《数据库设计》

1、第七章第七章 数据库设计数据库设计 2 课程内容回顾课程内容回顾 数据库有哪些基本操作？数据库有哪些基本操作？ 建库 建表 基本的数据操纵语句有哪些？语法是？基本的数据操纵语句有哪些？语法是？ 增（INSERT） 删（DELETE） 改（UPDATE） 查（SELECT） 常用的聚合函数有哪些？常用的聚合函数有哪些？ 表连接分为哪几种类型？表连接分为哪几种类型？ 目标目标 回顾关系型数据库和回顾关系型数据库和 SQL Server 的基本原理的基本原理 理解与数据库设计有关的概念，如数据库建模理解与数据库设计有关的概念，如数据库建模 实体关系模型实体关系模型 理解用于设计数据库的理解用于设计数

2、据库的 E-R 图及其实现图及其实现 理解数据规范化理解数据规范化 数据完整性数据完整性 了解数据字典、数据完整性和数据库服务器设计了解数据字典、数据完整性和数据库服务器设计 4 为什么需要设计为什么需要设计数据库数据库 2-1 修建茅屋需要设计吗？修建大厦需要设计吗？ 结论：当数据库比较复杂时我们需要设计数据库 5 为什么需要设计为什么需要设计数据库数据库 2-2 良好的数据库设计： q 节省数据的存储空间 q 能够保证数据的完整性 q 方便进行数据库应用系统的开发 糟糕的数据库设计： q 数据冗余、存储空间浪费 q 内存空间浪费 q 数据更新和插入的异常 6 软件项目开发周期软件项目开发周

3、期 需求分析阶段需求分析阶段：分析客户的业务和数据处理需求：分析客户的业务和数据处理需求; 概要设计阶段概要设计阶段：设计数据库的：设计数据库的E-R模型图，确认需求信息模型图，确认需求信息 的正确和完整的正确和完整; 详细设计阶段详细设计阶段：将：将E-R图转换为多张表，进行逻辑设计，图转换为多张表，进行逻辑设计， 并应用数据库设计的三大范式进行审核并应用数据库设计的三大范式进行审核; 代码编写阶段：选择具体数据库进行物理实现，并编写代码编写阶段：选择具体数据库进行物理实现，并编写 代码实现前端应用代码实现前端应用; 软件测试阶段：软件测试阶段： 安装部署：安装部署： 现实世界 建模 信息世

4、界数据库世界 模型转换 规范化 7 设计数据库的步骤设计数据库的步骤4-1 收集信息收集信息： 与该系统有关人员进行交流、坐谈，充分理解数与该系统有关人员进行交流、坐谈，充分理解数 据库需要完成的任务据库需要完成的任务 BBS论坛的基本功能： l用户注册和登录，后台数据库需要存放用户的注册信息和在线 状态信息； l用户发贴，后台数据库需要存放贴子相关信息，如贴子内容、 标题等； l论坛版块管理：后台数据库需要存放各个版块信息，如版主、 版块名称、贴子数等； 8 设计数据库的步骤设计数据库的步骤4-2 标识对象标识对象（实体（实体Entity） 标识数据库要管理的关键对象或实体标识数据库要管理的

5、关键对象或实体 实体一般是名词： l用户：论坛普通用户、各版块的版主。 l用户发的主贴 l用户发的跟贴（回贴） l版块：论坛的各个版块信息 9 设计数据库的步骤设计数据库的步骤4-3 论坛用户： l呢称 l密码 l电子邮件 l生日 l性别 l用户的等级 l备注信息 l注册日期 l状态 l积分 主贴 l发贴人 l发贴表情 l回复数量 l标题 l正文 l发贴时间 l点击数 l状态： l最后回复时间 回贴 l贴子编号 l回贴人, l回贴表情 l标题 l正文 l回贴时间 l点击数 版块 l版块名称 l版主 l本版格言 l点击率 l发贴数 标识标识每个实体的属性（每个实体的属性（Attribute） 1

6、0 设计数据库的步骤设计数据库的步骤4-4 标识对象之间的关系标识对象之间的关系（Relationship） l跟贴和主贴有主从关系：我们需要在跟贴对象中表明它是谁的跟贴； l版块和用户有关系：从用户对象中可以根据版块对象查出对应的版主 用户的情况； l主贴和版块有主从关系：需要表明发贴是属于哪个版块的； l跟贴和版块有主从关系：需要表明跟贴是属于哪个版块的； 数据建模的概念数据建模的概念 将现实世界的数据转换成信息世界的数据将现实世界的数据转换成信息世界的数据 的过程称为建模的过程称为建模 数据建模步骤数据建模步骤 商业信息需求商业信息需求 可操作的数据库可操作的数据库 外模式外模式 概念模

7、式概念模式 内模式内模式 商业视图商业视图 系统视图系统视图 建立外模式建立外模式 外模式是数据库用户能够看见和使用外模式是数据库用户能够看见和使用 的局部数据的逻辑结构和特征的描述的局部数据的逻辑结构和特征的描述 是数据库用户的数据视图是数据库用户的数据视图 是与某一应用有关的数据的逻辑表现是与某一应用有关的数据的逻辑表现 不依赖于不依赖于 数据库的逻辑结构，外模式数据库的逻辑结构，外模式 是与用户有关的数据模型是与用户有关的数据模型 建立概念模型建立概念模型1-2 概念模式是数据库中全体数据的逻辑概念模式是数据库中全体数据的逻辑 结构和特征的描述，是所有用户的公结构和特征的描述，是所有用户

8、的公 共数据视图。共数据视图。 概念模式是整个组织的数据视图，表概念模式是整个组织的数据视图，表 示数据库中的全部数据内容，因此一示数据库中的全部数据内容，因此一 个数据库只有一个概念模式。个数据库只有一个概念模式。 建立概念模型建立概念模型2-2 概念模式由若干个概念记录类型组成，它不概念模式由若干个概念记录类型组成，它不 仅要描述概念记录类型，还要描述记录之间仅要描述概念记录类型，还要描述记录之间 的联系、所允许的操作、数据的完整性、安的联系、所允许的操作、数据的完整性、安 全性和其它数据控制方面的要求。全性和其它数据控制方面的要求。 概念模型不涉及到存储结构、访问技术等细概念模型不涉及到

9、存储结构、访问技术等细 节。节。 设计概念模型的方法有多种，例如实体关系设计概念模型的方法有多种，例如实体关系 模型、对象模型等。模型、对象模型等。 建立内模型建立内模型 内模式是数据物理结构和存储方式的内模式是数据物理结构和存储方式的 描述，是数据在数据库内部的表示方描述，是数据在数据库内部的表示方 法。法。 一个数据库只有一个内模式。一个数据库只有一个内模式。 内模式定义了所有内部记录类型、索内模式定义了所有内部记录类型、索 引和文件的组织形式，以及数据控制引和文件的组织形式，以及数据控制 方面的细节。方面的细节。 使用使用DBMSDBMS设计数据库体系结构设计数据库体系结构 外外部部视视

10、图图1 1 外外部部视视图图n n 内内部部视视图图 外外模模式式/ /模模式式 映映象象 模模式式/ /内内模模式式映映象象 应应用用1 1应应用用k k- -1 1应应用用k k 数数据据库库系系统统的的三三级级模模式式结结构构 概概念念视视图图 外外模模式式/ /模模式式 映映象象 D DB BM MS S o os s 由由数数据据库库 管管 理理 员员建建 立立和和维维护护 外外模模式式 概概念念模模式式 内内模模式式 概念模型设计实体关系模型概念模型设计实体关系模型 实体关系模型：实体关系模型：DB 设计过程，并且表示设计过程，并且表示 DB 的整个逻辑结构的整个逻辑结构 实体：实

11、体可以是具体的（例如一个人或一本实体：实体可以是具体的（例如一个人或一本 书），也可以是抽象的（如一个节日或一个概书），也可以是抽象的（如一个节日或一个概 念）念） 属性：实体是由一组属性来表示的。例如：属性：实体是由一组属性来表示的。例如： Person（个人）实体的属性有（个人）实体的属性有 Name（名称）、（名称）、 SSN、Age（年龄）、（年龄）、Street（街道）、（街道）、City（城（城 市）市） 关系：关系是两个或多个实体之间的联系关系：关系是两个或多个实体之间的联系 19 绘制绘制E-R图图 4-1 E-R（EntityRelationship）实体关系图实体关系图 符

12、合含义 实体，一般是名词实体，一般是名词 属性，一般是名词属性，一般是名词 关系，一般是动词关系，一般是动词 20 绘制绘制E-R图图 4-2 管理管理 bbsUser （用户，版主） 出生日期昵称 版块名称版主 bbsSection （版块） 21 绘制绘制E-R图图 4-3 映射基数映射基数 一对一 X X X X Y Y Y Y X X X X Y Y Y Y 一对多 X X X X Y Y Y 多对一 X X X X Y Y Y Y 多对多 1 N M N 22 绘制绘制E-R图图 11 1 1 M 1 MM M M 用户积分性别用户等级备注信息注册日期版块名称本版留言发贴数 状态密码

13、昵称电子邮件生日 论坛用户（BBSUser） 管理 发表 发表 跟随 属于 属于 点击率 版主 标题发贴人贴子编号正文点击率 版块（BBSSection） 发贴（BBSTopic） 发贴人正文状态贴子编号所在版块 最后回复时间发贴表情回复数量 点击率发贴时间标题 M 跟贴（BBSReply） 所在版块发贴时间最后回复时间发贴表情 1 论坛E-R图 23 如何将如何将E-R图转换为表图转换为表 3-1 将各实体转换为对应的表，将各属性转换为各表将各实体转换为对应的表，将各属性转换为各表 对应的列对应的列 标识每个表的主键列，需要注意的是：没有主键标识每个表的主键列，需要注意的是：没有主键 的表添

14、加的表添加ID编号列，它没有实际含义，用于做主编号列，它没有实际含义，用于做主 键或外键，例如用户表中的键或外键，例如用户表中的“UID”列，版块表中列，版块表中 添加添加“SID”列，发贴表和跟贴表中的列，发贴表和跟贴表中的“TID”列列 在表之间建立主外键，体现实体之间的映射关系在表之间建立主外键，体现实体之间的映射关系 24 如何将如何将E-R图转换为表图转换为表 3-2 UID主键TID主键RID主键SID主键 25 如何将如何将E-R图转换为表图转换为表 添加各表之间的关系 26 数据规范化数据规范化 仅有好的仅有好的RDBMS并不足以避免数据冗余，必须在并不足以避免数据冗余，必须在

15、 数据库的设计中创建好的表结构数据库的设计中创建好的表结构 Dr E.F.codd 最初定义了规范化的三个级别，范式最初定义了规范化的三个级别，范式 是具有最小冗余的表结构。这些范式是：是具有最小冗余的表结构。这些范式是： 第一范式(1st NF First Normal Fromate) 第二范式(2nd NFSecond Normal Fromate) 第三范式(3rd NF Third Normal Fromate) 27 第一范式第一范式 (1st NF) BuyerIDCountryCity 1 1 4 2 中国 中国 日本 美国 北京 北京 东京 纽约 BuyerIDAddress

16、 1 2 3 4 中国北京市 美国纽约市 英国利物浦 日本东京市 第一范式的目标是确保每列的原子性第一范式的目标是确保每列的原子性 如果每列都是不可再分的最小数据单元（也如果每列都是不可再分的最小数据单元（也 称为最小的原子单元），则满足第一范式（称为最小的原子单元），则满足第一范式（ 1NF） 28 第二范式第二范式 (2nd NF) 如果一个关系满足如果一个关系满足1NF，并且除了主键以外的其他，并且除了主键以外的其他 列，都依赖与该主键，则满足第二范式（列，都依赖与该主键，则满足第二范式（2NF） 第二范式要求每个表只描述一件事情第二范式要求每个表只描述一件事情 Orders 字段字段例

17、子例子 订单编号 产品编号 订购日期 价 格 001 A001 2000-2-3 $29.00 Orders 字段字段例子例子 订单编号 订购日期 001 2000-2-3 Products 字段字段例子例子 产品编号 价 格 A001 $29.00 29 第三范式第三范式 (3rd NF) 如果一个关系满足如果一个关系满足2NF，并且除了主键以外的，并且除了主键以外的 其他列都不传递依赖于主键列，则满足第三范其他列都不传递依赖于主键列，则满足第三范 式（式（3NF） Orders 字段字段例子例子 订单编号 订购日期 顾客编号 001 2000-2-3 AB001 顾客姓名TonyTony

18、Orders 字段字段例子例子 订单编号 订购日期 顾客编号 001 2000-2-3 AB001 30 规范化实例规范化实例 5-1 假设某建筑公司要设计一个数据库。公司的业务规假设某建筑公司要设计一个数据库。公司的业务规 则概括说明如下：则概括说明如下： 公司承担多个工程项目，每一项工程有：工程号、工程名称、施工人公司承担多个工程项目，每一项工程有：工程号、工程名称、施工人 员等员等 公司有多名职工，每一名职工有：职工号、姓名、性别、职务（工程公司有多名职工，每一名职工有：职工号、姓名、性别、职务（工程 师、技术员）等师、技术员）等 公司按照工时和小时工资率支付工资，小时工资率由职工的职务

19、决定公司按照工时和小时工资率支付工资，小时工资率由职工的职务决定 （例如，技术员的小时工资率与工程师不同）（例如，技术员的小时工资率与工程师不同） 公司定期制定一个工资报表，如图公司定期制定一个工资报表，如图- -1 1所示所示 31 规范化实例规范化实例 5-2 工程 号 工程名 称 职工 号 姓名职务 小时工资 率 工时实发工资 A1花园大厦花园大厦 1001齐光明齐光明工程师工程师6513845.00 1002李思岐李思岐技术员技术员60 16960.00 1004葛宇宏葛宇宏律师律师60191140.00 小计小计2945.00 A2立交桥立交桥 1001齐光明齐光明工程师工程师651

20、5975.00 1003鞠明亮鞠明亮工人工人5517935.00 小计小计1910.00 A3临江饭店临江饭店 1002李思岐李思岐技术员技术员60181080.00 1004葛宇洪葛宇洪技术员技术员6014840.00 小计小计1920.00 图-1 某公司的工资表 32 规范化实例规范化实例 5-3 工程 号 工程名 称 职工 号 姓名职务 小时工资 率 工时 A1花园大厦花园大厦1001齐光明齐光明工程师工程师6513 A1 花园大厦花园大厦1002李思岐李思岐技术员技术员60 16 A1花园大厦花园大厦1001齐光明齐光明工程师工程师6513 A1花园大厦花园大厦1003鞠明亮鞠明亮工

21、人工人5517 A3临江饭店临江饭店1002李思岐李思岐技术员技术员6018 A3临江饭店临江饭店1004葛宇洪葛宇洪技术员技术员6014 图-2 某公司的项目工时表 33 规范化实例规范化实例 5-4 1.表中包含大量的冗余，可能会导致数据异常：表中包含大量的冗余，可能会导致数据异常： 更新异常更新异常 例如，修改职工号例如，修改职工号=1001的职务，则必须修改所有职工号的职务，则必须修改所有职工号 =1001的行的行 添加异常添加异常 若要增加一个新的职工时，首先必须给这名职工分配一个若要增加一个新的职工时，首先必须给这名职工分配一个 工程。或者为了添加一名新职工的数据，先给这名职工工程

22、。或者为了添加一名新职工的数据，先给这名职工 分配一个虚拟的工程。（因为主关键字不能为空）分配一个虚拟的工程。（因为主关键字不能为空） 删除异常删除异常 例如，例如，1001号职工要辞职，则必须删除所有职工号号职工要辞职，则必须删除所有职工号1001 的数据行。这样的删除操作，很可能丢失了其它有用的的数据行。这样的删除操作，很可能丢失了其它有用的 数据数据 34 规范化实例规范化实例 5-5 2采用这种方法设计表的结构，虽然采用这种方法设计表的结构，虽然 很容易产生工资报表，但是每当一名很容易产生工资报表，但是每当一名 职工分配一个工程时，都要重复输入职工分配一个工程时，都要重复输入 大量的数据。这种重复的输入操作，大量的数据。这种重复的输入操作， 很可能导致数据的不一致性。很可能导致数据的不一致性。 35 一张表描述了多件事情，如图-3所示。 应用范式规范化设计应用范式规范化设计 工程号工程号工程名称工程名称 职工号职工号姓名姓名职务职务小时工资率小时工资率工时工时 图图-3 函数依赖图函数依赖图 工程信息员工信