软考笔记--数据库设计与建模

数据库设计是指对一个给定的应用环境，提供一个确定最有数据模型与处理模式的逻辑设计，以及一个确定数据库存储结构与存取方法的物理设计，建立起能反映显示世界信息和信息联系及满足用户数据要求和加工要求，以能够被某个DBMS所接受，同时能实现系统目标，并有效存取数据的数据库。

一.数据库的设计阶段

基于数据库系统声明周期的数据库设计可分为五个阶段：规划，需求分析，概念设计，逻辑设计和物理设计。

1.规划

规划阶段的主要任务是建立数据库的必要性及可行性分析，确定数据库系统在企业和信息系统中的地位，以及各个数据库之间的联系。

2.需求分析

需求分析的目标是通过调查研究，了解用户的数据和处理要求，并按一定的格式整理形成需求说明书。需求说明书包括数据库所涉及的数据，数据的特征，使用频率和数据量的估计。

3.概念设计

概念设计也称为概念结构设计，其任务是在需求分析阶段产生的需求说明书的基础上，按特定的方法将他们抽象为一个不依赖于任何DBMS的数据模型，及概念模型。

4.逻辑设计

逻辑设计也称为逻辑结构设计，其任务是将概念模型转换为某个特定的DBMS上的逻辑模型。逻辑设计的目的是将概念设计阶段设计好的E-R图转换为与选用的具体机器上的DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构。

5.物理设计

物理设计也称为物理结构设计，其任务是对给定的逻辑模型选取一个最适合应用环境的物理结构，所谓数据库的物理结构，主要是指数据库在物理设备上的存储结构和存取方法。

二.实体联系模型

E-R模型也称为E-R图，它是描述概念世界，建立概念模型的使用工具。在E-R图中主要包括以下三个要素：

(1)实体。实体用矩阵框表示，框内标注实体名称。

(2)属性。单值属性用椭圆表示，并用联系与实体连接起来。

(3)实体之间的联系。实体之间的联系用菱形框表示，框内标注联系名称，并用连线将菱形框分别与有关实体相连，并在连线上标名联系类型。

 1.联系的类型

E-R图中的联系可以归结为三种类型，分别是一对一联系，一对多联系和多对多联系。

（1）一对一联系（1:1）。设A，B为两个实体集，若A中的每个实体至多和B中的一个实体有联系，反过来，B中的每个实体至多和A中的一个实体有联系，则称A对B或B对A是1:1联系。

（2）一对多（1:n）。如果实体集A中的每个实体可以和B中的几个实体有联系，而B中的每个实体至少和A中的一个实体有联系，则A对B属于1:n联系。

（3）多对多联系（m：n）。若实体集A中的每个实体可与B中的多个实体有联系，反过来，B中的多个实体也可以与A中的多个实体有联系，则称A对B或B对A是m:n联系。

 2.E-R图的集成

在数据库的概念设计过程中，先设计各子系统的局部E-R图，其设计过程是，首先，确定局部视图的范围，然后，识别实体及其标识，确定实体之间的联系，最后，分配实体及联系的属性。各子系统的局部E-R图设计好之后，下一步就是将所有分E-R图综合成一个系统的总体E-R图，一般称为视图的集成。

视图集成通过有两种方式：

一种方式是多个局部E-R图一次集成，该方式比较复杂，难度大；

另一种方式是逐步集成，用累加的方式一次集成两个局部E-R图。该方式每次集成两个布局E-R图，复杂度降低。 

各局部E-R图之间的三种冲突：

(1)属性冲突。属性冲突包括属性域和属性取值冲突。

(2)命名冲突。命名冲突包括同名异议和异名同义。

(3)结构冲突。结构冲突包括对统一对象在不同应用中具有不同的抽象，以及同一实体在不同局部E-R图中所包含的属性个数和属性排列次序不一致。

 3.E-R图向关系模式的转换

 E-R图向关系模式的转换属于数据库的逻辑设计阶段的工作，该阶段需要将E-R模型转换为某种DBMS能处理的关系模式。

转换规则如下：

(1)一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的主键就是关系的主键。

(2)一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式进行合并。如果转换为一个独立的模式，则与改联系相连的各实体的主键和联系本身的属性均转化为关系的属性，每个实体的主键均是该关系的键属性。如果与某一端实体对应的关系模式合并，则需要在该关系模式的属性中加入另一个关系模式的主键和联系本身的属性。

(3)一个1:n联系可以转换为一个独立的关键模式，也可以与任意n端对应的关系模式合并。如果转换为一个独立的模式，则与该联系的各实体的主键和联系本身的属性均转换为关系的属性，而关系的主键为n端实体的主键。如果与n端实体对应的关系模式合并,则需要在该关系模式的属性中加入1 端关系模式的主键和联系本身的属性。

(4)一个m:n联系转换为一个独立的关系模式，与该联系相连的各实体的主键以及联系本身的属性均转换为关系的属性，而关系的属性为各实体主键的集合。

(5)三个以上实体之间的一个多元联系可以转换为一个独立的关系模式，与该联系相连的各实体的主键和联系本身的属性均转换为关系的属性，而关系的主键为各实体的主键的组合。

四种特别的注意点：

1. 多值属性的处理。如果E-R图中某实体具有一个多值属性，则应该进行优化，把该属性提升为一个实体，通常称为弱实体;或者在转化为关系模式时，将实体的主键与多值属性单独构成一个关系模式。
2. BLOB型属性的处理。处理BLOB的主要思想就是让文件处理器(例如，数据库管理器)不去理会文件是什么，而是关心如何去处理它。
3. 派生属性的处理。因为派生属性可由其他厲性计算得到，因此，在转化成关系模式时，通常不转换派生属性。
4. 在面向对象的模型中，关系模式对应类，关系模式的属性就对应类的属性。