《精编》数据库的物理设计、实施和维护

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1、数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystem第七章数据库设计 续2 电子信息学院殷伟凤 第七章数据库设计 7 1数据库设计概述7 2需求分析7 3概念结构设计7 4逻辑结构设计7 5数据库的物理设计7 6数据库的实施和维护7 7小结 7 4逻辑结构设计 逻辑结构设计的任务把概念结构设计阶段设计好的基本E R图转换为与选用DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构 7 4逻辑结构设计 7 4 1E R图向关系模型的转换7 4 2数据模型的优化7 4 3设计用户子模式 7 4 1E R图向关系模型的转换 E R图向关系模型的转换要解决的问题如何将实体型和实体间的联系

2、转换为关系模式如何确定这些关系模式的属性和码转换内容将E R图转换为关系模型 将实体 实体的属性和实体之间的联系转换为关系模式 E R图向关系模型的转换 续 实体型间的联系有以下不同情况 1 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合并 转换为一个独立的关系模式与某一端实体对应的关系模式合并 2 一个1 n联系可以转换为一个独立的关系模式 也可以与n端对应的关系模式合并 转换为一个独立的关系模式与n端对应的关系模式合并 E R图向关系模型的转换 续 3 一个m n联系转换为一个关系模式 例 选修 联系是一个m n联系 可以将它转换为如下关系模式 其中学号与课程

3、号为关系的组合码 选修 学号 课程号 成绩 E R图向关系模型的转换 续 4 三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式 例 讲授 联系是一个三元联系 可以将它转换为如下关系模式 其中课程号 职工号和书号为关系的组合码 讲授 课程号 职工号 书号 E R图向关系模型的转换 续 5 具有相同码的关系模式可合并目的 减少系统中的关系个数合并方法 将其中一个关系模式的全部属性加入到另一个关系模式中 然后去掉其中的同义属性 可能同名也可能不同名 并适当调整属性的次序 E R图向关系模型的转换 续 注意 从理论上讲 1 1联系可以与任意一端对应的关系模式合并但在一些情况下 与不同的关系模式合并

4、效率会大不一样 因此究竟应该与哪端的关系模式合并需要依应用的具体情况而定 由于连接操作是最费时的操作 所以一般应以尽量减少连接操作为目标 例如 如果经常要查询某个班级的班主任姓名 则将管理联系与教师关系合并更好些 E R图向关系模型的转换 续 例 把图7 30中虚线上部的E R图转换为关系模型部门实体对应的关系模式部门 部门号 部门名 经理的职工号 此关系模式已包含了联系 领导 所对应的关系模式经理的职工号是关系的候选码职工实体对应的关系模式职工 职工号 部门号 职工名 职务 该关系模式已包含了联系 属于 所对应的关系模式 E R图向关系模型的转换 续 例 把图7 30中虚线上部的E R图转换

5、为关系模型 续 产品实体对应的关系模式产品 产品号 产品名 产品组长的职工号 供应商实体对应的关系模式供应商 供应商号 姓名 零件实体对应的关系模式零件 零件号 零件名 E R图向关系模型的转换 续 例 把图7 30中虚线上部的E R图转换为关系模型 续 联系 参加 所对应的关系模式职工工作 职工号 产品号 工作天数 联系 供应 所对应的关系模式供应 产品号 供应商号 零件号 供应量 教学管理的ER图 ER图到关系模式的转换 图中 有三个实体类型 系 教师和课程 有4个联系类型 主管 聘用 开设和任教 第一步 把3个实体类型转换称3个模式 系 系编号 系名 电话 教师 教工号 姓名 性别 职称

6、 课程 课程号 课程名 学分 第二步 对于1 1联系 主管 可以在 系 模式中加入教工号 教工号为外键 ER图到关系模式的转换 对于1 N联系 聘用 可以在 教师 模式中加入系编号和聘期两个属性 系编号为外键 对与1 N联系 开设 可以在 课程 模式中加入系编号 系编号为外键 这样第一步得到的3个模式为 系 系编号 系名 电话 主管人的教工号 教师 教工号 姓名 性别 职称 系编号 聘期 课程 课程号 课程名 学分 系编号 第三步 对于M N联系 任教 则生成一个新的关系模式 任教 教工号 课程号 教材 这样 转换成的4个关系模式如下 系 系编号 系名 电话 主管人的教工号 教师 教工号 姓名

7、 性别 职称 系编号 聘期 课程 课程号 课程名 学分 系编号 任教 教工号 课程号 教材 ER图到关系模式的转换 7 4逻辑结构设计 7 4 1E R图向关系模型的转换7 4 2数据模型的优化7 4 3设计用户子模式 7 4 2数据模型的优化 得到初步数据模型后 还应该适当地修改 调整数据模型的结构 以进一步提高数据库应用系统的性能 这就是数据模型的优化关系数据模型的优化通常以规范化理论为指导 数据模型的优化 续 优化数据模型的方法确定数据依赖按需求分析阶段所得到的语义 分别写出每个关系模式内部各属性之间的数据依赖以及不同关系模式属性之间数据依赖消除冗余的联系对于各个关系模式之间的数据依赖进

8、行极小化处理 消除冗余的联系 数据模型的优化 续 确定所属范式按照数据依赖的理论对关系模式逐一进行分析考查是否存在部分函数依赖 传递函数依赖 多值依赖等确定各关系模式分别属于第几范式按照需求分析阶段得到的各种应用对数据处理的要求 分析对于这样的应用环境这些模式是否合适 确定是否要对它们进行合并或分解 注意 并不是规范化程度越高的关系就越优 一般说来 第三范式就足够了 数据模型的优化 续 例 在关系模式学生成绩单 学号 英语 数学 语文 平均成绩 中存在下列函数依赖 学号 英语学号 数学学号 语文学号 平均成绩 英语 数学 语文 平均成绩 数据模型的优化 续 显然有 学号 英语 数学 语文 因此

9、该关系模式中存在传递函数信赖 是2NF关系虽然平均成绩可以由其他属性推算出来 但如果应用中需要经常查询学生的平均成绩 为提高效率 仍然可保留该冗余数据 对关系模式不再做进一步分解 数据模型的优化 续 按照需求分析阶段得到的各种应用对数据处理的要求 对关系模式进行必要的分解 以提高数据操作的效率和存储空间的利用率常用分解方法水平分解垂直分解 数据模型的优化 续 水平分解什么是水平分解把 基本 关系的元组分为若干子集合 定义每个子集合为一个子关系 以提高系统的效率水平分解的适用范围满足 80 20原则 的应用并发事务经常存取不相交的数据 数据模型的优化 续 垂直分解什么是垂直分解把关系模式R的属性

10、分解为若干子集合 形成若干子关系模式垂直分解的适用范围取决于分解后R上的所有事务的总效率是否得到了提高 7 4逻辑结构设计 7 4 1E R图向关系模型的转换7 4 2数据模型的优化7 4 3设计用户子模式 7 4 3设计用户子模式 定义用户外模式时应该注重的问题包括三个方面 1 使用更符合用户习惯的别名 2 针对不同级别的用户定义不同的View 以满足系统对安全性的要求 3 简化用户对系统的使用 设计用户子模式 续 例 关系模式产品 产品号 产品名 规格 单价 生产车间 生产负责人 产品成本 产品合格率 质量等级 可以在产品关系上建立两个视图 为一般顾客建立视图 产品1 产品号 产品名 规格

11、 单价 为产品销售部门建立视图 产品2 产品号 产品名 规格 单价 车间 生产负责人 顾客视图中只包含允许顾客查询的属性销售部门视图中只包含允许销售部门查询的属性生产领导部门则可以查询全部产品数据可以防止用户非法访问不允许他们查询的数据 保证系统的安全性 逻辑结构设计小结 任务将概念结构转化为具体的数据模型逻辑结构设计的步骤将概念结构转化为一般的关系 网状 层次模型将转化来的关系 网状 层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换对数据模型进行优化设计用户子模式 逻辑结构设计小结 E R图向关系模型的转换内容E R图向关系模型的转换原则 逻辑结构设计小结 优化数据模型的方法1 确定数据依赖2 对

12、于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理 消除冗余的联系 3 确定各关系模式分别属于第几范式 4 分析对于应用环境这些模式是否合适 确定是否要对它们进行合并或分解 5 对关系模式进行必要的分解或合并 逻辑结构设计小结 设计用户子模式1 使用更符合用户习惯的别名2 针对不同级别的用户定义不同的外模式 以满足系统对安全性的要求 3 简化用户对系统的使用 举例 某公司需建立产品信息数据库 经调查其业务要求如下 1 一种产品可以使用多个不同种类的部件 也可以使用多个不同种类的零件 一种部件至少被用在一种产品中 一种部件可以由多个不同种类的零件组成 一种零件至少被用在一种产品或一种部件中 2 对于一种

13、具体的部件 要记录这种部件使用的各种零件的数量 3 对于一种具体的产品 要记录这种产品使用的各种部件数量和各种零件数量 但部件所使用的零件数量不计入该种产品的零件数量 4 一个供应商可供应多种零件 但一种零件只能由一个供应商供应 根据以上业务要求 某建模人员构建了如下ER图 此ER图中的实体的属性完整 但实体 联系的设计存在不合理之处 1 请重新构建合理的ER图 使之符合业务要求 且信息完整 2 根据重构的ER图给出符合3NF的关系模式 并标出每个关系模式的主码和外码 重构ER图 产品 零件 n m 数量 数量 数量 供应商 供应商号 供应商名 1 n 联系电话 整理后的ER图 符合3NF的关

14、系模式 产品 产品号 PK 产品名称 型号 装配图号 部件 部件号 PK 部件名称 零件 零件号 PK 零件名称 供应商号 FK 产品 部件 产品号 FK 部件号 FK 部件数量 产品 零件 产品号 FK 零件号 FK 零件数量 部件 零件 部件号 FK 零件号 FK 零件数量 供应商 供应商号 PK 供应商名称 联系电话 作业P234 19 第七章数据库设计 7 1数据库设计概述7 2需求分析7 3概念结构设计7 4逻辑结构设计7 5数据库的物理设计7 6数据库的实施和维护7 7小结 7 5数据库的物理设计 数据库的物理设计数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构 它依赖于

15、选定的数据库管理系统为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 就是数据库的物理设计 数据库的物理设计 续 数据库物理设计的步骤确定数据库的物理结构 在关系数据库中主要指存取方法和存储结构对物理结构进行评价 评价的重点是时间和空间效率如果评价结果满足原设计要求 则可进入到物理实施阶段 否则 就需要重新设计或修改物理结构 有时甚至要返回逻辑设计阶段修改数据模型 数据库的物理设计 续 7 5数据库的物理设计 7 5 1数据库物理设计的内容和方法7 5 2关系模式存取方法选择7 5 3确定数据库的存储结构7 5 4评价物理结构 7 5 1数据库物理设计的内容和方法 设计物理数据库

16、结构的准备工作对要运行的事务进行详细分析 获得选择物理数据库设计所需参数充分了解所用RDBMS的内部特征 特别是系统提供的存取方法和存储结构 数据库的物理设计的内容和方法 续 选择物理数据库设计所需参数数据库查询事务查询的关系查询条件所涉及的属性连接条件所涉及的属性查询的投影属性 数据库的物理设计的内容和方法 续 选择物理数据库设计所需参数 续 数据更新事务被更新的关系每个关系上的更新操作条件所涉及的属性修改操作要改变的属性值每个事务在各关系上运行的频率和性能要求 数据库的物理设计的内容和方法 续 关系数据库物理设计的内容为关系模式选择存取方法 建立存取路径 设计关系 索引等数据库文件的物理存储结构 7 5数据库的物理设计 7 5 1数据库物理设计的内容和方法7 5 2关系模式存取方法选择7 5 3确定数据库的存储结构7 5 4评价物理结构 7 5 2关系模式存取方法选择 数据库系统是多用户共享的系统 对同一个关系要建立多条存取路径才能满足多用户的多种应用要求物理设计的任务之一就是要确定选择哪些存取方法 即建立哪些存取路径 关系模式存取方法选择 续 DBMS常用存取方法索引方法目前主要