學(xué)生選課管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第六章（續(xù)） 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的典型案例本章要點(diǎn)² 學(xué)生選課管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計本章學(xué)習(xí)目標(biāo)² 學(xué)生選課管理系統(tǒng)的需求分析² 學(xué)生選課管理系統(tǒng)的ER圖² 學(xué)生選課管理系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式² 學(xué)生選課管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立在第6章里我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本理論和方法。本章通過學(xué)生選課管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計案例，實際講授數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法，加深對第七章的理解，提高我們的綜合設(shè)計的能力。6.1 案例的系統(tǒng)需求簡介6.1.1總體需求簡單介紹需求分析階段是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的最重要階段。需求分析要求應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)人員按照系統(tǒng)的思想，

2、根據(jù)收集的資料，對系統(tǒng)目標(biāo)進(jìn)行分析，對業(yè)務(wù)的信息需求、功能需求以及管理中存在的問題等進(jìn)行分析，抽取本質(zhì)的、整體的需求，為設(shè)計一個結(jié)構(gòu)良好的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的邏輯模型奠定堅實的基礎(chǔ)。高等學(xué)校的學(xué)生選課管理系統(tǒng)，在不同的學(xué)校會有不同的特點(diǎn)，因為作為教務(wù)工作部分它和學(xué)校本身的行政制度有關(guān)。本章的目的在于，作為數(shù)據(jù)庫設(shè)計和應(yīng)用開發(fā)的運(yùn)用對象，對業(yè)務(wù)進(jìn)行適度的簡化，突出比較核心的成分，如院系算作一個級別的概念而且直接管理班(跳過專業(yè)一級的設(shè)置)，學(xué)生的免修重修等情況處理、教師的管理沒有細(xì)化等。6.1.2用戶總體業(yè)務(wù)構(gòu)造學(xué)生選課管理業(yè)務(wù)，包括4個主要部分：學(xué)生的學(xué)籍及成績管理、制定教學(xué)計劃、學(xué)生選課管理以及

3、教學(xué)調(diào)度。各部分具體的內(nèi)容：（1） 學(xué)籍及成績管理包括：各院系的教務(wù)員完成學(xué)生學(xué)籍注冊、畢業(yè)、轉(zhuǎn)學(xué)等處理，各授課教師完成所講授課成績的錄入，然后教務(wù)員進(jìn)行學(xué)生成績的審核認(rèn)可。（2） 制定教學(xué)計劃包括：由教務(wù)部門完成指導(dǎo)性教學(xué)計劃、培養(yǎng)方案的確定，開設(shè)課程的注冊和調(diào)整。（3） 學(xué)生選課包括：學(xué)生根據(jù)開設(shè)課程和培養(yǎng)計劃(和自己的狀況)選擇自己本學(xué)期所選修課程，教務(wù)員對學(xué)生所選修課程的確認(rèn)處理。(注意：一般的必修課程是由教務(wù)員統(tǒng)一處理，只有輔修的課程才經(jīng)過學(xué)生的選擇過程)（4） 執(zhí)行教學(xué)調(diào)度包括：教務(wù)員根據(jù)本學(xué)期所開設(shè)的課程、教師上課的情況以及學(xué)生選課情況完成排課、調(diào)課等。6.1.3其它要求如安全性

4、，系統(tǒng)環(huán)境要求(根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備情況進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行)等，這些不是本章的核心內(nèi)容，所以就不再進(jìn)一步敘述。6.1.4系統(tǒng)功能設(shè)想這里的功能劃分，是根據(jù)第一階段需求調(diào)查基礎(chǔ)上進(jìn)行的初步劃分。隨著需求調(diào)查的深入，功能模塊隨著對需求了解的明確得到調(diào)整。教務(wù)管理業(yè)務(wù)的4個主要部分，可以將系統(tǒng)應(yīng)用程序劃分為對應(yīng)得4個子模塊：包括學(xué)籍及成績管理子系統(tǒng)、教學(xué)計劃管理子系統(tǒng)、學(xué)生選課管理子系統(tǒng)以及教學(xué)調(diào)度子系統(tǒng)。根據(jù)各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)所包括業(yè)務(wù)內(nèi)容,還可以將各個子系統(tǒng)繼續(xù)細(xì)化劃分為更小的功能模塊。劃分的準(zhǔn)則主要遵循模塊的內(nèi)聚性要求和模塊間的低聚合性。如圖所示表示一個教務(wù)管理系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖。圖6. 1選課管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

5、圖6.1.5業(yè)務(wù)流程分析一個簡化的選課系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖6.2所示：各院系教學(xué)計劃教務(wù)處教學(xué)計劃編輯教學(xué)計劃原始開課生成原始開課實際開課生成實際開課成績錄入學(xué)生成績細(xì)表學(xué)生信息審核教師畢業(yè)、轉(zhuǎn)學(xué)休學(xué)等任課教師名單學(xué)生選課(選課情況)圖6. 2 選課管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程6.2 需求描述本階段的成果的內(nèi)容形式主要包括數(shù)據(jù)流圖(Data Flow Diagram)和數(shù)據(jù)字典(Data Dictionary)。數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典是描述用戶需求的重要工具以及階段成果表達(dá)形式。它作為需求分析的成果和用戶交流的主要手段和依據(jù)，是后續(xù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的前提。設(shè)計人員從數(shù)據(jù)流圖中可以比較充分地了解軟件的結(jié)構(gòu)，所以也是軟件設(shè)

6、計的重要依據(jù)。調(diào)查了解用戶的需求后，需要進(jìn)一步表達(dá)用戶的需求，分析和表達(dá)用戶需求的方法很多，目前最常用的還是結(jié)構(gòu)化分析法。該方法是基于數(shù)據(jù)流的需求分析方法，它利用了圖形的方式進(jìn)行表達(dá)，容易學(xué)習(xí)和運(yùn)用。結(jié)構(gòu)化分析法采用的是自頂向下、逐層分解的方式分析系統(tǒng)，即將系統(tǒng)的功能從宏觀層面逐漸細(xì)化，達(dá)到最終的結(jié)構(gòu)化分析方法主要使用以下幾個工具：數(shù)據(jù)流圖(Data Flow Diagram簡稱DFD)、數(shù)據(jù)字典(Data Dictionary簡稱DD)、判定表和判定樹等。數(shù)據(jù)流圖描述了數(shù)據(jù)的來源和去向，以及所經(jīng)過的處理；而數(shù)據(jù)字典是對數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和處理的明細(xì)描述。判定樹和判定表用來描述據(jù)加工

7、的邏輯構(gòu)造。不同的應(yīng)用環(huán)境，對數(shù)據(jù)描述的細(xì)化程度會有所不同，常常應(yīng)實際情況而定。下面就使用這兩種工具來描述本例的用戶需求，體現(xiàn)他們在實際中的應(yīng)用方法。6.2.1 數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖是通過系列符號及其組合來描述系統(tǒng)功能的輸入、輸出、處理或加工構(gòu)造。 數(shù)據(jù)流圖中使用的符號在各種書籍和資料上表達(dá)不盡相同，目前許多常用的一些流行的數(shù)據(jù)庫輔助設(shè)計工具如Microsoft Visio、Sybase PowerDesigner、Oracle Designer、Rational Rose、Erwin等符號都不統(tǒng)一，我們這里以比較容易上手的Visio工具為例，針對Gane-Sarson模板中的符號作為參考：圖6.

8、 3 Gane-Sarson模板中數(shù)據(jù)流圖的基本元素注意：DFD表示數(shù)據(jù)被加工或處理的過程，箭頭只是表示數(shù)據(jù)流動的方向，不能有分支、循環(huán)的情況。數(shù)據(jù)流圖命名規(guī)則之一：數(shù)據(jù)流圖的中加工、處理過程一般采用動詞及其短語；數(shù)據(jù)源點(diǎn)或終點(diǎn)、數(shù)據(jù)存儲(數(shù)據(jù)文件或表單形式)、數(shù)據(jù)流(一項或多項數(shù)據(jù))等一般為名詞或名詞短語。數(shù)據(jù)流圖命名規(guī)則之二：流圖中的命令所使用的語言要基本上反映實際的情況，在整個DFD中必須要唯一，盡量避免含有像加工、處理、存儲這樣的元名稱。1。系統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)流圖系統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)流圖，在具體的設(shè)計工具中往往也稱為第0層或頂層數(shù)據(jù)流圖，主要是從整體上描述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，反映系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的整體流向，

9、是設(shè)計者針對用戶和開發(fā)者表達(dá)出來的一個總體描述。我們經(jīng)過對教學(xué)管理業(yè)務(wù)的調(diào)查、數(shù)據(jù)的收集和信息流程分析處理，明確了該系統(tǒng)的主要功能，分別為：制定學(xué)校各專業(yè)各年級的教學(xué)計劃以及課程的設(shè)置；學(xué)生根據(jù)學(xué)校對所學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)計劃以及自己的興趣，選擇自己本學(xué)期所要學(xué)習(xí)的課程；學(xué)校的教務(wù)部門對新入學(xué)的學(xué)生進(jìn)行學(xué)籍注冊，對畢業(yè)生辦理學(xué)籍檔案的歸檔工作，任課教師在期末時登記學(xué)生的考試成績；學(xué)校教務(wù)部門根據(jù)教學(xué)計劃進(jìn)行課程安排、期末考試時間地點(diǎn)的安排等，如圖所示。圖6. 4簡化的選課管理系統(tǒng)0層數(shù)據(jù)流圖2。系統(tǒng)局部數(shù)據(jù)流圖全局?jǐn)?shù)據(jù)流圖，從整體上描述了數(shù)據(jù)流向和加工處理過程。但是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)來講，要清楚地描述

10、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流向和加工處理的每一個細(xì)節(jié)，僅用全局?jǐn)?shù)據(jù)流圖難以完成。因此需要在全局?jǐn)?shù)據(jù)流圖的基礎(chǔ)上，對全局?jǐn)?shù)據(jù)流圖的某些局部單獨(dú)放大，進(jìn)一步細(xì)化，細(xì)化可以采用多級方式進(jìn)行，便是所謂的分級數(shù)據(jù)流圖來描述。這里以制定教學(xué)計劃/學(xué)籍及成績管理和選課等處理功能作細(xì)化的分析對象。制定教學(xué)計劃處理，主要分為4個子處理過程：教務(wù)員根據(jù)自己已有的課程信息，增補(bǔ)新開設(shè)的課程信息；調(diào)整課程信息；查詢本學(xué)期的教學(xué)計劃；制定新學(xué)期的教學(xué)計劃。任課教師可以查詢自己的教學(xué)計劃。其處理過程如圖6.5所示。圖6. 5 0層P1的1層數(shù)據(jù)流圖：制定教學(xué)計劃學(xué)籍及成績管理相對比較復(fù)雜，教務(wù)員需要新生的學(xué)籍注冊，畢業(yè)生的學(xué)籍和成績的歸

11、檔管理，任課教師輸入學(xué)生的考試成績后，需教務(wù)員審核并作認(rèn)可處理，經(jīng)確認(rèn)的學(xué)生成績不允許他人修改。其處理過程如圖6.6所示。圖6. 6 0層P2的1層數(shù)據(jù)流圖：學(xué)籍和成績管理選課管理中，學(xué)生根據(jù)學(xué)校對其專業(yè)制定的教學(xué)計劃，錄入本學(xué)期所選課程，教務(wù)員對學(xué)生選課記錄進(jìn)行審核，經(jīng)審核得到的選課就為本學(xué)期的選課。其處理過程如圖6.7所示。圖6. 7 0層P3的1層數(shù)據(jù)流圖：選課管理0層P4的1層數(shù)據(jù)流圖請讀者自行描述。我們可以使用許多的設(shè)計工具完成數(shù)據(jù)流圖的創(chuàng)建，這些工具不但可以實現(xiàn)常用的數(shù)據(jù)流圖的繪制，而且可以對多層的數(shù)據(jù)流圖中的元素及其關(guān)系的正確性實現(xiàn)有效的檢驗，能幫助我們學(xué)習(xí)和理解數(shù)據(jù)流圖的實現(xiàn)技

12、術(shù)。本章有關(guān)的數(shù)據(jù)流圖均使用Microsoft Visio工具進(jìn)行繪制，相關(guān)的工具還有Sybase公司的Power Designer以及Oracle的Designer等，有興趣的可以參考相關(guān)的資料或者下載試用版。6.2.2 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖表達(dá)了數(shù)據(jù)與處理的關(guān)系，數(shù)據(jù)流圖作為直觀的了解系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理的手段，并沒有具體描述各類數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)，只有通過數(shù)據(jù)字典進(jìn)一步細(xì)化才能對系統(tǒng)的需求得到具體而確切的了解。數(shù)據(jù)字典用來說明數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的所有元素的詳細(xì)的定義和描述，包括數(shù)據(jù)流、加工處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)的起點(diǎn)和終點(diǎn)或外部實體等。數(shù)據(jù)字典包括的項目有：數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲、加工邏輯和外部實體。

13、可使用一些符號來表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲的組成。由于本實例涉及的數(shù)據(jù)字典項目較多，此處列舉"P3選課管理"處理功能中包含的幾個對象加以描述。1。數(shù)據(jù)流 表6. 1 P3中數(shù)據(jù)流的描述序號數(shù)據(jù)流名來源流向組成說明1(學(xué)生)教學(xué)計劃查詢請求需要選課的學(xué)生P3.1班級號或?qū)W號注意查詢類別的區(qū)別2教學(xué)計劃數(shù)據(jù)S2教學(xué)計劃信息P3.1班級號+課程編號+開課學(xué)年+開課學(xué)期3學(xué)生課程選擇數(shù)據(jù)P3.2S5學(xué)生選課信息課程編號+年號+學(xué)期號4選課信息查詢教務(wù)員P3.3班級號+課程號+學(xué)年+學(xué)期2。數(shù)據(jù)存儲 表6. 2 P3中數(shù)據(jù)存儲的描述序號數(shù)據(jù)文件文件組成關(guān)鍵標(biāo)識組織1S2教學(xué)計劃信

14、息班級號+課程編號+開課學(xué)年+開課學(xué)期全部按開課學(xué)年,學(xué)期,班級降序2S3學(xué)生選課信息學(xué)號+課程編號+開課學(xué)年+開課學(xué)期全部按開課學(xué)年,學(xué)期,班級降序3S5課程數(shù)據(jù)清單課程編號+課程名稱+課程說明課程編號課程編號排序3。處理過程邏輯表6. 3 P3中處理過程邏輯的描述序號處理過程編號輸入輸出處理邏輯1查詢教學(xué)計劃P3.1 學(xué)生選課查詢請求+教學(xué)計劃數(shù)據(jù)針對的教學(xué)計劃針對選課請求進(jìn)行查詢2選課信息錄入P3.2針對的教學(xué)計劃學(xué)生課程選擇數(shù)據(jù)根據(jù)學(xué)生對應(yīng)的教學(xué)計劃選擇課程3選課信息查詢P3.3選課信息查詢+選課數(shù)據(jù)沒經(jīng)確認(rèn)的選課根據(jù)班級和課程號檢查對應(yīng)的未確認(rèn)的選課清單清單4選課信息確認(rèn)P3.4選課

15、審核+沒經(jīng)確認(rèn)的選課經(jīng)確認(rèn)的選課信息選擇選課清單進(jìn)行確認(rèn)4。數(shù)據(jù)項表6. 4 P3中數(shù)據(jù)項的說明序號數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)對象說明數(shù)據(jù)構(gòu)成1學(xué)號1英文|數(shù)字10入學(xué)年號+班級序號+順序號2選課時間4數(shù)字-2數(shù)字-2數(shù)字年+月+日3課程名稱1漢字|英文|數(shù)字204班級號1英文|數(shù)字65教師編號1英文|數(shù)字106開課學(xué)年4數(shù)字7開課學(xué)期1|26課程說明0漢字|英文|數(shù)字100英文=az|AZ數(shù)字=096.3 概念設(shè)計上述的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典共同構(gòu)成了對用戶需求的表達(dá)，它們是系統(tǒng)分析員(數(shù)據(jù)庫管理員)在需求調(diào)查過程中和用戶反復(fù)交互得到的。建設(shè)系統(tǒng)實際要處理的數(shù)據(jù)基本上已經(jīng)在數(shù)據(jù)流圖中得到體現(xiàn)，整個設(shè)計過程的后續(xù)

16、步驟提供基礎(chǔ)和依據(jù)。概念設(shè)計就是通過對需求分析階段所得到的信息需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個獨(dú)立于具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念模型，主要的手段為ER圖。在概念設(shè)計階段，主要采用的設(shè)計手段目前還是實體聯(lián)系模型(E-R Model)。繪制E-R圖的關(guān)鍵是確定E-R圖的各種結(jié)構(gòu)，包括實體、屬性和聯(lián)系。大部分的流行建模工具(Power Designer、Oracle Designer、ERwin等)也都包含了對E-R設(shè)計手段的支持。6.3.1 實體要建立系統(tǒng)的E-R模型的描述，需進(jìn)一步從數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典中提取系統(tǒng)所有的實體及其屬性。這種提出實體的指導(dǎo)原則如下： 屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項，即屬性中不能

17、包含其它的屬性或?qū)嶓w E-R圖中的關(guān)聯(lián)必須是實體之間的關(guān)聯(lián)，屬性不能和其它實體之間有關(guān)聯(lián)由前面分析得到的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典，可以抽象得到實體主要有5個：學(xué)生、教師、課程、院系、班級。(1) 學(xué)生實體屬性有：學(xué)號、姓名、出生年月、性別、電話、系編號。(2) 教師實體屬性有：教師編號、教師姓名、性別、職稱、出生年月、電話、電子郵件。(3) 課程實體屬性有：課程編號、課程名稱、課程學(xué)時、課程學(xué)分。(4) 院系實體屬性有：系編號、系名稱、負(fù)責(zé)人。(5) 班級實體屬性有：班級編號、班級名稱。6.3.2 系統(tǒng)局部E-R圖在需求分析階段我們采用的是自上而下的分析方法，那么要在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步作概念設(shè)計我們面臨

18、的是細(xì)化的分析數(shù)據(jù)流圖以及數(shù)據(jù)字典，分析得到實體及其屬性后，進(jìn)一步可分析各實體之間的聯(lián)系。學(xué)生實體和課程實體存在選修的聯(lián)系，一個學(xué)生可以選修多門課程，而每門課也可以被多個學(xué)生選修，所以它們之間是多對多的聯(lián)系(n:m),如圖6.6。教師實體和課程實體存在講授的聯(lián)系，一名教師可以講授多門課程，而每門課也可以被多個教師講授，所以它們之間是多對多的聯(lián)系(n:m),如圖6.9。學(xué)生實體和班級實體存在歸屬的聯(lián)系，一個學(xué)生只能屬于一個班級，而每個班級可以包含多個學(xué)生，所以班級和學(xué)生之間是一對多的聯(lián)系(1:n),如圖6.10。班級實體和系之間存在歸屬的聯(lián)系，一個班級只能屬于一個系，而每個系可以包含多個班級，所

19、以班級和系之間是一對多的聯(lián)系(1:n),如圖6.11。教師實體和系實體之間存在歸屬的聯(lián)系，一個教師只能屬于一個系，而每個系可以擁有多名教師，所以教師和系之間是一對多的聯(lián)系(1:n),如圖6.12，但是教師中會有一位充當(dāng)該系的主任(正)，可見教師和系之間也存在一種一對一的領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系(1:1),如圖6.12。圖6. 8 “學(xué)生-課程” 選課關(guān)系圖6. 9 “教師-課程”實體間的關(guān)系圖6. 10 “學(xué)生-班級”的組成關(guān)系圖6. 11 “班級-系”的屬于關(guān)系圖6. 12 “教師-系”實體間的關(guān)系6.3.3 系統(tǒng)全局E-R圖系統(tǒng)的局部E-R圖，僅反映系統(tǒng)局部實體之間的聯(lián)系，但無法反映系統(tǒng)在整體上實體間的相

20、互聯(lián)系。而對于一個比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)來說，這些局部的E-R圖往往有多人各自分析完成的，只反映局部的獨(dú)立應(yīng)用的狀況，在系統(tǒng)整體的運(yùn)作需要時，他們之間有可能存在重復(fù)的部分或沖突的情況，如實體的劃分、實體或?qū)傩缘拿灰恢碌龋瑢傩缘木唧w含義(包括數(shù)據(jù)類型以及取值范圍等不一致)問題，都可能造成上述提到的現(xiàn)象。為解決這些問題，必須理清系統(tǒng)在應(yīng)用環(huán)境中的具體語義，進(jìn)行綜合統(tǒng)一，通過調(diào)整消除那些問題，得到系統(tǒng)的全局E-R圖。從實際的情況以及上述的局部E-R圖我們可以得知，學(xué)生實際修學(xué)某門課時必須只能對應(yīng)一位老師的該門課。因此，可以使用一個聚集來表達(dá)學(xué)生參加實際授課課程的學(xué)習(xí)關(guān)系，會更加切合實際。各局部E-R

21、存在不少的重復(fù)的實體，經(jīng)過上述聚集分析和合并得到系統(tǒng)全局的E-R圖如圖6-13所示。該全局E-R圖基本上不存在關(guān)系的冗余狀況，因此它已經(jīng)是一個優(yōu)化的。圖6. 13 選課管理系統(tǒng)的全局ER圖6.4 邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計就是把E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，并對其進(jìn)行優(yōu)化。6.4.1 ER圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換在概念設(shè)計階段得到的數(shù)據(jù)模型，是獨(dú)立于具體DBMS產(chǎn)品的信息模型。在邏輯設(shè)計階段就是將這種模型進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為某一種（某些類）DBMS產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型。目前大部分的流行的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(SQL Server、Sybase 、Oracle、DB2等)基本上都是基于關(guān)系的數(shù)據(jù)模型，包括該系統(tǒng)將采用的SQL Ser

22、ver2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，因此，應(yīng)將概念設(shè)計階段的E-R圖模型轉(zhuǎn)化為關(guān)系數(shù)據(jù)模型。首先，課程實體以及他們的聯(lián)系。任課教師與課程之間的是多對多的聯(lián)系類型，因此，將任課教師、課程以及講授聯(lián)系分別設(shè)計成如下的關(guān)系模式：教師(教師編號,教師姓名,性別,職稱,電話,系編號)課程(課程編號,課程名稱,課程學(xué)分,課時)講授(教師編號，課程編號，課程編號，開課年度，開課學(xué)期)院系實體和班級之間是一對多的聯(lián)系類型，所以只要兩個關(guān)系模式就可表示，其中聯(lián)系可以放到班級的實體中：系(系編號、系名稱、系主任)班級(班級編號，班級名稱，系編號)班級實體和學(xué)生實體之間是一對多的聯(lián)系類型，所以也可以只使用兩個關(guān)系模式來表示。

23、由于“班級”關(guān)系模式在上面已經(jīng)給出，因此，只要再給出一個學(xué)生的關(guān)系模式，它們間的聯(lián)系則被放在該關(guān)系模式中：學(xué)生(學(xué)號，姓名，性別，出生年月，電話，班級編號)學(xué)生實體與講授是聚集方式的聯(lián)系類型，它們之間的關(guān)系是多對多的關(guān)系，可以使用如下關(guān)系模式來表示：學(xué)生選課(課程編號，學(xué)號，教師編號，開課年度，開課學(xué)期，成績)6.4.2 關(guān)系模式的規(guī)范及調(diào)整在提出關(guān)系模式后，我們必須在規(guī)范化和實際要求進(jìn)行優(yōu)化，這實際上是一個權(quán)衡的過程。如果設(shè)計沒有完全規(guī)范化，如可能用于決策支持(與需要大量更新的事務(wù)處理相對)的數(shù)據(jù)庫(如數(shù)據(jù)倉庫)則可能沒有冗余更新，而且可能對查詢更易于理解和更高效。不過，在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序內(nèi)，

24、未規(guī)范化的數(shù)據(jù)在設(shè)計過程更需要注意。一般的策略是以規(guī)范化設(shè)計為出發(fā)點(diǎn)，然后出于特定因素有條件地非規(guī)范化某些表,以達(dá)到系統(tǒng)總體的優(yōu)化目的。首先，需要我們確定上面建立的關(guān)系模式中的函數(shù)依賴，一般在作需求分析時就了解到一些數(shù)據(jù)項的依賴關(guān)系，如教師的編號決定了教師的姓名和其它的數(shù)據(jù)項信息，而實體間的聯(lián)系本身也是反映了一種函數(shù)依賴關(guān)系，但是這不是研究的對象，我們針對的是在一個關(guān)系模式中的函數(shù)依賴對象。其次，對上一步確立的所有函數(shù)依賴進(jìn)行檢查，判別是否存在部分函數(shù)依賴以及傳遞函數(shù)依賴，針對有的依賴通過投影分解，消除在一個關(guān)系模式中存在的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴。大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)只要滿足第三關(guān)系范式就可以

25、，這也是我們這里規(guī)范化的基本要求。由于需求分析階段的方法得當(dāng)，經(jīng)過簡單的分析可以看出，上述所有關(guān)系中每個數(shù)據(jù)項都是基本的，任何非主屬性都不存在對主碼的部分依賴，也不存在非主屬性存在著對主碼的傳遞依賴。可見，以上所有的關(guān)系模式都屬于3NF。在實際的應(yīng)用中，關(guān)系模式的規(guī)范化程度并不是越高越好，因為在關(guān)系模式的規(guī)范化提升過程中，必須進(jìn)行著將一個關(guān)系模式分解成為多個關(guān)系模式的過程。這樣，在以后執(zhí)行查詢時，如果需要相關(guān)的信息，就必須作多個表的連接方能達(dá)到查詢的目的，這無疑給系統(tǒng)增加一定的開銷，特別存在很多用戶同時訪問或者關(guān)系中存在許多元組等因素其負(fù)擔(dān)會越加明顯。為了兼顧性能的需要，在適當(dāng)?shù)臅r候可能需要對

26、相關(guān)程度比較高的一些關(guān)系模式進(jìn)行合并處理，或者在關(guān)系模式中增加相關(guān)程度比較高的屬性等。這是有可能選擇第二范式甚至第一范式。如果系統(tǒng)存在很多的元組數(shù)(記錄數(shù))，特別當(dāng)記錄達(dá)到百萬甚至千萬條記錄時，系統(tǒng)的查詢效率可能會受到明顯的影響，分析關(guān)系模式的特點(diǎn)，可以根據(jù)某些關(guān)鍵屬性不同將關(guān)系模式分解為多個關(guān)系模式，模式之間通過共同的主鍵一一對應(yīng)起來。前面設(shè)計出的教師、課程、班級、院系和學(xué)生等關(guān)系模式基本上是實際應(yīng)用中事物的直接對應(yīng)，一般不需要優(yōu)化。由于實際講授安排都是后于學(xué)生選課行為之后進(jìn)行的，因此“講授”關(guān)系模式盡管是單獨(dú)地放映了某一門課在某一個學(xué)期由某一個老師講授，而一門課在一個學(xué)期也可以有多個老師主

27、講，關(guān)鍵還在于老師的講課針對哪個(些)班級進(jìn)行?！笆谡n”關(guān)系的有關(guān)信息其實完全由課程學(xué)習(xí)關(guān)系模式中得到反映。所以可以合并“授課”到“課程學(xué)習(xí)”中去，實際上去除“授課” 關(guān)系模式便可。對于“課程學(xué)習(xí)”關(guān)系模式，在上述需求分析階段已經(jīng)指出，選課后和成績記錄后都需經(jīng)過教務(wù)員的審核確認(rèn)方生效，對應(yīng)需要增加審核信息屬性。因此，對于“課程學(xué)習(xí)”關(guān)系模式修改為：課程學(xué)習(xí)(課程編號，學(xué)號，教師編號，開課年度，開課學(xué)期，成績，課程審核，成績審核)。對于分析中提及的學(xué)生狀態(tài)處理(轉(zhuǎn)學(xué)、退學(xué)、休學(xué)或者畢業(yè)等的情況)，為了簡單化，不妨給關(guān)系模式增加一個“狀態(tài)”的屬性，成為：學(xué)生(學(xué)號，姓名，性別，出生年月，電話，班級

28、編號，狀態(tài))。為了滿足實際應(yīng)用對系統(tǒng)的系統(tǒng)要求，必須對使用系統(tǒng)的用戶如教師和學(xué)生增加登錄的驗證口令，因此需要在“教師”和“學(xué)生”的關(guān)系模式中增加口令屬性。自然地，如果根據(jù)其它的安全應(yīng)用要求，還可以設(shè)置學(xué)生的登錄地點(diǎn)如通過增加IP屬性來達(dá)到目的等。6.4.3 各個數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)設(shè)計在上述經(jīng)由E-R模型得到關(guān)系模式并且得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，我們可以結(jié)合在需求表述中數(shù)據(jù)字典包含的數(shù)據(jù)項信息，得到數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)。我們應(yīng)該根據(jù)6.4.1節(jié)的內(nèi)容，具體設(shè)計各個數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)，包括表名，表中各列的字段名、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度和表的主鍵和外鍵；還要考慮應(yīng)該建立哪些索引以及索引的類型。需要指出的是，考慮到系統(tǒng)的統(tǒng)一兼

29、顧如對數(shù)據(jù)庫管理員和后續(xù)軟件開發(fā)中對數(shù)據(jù)庫管理以及編程引用的便利，表名和字段名的命名應(yīng)該由表名的英文含義的詞語為主或以其縮寫字母構(gòu)成；同時要為各個表名和字段名作出完整的中文文檔說明。表6.1至表6.6給出了數(shù)據(jù)庫中各個數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)。表6. 5 數(shù)據(jù)庫中表清單數(shù)據(jù)庫表名關(guān)系模式名稱備注Teacher教師教師信息表Student學(xué)生學(xué)生學(xué)籍信息表Course課程課程基本信息表Class班級班級基本對照表StuCourse學(xué)生選課選課-授課合成信息表Department系院系基本信息表Schedule教學(xué)計劃教學(xué)計劃安排表表6. 6 學(xué)生信息表Student字段信息列表字段名稱含義屬性類型長度備注

30、Snum學(xué)號char10主鍵,也可以作為登錄標(biāo)識Sname學(xué)生姓名nvarchar6Not nullSsex性別nchar2男、女(M/F)Sbirth出生年月datetimeClnum班級號varchar6所在班級編號,外鍵àClasses.ClnumEmail電子郵件nvarchar40支持中文郵箱Passwd密碼varchar20密碼，可以是數(shù)字英文和符號等Status狀態(tài)nvarchar6表示在?；虍厴I(yè)或轉(zhuǎn)學(xué)等表6. 7 教師基本信息表Teacher字段信息列表字段名稱含義屬性類型長度備注Tnum教師編號char10主鍵,也可以作為登錄標(biāo)識Tname教師姓名nvarchar6

31、Not nullTsex性別nchar2男、女(M/F)Title職稱nvarchar6教授、副教授Tphone聯(lián)系電話char15Email電子郵件nvarchar40支持中文郵箱Tbirth出生年月datetimePasswd密碼varchar20密碼，可以是數(shù)字英文和符號等Dnum系編號varchar6外鍵àDepart.Dnum表6. 8 系基本信息表Depart字段信息列表字段名稱含義類型長度備注Dnum系編號varchar6主鍵Dname系名稱nvarchar10Not nullDirector系主任varchar10外鍵àTeacher.Tnum表6. 9 班

32、級信息表Classes字段信息列表字段名稱含義類型長度備注Clnum班級編號varchar6主鍵Cname班級名稱nvarchar10Not nullDesscription班級說明nvarchar100如專業(yè),本專科 Dnum系編號varchar6外鍵à Depart.Dnum表6. 10 課程基本信息Course字段信息列表字段名稱含義類型長度備注Cnum課程編號varchar10主鍵Cname課程名稱varchar20Not nullCredit學(xué)分numeric3,1Period課時int3表6. 11學(xué)生選課信息表StuCourse字段信息列表字段名稱含義類型長度備注Snu

33、m學(xué)號varchar10外建àStudent.SnumCnum課程編號varchar10外建àCourse.CnumTnum教師編號varchar10外建àTeacher.TnumYnum開課年度int4例如：2006Term開課學(xué)期int11|2Grade成績numeric4,10100注意考查課的數(shù)字化CAuditor選課審核者nvarchar6直接取其姓名Gauditor成績審核者nvarchar6直接取其姓名表6. 12教學(xué)計劃信息表Schedule字段信息列表字段名稱含義類型長度備注Cnum課程編號varchar10外建àCourse.Cnum

34、Clnum班級編號varchar6外建àClasses.ClnumYnum開課年度int4例如：2006Term開課學(xué)期int1如1|2針對一個學(xué)年只有兩個學(xué)期情形6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計任務(wù)，主要是將邏輯設(shè)計映射到存儲介質(zhì)上，利用可用的硬件和軟件條件能可靠地、高效地對數(shù)據(jù)進(jìn)行物理訪問和維護(hù)。存儲介質(zhì)及其存儲模式是任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵組件。數(shù)據(jù)庫的成功執(zhí)行通常需要在工程的前期階段精心設(shè)計。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的存儲設(shè)計在此數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中占了很大份量，其中主要考慮的內(nèi)容： 使用哪種類型的磁盤硬件，如 RAID（獨(dú)立磁盤冗余陣列）設(shè)備； 數(shù)據(jù)在磁盤上如何放置即數(shù)據(jù)的分配策略； 從

35、訪問性能的角度采用適當(dāng)?shù)乃饕夹g(shù)和設(shè)計具體的索引項； 以及基于特定數(shù)據(jù)庫有關(guān)的參數(shù)配置以使數(shù)據(jù)庫很好地運(yùn)行。6.5.1存儲介質(zhì)類型的選擇RAID（獨(dú)立磁盤冗余陣列）是由多個磁盤驅(qū)動器（一個陣列）組成的磁盤系統(tǒng)，可提供更高的性能、可靠性、存儲容量和更低的成本。容錯陣列分為從 0 到 5 共 6 個 RAID 等級。每個等級使用不同的算法實現(xiàn)容錯。SQL Server 一般使用 RAID 等級 0、1 和 5(注:RAID僅在Windows NT 4.0 、Windows 2000 及Windows 2003等系統(tǒng)上配合使用)。RAID0由于該等級使用數(shù)據(jù)分割技術(shù)(稱為條帶集)的磁盤文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)

36、分成塊并在陣列內(nèi)的所有磁盤中按固定順序展開。RAID 0 通過在多個磁盤內(nèi)的獨(dú)立而同時地數(shù)據(jù)的讀/寫操作,具備非常高的讀寫性能。但是這種組合方式和普通計算機(jī)上硬盤使用的模式一樣沒有任何容錯機(jī)制，如果一個磁盤發(fā)生故障，則需要的所有數(shù)據(jù)將不可訪問。因此關(guān)鍵數(shù)據(jù)不能安放在RAID0中。常用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)安裝技術(shù)是在 RAID 0 驅(qū)動器上配置數(shù)據(jù)庫，然后將事務(wù)日志放置在鏡像驅(qū)動器上 (RAID 1)。通過鏡像事務(wù)日志，可以為數(shù)據(jù)庫獲取最佳的磁盤 I/O 性能并維護(hù)數(shù)據(jù)可恢復(fù)性（假定執(zhí)行定期數(shù)據(jù)庫備份）。RAID1也稱為鏡像集的磁盤文件系統(tǒng)或稱磁盤鏡象系統(tǒng)。磁盤鏡像提供選定磁盤的冗余的、完全一樣

37、的復(fù)本。所有寫入主磁盤的數(shù)據(jù)均寫入鏡像磁盤。RAID 1提供容錯能力，如一個磁盤數(shù)據(jù)的損壞總是可以從另一個磁盤得到恢復(fù)。這種級別的RAID基本上能保證數(shù)據(jù)讀取的性能，但是由于在寫數(shù)據(jù)時需要將相同的數(shù)據(jù)同時寫到兩個硬盤上，因而RAID1會降低數(shù)據(jù)的寫性能。RAID5等級，也稱帶奇偶校驗的數(shù)據(jù)分割技術(shù)，是目前設(shè)計中常用的策略。該等級在陳列內(nèi)的磁盤中，將數(shù)據(jù)分成大塊，并在所有的磁盤中寫入奇偶校驗信息，數(shù)據(jù)冗余有這些奇偶信息提供。數(shù)據(jù)和奇偶信息排列在磁盤陣列上，而且兩者始終錯開存放在不同的磁盤上，所以RAID 5提供陣列上的所有數(shù)據(jù)冗余，在大多數(shù)情況下允許單個磁盤發(fā)生故障并被替換，而不會中斷系統(tǒng)運(yùn)行(

38、指所謂的熱插拔)。RAID 5提供的性能比 RAID 0 或 RAID 1 要低一些，但提供更高的可靠性和更快的恢復(fù)能力。相對RAID1，RAID5在同樣保證數(shù)據(jù)可靠性前提下，實現(xiàn)更高的性能和存儲量。RAID具體運(yùn)行控制機(jī)制主要分兩種,其一:磁盤的輸入/輸出操作在RAID內(nèi)置的電路中得到高效地處理，這種所謂硬件的RAID可以顯著地提高 I/O 性能；其二，基于操作系統(tǒng)的 RAID 使成本較低但要占用較長的處理器周期。當(dāng)成本是考慮因素之一而且需要冗余和高性能時，我們可以選擇Windows 2000 RAID-5 卷的解決方案，該系統(tǒng)啟用4個物理磁盤，為后面的數(shù)據(jù)分配中涉及的多文件存放提供條件。在

39、經(jīng)過前面幾節(jié)的分析和設(shè)計之后，就可以得到數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模式。創(chuàng)建學(xué)生選課管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。這一節(jié)給出了在SQL Server 2000中實現(xiàn)該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫關(guān)系模式(SQL DDL)。6.5.2 數(shù)據(jù)庫“學(xué)生選課”的建立SQL Server2000 使用一組操作系統(tǒng)文件映射數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)和對象（如表、存儲過程、觸發(fā)器和視圖）都存儲在下列三種文件類型的操作系統(tǒng)文件中： （1） 主文件 這些文件包含數(shù)據(jù)庫的啟動信息。主文件還用于存儲數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)庫都包含一個主文件。（2） 次要文件 這些文件含有不能置于主要數(shù)據(jù)文件中的所有數(shù)據(jù)。如果主文件足夠大，能夠容納數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)庫不需要

40、次要數(shù)據(jù)文件。有些數(shù)據(jù)庫可能非常大，因此需要多個次要數(shù)據(jù)文件，或可能在各自的磁盤驅(qū)動器上使用次要文件，以便在多個磁盤上存儲數(shù)據(jù)。其擴(kuò)展名一般為ndf。（3） 事務(wù)日志 這些文件包含用于恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的日志信息。每個數(shù)據(jù)庫必須至少有一個事務(wù)日志文件（但是可以有多個）。日志文件最小為 512 KB, 其擴(kuò)展名一般為ldf。創(chuàng)建簡單的一個數(shù)據(jù)庫demo時，可以只使用一個包含所有數(shù)據(jù)和對象的主文件和一個包含事務(wù)日志信息的日志文件。另一種情況是，創(chuàng)建更復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫 mis時，可以使用一個主文件和五個輔助文件，數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)和對象擴(kuò)展到所有的六個文件中，另外有四個日志文件包含事務(wù)日志信息。文件組允許對文件進(jìn)行

41、分組，以便于管理和數(shù)據(jù)的分配放置。例如，可以分別在三個硬盤驅(qū)動器上創(chuàng)建三個文件（Data1.ndf、Data2.ndf 和 Data3.ndf），并將這三個文件指派到文件組 fgroup1 中。然后，可以明確地在文件組 fgroup1 上創(chuàng)建一個表。對表中數(shù)據(jù)的查詢將分散到三個磁盤上，因而性能得以提高。在 RAID（獨(dú)立磁盤冗余陣列）上創(chuàng)建單個文件也可以獲得相同的性能改善。然而，文件和文件組使得我們可以在新磁盤上輕易地添加新文件。假定系統(tǒng)的邏輯盤C、D、E、F是對應(yīng)于RAID上的四個物理硬盤。我們將數(shù)據(jù)文件分成三個，主數(shù)據(jù)文件C:cssdatacsmain.mdf，兩個次數(shù)據(jù)文件分別為：主數(shù)據(jù)

42、文件D:cssdatacssecnd1.ndf和主數(shù)據(jù)文件E:cssdatacssecnd2.nmdf；日志文件F: cssdatacslog.ldf。首先，我們?yōu)橄到y(tǒng)開發(fā)的需要分別在C:、D、E、F上建立四個文件夾cssdata分別用于存放上述三個數(shù)據(jù)文件和一個日志文件。這樣系統(tǒng)由于可以對四個磁盤實現(xiàn)并行訪問而達(dá)到高效的讀寫效率。創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的語句如下：-創(chuàng)建學(xué)生選課管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫“學(xué)生選課”CREATE DATABASE 學(xué)生選課ONPrimary (NAME=css_Data1, FILENAME= 'C:cssdatacsmain.mdf '),(NAME=css_Da

43、ta2, FILENAME= 'D:cssdatacssecd1.ndf '),(NAME=css_Data3, FILENAME= 'E:cssdatacssecd2.ndf ')LOG ON (NAME=css_Log, FILENAME= 'F:cssdatacslog.ldf ')6.5.3 各個數(shù)據(jù)表(視圖)的建立建立數(shù)據(jù)庫“學(xué)生選課”中各個數(shù)據(jù)表的SQL語句如下：-創(chuàng)建系基本信息表DepartCREATE TABLE Depart( Dnum varchar(6) PRIMARY KEY, Dname nvarchar(10)not

44、null, Director varchar(10)-創(chuàng)建班級基本信息表Classes CREATE TABLE Classes( Clnum varchar(6) PRIMARY KEY, Clname nvarchar(10) not null, Dnum varchar(6), Bdate datetime, Description nvarchar(100),Constraint ClDnumFK foreign key(Dnum) References Depart(Dnum) )-創(chuàng)建學(xué)生基本信息表StudentCREATE TABLE Student( Snum varchar(

45、10) PRIMARY KEY, Sname nvarchar(6) not null, Ssex nchar(2), Sbirth datetime, Email nvarchar(40), Passwd varchar(20), Clnum varchar(6), Status nvarchar(6),-0:正常,1:畢業(yè),2:休學(xué),3:退學(xué),4:轉(zhuǎn)學(xué),5:其它 Constraint ClnumFK foreign key(Clnum) References Classes(Clnum), Constraint SSexchk Check(Ssex='男'or Ssex=&

46、#39;女')-創(chuàng)建教師基本信息表StudentCREATE TABLE Teacher(Tnum char(10) PRIMARY KEY, Tname nvarchar(6) not null, Tsex nchar(2), Tbirthdate datetime, Title nvarchar(6), Dnum varchar(6),Tphone char(15),Email nvarchar(40),Passwd nvarchar(20),Constraint TDnumFK foreign key(Dnum) References Depart(Dnum), Constrai

47、nt TSexchk Check(Tsex='男' or Tsex='女')-創(chuàng)建課程基本信息表CourseCREATE TABLE Course( Cnum varchar(10) PRIMARY KEY, Cname nvarchar(20) not null, Period int(3), Credit numeric(3,1)-創(chuàng)建教學(xué)計劃基本信息表ScheduleCREATE TABLE Schedule( Cnum varchar(10) FOREIGN KEY REFERENCES Course(Cnum), Clnum varchar(6) FO

48、REIGN KEY REFERENCES Classes(Clnum), Ynum int(4), Term int(1),)-創(chuàng)建學(xué)生選課基本信息表StuCourseCREATE TABLE StuCourse( Snum varchar(10) FOREIGN KEY REFERENCES Student(Snum), Cnum varchar(10) FOREIGN KEY REFERENCES Course(Cnum), Clnum varchar(6) FOREIGN KEY REFERENCES Classes(Clnum), Tnum char(10) FOREIGN KEY REFERENCES Teacher(Tnum), Ynum int(4), Term in