数据库设计方法和步骤

▶4.1.2.1　数据库设计的方法

由于信息结构负载，应用环境多样，人们经过不断努力探索，提出了各种数据库的设计方法、设计准则和设计规范，从而使数据库设计过程逐步走向规范化并有章可循。数据库设计方法通常分为以下4类。

▶1.直观设计法

直观设计法也叫手工试凑法，它是最早使用的数据库设计方法。这种方法主要凭借设计者对整个系统的了解和认识，以及平时所积累的经验和设计技巧，完成某一数据库系统的设计任务。显然，这种依赖于设计者的经验和技巧的方法，缺乏科学理论和工程原则的支持，设计的质量很难保证，常常是数据库运行一段时间后又发现各种问题，这样再重新进行修改，从而增加了系统维护的代价。因此这种带有主观性和非规范性的方法越来越不适应信息管理发展的需要。

▶2.规范化设计法

规范化设计法将数据库设计分为若干阶段，明确规定各阶段的任务，采用自顶向下、过程迭代、逐步求精的基本思想，结合数据库理论和软件工程的设计方法，实现设计过程的每一细节，最终完成整个设计任务。规范化设计法从本质上看仍然是手工设计法。

规范化设计法中比较著名的有新奧尔良（New Orleans）方法。它将数据库设计分为四个阶段：需求分析阶段（分析用户要求）、概念设计阶段（信息分析和定义）、逻辑设计阶段（设计实现）、物理设计阶段（物理数据库设计）。此后，S.B.Yao等人提出了数据库设计的五个步骤，增加了数据库实现阶段，从而逐渐形成了数据库规范化设计方法。常用的规范化设计方法主要有如下几种。

①基于3NF的数据库设计方法

基于3NF的数据库设计方法是由S.Atre提出的结构化设计方法。其基本思想是在需求分析的基础上，识别并确认数据库模式中的全部属性和属性间的依赖，将它们组织在关系模式中，然后再分析模式中不符合3NF的约束条件，用投影等方法将其分解，使其达到3NF的条件。

②基于E－R模型的数据库设计方法

基于E－R模型的数据库设计方法是由P.P.S.Chen于1976年提出的数据库设计方法。其基本思想是在需求分析的基础上，用E－R（实体—联系）图构造一个反映现实世界实体之间联系的企业模式，然后再将此企业模式转换成基于某一特定的DBMS的概念模式。

③基于视图的数据库设计方法

基于视图的数据库设计方法先从分析各个应用的数据着手，其基本思想是为每个应用建立自己的视图，然后再把这些视图汇总起来合并成整个数据库的概念模式。合并过程中需要消除命名冲突、消除冗余的实体和联系、进行模式重构。在消除了命名冲突和冗余后，需要对整个汇总模式进行调整，使其满足全部完整性约束条件。

▶3.计算机辅助设计法

计算机辅助设计法是指在数据库设计的某些过程中模拟某一规范化设计的方法，并以人的知识或经验为主导，通过人机交互方式实现设计中的某些部分。例如Design 2000和Power Designer分别是ORACLE公司和SYBASE公司推出的数据库设计工具。

▶4.自动化设计法

自动化设计法是缩短数据库设计周期、加快数据库设计速度的一种方法。往往是直接用户，特别是非专业人员在对数据库设计专业知识不太熟悉的情况下，较好地完成数据库设计任务的一种捷径。

▶4.1.2.2　数据库设计的基本步骤

数据库设计过程具有一定的规律和准则。在设计过程中，通常采用“分阶段法”，将数据库设计过程分解为若干相互独立又相互依存的阶段，称之为步骤。每一个阶段为解决不同的问题，采用的技术工具不同，从而将一个大的问题局部化，减少局部问题对整体设计的影响及依赖，并利于多人合作。^[2]按照规范设计方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行和维护六个阶段。

数据库设计开始之前，首先须选定参加设计的人员，包括系统分析人员、数据库设计人员和程序员、用户和数据库管理人员。其中系统分析人员和数据库设计人员是数据库设计的核心人员，他们将自始至终参与数据库设计。用户和数据库管理人员在数据库设计中主要参加需求分析和数据库的运行维护。程序员在系统实施阶段负责编制程序和准备软硬件环境。

▶1.需求分析阶段(www.xing528.com)

需求分析阶段是整个设计过程的基础，是数据库设计的第一步，也是其他设计阶段的依据，是最困难、最耗时间的阶段。需求分析是对用户提出的各种要求加以分析，对各种原始数据加以综合、整理，是形成最终设计目标的首要阶段。

需求分析阶段的主要任务，是对数据库应用系统所要处理的对象进行全面了解，大量收集支持系统目标实现的各类基础数据以及用户对数据库信息的需求，并加以分析、归类和初步规划，确定设计思路。因此，作为“地基”的需求分析是否做得充分与准确，决定了整个数据库设计的成败。

▶2.概念结构设计阶段

概念结构设计是把用户的信息要求统一到一个整体逻辑结构中，此结构能够表达用户的要求，是一个独立于任何DBMS软件和硬件的概念模型。概念结构设计是整个数据库设计的关键，是对现实世界中具体数据的首次抽象，实现了从现实世界到信息世界的转化过程。数据库的逻辑结构设计和物理结构设计，都是以概念结构设计阶段所形成的抽象结构为基础进行的。

设计概念模型的常用方法是E－R方法，也就是说，描述概念模型的有力工具是实体—联系模型，因此，数据库概念结构的设计也就是E－R模型的设计。

▶3.逻辑结构设计阶段

逻辑结构设计是将上一步所得到的概念模型转换为某个DBMS所支持的数据模型，并对其进行优化。由于逻辑结构设计是一个基于具体DBMS的实现过程，因此选择何种数据模型尤为重要，其次是数据模型的优化。在逻辑结构设计阶段后期的优化工作，已成为影响数据库设计质量的一项重要工作。

▶4.数据库物理设计阶段

物理设计是为逻辑数据模型建立一个完整的能实现的数据库结构，包括存储结构和存取方法。数据库物理结构设计包括确定数据库的物理结构和对物理结构进行评价两个方面。

▶5.数据库实施阶段

数据库实施阶段，即数据库调试、运行阶段。数据库实施阶段根据物理设计的结果把原始数据装入数据库，建立一个具体的数据库并编写和调试相应的应用程序。应用程序的开发目标是开发一个可依赖的有效的数据库存取程序，来满足用户的处理要求。

▶6.数据库运行和维护阶段

数据库实施阶段结束，标志着数据库系统投入正常运行工作的开始。这一阶段主要是收集和记录实际系统运行的数据。数据库运行的记录用来提高用户要求的有效信息，用来评价数据库系统的性能，进一步调整和修改数据库。在运行中，必须保持数据库的完整性，并能有效地处理数据库故障和进行数据库恢复。在运行和维护阶段，可能要对数据库结构进行修改或扩充。

设计一个完善的数据库应用系统不可能一蹴而就，它往往是以上六个阶段的不断反复。综上所述，数据库设计步骤可用（见图4－3）。

图4－3　数据库设计步骤

在数据库设计过程中，把数据库的设计和对数据库中的数据处理的设计紧密结合起来，将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完善两方面的设计。按照这个原则，设计过程各个阶段的设计描述（见表4－1）。

表4－1　数据库结构设计阶段