單元2設(shè)計數(shù)據(jù)庫引言學生信息管理是高校學生管理工作的重要組成部分。學生信息管理系統(tǒng)涉及學生從入學到畢業(yè)離校的整個過程中管理的方方面面，主要包括學生成績管理、學生住宿管理、學生助貸管理、學生任職管理、學生考勤管理、學生獎懲管理、學生就業(yè)管理等子系統(tǒng)。本教材教學案例和課堂練習采用學生信息管理系統(tǒng)中的學生成績管理子系統(tǒng)，拓展練習采用學生住宿管理子系統(tǒng)。為什么需要設(shè)計數(shù)據(jù)庫修建茅屋需要設(shè)計嗎？修建大廈需要設(shè)計嗎？結(jié)論：當數(shù)據(jù)庫比較復雜時我們需要設(shè)計數(shù)據(jù)庫為什么需要設(shè)計數(shù)據(jù)庫良好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計節(jié)省數(shù)據(jù)的存儲空間能夠保證數(shù)據(jù)的完整性方便進行數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)糟糕的數(shù)據(jù)庫設(shè)計：數(shù)據(jù)冗余、存儲空間浪費內(nèi)存空間浪費數(shù)據(jù)更新和插入的異常【學習任務】任務1需求分析任務2設(shè)計數(shù)據(jù)庫任務3確定表名和屬性名任務4選取字段數(shù)據(jù)類型【學習目標】理解學生成績管理系統(tǒng)和學生住宿管理系統(tǒng)的需求分析和關(guān)系模型；理解SQLServer支持的常用數(shù)據(jù)類型；能結(jié)合實際需求為表中字段選取合適數(shù)據(jù)類型。任務1任務1需求分析【任務提出】進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計首先必須明確了解與分析用戶需求（包括數(shù)據(jù)與處理），需求分析的結(jié)果是否準確地反映了用戶的實際要求，將直接影響到后面各個階段的設(shè)計，并影響到設(shè)計結(jié)果是否合理和實用。本任務要求完成學生成績管理系統(tǒng)和學生住宿管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需求分析。【任務分析】需求分析是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計中最困難一步，對于初學者較難實施。同時考慮到需求分析的具體介紹會在后續(xù)課程安排，這里略過。并簡單給出學生成績管理系統(tǒng)和學生住宿管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫需求分析結(jié)果。該任務要求學生仔細閱讀給出的簡單需求分析文檔，并在課后調(diào)查所在學校的實際學生管理情況，結(jié)合學校實際情況分析理解。【相關(guān)知識與技能】1．需求分析的主要任務需求分析的主要任務是調(diào)查、收集與分析用戶在數(shù)據(jù)管理中的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。2．需求分析的過程需求分析的過程大致分為3步：需求調(diào)查、分析整理、修改完善。【任務實施】1．學生成績管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需求分析2．學生住宿管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需求分析【任務總結(jié)】需求分析是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一步，主要任務是調(diào)查、收集與分析用戶在數(shù)據(jù)管理中的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。考慮到大家是初學者，以前沒有學習過數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)相關(guān)知識，所以設(shè)計的系統(tǒng)案例較簡單，使得大家容易入手。學習者可從本校實際學生管理情況出發(fā)對系統(tǒng)案例進行擴充。任務2任務2設(shè)計數(shù)據(jù)庫【任務提出】在需求分析階段數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員充分調(diào)查并描述了用戶的數(shù)據(jù)和處理需求，但這些需求還是現(xiàn)實世界的具體需求，要某一DBMS實現(xiàn)用戶的這些需求，需進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，將現(xiàn)實世界的具體需求抽象為信息世界的結(jié)構(gòu)并轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)據(jù)模型。本任務要求完成學生成績管理系統(tǒng)和學生住宿管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計。【任務分析】進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，須先理解數(shù)據(jù)庫設(shè)計相關(guān)知識及關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本概念。考慮到數(shù)據(jù)庫設(shè)計內(nèi)容對于初學者來說較難理解，這里簡要介紹，具體放在下學期詳細講解。【相關(guān)知識與技能】1．數(shù)據(jù)庫設(shè)計階段（1）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段該階段是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，任務是通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型。表示概念模型最常用的是實體－聯(lián)系方法(E-R方法)。（2）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段該階段的任務是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對其進行優(yōu)化。（3）數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段該階段的任務是為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最合適應用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)。【相關(guān)知識與技能】2．數(shù)據(jù)模型（1）為什么要建立數(shù)據(jù)模型首先，正如蓋大樓的設(shè)計圖一樣，數(shù)據(jù)模型可使所有的項目參與者都有一個共同的數(shù)據(jù)標準；其次，數(shù)據(jù)模型可以避免出現(xiàn)問題再解決（邊干邊改的方式）；第三，數(shù)據(jù)模型的使用可以及早發(fā)現(xiàn)問題；最后，可以加快開發(fā)速度。【相關(guān)知識與技能】（2）數(shù)據(jù)模型的分類1）概念數(shù)據(jù)模型簡稱概念模型，是面向數(shù)據(jù)庫用戶的現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)模型；與具體的DBMS無關(guān)。概念數(shù)據(jù)模型必須轉(zhuǎn)換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在DBMS中實現(xiàn)。2）邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型是用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的數(shù)據(jù)模型，是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取Ｆ渲谐霈F(xiàn)最早的是層次模型，而關(guān)系模型是目前最重要的一種模型。【相關(guān)知識與技能】（3）數(shù)據(jù)模型的三要素數(shù)據(jù)模型的組成要素有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)完整性約束。（4）關(guān)系模型1）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，稱為關(guān)系，它由行和列組成。2）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作操作主要包括查詢、插入、刪除、更新（修改）。3）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)完整性約束包括實體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。【相關(guān)知識與技能】3．關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本概念關(guān)系：一個關(guān)系對應于一張二維表。字段（屬性）：二維表（關(guān)系）的每一列稱為一個字段（屬性），每一列的標題稱為字段名（屬性名）。記錄（元組）：二維表（關(guān)系）的每一行稱為一條記錄（元組），記錄由若干個相關(guān)屬性值組成。【相關(guān)知識與技能】關(guān)系模式：是對關(guān)系的描述。一般表示為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）。如學生（學號，姓名，性別，出生年月）。關(guān)系數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)以“關(guān)系”的形式即表的形式存儲的數(shù)據(jù)庫。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，信息存放在二維表（關(guān)系）中，一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫可包含多個表。RDBMS：關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的簡稱，目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)如SQLServer2005等都是RDBMS。【相關(guān)知識與技能】4．關(guān)系的性質(zhì)（1）關(guān)系的每一個分量都必須是不分再分的數(shù)據(jù)項（2）關(guān)系中每一列中的值必須是同一類型的（3）不同列中的值可以是同一類型，不同的屬性列應有不同的屬性名（4）列的順序無所謂（5）行的順序無所謂（6）任意兩個元組不能完全相同【任務實施】1．學生成績管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計班級（班級編號，班級名稱，所在學院，所屬專業(yè)，入學年份）學生（學號，姓名，性別，出生年月，班級編號）課程（課程編號，課程名稱，課程學分，課程學時）成績（學號，課程編號，平時成績，期末成績）2．學生住宿管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計班級（班級編號，班級名稱，所在學院，所屬專業(yè)，入學年份）學生（學號，姓名，性別，出生年月，班級編號）宿舍（宿舍編號，樓棟，樓層，房間號，總床位數(shù)，宿舍類別，宿舍電話）入住（學號，宿舍編號，床位號，入住日期，離寢日期）衛(wèi)生檢查（檢查號，宿舍編號，檢查時間，檢查人員，成績，存在問題）【任務總結(jié)】數(shù)據(jù)庫需求分析階段的主要任務是確定在數(shù)據(jù)庫中存儲哪些數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)庫設(shè)計階段的主要任務是將需要的數(shù)據(jù)合理組織存儲到數(shù)據(jù)庫中。任務3任務3確定表名和屬性名【任務提出】數(shù)據(jù)庫各關(guān)系模式確定后，并不能直接進行數(shù)據(jù)庫實施，需先根據(jù)命名規(guī)范確定各關(guān)系的表名和屬性名，然后根據(jù)實際需求為各屬性選取合適數(shù)據(jù)類型，根據(jù)數(shù)據(jù)完整性要求定義各關(guān)系的完整性約束。本任務要求確定學生成績管理系統(tǒng)和學生住宿管理系統(tǒng)中各關(guān)系的表名和屬性名。【任務分析】表名和屬性名的命名不能隨心所欲，應規(guī)范命名。因為在數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和使用過程中涉及很多人員，如果隨意命名，不易溝通而且容易出錯。本任務先了解常見的命名規(guī)范，然后選擇通用的命名規(guī)范來進行命名。【相關(guān)知識與技能】1．常見的命名規(guī)范【相關(guān)知識與技能】2．PascalCase（帕斯卡法）在實際應用中，常使用PascalCase命名方法，它使用大小寫混合的單詞，將每個單詞的首字母大寫，然后把它們連接在一起，中間不使用分隔符。本書案例的命名規(guī)范采用PascalCase。命名的單詞一般采用英文單詞或英文單詞的縮寫，盡量避免使用拼音命名，英文單詞來自于具體業(yè)務定義，盡量表達清楚含義。【任務實施】1．確定學生成績管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的表名和屬性名（1）班級（班級編號，班級名稱，所在學院，所屬專業(yè)，入學年份）

Class（ClassNo，ClassName，College，Specialty，EnterYear）（2）學生（學號，姓名，性別，出生年月，班級編號）

Student（Sno，Sname，Sex，Birth，ClassNo）（3）課程（課程編號，課程名稱，課程學分，課程學時）

Course（Cno，Cname，Credit，ClassHour）（4）成績（學號，課程編號，平時成績，期末成績）

Score（Sno，Cno，Uscore，EndScore）【任務實施】2．確定學生住宿管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的表名和屬性名（1）班級（班級編號，班級名稱，所在學院，所屬專業(yè)，入學年份）Class（ClassNo，ClassName，College，Specialty，EnterYear）（2）學生（學號，姓名，性別，出生年月，班級編號）Student（Sno，Sname，Sex，Birth，ClassNo）（3）宿舍（宿舍編號，樓棟，樓層，房間號，總床位數(shù)，宿舍類別，宿舍電話）Dorm（DormNo，Build，Storey，RoomNo，BedsNum，DormType，Tel）（4）入住（學號，宿舍編號，床位號，入住日期，離寢日期）Live（Sno，DormNo，BedNo，InDate，OutDate）（5）衛(wèi)生檢查（檢查號，宿舍編號，檢查時間，檢查人員，成績，存在問題）CheckHealth（CheckNo，DormNo，CheckDate，CheckMan，Score，Problem）【任務總結(jié)】表名和屬性名必須按照命名規(guī)范來命名，切忌使用中文漢字命名。任務4任務4選取字段數(shù)據(jù)類型【任務提出】關(guān)系模型設(shè)計好后，接下來的工作是要根據(jù)實際采用的DBMS為各關(guān)系中的屬性（字段）選取合適數(shù)據(jù)類型，以保證數(shù)據(jù)能存儲到各關(guān)系中。本任務要求為學生成績管理系統(tǒng)和學生住宿管理系統(tǒng)的各關(guān)系中的屬性選取合適數(shù)據(jù)類型。【任務分析】不同的DBMS所支持的數(shù)據(jù)類型并不完全相同，而且與標準的SQL也有一定差異。本書采用的DBMS為SQLServer2005。為字段選取數(shù)據(jù)類型須先理解SQLServer2005支持的常用數(shù)據(jù)類型，然后根據(jù)實際需求為各關(guān)系字段選取合適數(shù)據(jù)類型。【相關(guān)知識與技能】1．數(shù)值型數(shù)據(jù)類型數(shù)值型數(shù)據(jù)包括整型、定點小數(shù)型和浮點型。定點小數(shù)型能精確指定小數(shù)點兩邊的位數(shù)，而浮點型只能近似地表示。【相關(guān)知識與技能】【相關(guān)知識與技能】2．字符型數(shù)據(jù)類型【相關(guān)知識與技能】3．日期時間型數(shù)據(jù)類型4．貨幣型數(shù)據(jù)類型有money數(shù)據(jù)類型和smallmoney數(shù)據(jù)類型。money和smallmoney被限定到小數(shù)點后4位。在實際應用中，經(jīng)常采用decimal數(shù)據(jù)類型代替貨幣數(shù)據(jù)類型。【任務實施】1．為學生成績管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的字段選取合適數(shù)據(jù)類型【例1】為Class表中的字段選取數(shù)據(jù)類型。【任務實施】【練習1】為Student表中的字段選取數(shù)據(jù)類型。Student（Sno，Sname，Sex，Birth，ClassNo）【練習2】為Course表中的字段選取數(shù)據(jù)類型。Course（Cno，Cname，Credit，ClassHour）【練習3】為Score表中的字段選取數(shù)據(jù)類型。Score（Sno，Cno，Uscore，EndScore）【任務總結(jié)】字段數(shù)據(jù)類型的選取非常關(guān)鍵，關(guān)系到實際使用中的數(shù)據(jù)能否存儲到數(shù)據(jù)庫表中，所以必須考慮全面，應遵循存儲空間夠用但不浪費的原則，同時要考慮到不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，字符數(shù)據(jù)盡量使用Unicode數(shù)據(jù)類型。【拓展知識】1．二進制數(shù)據(jù)類型【拓展知識】2．標識列標識列自動為表生成行號。列數(shù)據(jù)類型為bigbit、int、smallint、tinyint、numeric和decimal能夠成為標識列，一個表只能創(chuàng)建一個標識列。須同時指定標識增量和標識種子，或者兩者都不指定。默認值（1，1）。【拓展知識】3．特殊數(shù)據(jù)類型Uniqueidentifier標識列自動為表生成行號，但不同表的標識列可以生成相同的行號。如果應用程序需要生成在整個數(shù)據(jù)庫或