（一）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的策略與步驟

1. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的策略

• 自頂向下
  是從一般到特殊的開發(fā)策略。先構(gòu)造抽象的高層書籍模型，然后逐步構(gòu)造越來越詳細(xì)的描述和模型，直到能識別特定的數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用為止。
• 自底向上
  采用與抽象相反的順序進(jìn)行。從各種基本業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)處理著手，然后將各子系統(tǒng)進(jìn)行綜合和集中，進(jìn)行上一層系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，最后得到整個信息系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。

2. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟

1. 用戶需求分析
2. 概念設(shè)計(jì)
3. 邏輯設(shè)計(jì)
4. 物理設(shè)計(jì)

（二）需求分析

1. 需求分析的任務(wù)、目標(biāo)及方法

任務(wù)： 綜合各個用戶的應(yīng)用需求，對現(xiàn)實(shí)世界要處理的對象進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，在了解現(xiàn)行系統(tǒng)的情況，確定新系統(tǒng)功能的過程中，收集支持系統(tǒng)目標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及處理方法。

要求：

• 信息要求
  用戶需要在系統(tǒng)中保存哪些信息，由這些保存的信息要得到什么樣的信息，這些信息以及信息間應(yīng)當(dāng)滿足的完整性要求。
• 處理要求
  用戶在系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)什么樣的操作功能，對保存信息的處理過程和方式，各種操作處理的頻度、響應(yīng)時間要求、處理方式等。
• 系統(tǒng)要求
  系統(tǒng)要求包括安全性要求、使用方式要求和擴(kuò)充性要求。

需求分析階段的工作

2. 需求分析階段的文檔

需求分析階段的成果是系統(tǒng)需求說明書，主要包括數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、各種說明性表格、統(tǒng)計(jì)輸出表和系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖等。

系統(tǒng)需求說明書是以后設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試和驗(yàn)收等過程的重要依據(jù)。

數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，它是關(guān)于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的描述，即元數(shù)據(jù)，而不是數(shù)據(jù)本身。

數(shù)據(jù)字典包括數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和加工五個部分。

（三）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段是在需求分析的基礎(chǔ)上，依照需求分析中的信息要求對用戶信息加以分類、聚集和概括，建立信息模型，并依照選定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，再依照軟/硬件環(huán)境，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的合理存儲，這一過程也稱為數(shù)據(jù)建模。

1. 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略與方法

現(xiàn)實(shí)世界的事物紛繁復(fù)雜，即使是對某一具體的應(yīng)用，由于存在大量不同的信息和對信息的各種處理，也必須加以分類整理，理清各類信息之間的關(guān)系，描述信息處理的流程，這一過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略有：

• 自頂向下
• 自底向上
• 逐步擴(kuò)張
• 混合策略

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法為： 實(shí)體-聯(lián)系（E-R）方法.

2. 用E-R方法建立概念模型

1. 選擇局部應(yīng)用
   選擇適當(dāng)層次的數(shù)據(jù)流圖，讓這一層的每一部分對應(yīng)一個局部應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)某一項(xiàng)功能。
2. 逐一設(shè)計(jì)分E-R圖
   劃分好每個局部應(yīng)用之后，就要對每一個局部應(yīng)用逐一設(shè)計(jì)分E-R圖。
3. E-R圖合并
   合并過程中解決分E-R圖中相互間存在的沖突，消除分E-R圖之間存在的信息冗余，使之成為能被全系統(tǒng)所有用戶共同理解和接受的統(tǒng)一的、精煉的全局概念模型。

分E-R圖之間的沖突主要有：

• 屬性沖突
• 命名沖突
• 結(jié)構(gòu)沖突

分E-R圖的合并過程中對其進(jìn)行優(yōu)化時，可以從以下三個方面實(shí)現(xiàn)：

• 實(shí)體類型的合并
• 冗余屬性的消除
• 冗余聯(lián)系的消除

（四）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)，可以是層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作步驟如下圖所示：

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作步驟

1. E-R圖關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換

E-R方法所得的的全局概念模型是對信息世界的描述，并不適用于計(jì)算機(jī)處理，為適合關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的處理，必須將E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。

關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換通常采用以下方法進(jìn)行：

• 實(shí)體向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換
  將E-R圖中的實(shí)體逐一轉(zhuǎn)換成一個關(guān)系模式，實(shí)體名對應(yīng)關(guān)系模式的名稱，實(shí)體的屬性轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式的屬性，實(shí)體標(biāo)識符就是關(guān)系的碼（鍵）。
• 聯(lián)系向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換
  • 一對一聯(lián)系的轉(zhuǎn)換
    有兩種方式向關(guān)系模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換：
    一種是將聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個獨(dú)立的關(guān)系模式，關(guān)系模式的名稱取聯(lián)系的名稱，關(guān)系模式的屬性包括該聯(lián)系所關(guān)聯(lián)的兩個實(shí)體的碼及聯(lián)系的屬性，關(guān)系的碼取自任一方實(shí)體的碼；
    另一種方式是將聯(lián)系歸并到關(guān)聯(lián)的兩個實(shí)體的任一方，給待歸并的一方實(shí)體屬性集中增加另一方實(shí)體的碼和該聯(lián)系的屬性即可，歸并后的實(shí)體碼保持不變。
  • 一對多聯(lián)系的轉(zhuǎn)換
    有兩種方式向關(guān)聯(lián)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換：
    一種是將聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個獨(dú)立的關(guān)系模式，關(guān)系模式的名稱取聯(lián)系的名稱，關(guān)系模式的屬性取該聯(lián)系所關(guān)聯(lián)的兩個實(shí)體的碼及聯(lián)系的屬性，關(guān)系的碼是多方實(shí)體的碼；
    另一種方式是將聯(lián)系歸并到關(guān)聯(lián)的兩個實(shí)體的多方，給待歸并的多方實(shí)體屬性集中增加一方實(shí)體的碼和該聯(lián)系的屬性即可，歸并后的多方實(shí)體碼保持不變。
  • 多對多聯(lián)系的轉(zhuǎn)換
    關(guān)系模式的屬性取該聯(lián)系所關(guān)聯(lián)的兩個多方實(shí)體的碼及聯(lián)系的屬性，關(guān)系的碼是多方實(shí)體的碼構(gòu)成的屬性組。

2. 關(guān)系模式的規(guī)范化

關(guān)系模式的規(guī)范化處理，步驟如下：

1. 根據(jù)語義確定各關(guān)系模式的數(shù)據(jù)依賴。
2. 根據(jù)數(shù)據(jù)依賴確定關(guān)系模式的范式。
3. 如果關(guān)系模式不符合要求，要根據(jù)關(guān)系模式的分解算法對其進(jìn)行分解，達(dá)到3NF、BCNF或4NF。
4. 關(guān)系模式的評價及修正。

3. 確定完整性約束

根據(jù)規(guī)范化理論確定了關(guān)系模式之后，還要對關(guān)系模式加以約束，包括數(shù)據(jù)項(xiàng)的約束、表級約束及表間約束，可以參照SQL標(biāo)準(zhǔn)來確定不同的約束，如檢查約束、主碼約束和參照完整性約束，以保證數(shù)據(jù)的正確性。

4. 用戶視圖的確定

確定了整個系統(tǒng)的關(guān)系模式之后，還有根據(jù)數(shù)據(jù)流圖及用戶信息建立視圖模式，提高數(shù)據(jù)的安全性和獨(dú)立性。

• 根據(jù)數(shù)據(jù)流圖確定處理使用的視圖
• 根據(jù)用戶類別確定不同用戶使用的視圖

（五）數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)

為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)一個最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)工作過程

1. 確定數(shù)據(jù)分布

從企業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，需要確定數(shù)據(jù)是集中管理還是分布式管理。當(dāng)今企業(yè)大多采用分布式管理。

對數(shù)據(jù)如何分布需要從以下幾個方面考慮：

• 根據(jù)不同應(yīng)用分布數(shù)據(jù)
  企業(yè)不同部門一般會使用不同數(shù)據(jù)，將與部門應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲在相應(yīng)的場地，使得不同的場地上處理不同的業(yè)務(wù)，對于應(yīng)用多個場地的業(yè)務(wù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
• 根據(jù)處理要求確定數(shù)據(jù)的分布
  對于不同的處理要求，也會有不同的使用頻度和響應(yīng)時間，對于使用頻度高、響應(yīng)時間短的數(shù)據(jù)，應(yīng)存儲在高速設(shè)備上。
• 對數(shù)據(jù)的分布存儲必然會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的變化，要對關(guān)系模式做新的調(diào)整，回到數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)階段做必要的修改

2. 確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)

存儲結(jié)構(gòu)具體指數(shù)據(jù)文件中記錄之間的物理結(jié)構(gòu)。在文件中，數(shù)據(jù)是以記錄為單位存儲的，可以是順序存儲、哈希存儲、堆存儲和B﹢樹存儲等。

為提高數(shù)據(jù)的訪問速度，通常采用索引技術(shù)。在物理設(shè)計(jì)階段，要根據(jù)數(shù)據(jù)處理和修改要求，確定數(shù)據(jù)庫文件的索引字段和索引類型。

3. 確定數(shù)據(jù)的訪問方式

數(shù)據(jù)的訪問方式是由其存儲結(jié)構(gòu)所決定的，采用什么樣的存儲結(jié)構(gòu)，就使用什么樣的訪問方式。

數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的構(gòu)成包括：

• 存儲記錄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
  存儲記錄結(jié)構(gòu)包括記錄的組成、數(shù)據(jù)項(xiàng)的類型、長度和數(shù)據(jù)項(xiàng)間的聯(lián)系，以及邏輯記錄到存儲記錄的映射。
  在設(shè)計(jì)記錄的存儲結(jié)構(gòu)時，并不改變數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，但可以在物理上對記錄進(jìn)行分割。
• 存儲記錄布局
  存儲記錄的布局，就是確定數(shù)據(jù)的存放位置。
• 存取方法的設(shè)計(jì)
  存儲方法是為存儲在物理設(shè)備上的數(shù)據(jù)提高存儲和檢索的能力。
  存取方法包括存儲結(jié)構(gòu)和檢索機(jī)制兩部分。存儲結(jié)構(gòu)限定了可能訪問的路徑和存儲記錄；檢索機(jī)制定義每個應(yīng)用的訪問路徑。

（六）數(shù)據(jù)庫的實(shí)施與維護(hù)

在數(shù)據(jù)庫正式運(yùn)行之前，還需要完成很多工作。例如：在模式和子模式中加入數(shù)據(jù)庫安全性、完整性的描述，完成應(yīng)用程序和加載程序的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的試運(yùn)行，并在試運(yùn)行中對系統(tǒng)進(jìn)行評價。如果評價結(jié)果不能滿足要求，還需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修正設(shè)計(jì)，直到滿意為止。

數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段的工作過程

1. 數(shù)據(jù)庫的實(shí)施

根據(jù)邏輯和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果在計(jì)算機(jī)上建立起實(shí)際的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并裝入數(shù)據(jù)進(jìn)行試運(yùn)行和評價的過程叫作數(shù)據(jù)庫的實(shí)施（或?qū)崿F(xiàn)）。

1. 建立實(shí)際的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)
   在定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)時，應(yīng)包含以下內(nèi)容：

• 數(shù)據(jù)庫模式與子模式，以及數(shù)據(jù)庫空間等的描述
• 數(shù)據(jù)庫完整性描述
• 數(shù)據(jù)庫安全性描述
• 數(shù)據(jù)庫物理存儲參數(shù)描述

2. 數(shù)據(jù)的加載
   在數(shù)據(jù)加載前要建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)登錄、輸入和校驗(yàn)規(guī)范，設(shè)計(jì)完善的數(shù)據(jù)校驗(yàn)與校正程序，排除不合格數(shù)據(jù)。
3. 數(shù)據(jù)庫的試運(yùn)行和評價

2. 數(shù)據(jù)庫的維護(hù)

數(shù)據(jù)庫維護(hù)工作的內(nèi)容主要包括：

• 對數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)測和改善
  性能可以用一個事務(wù)的I/O量、CPU時間和系統(tǒng)響應(yīng)時間來度量。
  DBA必須利用系統(tǒng)提供的性能監(jiān)控和分析工具，經(jīng)常對數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行、存儲空間及響應(yīng)時間進(jìn)行分析，結(jié)合用戶的反應(yīng)確定改進(jìn)措施。
• 數(shù)據(jù)庫的備份及故障恢復(fù)
• 數(shù)據(jù)庫重組和重構(gòu)
  數(shù)據(jù)庫運(yùn)行一段時間后，由于記錄的增、刪、改，數(shù)據(jù)庫中物理存儲碎片記錄鏈過多，影響了數(shù)據(jù)庫的存取效率，這時，就需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重組和部分重組。
  數(shù)據(jù)庫的重組是指在不改變數(shù)據(jù)庫邏輯和物理結(jié)構(gòu)的情況下去除數(shù)據(jù)庫存儲文件中的廢棄空間以及碎片空間中的指針鏈，使數(shù)據(jù)庫記錄在物理上緊連。
  數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)不能滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)處理的要求時對數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式修改。