项目十 数据库设计（二）（课件）-《数据库原理与应用技术--MySQL》（河北科学技术出版社）同步精品课堂

10.2 数据库设计（二） 数据库原理与应用技术--MySQL 同步精品课堂 河北科学技术出版社 教学目标 一 熟悉数据库实施的步骤 掌握关系模式的规范化 了解物理结构设计的内容 掌握各个范式的概念及使用 01 02 03 04 掌握国家标准《机械制图》中有关图幅、比例、字体图线等基本规定。 教学重难点 二 教学难点 关系模式范化的方法 教学重点 关系模式范化的方法 教学难点 导入新课 三 讨论： 数据库设计的任务是指针对一个给定的应用环境，构造一个最优的数据模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求。在进行需求分析和逻辑设计后，我们如何完成物理设计阶段和数据库的实施和维护的工作呢？ 任务一 1 物理结构设计 新知讲授 四 ⊙物理结构设计的内容 ➽ 物理设计概念 数据库的物理结构设计是指对一个给定的逻辑数据模型选取一个最合适应用环境的物理结构（存储结构与存取方法）的过程。 数据库的物理设计通常分为两步： 1、确定数据库的物理结构； 2、对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率； 关系数据库物理设计的内容主要包括： 1、为关系模式选择存取方法； 2、设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构； 新知讲授 四 ⊙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。 物理结构设计的任务一之是根据多用户共享数据的需求确定建立哪些存取路径以及选择哪些存取方法，存取方法是快速存取数据库中数据的技术。 数据库管理系统一般提供两种存取方法。 ➽ 索引存取方法 ➽ 聚簇存取方法 新知讲授 四 ⊙关系模式存取方法选择 ➽ 索引存取方法 索引存取方法是指对关系的哪些属性列建立索引、哪些属性列建立组合索引、哪些索引要设计唯一索引。 聚簇存取方法是指为了提高某个属性（或属性组）的查询速度，把在这个或这些属性上具有相同值的元组集中存放在连续的物理块中，该属性（或属性组）称为聚簇码。 ➽ 聚簇存取方法 新知讲授 四 ⊙确定数据库的存储结构 ➽ 数据库的存储结构 确定数据库物理结构主要指确定数据的存放位置和存储结构，包括确定关系、索引、聚簇、日志、备份等的存储安排和存储结构，确定系统配置等。 确定数据的存放位置和存储结构要综合考虑存取时间、存储空间利用率和维护代价三方面的因素。这三个方面常常是相互矛盾的，因此需要进行权衡，选择一个折中方案。 ➽ 确定数据存放位置和存储结构要考虑的因素 新知讲授 四 确定数据库的存储结构要考虑的因素 确定数据的存放位置 为了提高系统性能，数据应根据应用情况将易变部分与稳定部分、经常存取部分和存取频率较低部分分开存放。 确定系统配置 关系数据库管理系统产品一般都提供了一些系统配置变量和存储分配参数，供设计人员和数据库管理员对数据库进行物理优化。 评价物理结构 物理结构设计过程中需要综合衡量时间效率、空间效率、维护代价和各种用户要求，在众多的设计方案中进行仔细评价，从而选出一个较好的方案。 任务二 1 数据库的实施和维护 新知讲授 四 ⊙数据库的实施步骤 ➽ 1、定义数据库结构 在确定了数据库的逻辑结构和物理结构之后，接着就要使用所选定的数据库管理系统提供的各种工具来建立数据库结构。 ➽ 2、组织数据入库 组织数据入库是数据库实施阶段的主要工作。来自各部门的数据通常不符合系统的格式，需要对数据格式进行统一，同时还要保证数据的完整性有效性。步骤如下： （1）筛选数据； （2）转换数据格式； （3）输入数据； （4）校验数据； 新知讲授 四 ⊙数据库的实施步骤 ➽ 3、应用程序的编码与调试 数据库应用程序的设计与数据库的设计同时进行，也就是编制与调试应用程序的同时，需要实现数据的入库。 ➽ 4、数据库试运行 将一部分数据加载到数据库后，就可以开始对数据库系统进行联合调试了，这个过程称为数据库试运行。 试运行的工作主要有两个：（1）功能测试；（2）性能测试； 新知讲授 四 ⊙数据库运行维护 数据库试运行结构符合设计目标后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中， 必须不断地对其结构性能进行评价、调整和修改。基本工作包括： 1、数据库的转储和恢复； 2、数据库的安全性和完整性控制； 3、数据库的性能监测及分析改进； 4、数据库的重组和重构； 任务三 1 关系模式的规范化 新知讲授 四 ⊙范式概念及级别 范式（NF）即规范化的关系模式，是衡量关系模式好坏的一组规则的集合。根据规范化的程度不同，范式有不同的级别，级别越高，其包含的限制约束条件越来越严格。 ➽ 范式的级别 目前关系数据库有6种范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）和BC范式（BCNF）。 满足高一级别范式的关系模式必定满足低一级别的范式要求。一般来说，数据库只需要满足第三范式就可以了。 新知讲授 四 ⊙范式概念及级别 第一范式 如果关系模式R中的所有属性都是不可分的数据项，则称R为第一范式，记为 R ϵ 1NF。 关系的第一范式是关系要满足的最基本的范式，在关系数据库中，任何关系都必须满足第一范式。 例：“学生课程成绩”表，其关系模式为：学生课程成绩（学号，姓名，性别，专业，班级名，班主任，课程号，课程名，课时，成绩）。 此关系模式满足第一范式，但存在数据冗余和各种异常问题，所以需要将该关系模式进一步规范化。 01 新知讲授 四 ⊙范式概念及级别 第二范式 若关系模式 R ϵ 1NF，且每个非主属性都完全依赖于R的码，则R ϵ 2NF。 例：“学生课程成绩”表，其关系模式为：学生课程成绩（学号，姓名，性别，专业，班级名，班主任，课程号，课程名，课时，成绩）。 此模式满足第一范式，我们通过分析该关系模式中非主属性对码的函数依赖情况，将其分解为以下3个关系模式： 学生_班级（学号，姓名，性别，专业，班级名，班主任） 课程 （课程号，课程名，课时） 成绩（学号，课程号，成绩） 分解后的3个关系模式都满足2NF。 02 新知讲授 四 ⊙范式概念及级别 ➽ 由2NF的定义可以得出以下结论 1、如果一个关系模式R ϵ 1NF，且R中没有非主属性，则R ϵ 2NF。 2、如果一个关系模式R ϵ 1NF，且R中所有的候选码都是单属性码，则R ϵ 2NF。 3、如果一个关系模式R只有两个属性，则R ϵ 2NF。 4、如果一个关系模式R ϵ 2NF，则R ϵ 1NF。 新知讲授 四 ⊙范式概念及级别 第三范式 对于关系模式R，每一个非主属性既不部分函数依赖于码，也不传递函数依赖于码，则R ϵ 3NF。 例：上述例子中学生_班级、课程、成绩三个关系都已经满足2NF，即已满足“每一个非主属性部分函数依赖于码”的条件。我们只需要分析这三个关系模式中是否有非主属性对码的传递依赖，就可以判断它们是否满足3NF。 通过分析，学生_班级不属于3NF，需要进行分解达到3NF。将学生_班级分解后的两个关系模式如下： 学生（学号，姓名，性别，专业，班级名） 班级 （班级名，班主任） 这样分解后的关系模式都满足3NF。 03 新知讲授 四 ⊙范式概念及级别 ➽ 由3NF的定义可以得出以下结论 1、如果一个关系模式R ϵ 1NF，且R中没有非主属性，则R ϵ 3NF。 2、如果一个关系模式R只有两个属性，则R ϵ 3NF。 4、如果一个关系模式R ϵ 3NF，则R ϵ 2NF和1NF。 师生互动 五 1、总结概念结构设计和物理结构设计在数据库设计中的不同应用。 2、总结各个范式的定义 讨论 随堂练习 六 1、以下选项中，不属于物理结构设计的内容是（ ） A.为关系模式选择存取方法 B.设计关系的物理存储结构 C.索引等数据库的物理存储结构 D.定义数据库结构 【答案】D 【解析】物理结构设计的内容：（1）为关系模式选择存取方法；（2）设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。 随堂练习 六 2、聚簇存取方法的主要优点是（ ） A.提高了数据的访问速度 B.减少了存储空间的使用 C.简化了数据的维护 D.适用于所有类型的数据 【答案】A 【解析】聚簇存取方法可以大大提高按聚簇码进行查询的效率。 随堂练习 六 3、下列选项中，不属于数据库设计中的物理设计阶段的是（ ） A. 确定数据库的逻辑结构 B. 确定关系模式存取方式 C. 确定索引策略 D. 确定数据库的存储结构 【答案】A 【解析】确定数据库的逻辑结构不属于物理设计阶段的内容。 随堂练习 六 4、下列选项中，不属于数据运行维护的基本工作的是（ ）。 A. 数据库的转储与恢复 B. 数据库的试运行 C. 数据库的性能检测及分析改进 D. 数据库的重组和重构 【答案】B 【解析】数据库运行维护的基本工作包括：（1）数据库的转储与恢复；（2）数据库的安全性和完整性控制；（3）数据库的性能检测及分析改进 ；（4）数据库的重组和重构 随堂练习 六 5、学校中有多个班级和学生，每个学生只能属于一个班级，一个班级可以有多名学生，那么班级到学生之间的联系类型是（ ） A.一对一 B.一对多 C. 多对一 D. 多对多 【答案】B 【解析】班级与学生之间的关系是一对多，即一个班级可以多名学生，一个学生只能属于一个班级。 随堂练习 六 6、数据库设计的物理结构设计阶段中，关系模式的两种存取方法是__________和__________。 【答案】索引存取方法 聚簇存取方法 7、数据库试运行阶段，除了执行数据库的各种操作外，还需要进行__________测试，以测量系统的性能指标。 【答案】性能 课堂小结 七 谢谢 $$