数据库原理第五章数据库设计

第五章 数据库设计

67 什么是软件生存期：

软件生存期是软件工程的一个重要概念。是指从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到它被新的软件所取代而停止使用的整个期间。通常分为六个阶段：

（1） 规划阶段

（2） 需求分析阶段

（3） 设计阶段

（4） 程序编制阶段

（5） 调试阶段

（6） 运行维护阶段

68 数据库系统的生存期：

一般分为七个阶段，即：

（1） 规划阶段

（2） 需求分析阶段 1）信息要求 2）处理要求 3）安全性和完整性要求

（3） 概念设计阶段

（4） 逻辑设计阶段 两部分：数据库逻辑设计和应用程序设计

（5） 物理设计阶段 两部分：物理数据库结构的选择和逻辑设计中程序模块说明的精确化

（6） 实现阶段

（7） 运行维护阶段

69 数据库设计过程的输入有哪些内容：

（1） 总体信息需求

（2） 处理需求

（3） DBMS的特征

（4） 硬件和OS特征

70 数据库设计过程的输出有哪两部分：

一部分是完整的数据库结构，其中包括逻辑结构与物理结构。

另一部分是基于数据库结构和处理要求的应用程序的设计原则。

71 常见的数据库设计方法有哪几种：

（1） 视图模式化及视图汇总设计方法

（2） 关系模式的设计方法

（3） 新奥尔良设计方法

（4） 基于E-R模型的数据库设计方法

（5） 基于3NF的设计方法

（6） 基于抽象语法规范的设计方法

（7） 计算机辅助数据库设计方法

72 实用的数据库设计方法至少应包括哪些内容：

（1） 设计过程

（2） 设计技术

（3） 评价准则

（4） 信息需求

（5） 描述机制

73 一种设计方法学需要有三种基本类型的描述机制：

（1） 实现设计过程的最终结果将用DBMS的DDL表示。

（2） 信息输入的描述。

（3） 在信息输入和DDL描述之间的其它中间步骤的结果的描述。

74 数据库设计中的规划阶段的主要任务：

是进行建立数据库的必要性及可行性分析，确定数据库系统在组织中和信息系统中的地位，以及各个数据库之间的联系。

75 需求分析阶段的任务：

需求分析阶段应该对系统的整个应用情况作全面的、详细的调查，确定企业组织的目标，收集支持系统总的设计目标的基础数据和对这些数据的要求，确定用户的需求，并把这些要求写成用户和数据库设计者都能接受的文档。

76 需求分析的步骤：

大致可分为三步来完成，即需求信息的收集、分析整理和评审。

77 数据字典由哪几部分组成：

（1） 数据项

（2） 数据结构

（3） 数据流

（4） 数据存储

（5） 加工过程

78 数据抽象：

抽象是对实际的人、物、事或概念的人为处理，它抽取人们关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以描述，这些概念组成了某种模型。

抽象有两种形式，系统状态抽象（抽象对象）和系统转换抽象（抽象运算）。

79 对象的两种形式：

（1） 聚集：的数学意义就是笛卡尔积的概念。通过聚集，形成对象之间的一个联系对象。

（2） 概括：是从一类其它对象形成一个对象。对于一类对象{O1，O2，……，On}可以概括成对象O，那么Oi称为O的其中一个。

80 依赖联系：

在现实世界中，常常有某些实体对于另一些实体具有很强的依赖关系，即一个实体的存在必须以另一个实体的存在为前提。我们通常把前者称为弱实体。在ER图中，用双线框表示弱实体，用指向弱实体的箭头表明依赖联系。

81 子类、超类：

某个实体类型中所有实体同时也是另一实体类型中的实体。此时，我们称前一实体类型是后一实体类型的子类，后一实体类型称为超类。在ER图中，带有子类的实体类型（超类）以两端双线的矩形框表示，并用加圈的弧线与其子类相连，子类本身仍用普通矩形框表示。

子类具有一个很重要的性质：继承性。它可继承超类上定义的全部属性，其本身还可包含其它另外的属性。

82 ER模型的 *** 作：

（1） 实体类型的分裂：垂直分割、水平分割

（2） 实体类型合并：分裂的逆过程。

（3） 联系类型的分裂

（4） 联系类型的合并

83 采用ER方法的数据库概念设计分成哪三步：

（1） 设计局部ER模式：1）确定局部结构范围 2）实体定义 3）联系定义 4）属性分配

（2） 设计全局ER模式：1）确定公共实体类型 2）局部ER模式的合并 3）消除冲突。

（3） 全局ER模式的优化：1）实体类型的合并 2）冗余属性的消除 3）冗余联系的消除

84 冲突分为哪三种：

属性冲突，包括属性域的冲突、属性取值单位冲突。

结构冲突，包括：

（1） 同一对象在不同应用中的不同抽象。

（2） 同一实体在不同局部ER图中属性组成不同。

（3） 实体之间的联系在不同的局部ER图中呈现不同的类型。

命名冲突，包括属性名，实体名，联系名之间的冲突：同名异义、异名同义

85 ER模型向关系模型的转换：

ER模型中的主要成分是实体类型和联系类型。

对实体类型，将每个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性即为关系模式的属性，实体标识符即为关系模式的键。

对联系类型，就视1：1、1：N、M：N三种不同的情况做不同处理。

（1） 对1：1可在两个实体类型转换成的两个关系模式中任意一个关系模式的属性中加入另一个关系模式的键和联系类型的属性。

（2） 对1：N，则在N端实体类型转换成的关系模式中加入1端实体类型转换成的关系模式的键和联系类型的属性。

（3） 对M：N，则将联系类型也转换成关系模式，其属性为两端实体类型的键盘加上联系类型的属性，而键为两端实体键的组合。

86 什么是物理设计：

对一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，称为数据库的物理设计。物理结构，主要指数据库在物理设备上的存储结构和存取方法。

87 物理设计的步骤：

物理设计可分五步完成，前三步涉及到物理数据库结构的设计，后两步涉及约束和具体的程序设计。

（1） 存储记录结构设计

（2） 确定数据存储安排

（3） 访问方法的设计

（4） 完整性和安全性

（5） 程序设计

88 在数据库系统生存期中，生存期的总开销可分为几项：

规划开销、设计开销、实现与测试开销、 *** 作开销、维护开销。

89 用户使用和计算机资源的 *** 作开销是：

（1） 查询响应时间

（2） 更新事务的开销

（3） 报告生成的开销

（4） 改组频率和开销

（5） 主存储空间

（6） 辅助存储空间

90 数据库实现阶段的主要工作：

（1） 建立实际数据库结构

（2） 试运行

（3） 装入数据

91 数据库的重新组织设计：

对数据库的概念模式、逻辑结构或物理结构的改变称为重新组织，其中改变概念模式或逻辑结构又称为重新构造，改变物理结构则称为重新格式化。

92 运行维护阶段的主要工作：

（1） 维护数据库的安全性和完整性控制及系统的转储和恢复。

（2） 性能的监督、分析与改进。

（3） 增加新功能。

（4） 发现错误，修改错误。

数据库系统的基本概念 数据：实际上就是描述事物的符号记录。 数据的特点：有一定的结构，有型与值之分，如整型、实型、 字符型等。而数据的值给出了符合定型的值，如整型值15。 数据库：是数据的集合， 具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内， 是多种应用数据的集成，并可被各个应用程序共享。 数据库存放数据是按数据所提供的数据模式存放的， 具有集成与共享的特点。 数据库管理系统：一种系统软件，负责数据库中的数据组织、 数据 *** 纵、数据维护、控制及保护和数据服务等，是数据库的核心。 数据库管理系统功能： （1）数据模式定义：即为数据库构建其数据框架； （2）数据存取的物理构建： 为数据模式的物理存取与构建提供有效的存取方法与手段； （3）数据 *** 纵：为用户使用数据库的数据提供方便，如查询、 插入、修改、删除等以及简单的算术运算及统计； （4）数据的完整性、安生性定义与检查； （5）数据库的并发控制与故障恢复； （6）数据的服务：如拷贝、转存、重组、性能监测、分析等。 为完成以上六个功能，数据库管理系统提供以下的数据语言： （1）数据定义语言：负责数据的模式定义与数据的物理存取构建； （2）数据 *** 纵语言：负责数据的 *** 纵，如查询与增、删、改等； （3）数据控制语言：负责数据完整性、 安全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等。 数据语言按其使用方式具有两种结构形式：交互式命令( 又称自含型或自主型语言)宿主型语言（ 一般可嵌入某些宿主语言中）。 数据库管理员：对数据库进行规划、设计、维护、 监视等的专业管理人员。 数据库系统：由数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、 数据库管理员（人员）、硬件平台（硬件）、软件平台（软件） 五个部分构成的运行实体。 数据库应用系统：由数据库系统、应用软件及应用界面三者组成。 文件系统阶段：提供了简单的数据共享与数据管理能力， 但是它无法提供完整的、统一的、管理和数据共享的能力。 层次数据库与网状数据库系统阶段 ：为统一与共享数据提供了有力支撑。 关系数据库系统阶段 数据库系统的基本特点：数据的集成性 、数据的高共享性与低冗余性 、数据独立性（物理独立性与逻辑独立性）、数据统一管理与控制。 数据库系统的三级模式： （1）概念模式：数据库系统中全局数据逻辑结构的描述， 全体用户公共数据视图； （2）外模式：也称子模式与用户模式。是用户的数据视图， 也就是用户所见到的数据模式； （3）内模式：又称物理模式， 它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。 数据库系统的两级映射： （1）概念模式到内模式的映射； （2）外模式到概念模式的映射。 42 数据模型 数据模型的概念：是数据特征的抽象， 从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件， 为数据库系统的信息表与 *** 作提供一个抽象的框架。 描述了数据结构、数据 *** 作及数据约束。 E-R模型的基本概念 （1）实体：现实世界中的事物； （2）属性：事物的特性； （3）联系：现实世界中事物间的关系。实体集的关系有一对一、 一对多、多对多的联系。 E-R模型三个基本概念之间的联接关系： 实体是概念世界中的基本单位，属性有属性域， 每个实体可取属性域内的值。一个实体的所有属性值叫元组。 E-R模型的图示法：（1）实体集表示法； （2）属性表法； （3）联系表示法。 层次模型的基本结构是树形结构，具有以下特点： （1）每棵树有且仅有一个无双亲结点，称为根； （2）树中除根外所有结点有且仅有一个双亲。 从图论上看，网状模型是一个不加任何条件限制的无向图。 关系模型采用二维表来表示，简称表，由表框架及表的元组组成。 一个二维表就是一个关系。 在二维表中凡能唯一标识元组的最小属性称为键或码。 从所有侯选健中选取一个作为用户使用的键称主键。 表A中的某属性是某表B的键，则称该属性集为A的外键或外码。 关系中的数据约束： （1）实体完整性约束：约束关系的主键中属性值不能为空值； （2）参照完全性约束：是关系之间的基本约束； （3）用户定义的完整性约束： 它反映了具体应用中数据的语义要求。 43关系代数 关系数据库系统的特点之一是它建立在数据理论的基础之上， 有很多数据理论可以表示关系模型的数据 *** 作， 其中最为著名的是关系代数与关系演算。 关系模型的基本运算： （1）插入 （2）删除 (3)修改 （4）查询（包括投影、选择、笛卡尔积运算） 44 数据库设计与管理 数据库设计是数据应用的核心。 数据库设计的两种方法： （1）面向数据：以信息需求为主，兼顾处理需求； （2）面向过程：以处理需求为主，兼顾信息需求。 数据库的生命周期：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。 需求分析常用结构析方法和面向对象的方法。结构化分析（ 简称SA）方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。 用数据流图表达数据和处理过程的关系。对数据库设计来讲， 数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。 数据字典是各类数据描述的集合，包括5个部分：数据项、 数据结构、数据流（可以是数据项，也可以是数据结构）、 数据存储、处理过程。 数据库概念设计的目的是分析数据内在语义关系。设计的方法有两种 （1）集中式模式设计法（适用于小型或并不复杂的单位或部门）； （2）视图集成设计法。 设计方法：E-R模型与视图集成。 视图设计一般有三种设计次序：自顶向下、由底向上、由内向外。 视图集成的几种冲突：命名冲突、概念冲突、域冲突、约束冲突。 关系视图设计：关系视图的设计又称外模式设计。 关系视图的主要作用： （1）提供数据逻辑独立性； （2）能适应用户对数据的不同需求； （3）有一定数据保密功能。 数据库的物理设计主要目标是对数据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有效利用存储空间。 一般RDBMS中留给用户参与物理设计的内容大致有索引设计、 集成簇设计和分区设计。 数据库管理的内容： （1）数据库的建立； （2）数据库的调整； （3）数据库的重组； （4）数据库安全性与完整性控制； （5）数据库的故障恢复； （6）数据库监控。

曹泽欣 孙秋菊 王 鹏

（核工业航测遥感中心）

摘 要 本数据中心是基于 MapGIS K9 平台，利用数据中心架构，“搭建”式二次开发技术建立的，实现了地面物化探档案资料（档案成果、野外原始数据）数据库管理、方便快捷的多途径数据查询和档案资料的在线浏览，其中通过“目录树”实现“多源异构”地面物化探档案资料的集成管理和服务是本数据中心的关键所在。

关键词 地面物化探数据 数据中心 数据查询 目录树

1 概述

核工业地面物化探工作开展多年来，积累了海量的数据（物化探成果和野外原始数据）。这些数据是铀矿地学信息的重要组成部分，具有很好的开发、应用潜力。但现阶段，核工业地质档案馆对地面物化探数据管理、服务仍处于传统的人工方式，在档案资料的快速存取、管理和服务等方面，已经不能满足现今工作的需求，制约了铀矿地质事业的进一步发展。

随着计算机、数据库、GIS 技术快速发展，为地面物化探资料数据中心的建立提供了可能。基于MapGIS K9 的数据中心集成开发技术，可解决核工业地面物化探档案资料实际工作中存在的问题，实现地面物化探档案资料管理现代化、馆藏机构标准化、资料管理数字化、档案服务网络化。

2 运行环境

数据中心实现的环境包括硬件、软件环境两个方面。

21 硬件环境

（1）地面物化探数据库服务器 1 台，Pentium D28G，主存 4G MB，硬盘 1TB；

（2）客户端微机 10 台，Pentium D28G，主存 2G MB，硬盘 200GB；

（3）网络设备：网卡、集线器、网线若干。

22 软件环境

（1） *** 作系统：Windows2003 Server、Windows XP 及其后续版本；

（2）数据库管理系统：Sql Server2005；

（3）地理信息系统：MapGIS K9；

（4）办公软件：MicroSoft Office 2003、Office2007。

3 建设方案

31 实现路线

核工业地面物化探数据中心是基于MapGIS K9平台，利用平台数据中心架构，进行“搭建”式二次开发，其中功能插件开发工具采用 Visual Studio 2005，数据库采用 Sql Server 2005。

32 数据组织管理

数据中心的数据可分为：成果数据、野外原始数据和底图3类。其中，成果数据是档案资料，包括报告、图件和矢量数据等；野外原始数据是物化探野外测量的数据；底图是用户和数据中心进行交互的界面，包括中国地理底图、地面物化探工作区和案卷目录、卷内目录。各数据具体的组织管理方式如下表。

表 1 地面物化探数据组织管理方式一览表

33 数据查询

数据查询分为：空间查询、属性查询。其中空间查询包含选择图元、行政区划、国际标准分幅和专家查询；属性查询是对底图的属性值进行查询。具体的查询方式如下表。

表 2 地面物化探数据查询方式一览表

34 数据服务

“目录树”是数据中心组织、管理和 *** 作数据的场所和工具；通过“目录树”的形式，数据中心可实现“多源异构”的数据管理。

按照地面物化探的不同数据类型，地面物化探数据中心数据来自包含三个不同的数据库，那么，同一案卷号的成果数据、野外数据来源不同，结构差异较大。如何将这些多源异构的数据进行集成管理？数据中心从案卷管理、服务实际出发，以案卷号为主要节点，每个节点包含报告、图件、矢量数据和野外数据“四”个子节点，每个节点包含相对应的数据项，如下图所示。通过多级别、多专题等应用层次，对核工业地面物化探的成果数据（报告、图件、矢量数据）、野外数据进行有效的集成、组织和管理，为用户提供多层次的服务。

在核工业地面物化探数据中心的“目录树”中，并不存放真正的数据，它只保存相应数据项的链接路径以及浏览打开方式。实际应用中，用户可根据所需，在权限范围内旋转浏览数据。

图 1 核工业地面物化探数据中心“目录树”结构图

35 数据安全

核工业地面物化探数据中心具有严格的安全保密性，它包含两个方面：数据的安全、用户的安全。

（1）数据的安全。

物化探案卷、卷内目录为内部密级；

物化探档案成果数据为内部密级；

物化探野外数据为内部密级。

（2）用户的安全。

用账号登录；

不能直接接触数据库；

用户分角色，不同角色具有不同访问权限。

4 功能模块设计

该数据中心主要针对核工业地面物化探档案资料的日常管理、服务需求而开发的，是一套适合地质档案馆日常管理、服务使用的管理系统。通过该系统，用户能够方便 *** 作、查询、检索、统计、制作专题图件、打印等；能够查询、统计地面物化探工作区各种基本信息，为管理人员提供所需的各种数据。

表 3 与图 2 说明了该数据中心的模块结构设计与功能划分。

表 3 功能模块划分与描述

5 数据库设计

51 数据库概念设计

核工业地面物化探数据库概念结构的实体关系如下图。

图 2 核工业地面物化探数据中心功能结构设计

图 3 核工业地面物化探数据库实体关系图

52 数据库中的表及其功能

表 4 核工业地面物化探数据库中的表

6 系统主要功能实现

图 4 核工业地面物化探数据中心主界面图

系统主界面如图 4 所示，分 5 个部分，上部分为菜单栏；左部分为数据中心地图文档窗口；中间窗口为主体部分，用于显示图形和查询结果，图形中红色区块表示为地面物化探工作区；右部分为数据中心目录树，用于多源异构的地面物化探档案资料的集成管理和服务；下部分为 4 种数据查询的窗口，用于档案号、省性质区划、标准图幅和物化探工作方法的查询。

61 地图文档 *** 作模块

该模块主要以直观的方式向用户呈现核工业地面物化探工作区（红色区块）在全国的分布特征，并提供了对地图文档的各项基本 *** 作：图形的放大、缩小、漫游、鹰眼、选择图形显示比例尺等。

62 数据查询模块

数据查询模块是数据中心的主要模块，用来对地面物化探工作区进行空间和属性查询，分为 6 个小模块，专家查询又细分为两个部分，其中带“”部分是本系统主要查询手段。查询的结果在地图视图上，以“闪烁”方式显示，并在档案视图上，显示相关的案卷目录，在案卷目录某记录上双击，自动检索到该记录相关的卷内目录。

表 5 数据查询一览表

图 5 数据查询─省行政区划查询

图 6 数据查询─标准分幅查询

图 7 数据查询─档案号查询

图 8 数据查询─物化探方法查询

63 地面物化探数据中心

地面物化探数据中心通过“目录树”对多源异构的物化探成果数据（报告、图件、矢量数据）、野外数据进行集中管理、服务，在权限内，允许用户浏览数据中心的档案资料。

图 9 地面物化探数据中心

7 结语

核工业地面物化探数据中心是根据馆藏地面物化探资料现状，结合管理和服务的要求进行开发建设的。在实际测试、应用中，该系统体现出如下特性：①界面友好， *** 作简便，具良好的稳定性；②空间查询功能较齐全，可满足不同用户需求；③图形窗口显示直观，能清楚反映地面物化探工作程度及相关工作区基本信息；④通过“目录树”实现了“多源异构”地面物化探档案资料的集成管理和服务。

该数据中心的建立有助于揭示馆藏地面物化探档案资料的全貌，有助于快速了解全国范围内地面物化探工作程度现状，有助于快速了解某区域相关地面物化探工作开展情况，并快速检索、浏览到相关档案资料成果，为地面物化探档案资料查询检索管理提供了一整套可行的解决方案，为地面物化探档案资料用户提供了一个快速、便捷的查询检索手段，促进了地面物化探档案资料的管理、服务。

一、数据库设计的生存期

按照规范设计的方法，考虑到数据库及其应用系统开发的全过程，将数据库设计分为六个阶段。如下图。

① 需求分析

需求收集和分析，得到用数据字典描述的数据需求，用数据流图描述的处理需求。

② 概念结构设计

对需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型（用E-R图表示）。 ③ 逻辑结构设计

将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型（例如关系模型），并对其进行优化。

④ 物理结构设计

为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。

⑤ 数据库实施

运用DBMS提供的数据语言（例如SQL）及其宿主语言（例如C），根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。

⑥ 数据库运行和维护

数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。

说明：设计一个完善的数据库应用系统是不可能一蹴而就的，它往往是上述六个阶段的不断反复。

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二、数据库设计阶段的内容

设计步骤既是数据库设计的过程，也包括了数据库应用系统的设计过程。下面针对各阶段的设计内容给出各阶段的设计描述。如下图。

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三、数据库设计阶段的模式

数据库结构设计的不同阶段形成数据库的各级模式，如下图。 需求分析阶段：综合各个用户的应用需求；

概念设计阶段：形成独立于机器特点，独立于各个DBMS产品的概念模式，即E-R图；

逻辑设计阶段：将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型，如关系模型，形成数据库逻辑模式；然后根据用户处理的要求、安全性的考虑，在基本表的基础上再建立必要的视图，形成数据的外模式；

物理设计阶段：根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引，形成数据库内模式。

大致的讲主要是根据用户的需求，然后设计数据库的E-R模型，然后将E-R模型图转换为各种表，并对其进行数据库设计范式（范式因不同书籍有不同）的审核，然后进行数据库的实施，然后运行维护。

一句话来讲就是将用户的需求变成带有各种关系的表，以及其它的数据库结构，然后供编程使用

具体如下：

按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下六个阶段

（1）需求分析。

（2）概念设计。

（3）逻辑设计。

（4）物理设计。

（5）数据库实施。

（6）数据库运行和维护。

5．1．1需求分析阶段

进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求，包括数据与处理需求。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗时的一步。作为“地基”的需求分析是否做得充分与准确，决定了在其上构建“数据库大厦”的速度与质量。需求分析做得不好，可能会导致整个数据库重新设计，因此，务必引起高度重视。

5．1．2概念模型设计阶段

在概念设计阶段，设计人员仅从用户角度看待数据及其处理要求和约束，产生一个反映用户观点的概念模式，也称为“组织模式”。概念模式能充分反映现实世界中实体间的联系，又是各种基本数据模型的共同基础，易于向关系模型转换。这样做有以下好处：

（1）数据库设计各阶段的任务相对单一化，设计复杂程度得到降低，便于组织管理。

（2）概念模式不受特定DBMS的限制，也独立于存储安排，因而比逻辑设计得到的模式更为稳定。

（3）概念模式不含具体的DBMS所附加的技术细节，更容易为用户所理解，因而能准确地反映用户的信息需求。

概念模型设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。如采用基于E-R模型的数据库设计方法，该阶段即将所设计的对象抽象出E-R模型；如采用用户视图法，则应设计出不同的用户视图。

5．1．3逻辑模型设计阶段

逻辑模型设计阶段的任务是将概念模型设计阶段得到的基本E-R图，转换为与选用的DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。如采用基于E-R模型的数据库设计方法，该阶段就是将所设计的E-R模型转换为某个DBMS所支持的数据模型；如采用用户视图法，则应进行表的规范化，列出所有的关键字以及用数据结构图描述表集合中的约束与联系，汇总各用户视图的设计结果，将所有的用户视图合成一个复杂的数据库系统。

5．1．4数据库物理设计阶段

数据库的物理结构主要指数据库的存储记录格式、存储记录安排和存取方法。显然，数据库的物理设计完全依赖于给定的硬件环境和数据库产品。在关系模型系统中，物理设计比较简单一些，因为文件形式是单记录类型文件，仅包含索引机制、空间大小、块的大小等内容。

物理设计可分五步完成，前三步涉及到物理结构设计，后两步涉及到约束和具体的程序设计：

（1）存储记录结构设计：包括记录的组成、数据项的类型、长度，以及逻辑记录到存储记录的映射。

（2）确定数据存放位置：可以把经常同时被访问的数据组合在一起，“记录聚簇（cluster）”技术能满足这个要求。

（3）存取方法的设计：存取路径分为主存取路径及辅存取路径，前者用于主键检索，后者用于辅助键检索。

（4）完整性和安全性考虑：设计者应在完整性、安全性、有效性和效率方面进行分析，作出权衡。

（5）程序设计：在逻辑数据库结构确定后，应用程序设计就应当随之开始。物理数据独立性的目的是消除由于物理结构的改变而引起对应用程序的修改。当物理独立性未得到保证时，可能会引发对程序的修改。

数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构，包括存储结构和存取方法。

5．1．5数据库实施阶段

根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机系统上建立起实际数据库结构、装入数据、测试和试运行的过程称为数据库的实施阶段。实施阶段主要有三项工作。

（1）建立实际数据库结构。对描述逻辑设计和物理设计结果的程序即“源模式”，经DBMS编译成目标模式并执行后，便建立了实际的数据库结构。

（2）装入试验数据对应用程序进行调试。试验数据可以是实际数据，也可由手工生成或用随机数发生器生成。应使测试数据尽可能覆盖现实世界的各种情况。

（3）装入实际数据，进入试运行状态。测量系统的性能指标，是否符合设计目标。如果不符，则返回到前面，修改数据库的物理模型设计甚至逻辑模型设计。

5．1．6数据库运行和维护阶段

数据库系统正式运行，标志着数据库设计与应用开发工作的结束和维护阶段的开始。运行维护阶段的主要任务有四项：

（1）维护数据库的安全性与完整性：检查系统安全性是否受到侵犯，及时调整授权和密码，实施系统转储与备份，发生故障后及时恢复。

（2）监测并改善数据库运行性能：对数据库的存储空间状况及响应时间进行分析评价，结合用户反应确定改进措施。

（3）根据用户要求对数据库现有功能进行扩充。

（4）及时改正运行中发现的系统错误。

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