第二章數據庫設計概述22.1數據庫系統的組成 2.2數據庫系統的三級模式結構 2.3數據庫設計概述 2.4數據庫需求分析 2.5數據庫的概念設計 2.6數據庫的邏輯設計 2.7數據庫的物理設計 2.8數據庫的實施、運行與維護 2.9數據庫設計案例第二章數據庫設計概述32.1數據庫系統的組成1.數據庫（DataBase，簡稱DB）：是在數據庫管理系統的集中控制之下，按一定的組織方式存儲起來的、相互關聯的數據的集合。2.數據庫管理系統:(DatabaseManagementSystem，DBMS)組織與存儲數據維護與獲取數據常用數據庫管理系統：

Oracle、DB2、Sybase、MySQL、Access、SQLServer等

42.1數據庫系統的組成3.數據庫應用系統（DatabaseApplicationSystem，DBAS）:是基于數據庫所建立的應用；它通常包含一組應用程序。

52.1數據庫系統的組成4.數據庫系統DBS(DataBaseSystem):組成：數據庫數據庫管理系統數據庫應用系統計算機軟硬件設計、實現、使用、維護這些系統的人員數據庫系統的組成62.2

數據庫系統的三級模式結構為了有效地組織和管理數據，提高數據庫數據的邏輯獨立性和物理獨立性，人們為數據庫設計了一個嚴謹的體系結構，這就是數據庫的三級模式結構，即：外模式、模式和內模式。7數據庫的三級模式結構應用1外模式/模式映射模式/內模式映射外模式-用戶級模式-概念級內模式-物理級數據庫內模式模式應用2…應用n外模式1外模式m外模式1…全局視圖存儲視圖用戶視圖2.2 數據庫系統的三級模式結構8模式（也稱邏輯模式或概念模式）數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述所有用戶的公共數據視圖，綜合了所有用戶的需求一個數據庫只有一個模式概念模式/邏輯模式/模式外模式/子模式/用戶模式外模式（也稱子模式或用戶模式）數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部數據的邏輯結構和特征的描述數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示外模式的地位：介于概念模式與應用之間概念模式與外模式的關系：一對多外模式與應用的關系：一對多外模式的用途保證數據庫安全性每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數據內模式/存儲模式內模式（也稱存儲模式）是數據物理結構和存儲方式的描述是數據在數據庫內部的表示方式一個數據庫只有一個內模式11三級模式間的關系DBMS在三級模式之間提供了二級映射功能，保證了數據庫系統中的數據能夠具有較高的邏輯獨立性與物理獨立性。外模式/模式映射模式/內模式映射保證了數據與程序間的邏輯獨立性確保了數據的物理獨立性12三級模式-示例132.3

數據庫設計概述數據庫設計的方法數據庫設計的基本步驟 數據建模142.3.1數據庫設計的方法新奧爾良方法。基于E-R模型的數據庫設計方法。基于3范式（3NF）的數據庫設計方法。ODL（ObjectDefinitionLanguage）方法。152.3.2數據庫設計的基本步驟數據庫設計過程一般包括：(1)需求分析(2)概念設計(3)邏輯設計(4)物理設計(5)實施(6)運行及維護16現實世界事物特征全體關聯計算機世界數據項記錄文件數據模型信息世界實體屬性實體集聯系概念模型數據模型三個世界-數據處理的三個階段2.3.3數據建模17概念模型對數據進行綜合、抽象和歸納，構建信息世界的概念模型數據模型將信息世界的概念模型轉換為計算機世界的數據模型。兩級抽象的建模過程概念模型與數據模型是對客觀事物及其聯系的兩級抽象描述，概念模型是基礎，數據模型由概念模型導出18不同階段所需創建的模型（1）需求分析（2）概念設計-建立概念模型（3）邏輯設計-建立邏輯數據模型（4）物理設計-在此過程中還會建立物理數據模型（5）實施（6）運行及維護192.4數據庫需求分析2.4.1需求分析的任務信息要求處理要求安全性要求完整性要求202.4數據庫需求分析2.4.2

需求分析的方法（1）調查組織機構情況。（2）調查各部門的業務活動情況。（3）在熟悉了業務活動的基礎上，協助用戶明確各種要求。（4）確定應用系統的邊界。212.5數據庫的概念設計概念模型E-R圖222.5.1概念模型實體：客觀存在并可相互區分的事物,可為抽象事物。屬性：實體或聯系所具有的特性。碼（關鍵字）：唯一標識實體的屬性（集）。域：某個屬性的取值范圍。概念模型按用戶的觀點來對數據和信息建模。描述現實世界的概念化結構。232.5.1概念模型實體型和實體值實體型就是實體的結構描述，通常是實體名和性名的集合。學院（學院編號，學院名稱，學院電話，學院地址）實體值就是一個具體的實體，它是屬性值的集合。（'01'，'生命學院'，，'東11-8樓'）實體集:由同一類型的實體構成的集合稱為實體集。聯系：

實體之間及其內部的關聯（對應）關系。24實體間的聯系類型常見的有三種：一對一一對多多對多2.5.1概念模型25班長任職班級111:12.5.1概念模型一對一：A實體集中的每個實體至多可以和B實體集中的一個實體相關聯，同樣，B實體集中的每個實體也至多可以和A實體集中的一個實體相關聯，則A，B之間的關聯關系為一對一的聯系。湖北湖南河北河南四川……長沙鄭州武漢濟南成都……省份集合省會集合261:n班級擁有學生2.5.1概念模型1n一對多：A實體集中的每個實體可以和B實體集中的多個實體相關聯，反過來，B實體集中的每個實體至多可以和A實體集中的一個實體相關聯，則A，B之間的關聯關系為一對多的聯系。湖北湖南河北河南四川……長沙鄭州武漢宜昌成都湘潭……省份集合城市集合27學生學習課程mnm:n2.5.1概念模型多對多：A實體集中的每個實體可以和B實體集中的多個實體相關聯，反過來，B實體集中的每個實體也可以和A實體集中的多個實體相關聯，則A，B之間的關聯關系為多對多的聯系。張三李四王五趙六錢七……C語言網絡數據庫數據結構VB……教師集合課程集合28多元聯系：當某個聯系涉及到兩個以上實體集時，此時的關聯關系稱為多元聯系2.5.1概念模型課程講授教師參考書1mn供應商提供項目零件mnp29概念模型的表示方法：實體-聯系方法(E-R方法)實體型：用矩形表示，框內寫明實體名。屬性：用橢圓表示，并用無向邊和相應實體相連。聯系：用菱形表示，框內寫明聯系名，并用無向邊和有關實體相連，在無向邊旁標明聯系的類型。姓名學習學生課程mn2.5.2E-R圖學號性別課程編號課程名稱課程性質成績30E-R模型設計過程：根據局部應用設計局部E-R圖將各局部E-R圖集成對集成后的E-R圖進行優化處理（比如：屬性、命名、結構等沖突的處理）31學生管理系統數據庫部分E-R圖2.5.2E-R圖示例入學

學院學院編號學院名稱學院電話學院地址

學生學號姓名性別

專業班級1n出生日期

入學時間學制籍貫322.6數據庫的邏輯設計數據模型的三要素層次模型和網狀模型簡介關系模型E-R模型向關系模型的轉換33概念模型轉換為數據模型時，需要考慮的問題和內容：第一個問題：概念模型中--實體及聯系的屬性、屬性的數據類型、實體間聯系的實現方法？

即：數據結構第二個問題：屬性取值限制。即：數據的約束條件—完整性規則第三個問題：應用中會對數據進行的處理。即：數據操作將數據模型中的數據結構、數據的約束條件和數據操作合稱為數據模型三要素。2.6.1數據模型的三要素34數據模型常見的數據模型：目前成熟的數據模型面向記錄的模型層次模型：以“樹結構”表示數據之間的聯系網狀模型：以“圖結構”表示數據之間的聯系關系模型：以“二維表”表示數據之間的聯系面向對象的模型352.6.2層次模型和網狀模型簡介1.層次模型數據庫系統中最早出現的數據模型，以樹形結構來表示實體及其之間的聯系（1：n）。校部學院A系A學院B系B系C系D系E學校組織結構圖362.6.2層次模型和網狀模型簡介2.網狀模型以有向圖結構表示實體及其之間的聯系(m：n)。課程、學生、選課372.6.3關系模型關系模型是建立在嚴格的數學概念的基礎上的，主要特征是用二維表格表達實體和實體間的聯系學號姓名性別外語語種班級編號0308120301張彥男英語030812030308120302梁良男英語030812030308120303徐婧女英語0308120303081203014趙蘋芳女英語03081203382.6.3關系模型關系中的術語介紹

1.屬性；域；元組；關系；關系模式2.候選鍵；主鍵；外鍵；主表；從表3.關系模型的特點關系術語與表術語的對應數據完整性約束392.6.3關系模型學號姓名性別外語語種班級編號0308120301張彥男英語030812030308120302梁良男英語030812030308120303徐婧女英語0308120303081203014趙蘋芳女英語03081203屬性屬性二維表中每一列稱為一個屬性每一列有個屬性名行和列的交叉位置是屬性值域屬性的取值范圍關系中屬性的個數稱為“度”或“目”或“元”402.6.3關系模型元組學號姓名性別外語語種班級編號0308120301張彥男英語030812030308120302梁良男英語030812030308120303徐婧女英語0308120303081203014趙蘋芳女英語03081203元組二維表中每一行稱為一個元組在文件中對應一條記錄關系中元組的個數稱為“基數”41關系(Relation)：一個關系對應一張二維表關系模式：對關系的描述關系名(屬性1，屬性2，…，屬性n)2.6.3關系模型關系學生(學號，姓名，性別，外語語種，班級編號)學號姓名性別外語語種班級編號0308120301張彥男英語030812030308120302梁良男英語030812030308120303徐婧女英語0308120303081203014趙蘋芳女英語03081203學生表422.6.3關系模型關系中的術語介紹

1.屬性；域；元組；關系；關系模式2.候選鍵；主鍵；外鍵；主表；從表3.關系模型的特點關系術語與表術語的對應數據完整性約束43候選鍵關系中用來惟一標識一個元組的屬性或屬性組主鍵，也稱為主關鍵字，主碼從候選鍵中指定一個用來標識元組學生關系學號姓名性別外語語種班級編號主鍵是我們在設計數據庫時，根據情況選定的主鍵可以包含多個屬性。主鍵2.6.3關系模型442.6.3關系模型外鍵如果一個關系中的屬性或屬性組并非該關系的主鍵，但它是另一個關系的主鍵，則稱其為該關系的外鍵學生關系學號

姓名性別外語語種班級編號專業編號班級編號班長院系編號班級關系外鍵主鍵452.6.3關系模型主表和從表主表:主鍵為從表外鍵從表:外鍵所在的表主表和從表通過外鍵相關聯從表主表學生關系學號

姓名性別外語語種班級編號專業編號班級編號班長院系編號班級關系外鍵主鍵462.6.3關系模型關系模型的特點每一列不可再分同一關系中屬性(字段)不允許重名關系中不允許有完全相同的元組關系中交換任意兩行的位置不影響數據的實際含義關系中交換任意兩列的位置不影響數據的實際含義47關系模型的完整性約束完整性（Integrity）完整性是指數據庫中數據在邏輯上的一致性、正確性、有效性和相容性。數據庫完整性由各種各樣的完整性約束來保證。3類關系完整性約束實體完整性參照完整性用戶自定義的完整性48實體完整性（EntityIntegrity）一個關系中的所有元組都是唯一的，即不能有相同兩行，也稱為行完整性。實體完整性規則：屬于關鍵字的屬性不能取空值；不允許兩個元組的關鍵字值相同。課程號課程名學時C1程序設計60C2微機原理80數字邏輯60………學號課程號成績S1C190S1C285S2C7………選課關系課程關系是否允許？是否允許？關系模型的完整性約束49關系模型的完整性約束參照完整性（Referentialintegrity）當一個數據表中有外部關鍵字時，外部關鍵字列的所有值，或者為空，或者出現在其所對應的表中。學號姓名性別年齡系別S1趙亦女17計算機S2錢爾男18信息……………S11王威男19經濟S12李武男20學生關系系別地址計算機A樓信息B樓自動化C樓系別關系是否允許？主表從表50關系模型的完整性約束用戶定義完整性（User-definedIntegrity）針對某一具體關系數據庫的約束條件。反映某一具體應用所涉及的數據必須滿足的語義要求。成績屬性的取值范圍在0-100之間排片時間必須是當前時間之后的時間會員積分必須是大于等于0的整數性別只能是“男”或“女”影院名稱取值不為空會員的VIP等級初始值默認為0512.6.4E-R模型向關系模型的轉換1．獨立實體到關系模型的轉化一個獨立實體（型）=>一個關系模式,即一張關系表實體碼=>關系表的關鍵屬性

其他屬性=>關系表的屬性。實體屬性取值情況=>決定關系屬性的取值域。E-R模型到關系模型的轉化過程E-R模型關系模型對問題進行分析轉化52例：對于下圖所示的學生實體，請使用關系模式描述其轉化為的關系。圖中下劃線標注的屬性表示關鍵字。學生實體的E-R圖學生學號民族籍貫姓名學生(學號，姓名，民族，籍貫)53（1）1:1聯系到關系模型的轉化方法1：將其中一個實體集的鍵及聯系本身的屬性加入到另一個實體中方法2：在兩個實體關系表中各自增加一個外部關鍵字11經理公司領導姓名住址出生年月電話民族名稱電話類型注冊地1:1聯系到關系模型的轉化2.聯系的轉化54對上圖E-R模型轉化為關系模型：經理(姓名,民族,住址,出生年月,電話,公司名稱)

公司(名稱,注冊地,類型,電話)或者：經理(姓名,民族,住址,出生年月,電話)公司(名稱,注冊地,類型,電話,經理姓名)

外鍵外鍵55（2）1:n聯系到關系模型的轉化在n方(即1對多關系的多方)實體表中增加一個屬性，將對方的關鍵字作為外部關鍵字處理。學生班級屬于姓名學號民族出生年月名稱班號系年級專業學生(學號,姓名,民族,出生年月,班號)班級(班號,名稱,年級,系,專業)外鍵n156（3）m:n聯系到關系模型的轉化一個m:n聯系要單獨建立一個關系模式，分別用兩個實體的關鍵字作為外部關鍵字。學習mn學生學號姓名出生年月民族課程號課程名學時數課程成績學生(學號，姓名，民族，出生年月)課程(課程號，課程名，學時數)學習(學號，課程號，成績)57（4）多元聯系到關系模型的轉化所謂多元聯系，即是說該聯系涉及兩個以上的實體。例如一個排課表，涉及班級、課程、教師、教室等4個實體。轉化時，應建立一個單獨的關系表，將該聯系所涉及的全部實體的關鍵字作為該關系表的外部關鍵字，再加上適當的其他屬性，得到關系模式如下：排課表(上課時間，班號,課程號,教師號,教室號)

582.7數據庫的物理設計1.確定數據庫的物理結構（1）確定數據的存儲結構。考慮存取時間、存儲空間、利用率和維護代價幾個方面（2）設計數據的存取路徑。確定如何建立索引。（3）確定數據的存放位置。數據易變部分與穩定部分分開存放。經常存取部分和存取頻率較低部分分開存放。（4）確定系統配置。通過存儲分配參數，對數據庫進行物理優化。592.7數據庫的物理設計2.評價物理結構需考慮：時間效率、空間效率、維護代價和各種用戶要求。評價方法依賴：所選用的DBMS從定量估算各種方案的存儲空間、存取時間和維護代價入手602.8數據庫的實施、運行與維護1.數據庫的實施（1）定義數據庫結構（2）數據裝載（3）編制與調試應用程序（4）數據庫試運行功能測試性能測試612.8數據庫的實施、運行與維護2.數據庫的運行和維護（1）數據庫的轉儲和恢復（2）對數據庫性能的監測、分析和改善（3）維持數據庫的安全性和完整性（4）數據庫的重組和重構622.9數據庫設計案例用戶功能教務錄入學生信息并可查詢學生密碼。錄入教師信息并可查詢教師密碼。錄入課程信息并設置選修課的選課信息。分別對必修課和選修課進行課堂排課。

（1）必修課：排課堂的時候，確定教師，并根據專業班級名稱選定上課的學生學號。（2）選修課：排課堂的時候，確定教師及選修課最大容納人數。學生自行選課，教務審核通過后確認選