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   　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(Database Design)是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求（信息要求和處理要求）。

　　在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域內(nèi)，常常把使用數(shù)據(jù)庫的各類系統(tǒng)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。

一、數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)
　　(1)數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，把信息系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)按一定的模型組織起來，提供存儲、維護、檢索數(shù)據(jù)的
　   　功能，使信息系統(tǒng)可以方便、及時、準確地從數(shù)據(jù)庫中獲得所需的信息。
　　(2)數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的各個部分能否緊密地結(jié)合在一起以及如何結(jié)合的關(guān)鍵所在。
　　(3)數(shù)據(jù)庫設(shè)計是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的重要組成部分。
　　(4)數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)該具備的技術(shù)和知識：
　　　 　數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù)
　　　　 計算機科學(xué)的基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計的方法和技巧
　　　 　軟件工程的原理和方法
　　　　 應(yīng)用領(lǐng)域的知識

二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點
　　數(shù)據(jù)庫建設(shè)是硬件、軟件和干件的結(jié)合
　　　三分技術(shù)，七分管理，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
　　　技術(shù)與管理的界面稱之為“干件”
　　數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)該與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合
　　　結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)）設(shè)計：設(shè)計數(shù)據(jù)庫框架或數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)
　　　行為（處理）設(shè)計：設(shè)計應(yīng)用程序、事務(wù)處理等
　　結(jié)構(gòu)和行為分離的設(shè)計
　　　傳統(tǒng)的軟件工程忽視對應(yīng)用中數(shù)據(jù)語義的分析和抽象，只要有可能就盡量推遲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的決策早期的數(shù)據(jù)庫設(shè)計致力于數(shù)據(jù)模型和建模方法研究，忽視了對行為的設(shè)計
　　如圖：

　　　　　　   　
三、數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述
　　手工試湊法
　　　設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計人員的經(jīng)驗和水平有直接關(guān)系
　　　缺乏科學(xué)理論和工程方法的支持，工程的質(zhì)量難以保證
　　　數(shù)據(jù)庫運行一段時間后常常又不同程度地發(fā)現(xiàn)各種問題，增加了維護代價
　　規(guī)范設(shè)計法
　　　手工設(shè)計方
　　　基本思想
　　過程迭代和逐步求精
　　規(guī)范設(shè)計法(續(xù))
　　典型方法：
　　(1)新奧爾良（New Orleans）方法：將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為四個階段
　　　　S.B.Yao方法：將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為五個步驟
　　　　I.R.Palmer方法：把數(shù)據(jù)庫設(shè)計當成一步接一步的過程
　　(2)計算機輔助設(shè)計
　　　　ORACLE Designer 2000
　　　　SYBASE PowerDesigner

四、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟
　　數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(六個階段)
　  1.需求分析階段
　　　準確了解與分析用戶需求（包括數(shù)據(jù)與處理）
　　　是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費時間的一步
　　2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段
　　　是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵
　　　通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型
　　3.邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段
　　　將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型
　　　對其進行優(yōu)化
　　4.數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段
　　　為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法）
　　5.數(shù)據(jù)庫實施階段
　　　運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果
　　　建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進行試運行
　　6.數(shù)據(jù)庫運行和維護階段
　　　數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。
　　　在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中必須不斷地對其進行評價、調(diào)整與修改
　　設(shè)計特點:
　　　在設(shè)計過程中把數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)處理的設(shè)計緊密結(jié)合起來將這兩個方面的需求分析、抽象、設(shè)計、實現(xiàn)在各個階段同時進行，相互參照，相互補充，以完善兩方面的設(shè)計

　　設(shè)計過程各個階段的設(shè)計描述：
　　如圖：
         

五、數(shù)據(jù)庫各級模式的形成過程
　　1.需求分析階段：綜合各個用戶的應(yīng)用需求
　　2.概念設(shè)計階段：形成獨立于機器特點，獨立于各個DBMS產(chǎn)品的概念模式(E-R圖)
　　3.邏輯設(shè)計階段：首先將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型，如關(guān)系模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式；然后根據(jù)用戶處理的要求、安全性的考慮，在基本表的基礎(chǔ)上再建立必要的視圖(View)，形成數(shù)據(jù)的外模式
　　4.物理設(shè)計階段：根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進行物理存儲安排，建立索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式

六、數(shù)據(jù)庫設(shè)計技巧

　　 1. 設(shè)計數(shù)據(jù)庫之前（需求分析階段）
　　1) 理解客戶需求，詢問用戶如何看待未來需求變化。讓客戶解釋其需求，而且隨著開發(fā)的繼續(xù)，還要經(jīng)常詢問客戶保證其需求仍然在開發(fā)的目的之中。
　　2) 了解企業(yè)業(yè)務(wù)可以在以后的開發(fā)階段節(jié)約大量的時間。
　　3) 重視輸入輸出。
　　在定義數(shù)據(jù)庫表和字段需求（輸入）時，首先應(yīng)檢查現(xiàn)有的或者已經(jīng)設(shè)計出的報表、查詢和視圖（輸出）以決定為了支持這些輸出哪些是必要的表和字段。
　　舉例：假如客戶需要一個報表按照郵政編碼排序、分段和求和，你要保證其中包括了單獨的郵政編碼字段而不要把郵政編碼糅進地址字段里。
　　4) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)字典和ER 圖表
　　ER 圖表和數(shù)據(jù)字典可以讓任何了解數(shù)據(jù)庫的人都明確如何從數(shù)據(jù)庫中獲得數(shù)據(jù)。ER圖對表明表之間關(guān)系很有用，而數(shù)據(jù)字典則說明了每個字段的用途以及任何可能存在的別名。對SQL 表達式的文檔化來說這是完全必要的。
　　5) 定義標準的對象命名規(guī)范
　　數(shù)據(jù)庫各種對象的命名必須規(guī)范。

　 　2. 表和字段的設(shè)計（數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計）
　　表設(shè)計原則
　　1) 標準化和規(guī)范化
　　數(shù)據(jù)的標準化有助于消除數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)冗余。標準化有好幾種形式，但Third Normal Form（3NF） 通常被認為在性能、擴展性和數(shù)據(jù)完整性方面達到了最好平衡。簡單來說，遵守3NF 標準的數(shù)據(jù)庫的表設(shè)計原則是：“One Fact in One Place”即某個表只包括其本身基本的屬性，當不是它們本身所具有的屬性時需進行分解。表之間的關(guān)系通過外鍵相連接。它具有以下特點：有一組表專門存放 通過鍵連接起來的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。
　　舉例：某個存放客戶及其有關(guān)定單的3NF 數(shù)據(jù)庫就可能有兩個表：Customer 和Order。Order 表不包含定單關(guān)聯(lián)客戶的任何信息，但表內(nèi)會存放一個鍵值，該鍵指向Customer 表里包含該客戶信息的那一行。
　　事實上，為了效率的緣故，對表不進行標準化有時也是必要的。
　　2) 數(shù)據(jù)驅(qū)動
　　采用數(shù)據(jù)驅(qū)動而非硬編碼的方式，許多策略變更和維護都會方便得多，大大增強系統(tǒng)的靈活性和擴展性。
　　舉例，假如用戶界面要訪問外部數(shù)據(jù)源（文件、XML 文檔、其他數(shù)據(jù)庫等），不妨把相應(yīng)的連接和路徑信息存儲在用戶界面支持表里。還有，如果用戶界面執(zhí)行工作流之類的任務(wù)（發(fā)送郵件、打印信箋、修改記錄狀態(tài)等），那么產(chǎn)生工作流的數(shù)據(jù)也可以存放在數(shù)據(jù)庫里。角色權(quán)限管理也可以通過數(shù)據(jù)驅(qū)動來完成。事實上，如果過程是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，你就可以把相當大的責任推給用戶，由用戶來維護自己的工作流過程。
　　3) 考慮各種變化
　　在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的時候考慮到哪些數(shù)據(jù)字段將來可能會發(fā)生變更。
　　舉例，姓氏就是如此（注意是西方人的姓氏，比如女性結(jié)婚后從夫姓等）。所以，在建立系統(tǒng)存儲客戶信息時，在單獨的一個數(shù)據(jù)表里存儲姓氏字段，而且還附加起始日和終止日等字段，這樣就可以跟蹤這一數(shù)據(jù)條目的變化。

　　字段設(shè)計原則
　　4) 每個表中都應(yīng)該添加的3 個有用的字段
dRecordCreationDate，在VB 下默認是Now()，而在SQL Server 　　• 下默認為GETDATE()
sRecordCreator，在SQL Server 下默認為NOT NULL DEFAULT 　　• USER
nRecordVersion，記錄的版本標記；有助于準確說明記錄中出現(xiàn)null 數(shù)據(jù)或者丟失數(shù)據(jù)的原因 　　•
　　5) 對地址和電話采用多個字段
　　描述街道地址就短短一行記錄是不夠的。Address_Line1、Address_Line2 和Address_Line3 可以提供更大的靈活性。還有，電話號碼和郵件地址最好擁有自己的數(shù)據(jù)表，其間具有自身的類型和標記類別。
　　6) 使用角色實體定義屬于某類別的列
　　在需要對屬于特定類別或者具有特定角色的事物做定義時，可以用角色實體來創(chuàng)建特定的時間關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而可以實現(xiàn)自我文檔化。
　　舉例：用PERSON 實體和PERSON_TYPE 實體來描述人員。比方說，當John Smith, Engineer 提升為John Smith, Director 乃至最后爬到John Smith, CIO 的高位，而所有你要做的不過是改變兩個表PERSON 和PERSON_TYPE 之間關(guān)系的鍵值，同時增加一個日期/時間字段來知道變化是何時發(fā)生的。這樣，你的PERSON_TYPE 表就包含了所有PERSON 的可能類型，比如Associate、Engineer、Director、CIO 或者CEO 等。還有個替代辦法就是改變PERSON 記錄來反映新頭銜的變化，不過這樣一來在時間上無法跟蹤個人所處位置的具體時間。
　　7) 選擇數(shù)字類型和文本類型盡量充足
　　在SQL 中使用smallint 和tinyint 類型要特別小心。比如，假如想看看月銷售總額，總額字段類型是smallint，那么，如果總額超過了$32,767 就不能進行計算操作了。
　　而ID 類型的文本字段，比如客戶ID 或定單號等等都應(yīng)該設(shè)置得比一般想象更大。假設(shè)客戶ID 為10 位數(shù)長。那你應(yīng)該把數(shù)據(jù)庫表字段的長度設(shè)為12 或者13 個字符長。但這額外占據(jù)的空間卻無需將來重構(gòu)整個數(shù)據(jù)庫就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫規(guī)模的增長了。
　　8) 增加刪除標記字段
　　在表中包含一個“刪除標記”字段，這樣就可以把行標記為刪除。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫里不要單獨刪除某一行；最好采用清除數(shù)據(jù)程序而且要仔細維護索引整體性。

　 　3. 選擇鍵和索引（數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計）
　　鍵選擇原則：
　　1) 鍵設(shè)計4 原則
為關(guān)聯(lián)字段創(chuàng)建外鍵。 　　•
所有的鍵都必須唯一。 　　•
避免使用復(fù)合鍵。 　　•
外鍵總是關(guān)聯(lián)唯一的鍵字段。 　　•
　　2) 使用系統(tǒng)生成的主鍵
　　設(shè)計數(shù)據(jù)庫的時候采用系統(tǒng)生成的鍵作為主鍵，那么實際控制了數(shù)據(jù)庫的索引完整性。這樣，數(shù)據(jù)庫和非人工機制就有效地控制了對存儲數(shù)據(jù)中每一行的訪問。采用系統(tǒng)生成鍵作為主鍵還有一個優(yōu)點：當擁有一致的鍵結(jié)構(gòu)時，找到邏輯缺陷很容易。
　　3) 不要用用戶的鍵(不讓主鍵具有可更新性)
　　在確定采用什么字段作為表的鍵的時候，可一定要小心用戶將要編輯的字段。通常的情況下不要選擇用戶可編輯的字段作為鍵。
　　4) 可選鍵有時可做主鍵
　　把可選鍵進一步用做主鍵，可以擁有建立強大索引的能力。

　　索引使用原則：
　　索引是從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)的最高效方式之一。95%的數(shù)據(jù)庫性能問題都可以采用索引技術(shù)得到解決。
　　1) 邏輯主鍵使用唯一的成組索引，對系統(tǒng)鍵（作為存儲過程）采用唯一的非成組索引，對任何外鍵列采用非成組索引?？紤]數(shù)據(jù)庫的空間有多大，表如何進行訪問，還有這些訪問是否主要用作讀寫。
　　2) 大多數(shù)數(shù)據(jù)庫都索引自動創(chuàng)建的主鍵字段，但是可別忘了索引外鍵，它們也是經(jīng)常使用的鍵，比如運行查詢顯示主表和所有關(guān)聯(lián)表的某條記錄就用得上。
　　3) 不要索引memo/note 字段，不要索引大型字段（有很多字符），這樣作會讓索引占用太多的存儲空間。
　　4) 不要索引常用的小型表
　　不要為小型數(shù)據(jù)表設(shè)置任何鍵，假如它們經(jīng)常有插入和刪除操作就更別這樣作了。對這些插入和刪除操作的索引維護可能比掃描表空間消耗更多的時間。

　　4. 數(shù)據(jù)完整性設(shè)計（數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計）
　　1) 完整性實現(xiàn)機制：
　　實體完整性：主鍵
　　參照完整性：
　　父表中刪除數(shù)據(jù)：級聯(lián)刪除；受限刪除；置空值
　　父表中插入數(shù)據(jù)：受限插入；遞歸插入
　　父表中更新數(shù)據(jù)：級聯(lián)更新；受限更新；置空值
　　DBMS對參照完整性可以有兩種方法實現(xiàn)：外鍵實現(xiàn)機制（約束規(guī)則）和觸發(fā)器實現(xiàn)機制
　　用戶定義完整性：
　　NOT NULL；CHECK；觸發(fā)器
　　2) 用約束而非商務(wù)規(guī)則強制數(shù)據(jù)完整性
　　采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性。這不但包括通過標準化實現(xiàn)的完整性而且還包括數(shù)據(jù)的功能性。在寫數(shù)據(jù)的時候還可以增加觸發(fā)器來保證數(shù)據(jù)的正確性。不要依賴于商務(wù)層保證數(shù)據(jù)完整性；它不能保證表之間（外鍵）的完整性所以不能強加于其他完整性規(guī)則之上。
　　3) 強制指示完整性
　　在有害數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫之前將其剔除。激活數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的指示完整性特性。這樣可以保持數(shù)據(jù)的清潔而能迫使開發(fā)人員投入更多的時間處理錯誤條件。
　　4) 使用查找控制數(shù)據(jù)完整性
　　控制數(shù)據(jù)完整性的最佳方式就是限制用戶的選擇。只要有可能都應(yīng)該提供給用戶一個清晰的價值列表供其選擇。這樣將減少鍵入代碼的錯誤和誤解同時提供數(shù)據(jù)的一致性。某些公共數(shù)據(jù)特別適合查找：國家代碼、狀態(tài)代碼等。
　　5) 采用視圖
　　為了在數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序代碼之間提供另一層抽象，可以為應(yīng)用程序建立專門的視圖而不必非要應(yīng)用程序直接訪問數(shù)據(jù)表。這樣做還等于在處理數(shù)據(jù)庫變更時給你提供了更多的自由。

　　5. 其他設(shè)計技巧
　　1) 避免使用觸發(fā)器
　　觸發(fā)器的功能通?？梢杂闷渌绞綄崿F(xiàn)。在調(diào)試程序時觸發(fā)器可能成為干擾。假如你確實需要采用觸發(fā)器，你最好集中對它文檔化。
　　2) 使用常用英語（或者其他任何語言）而不要使用編碼
　　在創(chuàng)建下拉菜單、列表、報表時最好按照英語名排序。假如需要編碼，可以在編碼旁附上用戶知道的英語。
　　3) 保存常用信息
讓一個表專門存放一般數(shù)據(jù)庫信息非常有用。在這個表里存放數(shù)據(jù)庫當前版本、最近檢查/修復(fù)（對Access）、關(guān)聯(lián)設(shè)計文檔的名稱、客戶等信息。這樣可 以實現(xiàn)一種簡單機制跟蹤數(shù)據(jù)庫，當客戶抱怨他們的數(shù)據(jù)庫沒有達到希望的要求而與你聯(lián)系時，這樣做對非客戶機/服務(wù)器環(huán)境特別有用。
　　4) 包含版本機制
　　在數(shù)據(jù)庫中引入版本控制機制來確定使用中的數(shù)據(jù)庫的版本。時間一長，用戶的需求總是會改變的。最終可能會要求修改數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。把版本信息直接存放到數(shù)據(jù)庫中更為方便。
　　5) 編制文檔
　　對所有的快捷方式、命名規(guī)范、限制和函數(shù)都要編制文檔。
　　采用給表、列、觸發(fā)器等加注釋的數(shù)據(jù)庫工具。對開發(fā)、支持和跟蹤修改非常有用。
　　對數(shù)據(jù)庫文檔化，或者在數(shù)據(jù)庫自身的內(nèi)部或者單獨建立文檔。這樣，當過了一年多時間后再回過頭來做第2 個版本，犯錯的機會將大大減少。
　　6) 測試、測試、反復(fù)測試
　　建立或者修訂數(shù)據(jù)庫之后，必須用用戶新輸入的數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)字段。最重要的是，讓用戶進行測試并且同用戶一道保證選擇的數(shù)據(jù)類型滿足商業(yè)要求。測試需要在把新數(shù)據(jù)庫投入實際服務(wù)之前完成。
　　7) 檢查設(shè)計
　　在開發(fā)期間檢查數(shù)據(jù)庫設(shè)計的常用技術(shù)是通過其所支持的應(yīng)用程序原型檢查數(shù)據(jù)庫。換句話說，針對每一種最終表達數(shù)據(jù)的原型應(yīng)用，保證你檢查了數(shù)據(jù)模型并且查看如何取出數(shù)據(jù)。