【数据库原理】（28）数据库设计概述

一.数据库设计的内容

数据库设计是为了实现数据库应用系统，涉及结构特性设计、行为特性设计和物理模式设计三个主要方面。

1. 数据库的结构特性设计

数据库的结构特性设计是数据库设计的关键，包括数据库结构的设计和建立合理的数据模型。这一部分也被称为数据库的静态结构设计。

• 步骤:
  1. 用 E-R 图表示现实世界中的事物及其关系。
  2. 汇总各 E-R 图，得出数据库的概念结构模型。
  3. 转化概念结构模型为数据库的逻辑结构模型。
  4. 进行数据库的物理设计，建立数据库。

2. 数据库的行为特性设计

数据库的行为特性设计基于应用程序和事务处理，着眼于满足用户的动态需求。这一部分也被称为数据库的动态特性设计。

• 步骤:
  1. 用数据流程图和数据字典表示现实世界中的数据。
  2. 详细描述数据操作要求，得出系统的功能模块结构和数据库的子模式。

3. 数据库的物理模式设计

数据库的物理模式设计在选定的DBMS环境下，将逻辑结构模型转化为物理实现，确定存储模式和存取方法。

• 要求:
  • 根据数据库应用处理要求，考虑硬件和软件环境。
  • 将逻辑结构模型在DBMS环境下实现。

二.数据库设计的方法

数据库设计方法

早期数据库设计主要采用手工试凑法，依赖设计人员的经验，缺乏科学理论和工程方法支持，容易导致质量问题和后期维护困难。随着计算机技术的进步，非手工方法逐渐被引入，其中规范设计法是主要代表。规范设计法包括多种方法，如基于LRA方法、New Orleans方法、E-R模型方法等。

New Orleans 方法

New Orleans 方法将数据库设计分为四个阶段：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计。后来，许多科学家对其进行改进，将数据库设计分为六个阶段：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施和数据库的运行与维护。

三.数据库设计步骤

数据库设计通常分为六个阶段，依次为需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、和数据库运行与维护。这些阶段构成了一个系统化的过程，确保数据库能够满足用户需求并保持高性能。

1. 需求分析阶段:

   • 第一步，为后续阶段提供基础。
   • 耗时且困难，涉及准确了解用户对系统的需求。
   • 用户需求可能在设计初期有变化，需要不断改善和完善。

2. 概念结构设计阶段:

   • 设计者通过对用户需求的归纳与抽象，形成计算机硬件无关的概念模型。
   • 是整个数据库设计的关键阶段。

3. 逻辑结构设计阶段:

   • 将概念结构转换为具体数据库管理系统支持的数据模型。
   • 对数据模型进行优化，考虑系统性能。

4. 物理结构设计阶段:

   • 为逻辑设计模型选择适合应用环境的数据存储结构和存取方法。
   • 评价设计，并对系统性能进行预测。

5. 数据库实施阶段:

   • 根据数据库逻辑设计和物理设计结果，编制和调试应用程序。
   • 装入数据，进行数据库系统试运行。

6. 数据库运行和维护阶段:

   • 在试运行结果满意的情况下，将系统投入正式运行。
   • 不断评价、修正和完善数据库系统的结构和性能。
   • 解决开发过程中遗留的问题，延长数据库系统的生命周期。

这个系统化的过程确保了数据库能够适应用户需求，并在运行期间得到有效的维护和优化。