数据库逻辑与物理设计全解析

### 数据库逻辑与物理设计全解析 #### 1. 逻辑数据库设计要点回顾 逻辑数据库设计主要关注“是什么”，它独立于具体的实现细节，如目标数据库管理系统（DBMS）和应用程序的特定功能，但依赖于目标数据模型。其输出是一个逻辑数据模型，包括实体 - 关系（ER）/关系图、关系模式以及描述该模型的支持文档，如数据字典。 ##### 1.1 构建逻辑数据模型的步骤 构建逻辑数据模型通常涉及以下步骤： 1. **需求收集与分析**：与用户沟通，了解他们对数据库的需求和期望。 2. **概念数据模型设计**：创建一个高级的概念模型，描述数据的结构和关系。 3. **关系推导**：从概念数据模型中推导出关系。 4. **关系验证**：使用规范化技术验证关系的正确性。 ##### 1.2 推导关系的规则 不同类型的实体和关系有不同的推导规则： | 类型 | 规则 | 示例 | | ---- | ---- | ---- | | 强实体类型 | 每个强实体类型对应一个关系，关系的属性是实体的属性，主键是实体的主键。 | 员工实体（员工编号，姓名，电话分机号），员工编号为主键。 | | 弱实体类型 | 弱实体类型的关系包含其自身的属性和其标识实体的主键，组合键作为主键。 | 依赖于员工实体的家属实体（家属编号，姓名，与员工关系，员工编号），家属编号和员工编号组合为主键。 | | 一对多（1:*）二元关系类型 | 将“一”端实体的主键作为外键添加到“多”端实体的关系中。 | 部门（部门编号，部门名称）和员工（员工编号，姓名，部门编号），部门编号是员工关系的外键。 | | 一对一（1:1）二元关系类型 | 可以将一个实体的主键作为外键添加到另一个实体的关系中，或者将两个实体合并为一个关系。 | 人和身份证（人编号，姓名，身份证编号），人编号和身份证编号可以相互作为外键。 | | 一对一（1:1）递归关系类型 | 在关系中添加一个外键引用自身的主键。 | 员工（员工编号，姓名，上级员工编号），上级员工编号引用员工编号。 | | 超类/子类关系类型 | 超类对应一个关系，每个子类对应一个关系，子类关系包含其自身的属性和超类的主键。 | 车辆（车辆编号，品牌），汽车（车辆编号，座位数），卡车（车辆编号，载重量）。 | | 多对多（*:*）二元关系类型 | 创建一个新的关系，包含两个相关实体的主键作为组合主键，还可以包含关系的属性。 | 学生（学生编号，姓名），课程（课程编号，课程名称），选课（学生编号，课程编号，成绩）。 | | 复杂关系类型 | 根据具体情况进行处理，可能需要创建多个关系。 | 例如一个涉及多个实体的复杂业务流程关系。 | | 多值属性 | 创建一个新的关系，包含原实体的主键和多值属性。 | 员工（员工编号，姓名），员工技能（员工编号，技能名称）。 | ##### 1.3 规范化验证关系 规范化是一种用于验证关系正确性的技术，它可以消除数据冗余和更新异常。常见的规范化级别包括第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）。 以下是一个简单的示例，说明如何使用规范化来验证关系： 假设我们有一个关系（员工编号，姓名，部门编号，部门名称），这个关系存在数据冗余，因为部门名称会在每个员工记录中重复。我们可以将其分解为两个关系：员工（员工编号，姓名，部门编号）和部门（部门编号，部门名称），这样就满足了第三范式。 ##### 1.4 用户在设计过程中的角色 用户在数据库设计过程中扮演着至关重要的角色： - **需求提供者**：用户提供对数据库的功能和性能需求。 - **验证者**：用户验证设计是否满足他们的需求。 - **使用者**：用户在数据库建成后使用系统，他们的反馈可以帮助改进数据库。 ##### 1.5 数据库设计语言（DBDL） 数据库设计语言（DBDL）用于描述数据库的结构和关系。它可以帮助设计师在逻辑数据库设计阶段推导关系。使用DBDL时，设计师可以定义关系的名称、属性、主键、外键和约束等。 例如，使用DBDL定义一个员工关系： ``` 员工（员工编号 {PK}, 姓名, 部门编号 {FK}） ``` ##### 1.6 数据模型合并 数据模型合并的目的是将多个局部逻辑数据模型合并为一个全局逻辑数据模型。局部逻辑数据模型是针对特定用户视图或业务流程设计的，而全局逻辑数据模型则涵盖了整个系统的数据需求。 两者的区别在于： - 局部逻辑数据模型关注特定的业务需求，通常比较简单。 - 全局逻辑数据模型需要考虑整个系统的复杂性和一致性。 ##### 1.7 检查逻辑数据模型的未来增长 检查逻辑数据模型的未来增长非常重要，因为数据库需要能够适应不断变化的业务需求。设计师应该考虑以下因素： - **数据量增长**：预测未来数据量的增长，确保数据库有足够的存储空间。 - **功能扩展**：考虑未来可能需要添加的功能，设计灵活的数据库结构。 - **性能需求**：随着数据量和用户数量的增加，确保数据库仍然能够满足性能要求。 #### 2. 物理数据库设计概述 物理数据库设计关注“如何实现”，它需要考虑具体的目标DBMS和计算机系统的特性。物理数据库设计的主要步骤包括： ```mermaid graph LR A[翻译逻辑数据模型] --> B[设计基础关系] A --> C[设计派生数据表示] A --> D[设计一般约束] B --> E[分析事务] C --> E D --> E E --> F[选择文件组织] E --> G[选择索引] E --> H[估计磁盘空间需求] F --> I[设计用户视图] G ```