2021计算机二级公共基础pdf,2016年计算机二级公共基础学习教程：数据库设计与管理

　　（四）数据库设计与管理

　　1．数据库设计概述

　　数据库设计的基本任务是根据用户对象的信息需求、处理需求和数据库的支持环境（包括硬件、操作系统与DBMS）设计出数据模式。

　　数据库设计的两种方法：

　　面向数据的方法：以信息需求为主，兼顾处理需求。

　　面向过程的方法：以处理需求为主，兼顾信息需求。

　　目前，面向数据的设计方法是数据库设计的主流方法。

　　数据库设计一般采用生命周期法，分为如下几个阶段：

　　需求分析阶段

　　概念设计阶段

　　逻辑设计阶段

　　物理设计阶段

　　编码阶段

　　测试阶段

　　运行阶段

　　进一步修改阶段

　　前四个阶段是数据库设计的主要阶段，重点以数据结构与模型的设计为主线。

　　2．数据库设计的需求分析

　　第一阶段：需求收集和分析，收集基本数据和数据流图。

　　主要的任务是：通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，在此基础上确定新系统的功能。

　　对数据库的要求：

　　信息要求

　　处理要求

　　安全性和完整性的要求

　　数据字典是各类数据的集合，它包括五个部分：

　　数据项，即数据的最小单位

　　数据结构，是若干数据项有意义的集合

　　数据流，可以是数据项，也可以是数据结构，用来表示某一处理过程的输入或输出

　　数据存储，处理过程中存取的数据，通常是手工凭证、手工文档或计算机文件

　　处理过程

　　3．数据库概念设计

　　1）概念设计概述

　　（1）集中式模式设计法

　　根据需求由一个统一的机构或人员设计一个综合的全局模式。适合于小型或并不复杂的单位或部门。

　　（2）视图集成设计法

　　将系统分解成若干个部分，对每个部分进行局部模式设计，建立各个部分的视图，再以各视图为基础进行集成。比较适合于大型与复杂的单位，是现在使用较多的方法。

　　2）数据库概念设计的过程

　　（1）选择局部应用

　　根据系统情况，在多层的数据流图中选择一个适当层次的数据流图，将这组图中每一部分对应一个局部应用，以该层数据流图为出发点，设计各自的E-R图。

　　（2）视图设计

　　视图设计的三种次序：

　　自顶向下：先从抽象级别高且普遍性强的对象开始逐步细化、具体化和特殊化。

　　由底向上：先从具体的对象开始，逐步抽象，普遍化和一般化，最后形成一个完整的视图设计

　　由内向外：先从最基本与最明显的对象开始，逐步扩充至非基本、不明显的对象。

　　例：某大学由一长主管，学校下设多个学院，每个学院又的多个系；每个系有一名系主任，负责聘任教师；每个教师可以承担多门课，同一门课又可由多个教师承担；每个系有多个班级，每个班级有一定数量的学生；学生在校期间要学习多门课程，学习结束后，每门课程对应一个成绩。要求设计该大学的教学管理系统。

　　需求分析阶段，得到该学校的机构组织结构图如下图所示：

E-R图设计

　　首先，设计“院长”、“学院”和“系”之间的联系。一个学院有一个院长，一个院长主管一个学校；一个系属于一个学院，一个学院有多个系。院长与学院的关系是一对一的联系，学院和系之间是一对多的联系。

　　在系里在，一个系会聘用多个教师，而一个教师只属于一个系，所以，系和教师之间的关系是一对多的联系；一门课可由多个教师讲授，同时，一个教师可讲授多门课，课程和教师之间的关系是多对多的联系。

　　在系里，学生和课程之间的联系有，一个系有多个班，一个班只能属于一个系，它们之间的联系是一对多的联系；一个班有多个学生，同时，一个学生只属于一个班，所以，班级和学生之间的联系是一对多的联系；系和课程之间的联系，一个系可开设多门课，同时，一门课可被多个系开设，因此，课程和系之间的关系是多对多的联系；学生与课程之间，一个学生会选多门课，同时，一门课可被多个学生选取，因此，课程和学生之间的关系是多对多的联系。

　　逻辑设计

　　学院（学院编号，学院名，学院地址，院长编号）

　　院长（院长编号，院长姓名，联系电话，办公地址）

　　系（系编号，系名，联系电话，系地址，学院编号，系主任职工号）

　　教师（职工号，姓名，性别，学历，职称，工资，联系电话，系编号）

　　班级（班级编号，班级名称，学生人数，系名）

　　学生（学号，身份证号，姓名，性别，出生日期，民族，籍贯，班级名）

　　课程（课程编号，课程名称，学分）

　　开课（系编号，课程号）

　　授课（职工号，课程号）

　　选课（学号，课程号，成绩）

　　（3）视图集成

　　视图集成是将所有局部视图统一与合并成一个完整的数据模式。

　　视图集成的重点是解决局部设计中的冲突，常见的冲突主要有如下几种：

　　命名冲突：有同名异义或同义异名

　　概念冲突：同一概念在一处为实体而在另一处为属性或联系

　　域冲突：相同的属性在不同视图中有不同的域

　　约束冲突：不同的视图可能有不同的约束

　　视图经过合并生成E-R图时，其中还可能存在冗余的数据和冗余的实体间联系。冗余数据和冗余联系容易破坏数据库的完整性，给数据库维护带来困难。

　　对于视图集成后所形成的整体的数据库概念结构必须进行验证，满足下列要求：

　　整体概念结构内部必须具有一致性，即不能存在互相矛盾的表达

　　整体概念结构能准确地反映原来的每个视图结构，包括属性、实体及实体间的联系

　　整体概念结构能满足需求分析阶段所确定的所有要求

　　整体概念结构还需要提交给用户，征求用户和有关人员的意见，进行评审、修改和优化，最后定稿

　　4．数据库的逻辑设计

　　1）从E-R模型向关系模式转换

　　E-R模型向关系模式的转换包括：

　　E-R模型中的属性转换为关系模式中的属性

　　E-R模型中的实体转换为关系模式中的元组

　　E-R模型中的实体集转换为关系模式中的关系

　　E-R模型中的联系转换为关系模式中的关系

　　转换中存在的一些问题：

　　命名与属性域的处理。名称不要重复，同时，要用关系数据库中允许的数据类型来描述类型

　　非原子属性处理。在E-R模型中允许非原子属性存在，但在关系模式中不允许出现非原子属性，因此，要将非原子属性进行转换。

　　联系的转换。通常联系可转换为关系，但有的联系需要归并到相关联的实体中

　　2）逻辑模式规范化及调整、实现

　　（1）规范

　　对关系做规范化验证。

　　（2）RDBMS

　　对逻辑模式进行调整以满足RDBMS的性能、存储空间等要求，包括如下内容：

　　调整性能以减少连接运算

　　调整关系大小，使每个关系数量保持在合理水平，从而可以提高存取效率

　　尽量采取快照，提高查询速度

　　3）关系视图设计

　　逻辑设计又称外模式设计。关系视图是关系模式基础上所设计的直接面向操作用户的视图。

　　关系视图的作用：

　　提供数据逻辑独立性

　　能适应用户对数据的不同需求

　　有一定数据保密功能

　　5．数据库的物理设计

　　物理设计的主要目标是对数据库内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度及有效利用存储空间。

　　6．数据库管理

　　数据库管理包括：

　　1）数据库的建立

　　数据库建立包括：

　　数据模式的建立。数据模式由DBA负责建立，定义数据库名、表及相应的属性，定义主关键字、索引、集簇、完整性约束、用户访问权限、申请空间资源，定义分区等。

　　数据加载。在数据模式定义后可加载数据，DBA可以编制加载程序将外界的数据加载到数据模式内，完成数据库的建立。

　　2）数据库的调整

　　在数据库库建立并运行一段时间后，对不适合的内容要进行调整，调整的内容包括：

　　调整关系模式与视图使之更适应用户的需求

　　调整索引与集簇使数据库性能与效率更佳

　　调整分区、数据库缓冲区大小以及并发度使数据库物理性能更好

　　3）数据库的重组

　　数据库运行一段时间后，由于数据的大量插入、删除和修改，使性能受到很大的影响，需要重新调整存贮空间，使数据的连续性更好，即通过数据库的重组来实现。

　　4）数据库的故障校复

　　保证数据不受非法盗用与破坏；保证数据的正确性。

　　5）数据安全性控制与完整性控制

　　一旦数据被破坏，要及时恢复。

　　6）数据库监控

　　DBA需要随时观察数据库的动态变化，并在发生错误、故障或产生不适应情况时随时采取措施，并监控数据库的性能变化，必要时可对数据库进行调整。

　　二、本章应考点拨

　　本章在考试中一般出现2-4个小题。本章内容概括性强，比较抽象，难于理解，因此建议考生在复习的时候，首先熟读讲义，其次对数据库系统的基本概念及原理等知识要注意理解、加强记忆。

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