數(shù)據(jù)庫技術及應用課件第7章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計方法.ppt

第7章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計方法,7.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計概述 7.2 系統(tǒng)需求分析 7.3 概念結構的設計 7.4 數(shù)據(jù)庫邏輯結構的設計 7.5 數(shù)據(jù)庫物理結構的設計 7.6 數(shù)據(jù)庫的實施和維護 7.7 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的設計 習題7,7.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計概述,7.1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計的內容 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計的內容主要包括數(shù)據(jù)庫的結構特性設計、數(shù)據(jù)庫的行為特性設計和數(shù)據(jù)庫的物理模式設計。,1. 數(shù)據(jù)庫的結構特性設計 數(shù)據(jù)庫的結構特性是指數(shù)據(jù)庫的邏輯結構特征。由于數(shù)據(jù)庫的結構特性是靜態(tài)的，一般情況下不會輕易變動，因此數(shù)據(jù)庫的結構特性設計又稱為數(shù)據(jù)庫的靜態(tài)結構設計。,數(shù)據(jù)庫的結構特性設計過程如下： 將現(xiàn)實世界中的事物、事物間的聯(lián)系用E-R圖表示。 將各個分E-R圖匯總，得出數(shù)據(jù)庫的概念結構模型。 將概念結構模型轉化為數(shù)據(jù)庫的邏輯結構模型。,2. 數(shù)據(jù)庫的行為特性設計 數(shù)據(jù)庫的行為特性設計是指確定數(shù)據(jù)庫用戶的行為和動作，并設計出數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的系統(tǒng)層次結構、功能結構和系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖，確定數(shù)據(jù)庫的子模式。,數(shù)據(jù)庫行為特性的設計步驟為： 將現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)及應用情況用數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)字典表示，并詳細描述其中的數(shù)據(jù)操作要求(即操作對象、方法、頻度和實時性要求)。 確定系統(tǒng)層次結構。 確定系統(tǒng)的功能模塊結構。 確定數(shù)據(jù)庫的子模式。 確定系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖。,3. 數(shù)據(jù)庫的物理模式設計 數(shù)據(jù)庫的物理模式設計要求是：根據(jù)庫結構的動態(tài)特性(即數(shù)據(jù)庫應用處理要求)，在選定的DBMS環(huán)境下，把數(shù)據(jù)庫的邏輯結構模型加以物理實現(xiàn)，從而得出數(shù)據(jù)庫的存儲模式和存取方法。,7.1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計應注意的問題 1. 應考慮到計算機硬件、軟件和干件的實際情況 在進行數(shù)據(jù)庫設計時，應當考慮三方面的內容： (1) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的硬件條件。 (2) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)開發(fā)軟件的特點。 (3) 數(shù)據(jù)庫用戶的技術水平和管理水平。,2. 應使結構特性設計和行為特性設計緊密結合 數(shù)據(jù)庫的設計過程是一種自上而下的、逐步逼近設計目標的過程。數(shù)據(jù)庫的設計過程是結構設計和行為設計分離設計、相互參照、反復探尋的過程。 圖7-1所示為數(shù)據(jù)庫設計的過程圖。,圖7-1 數(shù)據(jù)庫設計過程,7.1.3 數(shù)據(jù)庫設計的基本方法 現(xiàn)實世界的信息結構復雜且應用環(huán)境多種多樣，在很長一段時間內，數(shù)據(jù)庫設計是采用手工試湊法進行的。手工試湊法設計數(shù)據(jù)庫與設計人員的經(jīng)驗和水平有直接關系，它更像是一種技藝而不是工程技術。,7.1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計的基本步驟 圖7-2所示為數(shù)據(jù)庫設計的步驟和各個階段應完成的基本任務，下面就具體內容進行介紹。,圖7-2 數(shù)據(jù)庫設計的步驟,1. 需求分析階段 需求分析是數(shù)據(jù)庫設計的第一步，也是最困難、最耗時間的一步。 2. 概念結構設計階段 概念結構設計是整個數(shù)據(jù)庫設計的關鍵。在概念結構的設計過程中，設計者要對用戶需求進行綜合、歸納和抽象，形成一個獨立于具體計算機和DBMS的概念模型。,3. 邏輯結構設計階段 數(shù)據(jù)邏輯結構設計的主要任務是將概念結構轉換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并將其性能進行優(yōu)化。 4. 數(shù)據(jù)庫物理設計階段 數(shù)據(jù)庫物理設計的主要任務是為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應用環(huán)境的物理結構，包括數(shù)據(jù)存儲位置、數(shù)據(jù)存儲結構和存取方法。,5. 數(shù)據(jù)庫實施階段 在數(shù)據(jù)庫實施階段中，系統(tǒng)設計人員要運用DBMS提供的數(shù)據(jù)操作語言和宿主語言，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的邏輯設計和物理設計的結果建立數(shù)據(jù)庫、編制與調試應用程序、組織數(shù)據(jù)入庫并進行系統(tǒng)試運行。 6. 數(shù)據(jù)庫運行和維護階段 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中，必須不斷地對其結構性能進行評價、調整和修改。,表7-1 數(shù)據(jù)庫結構設計過程的各個階段及描述,表7-1中有關處理特性的設計描述、設計原理、設計方法、工具等具體內容，在軟件工程和信息系統(tǒng)設計等其他相關課程中有詳細介紹。這里主要討論有關數(shù)據(jù)特性的問題，包括數(shù)據(jù)特性的描述、如何參照處理特性、完善數(shù)據(jù)模型設計等問題。 在圖7-3中描述了數(shù)據(jù)庫結構設計不同階段要完成的不同級別的數(shù)據(jù)模式。,圖7-3 數(shù)據(jù)庫的各級模式,7.2 系統(tǒng)需求分析,7.2.1 需求分析的任務和方法 1. 系統(tǒng)需求調查的內容 調查是系統(tǒng)需求分析的重要手段，只有通過對用戶的調查研究，才能得出需要的信息。調查的目的是獲得數(shù)據(jù)庫所需數(shù)據(jù)情況和數(shù)據(jù)處理要求。,調查的具體內容有以下三方面： (1) 數(shù)據(jù)庫中的信息內容。 (2) 數(shù)據(jù)處理內容。 (3) 數(shù)據(jù)安全性和完整性要求。,2. 系統(tǒng)需求的調查步驟 調查用戶需求的具體步驟是： 了解現(xiàn)實世界的組織機構情況。 了解相關部門的業(yè)務活動情況。 (3) 確定新系統(tǒng)的邊界。,3. 系統(tǒng)需求調查的方法 計算機工作人員應當在熟悉了現(xiàn)實世界的業(yè)務后，協(xié)助用戶提出對新系統(tǒng)的各種要求。在系統(tǒng)需求調查過程中，可以根據(jù)不同的問題和條件，使用不同的調查方法。 4. 系統(tǒng)需求分析方法 調查了解了用戶的需求以后，需要進一步分析和表達用戶的需求。,SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機構入手，采用自頂向下、逐層分解的方式分析系統(tǒng)。SA方法把任何一個系統(tǒng)都抽象為圖7-4的形式。,圖7-4 系統(tǒng)高層抽象圖,7.2.2 數(shù)據(jù)字典及其表示 1. 數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)項是不可再分的數(shù)據(jù)單位，它的描述為 數(shù)據(jù)項 = 數(shù)據(jù)項名，數(shù)據(jù)項含義說明，別名，類型，長度，取值范圍，與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關系,2. 數(shù)據(jù)結構 數(shù)據(jù)結構的描述為 數(shù)據(jù)結構 = 數(shù)據(jù)結構名，含義說明，組成，數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結構 3. 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結構在系統(tǒng)內傳輸?shù)穆窂健?shù)據(jù)流的描述通常為 數(shù)據(jù)流 = 數(shù)據(jù)流名，說明，流出過程，流入過程，組成：數(shù)據(jù)結構，平均流量，高峰期流量,4. 數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)及其結構停留或保存的地方，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一。數(shù)據(jù)存儲可以是手工文檔、手工憑單或計算機文檔。數(shù)據(jù)存儲的描述通常為 數(shù)據(jù)存儲 = 數(shù)據(jù)存儲名，說明，編號，輸入的數(shù)據(jù)流，輸出的數(shù)據(jù)流，組成：數(shù)據(jù)結構，數(shù)據(jù)量，存取頻度，存取方式,5. 處理過程 處理過程的具體處理邏輯一般用判定表或判定樹來描述。數(shù)據(jù)字典中只需要描述處理過程的說明性信息，通常包括以下內容： 處理過程 = 處理過程名，說明，輸入：數(shù)據(jù)流，輸出：數(shù)據(jù)流，處理：簡要說明 圖7-5所示是一個數(shù)據(jù)流程圖的實例。圖中包括外部項、存儲框和處理框以及數(shù)據(jù)流，它們需要數(shù)據(jù)字典對其內容進行詳細說明。,圖7-5 一個數(shù)據(jù)流程圖的實例,7.3 概念結構的設計,7.3.1 概念結構的特點及設計方法 1. 概念結構設計的方法 概念結構設計的方法有四種： (1) 自頂向下：首先定義全局概念結構的框架，然后逐步細化為完整的全局概念結構。 (2) 自底向上：首先定義各局部應用的概念結構，然后將它們集成起來，得到全局概念結構的設計方法。,(3) 逐步擴張：先定義最重要的核心概念結構，然后向外擴充，生成其他概念結構，直至完成總體概念結構。 (4) 混合策略：用自頂向下策略設計一個全局概念結構的框架，然后以它為骨架，集成由自底向上策略中設計的各局部概念結構。,2. 概念結構的設計步驟 按照圖7-6所示的自頂向下分析需求與自底向上設計概念結構方法，概念結構的設計可分為兩步：第一步是抽象數(shù)據(jù)并設計局部視圖；第二步是集成局部視圖，得到全局的概念結構。其設計步驟如圖7-7所示。,圖7-6 自頂向下分析需求與自底向上概念結構設計,圖7-7 概念結構的設計步驟,7.3.2 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設計 1. 數(shù)據(jù)抽象的三種基本方法 數(shù)據(jù)抽象的三種基本方法是分類、聚集和概括。 (1) 分類。 (2) 聚集。 (3) 概括。,圖7-8 職工分類示意圖,圖7-9 職工屬性聚集實例,圖7-10 更復雜的聚集,圖7-11 概括表示示意圖,2. 設計分E-R圖 設計分E-R圖的具體做法是： (1) 選擇局部應用。 (2) 設計分E-R圖。 圖7-12所示的是一個由屬性上升為用實體集表示的實例。,圖7-12 “職稱”由屬性上升為實體的示意圖,圖7-13 病房作為一個屬性或實體的例子,7.3.3 視圖的集成 視圖集成就是把設計好的各子系統(tǒng)的分E-R圖綜合成一個系統(tǒng)的總E-R圖。視圖的集成可以有兩種方法： (1) 一種方法是多個分E-R圖一次集成，如圖7-14(a)所示； (2) 另一種方法是逐步集成，用累加的方法一次集成兩個分E-R圖，如圖7-14(b)所示。 (1) 合并E-R圖。 (2) 修改和重構初步E-R圖。,圖7-14 視圖集成的兩種方法,1. 合并分E-R圖，生成初步E-R圖 由于各個局部應用所面向的問題是不同的，而且通常是由不同的設計人員進行不同局部的視圖設計，這樣就會導致各個分E-R圖之間必定會存在許多不一致的地方，即產生沖突問題。 分E-R圖之間的沖突主要有三類：屬性沖突、命名沖突和結構沖突。 (1) 屬性沖突。它主要有以下兩種情況： 屬性域沖突，即屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同。 屬性取值單位沖突。,(2) 命名沖突。它主要有以下兩種情況： 同名異義沖突，即不同意義的對象在不同的局部應用中具有相同的名字。 異名同義沖突，即意義相同的對象在不同的局部應用中有不同的名字。 (3) 結構沖突。它有以下三種情況情況： 同一對象在不同的應用中具有不同的抽象。 同一實體在不同分E-R圖中的屬性組成不一致。 實體之間的聯(lián)系在不同的分E-R圖中呈現(xiàn)不同的類型。,圖7-15 合并兩個分E-R圖時的綜合,2. 消除不必要的冗余，設計基本E-R圖 (1) 用分析方法消除冗余。 (2) 用規(guī)范化理論消除冗余。,圖7-16 消除冗余的實例,7.4 數(shù)據(jù)庫邏輯結構的設計,E-R圖表示的概念模型是用戶數(shù)據(jù)要求的形式化。邏輯結構設計的任務就是把概念模型結構轉換成某個具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。 通常，把概念模型向邏輯模型的轉換過程分為三步進行：, 把概念模型轉換成一般的數(shù)據(jù)模型。 將一般的數(shù)據(jù)模型轉換成特定的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。 通過優(yōu)化方法將特定的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型轉化為優(yōu)化的數(shù)據(jù)模型。 概念模型向邏輯模型的轉換步驟如圖7-17所示。,圖7-17 邏輯結構設計的步驟,7.4.1 概念模型向網(wǎng)狀模型轉換 1. 不同型實體集及其聯(lián)系的轉換規(guī)則 概念模型中的實體集和不同型實體集間的聯(lián)系可按下列規(guī)則轉換為網(wǎng)狀模型中的記錄和系： (1) 每個實體集轉換成一個記錄。 (2) 每個1:n的二元聯(lián)系轉換成一個系，系的方向由1方實體記錄指向n方實體記錄。 (3) 每個m:n的二元聯(lián)系，在轉換時要引入一個連結記錄，并形成兩個系，系的方向由實體記錄方指向連結記錄方。,(4) K(3)個實體型之間的多元聯(lián)系，在轉換時也引入一個連結記錄，并將聯(lián)系轉換成K個實體記錄型和連結記錄型之間的K個系，系的方向均為實體型指向連結記錄，如圖7-19所示。,圖7-18 二元聯(lián)系的概念模型向網(wǎng)狀模型的轉換實例 (a) 1:n聯(lián)系的轉換實例；(b) m:n聯(lián)系的轉換實例,圖7-19 多元聯(lián)系的概念模型向網(wǎng)狀模型的轉換實例,2. 同型實體之間聯(lián)系的模型轉換規(guī)則 (1) 對于同一實體集的一對多聯(lián)系，在向網(wǎng)狀模型轉換時要引入一個連結記錄，并轉換為兩個系，系的方向不同。圖7-20(a)為職工中領導聯(lián)系的轉換實例。 (2) 對于同一實體集之間的m:n聯(lián)系，轉換時也要引入一個連結記錄，所轉換的兩個系均由實體記錄方指向連結記錄方。圖7-20(b)為部件中構成聯(lián)系的轉換實例。,圖7-20 同一實體集間聯(lián)系的概念模型向網(wǎng)狀模型的轉換實例 (a) 1:n聯(lián)系的轉換實例；(b) m:n聯(lián)系的轉換實例,7.4.2 概念模型向關系模型的轉換 將E-R圖轉換成關系模型要解決兩個問題： (1) 如何將實體集和實體間的聯(lián)系轉換為關系模型。 (2) 如何確定這些關系模型的屬性和碼。,1. 實體集的轉換規(guī)則 概念模型中的一個實體集轉換為關系模型中的一個關系，實體的屬性就是關系的屬性，實體的碼就是關系的碼，關系的結構是關系模式。 2. 實體集間聯(lián)系的轉換規(guī)則 在向關系模型的轉換時，實體集間的聯(lián)系可按以下規(guī)則轉換： (1) 1:1聯(lián)系的轉換方法。,【例7-1】將圖7-21中含有1:1聯(lián)系的E-R圖轉換為關系模型。 該例有三種方案可供選擇(注：關系模型中標有下劃線的屬性為碼)： 方案1：聯(lián)系形成的關系獨立存在，轉換后的關系模型為 職工(職工號，姓名，年齡) 產品(產品號，產品名，價格) 負責(職工號，產品號),圖7-21 二元11聯(lián)系轉換為關系模型的實例,方案2：“負責”與“職工”兩關系合并，轉換后的關系模型為 職工(職工號，姓名，年齡，產品號) 產品(產品號，產品名，價格) 方案3：“負責”與“產品”兩關系合并，轉換后的關系模型為 職工(職工號，姓名，年齡) 產品(產品號，產品名，價格，職工號),(2) 1:n聯(lián)系的轉換方法。 在向關系模型轉換時，實體間的1:n聯(lián)系可以有兩種轉換方法：一種方法是將聯(lián)系轉換為一個獨立的關系，其關系的屬性由與該聯(lián)系相連的各實體集的碼以及聯(lián)系本身的屬性組成，而該關系的碼為n端實體集的碼；另一種方法是在n端實體集中增加新屬性，新屬性由聯(lián)系對應的1端實體集的碼和聯(lián)系自身的屬性構成，新增屬性后原關系的碼不變。,【例7-2】將圖7-22中含有1:n聯(lián)系的E-R圖轉換為關系模型。 該轉換有兩種轉換方案可供選擇： 方案1：1:n聯(lián)系形成的關系獨立存在。 倉庫(倉庫號，地點，面積) 產品(產品號，產品名，價格) 倉儲(倉庫號，產品號，數(shù)量) 方案2：聯(lián)系形成的關系與n端對象合并。 倉庫(倉庫號，地點，面積) 產品(產品號，產品名，價格，倉庫號，數(shù)量),圖7-22 二元1:n聯(lián)系轉換為關系模型的實例,【例7-3】圖7-23中含有同實體集的1:n聯(lián)系，將它轉換為關系模型。 該例題轉換的方案如下： 方案1：轉換為兩個關系模型。 職工(職工號，姓名，年齡) 領導(領導工號，職工號) 方案2：轉換為一個關系模型。 職工(職工號，姓名，年齡，領導工號),圖7-23 實體集內部1:n聯(lián)系轉換為關系模型的實例,(3) m:n聯(lián)系的轉換方法。 在向關系模型轉換時，一個m:n聯(lián)系轉換為一個關系。 【例7-4】將圖7-24中含有m:n二元聯(lián)系的E-R圖轉換為關系模型。 該例題轉換的關系模型如下(注：關系中標有下劃線的屬性為碼)： 學生(學號，姓名，年齡，性別) 課程(課程號，課程名，學時數(shù)) 選修(學號，課程號，成績),圖7-24 m:n二元聯(lián)系轉換為關系模型的實例,【例7-5】將圖7-25中含有同實體集間m:n聯(lián)系的E-R圖轉換為關系模型。 轉換的關系模型如下(注：關系中標有下劃線的屬性為碼)： 零件(零件號，名稱，價格) 組裝(組裝件號，零件號，數(shù)量),圖7-25 同一實體集內m:n聯(lián)系轉換為關系模型的實例,(4) 三個或三個以上實體集間的多元聯(lián)系的轉換方法。 要將三個或三個以上實體集間的多元聯(lián)系轉換為關系模型，可根據(jù)以下兩種情況采用不同的方法處理： 對于一對多的多元聯(lián)系，轉換為關系模型的方法是修改n端實體集對應的關系，即將與聯(lián)系相關的1端實體集的碼和聯(lián)系自身的屬性作為新屬性加入到n端實體集中。, 對于多對多的多元聯(lián)系，轉換為關系模型的方法是新建一個獨立的關系，該關系的屬性為多元聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性，碼為各實體碼的組合。,【例7-6】將圖7-26中含有多實體集間的多對多聯(lián)系的E-R圖轉換為關系模型。 轉換后的關系模型如下： 供應商(供應商號，供應商名，地址) 零件(零件號，零件名，單價) 產品(產品號，產品名，型號) 供應(供應商號，零件號，產品號，數(shù)量) 其中，關系中標有下劃線的屬性為碼。,圖7-26 多實體集間聯(lián)系轉換為關系模型的實例,3. 關系合并規(guī)則 在關系模型中，具有相同碼的關系，可根據(jù)情況合并為一個關系。,7.4.3 用戶子模式的設計 1. 使用更符合用戶習慣的別名 前面提到，在合并各分E-R圖時應消除命名的沖突，這在設計數(shù)據(jù)庫整體結構時是非常必要的。 2. 對不同級別的用戶可以定義不同的子模式 由于視圖能夠對表中的行和列進行限制，所以它還具有保證系統(tǒng)安全性的作用。,3. 簡化用戶對系統(tǒng)的使用 利用子模式可以簡化使用，方便查詢。實際工作中經(jīng)常要使用某些很復雜的查詢，這些查詢包括多表連接、限制、分組、統(tǒng)計等。,7.4.4 數(shù)據(jù)庫邏輯結構設計的實例 假如要為某基層單位建立一個“基層單位”數(shù)據(jù)庫。通過調查得出，用戶要求數(shù)據(jù)庫中存儲下列基本信息： 部門：部門號，名稱，領導人編號。 職工：職工號，姓名，性別，工資，職稱，照片，簡歷。 工程：工程號，工程名，參加人數(shù)，預算，負責人。 辦公室：地點，編號，電話。,這些信息的關聯(lián)的語義為 每個部門有多個職工，每個職工只能在一個部門工作。 每個部門只有一個領導人，領導人不能兼職。 每個部門可以同時承擔若干工程項目，數(shù)據(jù)庫中應記錄每個職工參加項目的日期。 一個部門可有多個辦公室。 每個辦公室只有一部電話。 數(shù)據(jù)庫中還應存放每個職工在所參加的工程項目中承擔的具體職務。,1. 概念模型的設計 調查得到數(shù)據(jù)庫的信息要求和語義后，還要進行數(shù)據(jù)抽象，才能得到數(shù)據(jù)庫的概念模型。 設基層單位數(shù)據(jù)庫的概念模型如圖7-27所示。,圖7-27 基層單位數(shù)據(jù)庫的概念模型,2. 關系模型的設計 圖7-26的E-R圖可按規(guī)則轉換一組關系模型。表7-2中列出了這組關系模型及相關信息。表中的一行為一個關系模型，關系的屬性根據(jù)數(shù)據(jù)字典得出。,表7-2 基層單位數(shù)據(jù)庫的關系模型信息,7.5 數(shù)據(jù)庫物理結構的設計,數(shù)據(jù)庫的物理設計可以分為兩步進行： 確定數(shù)據(jù)的物理結構，即確定數(shù)據(jù)庫的存取方法和存儲結構。 對物理結構進行評價。,7.5.1 數(shù)據(jù)庫物理結構設計的內容和方法 由于不同的數(shù)據(jù)庫產品所提供的物理環(huán)境、存取方法和存儲結構各不相同，供設計人員使用的設計變量、參數(shù)范圍也各不相同，所以數(shù)據(jù)庫的物理設計沒有通用的設計方法可以遵循，僅有一般的設計內容和設計原則供數(shù)據(jù)庫設計者參考。,數(shù)據(jù)庫設計者在確定數(shù)據(jù)存取方法時，必須清楚三種相關信息： (1) 數(shù)據(jù)庫查詢事務的信息，它包括查詢所需要的關系、查詢條件所涉及的屬性、連接條件所涉及的屬性、查詢的投影屬性等信息。 (2) 數(shù)據(jù)庫更新事務的信息，它包括更新操作所需要的關系、每個關系上的更新操作所涉及的屬性、修改操作要改變的屬性值等信息。 (3) 每個事務在各關系上運行的頻率和性能要求。,7.5.2 關系模式存取方法的選擇 1. 索引存取方法的選擇 選擇索引存取方法實際上就是根據(jù)應用要求確定對關系的哪些屬性列建立索引，哪些屬性列建立組合索引，哪些索引建立惟一索引等。,選擇索引方法的基本原則是： (1) 如果一個屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這個屬性上建立索引；如果一組屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這組屬性上建立組合索引。 (2) 如果一個屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(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)，則考慮在這個屬性上建立索引；同理，如果一組屬性經(jīng)常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)，則考慮在這組屬性上建立索引。 (4) 關系上定義的索引數(shù)要適當，并不是越多越好，因為系統(tǒng)為維護索引要付出代價，查找索引也要付出代價。,2. 聚簇存取方法的選擇 為了提高某個屬性或屬性組的查詢速度，把這個屬性或屬性組上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊上的處理稱為聚簇，這個屬性或屬性組稱為聚簇碼。,聚簇設計時可分兩步進行：先根據(jù)規(guī)則確定候選聚簇，再從候選聚簇中去除不必要的關系。 設計候選聚簇的原則是： (1) 對經(jīng)常在一起進行連接操作的關系可以建立聚簇。 (2) 如果一個關系的一組屬性經(jīng)常出現(xiàn)在相等、比較條件中，則該單個關系可建立聚簇。 (3) 如果一個關系的一個(或一組)屬性上的值重復率很高，則此單個關系可建立聚簇。 (4) 如果關系的主要應用是通過聚簇碼進行訪問或連接，而其他屬性訪問關系的操作很少時，可以使用聚簇。,7.5.3 確定數(shù)據(jù)庫的存儲結構 1. 確定數(shù)據(jù)的存放位置 為了提高系統(tǒng)性能，應根據(jù)應用情況將數(shù)據(jù)的易變部分與穩(wěn)定部分、經(jīng)常存取部分和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) 將表和索引放在不同的磁盤上，這樣在查詢時由于兩個磁盤驅動器并行工作，可以提高物理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。 (3) 將日志文件、備份文件與數(shù)據(jù)庫對象(表，索引等)放在不同的磁盤上，以改進系統(tǒng)的性能。,(4) 對于經(jīng)常存取或存取時間要求高的對象(如表、索引)應放在高速存儲器(如硬盤)上，對于存取頻率小或存取時間要求低的對象(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時才使用)。,2. 確定系統(tǒng)配置 DBMS產品一般都提供了一些系統(tǒng)配置變量和存儲分配參數(shù)供設計人員和DBA對數(shù)據(jù)庫進行物理優(yōu)化。 3. 評價物理結構 物理設計過程中需要對時間效率、空間效率、維護代價和各種用戶要求進行權衡，其結果可能會產生多種設計方案。,7.6 數(shù)據(jù)庫的實施和維護,7.6.1 數(shù)據(jù)的載入 組織數(shù)據(jù)入庫是數(shù)據(jù)庫實施階段最主要的工作。目前的DBMS產品沒有提供通用的轉換工具，其主要原因在于應用環(huán)境千差萬別，源數(shù)據(jù)也各不相同，因而不存在通用的轉換規(guī)則。,7.6.2 數(shù)據(jù)庫的試運行 在部分數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫后，就可以開始對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行聯(lián)合調試的工作了，從而進入到數(shù)據(jù)庫的試運行階段。 數(shù)據(jù)庫試運行階段的主要工作包括以下兩個方面： (1) 實際運行數(shù)據(jù)庫應用程序，執(zhí)行對數(shù)據(jù)庫的各種操作，測試應用程序的功能是否滿足設計要求。 (2) 測試系統(tǒng)的性能指標，分析其是否符合設計目標。,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，由于應用環(huán)境的變化，對安全性的要求也會發(fā)生變化。 3. 數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改造 在數(shù)據(jù)庫運行過程中，監(jiān)督系統(tǒng)運行、對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析并找出改進系統(tǒng)性能的方法是數(shù)據(jù)庫管理員的又一重要任務。,4. 數(shù)據(jù)庫的重組織與重構造 數(shù)據(jù)庫運行一段時間后，由于記錄不斷增、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)庫的性能下降。,7.7 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的設計,7.7.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的層次結構 根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構造方式，可以把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為三類：桌面型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、兩層結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和多層結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。,1. 桌面型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 當我們把DBMS、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)安排在同一臺計算機中時，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)只讓本機的應用程序獨自使用，這種結構為桌面型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。,2. 兩層結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 兩層結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有兩種構造方式：客戶機/服務器(Client/Server，簡稱C/S)結構和瀏覽器/服務器(Browser/Server，簡稱B/S)結構。 兩層結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡技術相結合的產物，其結構如圖7-28所示。,圖7-28 兩層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構示意圖,當系統(tǒng)規(guī)模增大到一定程度時，兩層結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)就會暴露出以下缺陷： (1) 啟動的客戶機端程序或打開的瀏覽器越多，同數(shù)據(jù)庫服務器建立的連接就會越多，服務器端的負擔就會越重。,(2) 由于客戶機端在分發(fā)程序時不僅要分發(fā)EXE文件，還要分發(fā)與數(shù)據(jù)訪問及數(shù)據(jù)管理相關的動態(tài)鏈接庫，所以如果客戶機的地理位置比較分散，則客戶端程序就難以分發(fā)。 (3) 一旦數(shù)據(jù)庫服務器的軟、硬件出現(xiàn)問題，所有前端的應用將都會終止。,3. 多層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構 為了解決兩層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，人們提出了多層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構。多層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構中最有代表性的是三層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構，其結構如圖7-29所示。,圖7-29 三層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構示意圖,7.7.2 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的設計方法及實例 1. 系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)功能分析的主要工作是：確定系統(tǒng)要完成的各種數(shù)據(jù)管理及其他功能，將確定的系統(tǒng)功能分類，并確定每類功能中所包括的細節(jié)功能。,經(jīng)過實際分析和考察，高校圖書管理系統(tǒng)應具有如下功能： (1) 圖書征訂管理：包括圖書征訂數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除等功能。 (2) 圖書編目管理：包括圖書數(shù)目信息的錄入、修改等功能。 (3) 圖書典藏管理：包括新書分配、庫室調配等功能。,(4) 圖書流通管理：包括圖書借閱、續(xù)借、圖書返還、圖書查詢等功能。 (5) 系統(tǒng)用戶管理：包括系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)的錄入、修改與刪除等功能。 (6) 讀者數(shù)據(jù)管理：包括讀者類別管理，讀者個人數(shù)據(jù)的錄入、修改和刪除等功能。,2. 系統(tǒng)模塊設計 系統(tǒng)模塊設計的任務是：根據(jù)系統(tǒng)功能分析對系統(tǒng)功能進行模塊化處理，得出系統(tǒng)功能模塊及其結構圖。 系統(tǒng)功能模塊結構一般為樹形結構。對于高校圖書管理系統(tǒng)來說，經(jīng)過模塊化分析得到的系統(tǒng)功能模塊結構圖如圖7-30所示。,3. 開發(fā)與運行環(huán)境的選擇 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)與運行環(huán)境包括系統(tǒng)運行所使用的操作系統(tǒng)、應用系統(tǒng)開發(fā)工具及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。,4. 系統(tǒng)實現(xiàn)過程分析 在實現(xiàn)過程中，首先需要根據(jù)系統(tǒng)功能分析設計出需要的數(shù)據(jù)庫，包括各個基本表和相互聯(lián)系的詳細結構。 在實現(xiàn)各功能模塊時，也采用先模塊后集成的方式，即各個系統(tǒng)功能模塊分別進行獨立設計和調試，在設計系統(tǒng)主窗體時才將各個功能模塊通過主窗體的菜單系統(tǒng)集成到一起，最后進行設計和調試。,圖7-30 高校圖書管理系統(tǒng)功能模塊結構圖,習 題 7,7.1 數(shù)據(jù)庫設計過程