù)據(jù)。所有這一切，都是為了盡可能多地收集關(guān)于數(shù)據(jù)庫以及如何使用數(shù)據(jù)庫的信息。完成了收集數(shù)據(jù)任務(wù)，設(shè)計人員就可以進入數(shù)據(jù)庫設(shè)計的下一步：概念設(shè)計，即創(chuàng)建E-R模型。案例：設(shè)計學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫任務(wù)2-7任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理（二）創(chuàng)建E-R模型1．進行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計局部E-R模型設(shè)計人員對收集到的大量信息進行分析、整理后，確定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中應(yīng)該存儲如下信息：學(xué)生基本信息、系部基本信息、班級基本信息、教師基本信息、課程基本信息、學(xué)生學(xué)習(xí)成績信息、學(xué)生綜合素質(zhì)成績信息、畢業(yè)生基本信息、宿舍基本信息、系統(tǒng)用戶信息。設(shè)計人員根據(jù)這些信息抽象出系統(tǒng)將要使用的實體：學(xué)生、系部、班級、課程、教師、宿舍。定義實體之間的聯(lián)系以及描述這些實體的屬性，最后用E-R圖表示這些實體和實體之間的聯(lián)系。案例：設(shè)計學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫任務(wù)2-7任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理學(xué)生實體的屬性：學(xué)號、姓名、性別、出生日期、身份證號、家庭住址、聯(lián)系電話、郵政編碼、政治面貌、簡歷、是否退學(xué)、是否休學(xué)。碼是學(xué)號。系部實體的屬性：系號、系名、系主任、辦公室、電話。碼是系號。班級實體的屬性：班級號、班級名稱、專業(yè)、班級人數(shù)、入學(xué)年份、教室、班主任、班長。碼是班級號。。案例：設(shè)計學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫任務(wù)2-7任務(wù)1-1數(shù)據(jù)處理課程實體的屬性：課程號、課程名、學(xué)期。碼是課程號+學(xué)期。教師實體的屬性：教師號、姓名、性別、出生日期