第5章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)施

第五章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)施

劉先鋒第一講：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述、

規(guī)劃、需求分析5.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指：在給定的應(yīng)用環(huán)境下，創(chuàng)建一個(gè)性能良好的能滿足不同用戶使用要求的，又能被選定的DBMS所接受的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)，是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)中的核心技術(shù)。5.1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的內(nèi)容與特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)兩個(gè)方面：結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)——數(shù)據(jù)庫框架和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行為特性設(shè)計(jì)——應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，如查詢、報(bào)表處理，一般由面向?qū)ο蟮某绦蚪o出用戶操作界面。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與行為設(shè)計(jì)要相互參照，它們組成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫工程。5.1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法新奧爾良方法分為四個(gè)階段：需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)。具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方法：如基于E—R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法（針對(duì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段），基于3NF的設(shè)計(jì)方法，基于抽象語法規(guī)范的設(shè)計(jì)方法。規(guī)范設(shè)計(jì)法分為兩種：手工設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（如OracleDesigner2000、RationalRose，它們可以幫助或者輔助設(shè)計(jì)人員完成數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中的很多任務(wù)）。圖5-1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程企業(yè)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析程序設(shè)計(jì)說明事務(wù)設(shè)計(jì)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)子模式設(shè)計(jì)邏輯模型設(shè)計(jì)加載測(cè)試數(shù)據(jù)程序調(diào)試考核性能功能分析能型功模能明功說投入運(yùn)行維護(hù)概念模型設(shè)計(jì)滿意YN5.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟三個(gè)階段：總體規(guī)劃，系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)。需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)施與維護(hù)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃數(shù)據(jù)庫規(guī)劃階段（總體目標(biāo)和技術(shù)路線，得出數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)項(xiàng)目的可行性分析報(bào)告；對(duì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的進(jìn)度和人員分工做出安排）需求分析階段（弄清用戶要求，是基礎(chǔ)。影響到數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的結(jié)果是否合理與實(shí)用）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段（獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)模型，獨(dú)立于特定的DBMS。它通過對(duì)用戶需求綜合、歸納抽象、形成獨(dú)立于具體DBMS的概念模型。是各用戶關(guān)心的系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu)，方便與用戶交流，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的第一層抽象）。現(xiàn)實(shí)世界（事物及其聯(lián)系）概念模型（實(shí)體及其聯(lián)系）數(shù)據(jù)模型（數(shù)據(jù)及其聯(lián)系）現(xiàn)實(shí)世界信息世界計(jì)算機(jī)世界圖5-3信息的三個(gè)世界5.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（續(xù)1）4．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段（轉(zhuǎn)換為某個(gè)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并進(jìn)行優(yōu)化）5．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段（設(shè)計(jì)一個(gè)在限定的軟、硬件條件和應(yīng)用環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行效率高的物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)）6．?dāng)?shù)據(jù)庫實(shí)施與維護(hù)階段（根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及物理設(shè)計(jì)的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進(jìn)行試運(yùn)行）5.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（續(xù)2）5.2數(shù)據(jù)庫規(guī)劃規(guī)劃過程：1．系統(tǒng)調(diào)查：調(diào)查，就是要搞清楚企業(yè)的組織層次，得到企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)圖。2．可行性分析：從經(jīng)濟(jì)、法律、技術(shù)等多方面進(jìn)行可行性論證分析，在此基礎(chǔ)上得到可行性報(bào)告。3．?dāng)?shù)據(jù)庫建設(shè)的總體目標(biāo)和數(shù)據(jù)庫建設(shè)的實(shí)施總安排5.3需求分析5.3.1需求分析的任務(wù)需求分析的任務(wù)是通過詳細(xì)調(diào)查現(xiàn)實(shí)世界要處理的對(duì)象（部門、企業(yè)）充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或老計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）工作概況，明確各用戶的各種需求，在此基礎(chǔ)上確定新的功能。新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅要考慮現(xiàn)時(shí)的需求還要為今后的擴(kuò)充和改變留有余地，要有一定的前瞻性。5.3.2需求分析的方法四步：1．調(diào)查組織機(jī)構(gòu)情況。2．調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動(dòng)情況。3．協(xié)助用戶明確對(duì)新系統(tǒng)的各種要求。4．對(duì)前面調(diào)查結(jié)果進(jìn)行初步分析，確定系統(tǒng)的邊界。調(diào)查方法：(1)跟班作業(yè)。(2)開調(diào)查會(huì)。(3)查閱檔案資料。(4)詢問。(5)設(shè)計(jì)調(diào)查用表請(qǐng)用戶填寫。5.3.3需求分析的步驟分析四步：分析用戶的活動(dòng)、確定新系統(tǒng)功能包括的范圍、分析用戶活動(dòng)所涉及的數(shù)據(jù)、分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)。1．分析用戶的活動(dòng)圖5-4圖書發(fā)行企業(yè)部分業(yè)務(wù)用戶活動(dòng)圖接受申請(qǐng)查圖書信息接受申請(qǐng)打印圖書目錄查詢圖書公布接受處理查書店信息請(qǐng)查圖書信息生成訂單計(jì)算賠款書店訂書交有關(guān)部門打印訂單2．確定系統(tǒng)的邊界在上述用戶活動(dòng)圖中確定計(jì)算機(jī)與人工分工的界線3．分析用戶活動(dòng)所涉及的數(shù)據(jù)在處理功能逐步分解的同時(shí)，他們所用的數(shù)據(jù)也逐級(jí)分解形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖。數(shù)據(jù)流圖（DFD，DataFlowDiagram）：從數(shù)據(jù)流的角度描述一個(gè)組織業(yè)務(wù)活動(dòng)的圖，從數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)加工兩方面來表達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作過程，是用戶和設(shè)計(jì)人員都能容易理解的一種表達(dá)系統(tǒng)功能的描述方式。用上面帶有名字的箭頭表示數(shù)據(jù)流，用標(biāo)有名字的圓圈表示數(shù)據(jù)的加工處理，用直線表示文件（離開文件的箭頭表示文件讀、指向文件的箭頭表示文件寫），用方框表示數(shù)據(jù)的源頭和終點(diǎn)。S1P1P2XYXZXF1圖5-5一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)流圖5.3.3需求分析的步驟（續(xù)1）查詢處理圖書查詢請(qǐng)求打印圖書數(shù)據(jù)圖書數(shù)據(jù)圖書查詢：（A）查詢圖書數(shù)據(jù)流圖圖書作者出版社（B）書店訂購(gòu)圖書處理數(shù)據(jù)流圖訂購(gòu)請(qǐng)求書店訂購(gòu)圖書：生成訂單書店訂單圖5-６圖書管理系統(tǒng)內(nèi)部用戶活動(dòng)圖對(duì)應(yīng)的各數(shù)據(jù)流圖圖書作者出版社5.3.3需求分析的步驟（續(xù)2）4．分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)字典（DD，DataDictionary）是進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集與分析所得到的主要成果，是對(duì)數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的所有數(shù)據(jù)元素給出邏輯定義和描述，也是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者與用戶交流的又一個(gè)有力工具，可以供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者，軟件開發(fā)者、系統(tǒng)維護(hù)者和用戶參照使用。四個(gè)部分：⑴數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)描述={數(shù)據(jù)項(xiàng)名，別名，數(shù)據(jù)項(xiàng)含義，數(shù)據(jù)類型，字節(jié)長(zhǎng)度，取值范圍，取值含義，與其它數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系}數(shù)據(jù)項(xiàng)名數(shù)據(jù)類型字節(jié)長(zhǎng)度圖書編號(hào)字符6書名字符80評(píng)論字符200出版社標(biāo)識(shí)字符4價(jià)格數(shù)字8出版日期日期8圖書類別字符125.3.3需求分析的步驟（續(xù)3）⑵數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件描述={數(shù)據(jù)文件名，組成數(shù)據(jù)文件的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)名，數(shù)據(jù)存取頻度，存取方式}如：圖書={組成：圖書編號(hào)、書名、評(píng)論、出版社標(biāo)識(shí)、價(jià)格、出版日期、圖書類別，存取頻度：M次/每天，存取方式：隨機(jī)存取}⑶數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流描述={數(shù)據(jù)流的名稱，組成數(shù)據(jù)流的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)名，數(shù)據(jù)流的來源，數(shù)據(jù)流的去向，平均流量，峰值流量}⑷數(shù)據(jù)加工處理數(shù)據(jù)加工處理描述={加工處理名，說明，輸入的數(shù)據(jù)流名，輸出的數(shù)據(jù)流名，處理要求}數(shù)據(jù)字典四部分（續(xù)）思考題：簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟。簡(jiǎn)述需求分析的基本步驟。什么是數(shù)據(jù)字典？它由哪幾部分組成？它在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用是什么？什么是數(shù)據(jù)流圖？它由哪幾部分組成？它在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用是什么？第二講：概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)回顧：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟三個(gè)階段：總體規(guī)劃，系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)。需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)施與維護(hù)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃5.4概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段就是將用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程。實(shí)體-聯(lián)系模型（E-R模型，EntityRelationshipModel）為該階段的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的工具。首先得到各局部應(yīng)用的局部E-R圖，然后將各局部E-R圖集成形成全局的E-R圖。5.4.1設(shè)計(jì)各局部應(yīng)用的E-R模型1.分解：分解成若干個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)局部應(yīng)用中的實(shí)體數(shù)不能超過9個(gè)。2.制圖：通過各局部應(yīng)用所涉及到的收集在數(shù)據(jù)字典中的數(shù)據(jù)，并參照數(shù)據(jù)流圖來標(biāo)定局部應(yīng)用中的實(shí)體、實(shí)體的屬性、實(shí)體的碼、實(shí)體間的聯(lián)系以及它們聯(lián)系的類型來完成局部E-R模型的設(shè)計(jì)。（B）書店訂購(gòu)圖書處理數(shù)據(jù)流圖訂購(gòu)請(qǐng)求書店訂購(gòu)圖書：生成訂單書店訂單圖5-６圖書管理系統(tǒng)內(nèi)部用戶活動(dòng)圖對(duì)應(yīng)的各數(shù)據(jù)流圖圖書

作者出版社5.4.1設(shè)計(jì)各局部應(yīng)用的E-R模型（續(xù)1）3.調(diào)整：總體原則是現(xiàn)實(shí)中的事物能做“屬性”處理的就不要做“實(shí)體”對(duì)待。決定事物作為屬性來對(duì)待的準(zhǔn)則:此事物不能再包含別的屬性此事物不能與其它實(shí)體發(fā)生聯(lián)系（聯(lián)系只能發(fā)生在實(shí)體之間）5.4.1設(shè)計(jì)各局部應(yīng)用的E-R模型（續(xù)1）圖5-7圖書書名出版日期標(biāo)識(shí)評(píng)論出版社標(biāo)識(shí)圖書類別價(jià)格作者標(biāo)識(shí)作者姓名作者簡(jiǎn)歷聯(lián)系電話通訊地址出版出版社出版社標(biāo)識(shí)賬號(hào)聯(lián)系人姓名出版社名稱作者編著作者序號(hào)mmn15.4.1設(shè)計(jì)各局部應(yīng)用的E-R模型（續(xù)2）n圖書書店訂購(gòu)訂購(gòu)數(shù)量訂購(gòu)日期訂單號(hào)m圖5-8書店標(biāo)識(shí)書店名稱所在城市地址5.4.2全局E-R模型的設(shè)計(jì)要求：①完整性和正確性：即整體E-R圖應(yīng)包含局部E-R圖所表達(dá)的所有語義，完整地表達(dá)與所有局部E-R圖中應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)。②最小化：系統(tǒng)中的對(duì)象原則上只出現(xiàn)一次。③易理解性：設(shè)計(jì)人員與用戶能夠容易理解集成后的全局E-R圖?；炯煞椒ǎ?.依次取出局部的E-R圖進(jìn)行集成通常是兩個(gè)關(guān)鍵的局部視圖先集成，當(dāng)然也可以一次集成多個(gè)局部E-R圖。消除各E-R圖中的沖突和不一致是工作的重點(diǎn)和關(guān)鍵所在。

沖突主要有三類：⑴屬性沖突：包括屬性域沖突和屬性取值單位沖突。⑵命名沖突：語義相同，命名不同；命名相同語義不同。⑶模型沖突：同一對(duì)象在不同的局部E-R模型中具有不同的抽象同一實(shí)體在不同的局部E-R模型中所包含的屬性個(gè)數(shù)和屬性排列順序不完全相同。實(shí)體之間的聯(lián)系在不同的局部E-R模型中具有不同的聯(lián)系類型。2．檢查集成后的E-R模型圖，消除模型中的冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系

在初步集成的E-R圖中，可能存在可由其它別的所謂基本數(shù)據(jù)和基本聯(lián)系導(dǎo)出的數(shù)據(jù)和聯(lián)系。冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系：能夠被導(dǎo)出的數(shù)據(jù)和聯(lián)系。危害：容易破壞數(shù)據(jù)的完整性，給數(shù)據(jù)的操作帶來困難和異常。有意冗余：適當(dāng)?shù)娜哂嗄芷鸬娇臻g換時(shí)間的效果（如：在工資管理中）集成后的全局E-R模型，如圖5-9所示（省略了部分實(shí)體的屬性）m圖書書店訂購(gòu)數(shù)量訂購(gòu)日期訂單號(hào)圖5-9出版社作者出版編著n1nnm5.5邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)：全局E-R圖轉(zhuǎn)換成DBMS支持的數(shù)據(jù)模型（層次、網(wǎng)狀、關(guān)系）。選DBMS方法：先選數(shù)據(jù)模型，再選支持該數(shù)據(jù)模型的DBMS。選DBMS因素：技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三步：①將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀或?qū)哟文Ｐ汀＂趯⑥D(zhuǎn)換來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換，變成合適的數(shù)據(jù)庫模式。③對(duì)模式進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。5.5.1E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則：⑴一個(gè)實(shí)體型就轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體名成為關(guān)系名，實(shí)體的屬性成為關(guān)系的屬性，實(shí)體的碼就是關(guān)系的碼。如圖9-9中：圖書（圖書標(biāo)識(shí)，出版社標(biāo)識(shí)，評(píng)論，價(jià)格，出版日期，圖書類別，書名）⑵對(duì)于一對(duì)一的聯(lián)系，可以將聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與聯(lián)系的任意一端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。⑶對(duì)于一對(duì)多的聯(lián)系，可以將聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與“多”端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。⑷對(duì)于多對(duì)多的聯(lián)系，必須將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式。新關(guān)系模式的鍵為各實(shí)體的鍵的組合。如：編著關(guān)系（圖書標(biāo)識(shí)，作者標(biāo)識(shí)，作者序號(hào)）訂購(gòu)關(guān)系（圖書標(biāo)識(shí)，書店標(biāo)識(shí)，訂購(gòu)日期，數(shù)量，訂單號(hào)）⑸對(duì)于三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體的多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系模式。與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的鍵及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換成新關(guān)系的屬性，新關(guān)系模式的鍵為各個(gè)實(shí)體的鍵的組合。⑹自聯(lián)系：可按上述的一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的情況分別加以處理（如職工中的領(lǐng)導(dǎo)和被領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系）⑺具有相同鍵的關(guān)系可以合并。5.5.2關(guān)系模型向特定的RDBMS的轉(zhuǎn)換依賴于機(jī)器，沒有一個(gè)通用的規(guī)則，轉(zhuǎn)換的主要依據(jù)是所選定的DBMS的功能及限制。5.5.3邏輯模式的優(yōu)化優(yōu)化是在性能預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。性能一般用三個(gè)（定性）指標(biāo)來衡量：?jiǎn)挝粫r(shí)間里所訪問的邏輯記錄個(gè)數(shù)的多少；單位時(shí)間里數(shù)據(jù)傳送量的多少；系統(tǒng)占用的存儲(chǔ)空間的多少。采用關(guān)系規(guī)范化理論和關(guān)系分解方法作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論指導(dǎo)方法：⑴確定數(shù)據(jù)依賴。⑵對(duì)各個(gè)關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。⑶對(duì)各關(guān)系模式進(jìn)行分析，考察是否存在部分依賴、傳遞依賴、多值依賴，確定范式。在工程中3NF、BCNF應(yīng)用得最廣泛。⑷模式對(duì)于這樣的應(yīng)用環(huán)境是否合適，確定是否要對(duì)某些模式進(jìn)行合并和分解。現(xiàn)狀：現(xiàn)實(shí)世界并不總是依從于某一完美的數(shù)學(xué)化的關(guān)系模式缺點(diǎn)：系統(tǒng)進(jìn)行連接運(yùn)算，大量的I/O操作使得連接的代價(jià)相當(dāng)高，造成低效率，但非BCNF模式存在更新異常和冗余。原則：需要權(quán)衡響應(yīng)時(shí)間和潛在的問題的利弊⑸必要的分解，提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲(chǔ)空間的利用率（水平分解、垂直分解）水平分解：把關(guān)系的元組分成若干個(gè)子集，定義每個(gè)集合為一個(gè)子關(guān)系。垂直分解：把關(guān)系模式的屬性分解成若干個(gè)子集，形成若干個(gè)子關(guān)系模式。⑹有時(shí)為了減少重復(fù)數(shù)據(jù)所占的存儲(chǔ)空間，可以采用假屬性的辦法（如代碼化）。5.5.4外模式的設(shè)計(jì)外模式是用戶看到的數(shù)據(jù)模式，各類用戶有各自的外模式。可以利用一部分基表再加上按需為用戶定制的視圖就構(gòu)成了用戶的外模式。外模式給我們帶來了以下便利：⑴提供一定的邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性⑵更好地適應(yīng)不同用戶對(duì)數(shù)據(jù)的需求⑶有利于數(shù)據(jù)的保密在設(shè)計(jì)用戶外模式時(shí)，我們更注重用戶的個(gè)別差異，如注重考慮用戶的習(xí)慣和方便，包括：⑴使用符合用戶習(xí)慣的別名。⑵針對(duì)不同級(jí)別的用戶定義不同的外模式，以保證系統(tǒng)的安全性要求。⑶簡(jiǎn)化用戶對(duì)系統(tǒng)的使用思考題什么是“物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，“邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”？怎樣決定一個(gè)事物是作為“屬性”還是作為“實(shí)體”對(duì)待？并舉例說明。如果無太大的差別時(shí)，應(yīng)按什么原則？在將局部E-R圖合并成全局E-R圖時(shí)，應(yīng)消除哪些沖突？試述E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型的一般規(guī)則。衡量數(shù)據(jù)庫性能常用哪些指標(biāo)？試述關(guān)系模式的優(yōu)化的理論基礎(chǔ)及具體作法。各種常用范式：設(shè)R是一個(gè)關(guān)系模式，如果R的每個(gè)屬性的值域都是不可分割的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合，則稱這個(gè)模式為第一范式關(guān)系模式，記為1NF。若關(guān)系模式R是第一范式，而且每一個(gè)非主屬性都完全函數(shù)依賴于R的鍵，則稱R為第二范式的關(guān)系模式，記為2NF。設(shè)關(guān)系模式R是2NF，而且它的任何一個(gè)非鍵屬性都不傳遞依賴于任何候選鍵，則R稱為第三范式的關(guān)系模式，記為3NF。增強(qiáng)型第三范式的定義設(shè)關(guān)系模式R是1NF，如果對(duì)于R的每個(gè)函數(shù)依賴X→Y且YX時(shí)，X必為候選鍵，則R是BCNF。第三講：物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與數(shù)據(jù)庫維護(hù)5.6物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先是確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，然后是對(duì)所設(shè)計(jì)的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。5.6.1數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法關(guān)系數(shù)據(jù)庫的物理模型的設(shè)計(jì)相對(duì)于其它模型是較為簡(jiǎn)單的。為確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，必須了解下面的幾個(gè)問題：⑴了解給定的DBMS的功能和特點(diǎn)，特別是系統(tǒng)提供的存取方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。⑵熟悉系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，了解所設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)中各部分的重要程度、處理頻率及對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求。設(shè)計(jì)目標(biāo)：滿足主要應(yīng)用的性能要求。對(duì)于數(shù)據(jù)庫的查詢事務(wù)，需要得到如下信息：①查詢的關(guān)系②查詢條件所涉及的屬性③連接條件所涉及的屬性④查詢的投影屬性對(duì)于事務(wù)更新需要得到如下信息：①被更新的關(guān)系②每個(gè)關(guān)系上的更新操作條件所涉及的屬性③修改操作要改變的屬性值5.6.1數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法（續(xù)1）⑶

了解外存設(shè)備的特性。如分塊原則、分塊的大小、設(shè)備的I/O特性等，因?yàn)槲锢斫Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要通過外存設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。通常對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)而言，物理設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：①為關(guān)系模式選取存取方法②設(shè)計(jì)關(guān)系、索引等數(shù)據(jù)庫文件的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)5.6.2關(guān)系模式存取方法選擇在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，選取存取路徑主要是確定如何建立索引。1．索引存取方法的選擇面臨的困難——確定對(duì)關(guān)系的哪些屬性列建立索引，哪些建立組合索引，哪些建立唯一索引等。索引選擇是數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的基本問題之一，也是較為困難的：⑴數(shù)據(jù)庫中的各個(gè)關(guān)系表不是相互孤立的，要考慮相互之間的影響。⑵在數(shù)據(jù)庫中有多個(gè)關(guān)系表存在，在設(shè)計(jì)索引時(shí)不僅要考慮關(guān)系在單獨(dú)參與操作時(shí)的代價(jià)，還要考慮它在參與連接操作時(shí)的代價(jià)。⑶索引的解空間太大，即可能的索引組合情況太大。⑷訪問路徑與DBMS的優(yōu)化策略有關(guān)。⑸設(shè)計(jì)目標(biāo)復(fù)雜：目標(biāo)是要減少CPU的代價(jià)、I/O代價(jià)、存儲(chǔ)代價(jià)⑹代價(jià)的估算比較困難在手工設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)原則和需求說明來選擇方案，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具中，也是先根據(jù)一般的原則和需求確定索引選擇范圍，再用簡(jiǎn)化的代價(jià)比較法來選擇所謂的最優(yōu)方案。2．普通索引的選取原則：凡是滿足下列條件之一，可以考慮建立在有關(guān)屬性上索引：⑴主鍵和外鍵上一般建立索引。這樣做的好處有：①有利于主鍵唯一性的檢查。②有助于引用完整性約束檢查。③可以加快以主鍵和外鍵作為連接條件屬性的連接操作。⑵如果一個(gè)（或一組）屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)。⑶如果一個(gè)屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)⑷如果一個(gè)（或一組）屬性常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)⑸對(duì)于以讀為主或只讀的關(guān)系表，只要需要且存儲(chǔ)空間允許，可以多建索引。凡是滿足下列條件之一的屬性或表，不宜建立索引⑴不出現(xiàn)或很少出現(xiàn)在查詢條件中的屬性⑵屬性值可能取值的個(gè)數(shù)很少的屬性。⑶屬性值分布嚴(yán)重不均的屬性。⑷經(jīng)常更新的屬性和表。⑸屬性的值過長(zhǎng)。⑹太小的表。注：非聚簇索引需要大量的硬盤空間和內(nèi)存，另外在提高查詢速度的同時(shí)會(huì)降低向表中插入數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)的速度。3．聚簇索引的選取聚簇——把某個(gè)屬性或?qū)傩越M（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中在一個(gè)物理塊內(nèi)或物理上相鄰的區(qū)域內(nèi)，以提高某些數(shù)據(jù)的訪問速度。聚簇索引可以大大提高按聚簇碼進(jìn)行查詢的效率。聚簇功能不但適用于單個(gè)關(guān)系，也適用于經(jīng)常進(jìn)行連接操作的多個(gè)關(guān)系，大大提高連接操作的效率。一個(gè)關(guān)系中只能加入一個(gè)聚簇建立聚簇索引原則：⑴對(duì)經(jīng)常在一起進(jìn)行連接操作的關(guān)系可以建立聚簇。⑵一個(gè)關(guān)系的一個(gè)（或一組）屬性上的值重復(fù)率很高，則此關(guān)系可建立聚簇索引。⑶一個(gè)關(guān)系的一組屬性經(jīng)常出現(xiàn)在相等比較條件中，則該單個(gè)關(guān)系可建立聚簇索引。在建立聚簇后，應(yīng)檢查候選聚簇中的關(guān)系，取消其中不必要的關(guān)系①?gòu)木鄞刂袆h除經(jīng)常進(jìn)行全表掃描的關(guān)系。②從聚簇中刪除更新操作遠(yuǎn)多于連接操作的關(guān)系。③不同的聚簇中可能包含相同的關(guān)系，一個(gè)關(guān)系可以在某一個(gè)聚簇中，但不能同時(shí)在多個(gè)聚簇中。注意：聚簇只能提高某些應(yīng)用的性能，而建立與維護(hù)聚簇的開銷也是相當(dāng)大的。5.6.3確定系統(tǒng)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)確定數(shù)據(jù)的存放位置和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)要綜合考慮存?。簳r(shí)間、存儲(chǔ)空間利用率和維護(hù)代價(jià)三個(gè)方面。1．確定數(shù)據(jù)的存放位置將數(shù)據(jù)的易變部分和穩(wěn)定部分、經(jīng)常存取部分和不經(jīng)常存取的部分分開存放，可以放在不同的關(guān)系表中或放在不同的外存空間等。應(yīng)遵守以下原則：⑴減少訪問磁盤時(shí)的沖突，提高I/O的并行性⑵分散熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，均衡I/O負(fù)載⑶保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的快速訪問，緩解系統(tǒng)的瓶頸2．確定系統(tǒng)的配置參數(shù)參數(shù)包括：同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫用戶的個(gè)數(shù)，同時(shí)打開數(shù)據(jù)庫對(duì)象數(shù)，緩沖區(qū)大小和個(gè)數(shù)，物理塊的大小，數(shù)據(jù)庫的大小，數(shù)據(jù)增長(zhǎng)率的設(shè)置等。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)還要根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況做進(jìn)一步的調(diào)整，以期達(dá)到較佳的系統(tǒng)性能。5.6.4評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu)在物理設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員要考慮的因素很多，如時(shí)間和空間的效率、維護(hù)代價(jià)和各種用戶的要求，在綜合考慮的基礎(chǔ)上會(huì)產(chǎn)生多種方案，在對(duì)這些方案進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，從中選取一個(gè)較優(yōu)的方案作為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。評(píng)價(jià)物理數(shù)據(jù)庫的方法完全依賴于所選定的DBMS，主要是從定量估算各種方案的存取時(shí)間、存儲(chǔ)空間和維護(hù)代價(jià)著手，對(duì)估算的結(jié)果進(jìn)行權(quán)衡和比較，從中選取一個(gè)較優(yōu)的合理物理結(jié)構(gòu)。如果該系統(tǒng)不符合用戶的需求，則需要修改設(shè)計(jì)。5.7數(shù)據(jù)庫的實(shí)施和維護(hù)5.7.1數(shù)據(jù)庫的實(shí)施步驟：1．定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)2．?dāng)?shù)據(jù)的載入數(shù)據(jù)入庫操作步驟：⑴篩選數(shù)據(jù)⑵輸入數(shù)據(jù)⑶檢驗(yàn)數(shù)據(jù)3．應(yīng)用程序的編碼與調(diào)試5.7.2數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行包括下列內(nèi)容：⑴功能測(cè)試⑵性能測(cè)試組織數(shù)據(jù)入庫策略：⑴要采取分批輸入數(shù)據(jù)的方法⑵首先調(diào)試好系統(tǒng)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)功能并對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)做好備份工作5.7.3數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行和維護(hù)維護(hù)工作主要由DBA完成，具體內(nèi)容：1.日常維護(hù)2.定期維護(hù)3.故障維護(hù)具體的作法是：⑴建立日志文件，每當(dāng)發(fā)生增、刪、改時(shí)就自動(dòng)將要處理的原始記錄加載到日志文件中。⑵建立復(fù)制副本用以恢復(fù)。思考題物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及其一般原則。試述普通索引選擇的一般原則。哪些情況不宜建立索引？試述聚簇索引選擇的一般原則。數(shù)據(jù)庫維護(hù)工作主要包括哪些？什么是數(shù)據(jù)庫的再組織和重構(gòu)造？第四講：數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的結(jié)構(gòu)

和開發(fā)環(huán)境ODBC5.8.1數(shù)據(jù)庫應(yīng)用模型數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序按功能分成三個(gè)部分：用戶界面、事務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用模型——數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中的界面表示層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、業(yè)務(wù)處理層和網(wǎng)絡(luò)通信之間的布局與分布關(guān)系。1．單層應(yīng)用模型應(yīng)用程序沒有將用戶界面、事務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)存取分開。2．兩層應(yīng)用模型好處：通過允許多用戶同時(shí)存取相同的數(shù)據(jù)，來自一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)更新可立即被連接到服務(wù)器上的所有用戶訪問。缺點(diǎn)：當(dāng)客戶端的數(shù)目增加時(shí)，服務(wù)器端的負(fù)載會(huì)逐漸加大，直到系統(tǒng)承受不了眾多的客戶請(qǐng)求而崩潰；任何改動(dòng)都將是費(fèi)錢、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的。客戶/服務(wù)器Client/Server模型，幾種形式：用戶界面用戶界面業(yè)務(wù)邏輯業(yè)務(wù)邏輯2數(shù)據(jù)存取用戶界面業(yè)務(wù)邏輯1業(yè)務(wù)邏輯數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)存取客戶端服務(wù)器端多層應(yīng)用模型優(yōu)點(diǎn)：客戶端程序不能直接直接存取數(shù)據(jù)，從而為數(shù)據(jù)的安全性和完整性帶來保障。應(yīng)用系統(tǒng)的每一個(gè)部分都可以被單獨(dú)修改而不會(huì)影響到另外兩個(gè)部分各應(yīng)用層并不一定要分布在網(wǎng)絡(luò)上不同機(jī)器的物理位置上。為應(yīng)用程序的生命周期帶來諸多好處：可復(fù)用性、適應(yīng)性、易管理性、可維護(hù)性、可伸縮性。客戶端應(yīng)用程序更為小巧，一般管理費(fèi)用降低，但通信量會(huì)大大增加。數(shù)據(jù)商業(yè)規(guī)則客戶1數(shù)據(jù)庫服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器客戶2客戶3B/S結(jié)構(gòu)的三個(gè)部分⑴客戶機(jī)⑵服務(wù)器⑶連接件，如：開放的數(shù)據(jù)庫連接ODBC、JDBC等客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)模型技術(shù)特征：①功能分離。服務(wù)器是服務(wù)提供者，客戶機(jī)是服務(wù)消費(fèi)者。②資源共享。一個(gè)服務(wù)器可以同時(shí)為多個(gè)客戶機(jī)提供服務(wù)。③定位透明。服務(wù)器可以駐留在與客戶機(jī)相同或不同的處理器上，需要時(shí)，C/S平臺(tái)可通過重新定向服務(wù)來掩蓋服務(wù)器位置。④服務(wù)封裝?？蛻魴C(jī)只需知道服務(wù)器接口，不必了解邏輯。⑤可擴(kuò)展性。支持水平和垂直擴(kuò)展。5.8.2數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)環(huán)境ODBC1.ODBC編程接口概述四個(gè)部分：⑴應(yīng)用程序（Application）應(yīng)用程序負(fù)責(zé)處理和調(diào)用ODBC函數(shù)。其主要任務(wù)如下：①連接數(shù)據(jù)庫②提交SQL語句給數(shù)據(jù)庫③檢索結(jié)果并處理錯(cuò)誤④提交或回滾SQL語句的事務(wù)⑤斷開與數(shù)據(jù)庫的連接⑵驅(qū)動(dòng)程序管理器（DriverManager）⑶驅(qū)動(dòng)程序⑷數(shù)據(jù)源（DataSource）程序開發(fā)者只要調(diào)用ODBCAPI和SQL語句，至于數(shù)據(jù)的底層操作則由不同類型的數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)程序來完成。ODBC體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序驅(qū)動(dòng)程序管理器ODBC驅(qū)動(dòng)程序1ODBC驅(qū)動(dòng)程序2ODBC驅(qū)動(dòng)程序3數(shù)據(jù)源1數(shù)據(jù)源2數(shù)據(jù)源3數(shù)據(jù)源NODBC驅(qū)動(dòng)程序N客戶端服務(wù)器端2．ODBC數(shù)據(jù)源的配置⑴在控制面板中，“管理工具”“數(shù)據(jù)源（ODBC）”打開“ODBC數(shù)據(jù)源管理器”各選項(xiàng)卡的功能介紹如下：①用戶DSN顯示當(dāng)前登陸用戶使用的數(shù)據(jù)源清單②系統(tǒng)DSN顯示可以由系統(tǒng)中全部用戶使用的數(shù)據(jù)源清單③文件DSN顯示了允許連接到一個(gè)文件提供程序的數(shù)據(jù)源清單。它們可以在所有安裝了相同驅(qū)動(dòng)程序的用戶中被共享。④驅(qū)動(dòng)程序顯示所有已經(jīng)安裝了的驅(qū)動(dòng)程序。⑤跟蹤允許跟蹤某個(gè)給定的ODBC驅(qū)動(dòng)程序的所有活動(dòng)，并記錄到日志文件。⑥連接池用來設(shè)置連接ODBC驅(qū)動(dòng)程序的等待時(shí)間⑦關(guān)于顯示有關(guān)ODBC核心組件的信息。⑵“系統(tǒng)DSN”“添加”“創(chuàng)建數(shù)據(jù)源”在“名稱”列表框中選驅(qū)動(dòng)程序，如SQLServer（這時(shí)創(chuàng)建SQLServer數(shù)據(jù)源）。2．ODBC數(shù)據(jù)源的配置（續(xù)1）⑶單擊“完成”按鈕，打開“建立新的數(shù)據(jù)源到SQLServer”對(duì)話框，。在名稱文本框中填寫數(shù)據(jù)源的名稱如test，在“服務(wù)器”下拉列表中選要連接到的服務(wù)器。⑷單擊“下一步”按鈕，選擇驗(yàn)證模式。⑸單擊“下一步”按鈕，選擇連接的默認(rèn)數(shù)據(jù)庫。⑹單擊“下一步”按鈕，系統(tǒng)提示用戶設(shè)置驅(qū)動(dòng)程序使用的語言、字符集區(qū)域和日志文件等。⑺單擊“完成”，出現(xiàn)“ODBCMicrosoftSQLServer安裝”，單擊“測(cè)試數(shù)據(jù)源”按鈕，測(cè)試數(shù)據(jù)源是否正確。若顯示測(cè)試成功的消息，單擊確定按鈕回到“ODBCMicrosoftSQLServer安裝”對(duì)話框。⑻單擊“確定”按鈕，即創(chuàng)建了一個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源test。3．ODBC接口函數(shù)ODBC接口函數(shù)按照它們的作用可以分成如下七組：·分配和釋放環(huán)境句柄、連接句柄、語句句柄·連接·執(zhí)行SQL語句·接收結(jié)果·事務(wù)控制·錯(cuò)誤處理和其他雜項(xiàng)ODBC接口函數(shù)分組⑴分配和釋放這一組函數(shù)用于分配必要的句柄：連接句柄、環(huán)境句柄和語句句柄。環(huán)境句柄定義一個(gè)數(shù)據(jù)庫環(huán)境，連接句柄定義一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接，語句句柄定義一條SQL語句。ODBC環(huán)境句柄是其它所有ODBC資源句柄的父句柄。釋放函數(shù)用于釋放各種句柄以及與每個(gè)句柄相關(guān)聯(lián)的內(nèi)存。如SQLAllocEnv函數(shù)用于獲取ODBC環(huán)境句柄。⑵連接利用這些函數(shù)，用戶能夠與服務(wù)器建立連接，如SQLConnect。⑶執(zhí)行SQL語句用戶對(duì)ODBC數(shù)據(jù)源的存取操作，都是通過SQL語句來實(shí)現(xiàn)