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第14章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 1. 簡述數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟。 解： 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟可以分為以下六個階段：系統(tǒng)需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫實(shí)施、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)。 (1) 需求分析階段 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計首先必須準(zhǔn)確了解與分析用戶對系統(tǒng)的信息需求和處理需求，并建立系統(tǒng)說明文檔。需求分析是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費(fèi)時間的一步，但也是最重要的一步。需求分析做得是否充分與準(zhǔn)確，決定了數(shù)據(jù)庫設(shè)計的速度與質(zhì)量。需求分析做得不好，甚至?xí)?dǎo)致整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計返工重做。需求說明書是需求分析階段的成果，也是后續(xù)階段設(shè)計的依據(jù)。 (2) 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，它通過對用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個獨(dú)立于具體DBMS的概念模型。一般使用E-R圖來表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。 (3) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是將概念模型轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對其進(jìn)行優(yōu)化。 (4) 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計是為邏輯數(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)，主要包括數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。 (5) 數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段 在數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段，設(shè)計人員運(yùn)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(jìn)行試運(yùn)行。 (6) 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運(yùn)行后即可投入正式運(yùn)行。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須不斷地對其進(jìn)行評價、調(diào)整與修改。投入運(yùn)行后由DBA來承擔(dān)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的日常維護(hù)。 2. 需求分析階段的設(shè)計目標(biāo)是什么?調(diào)查的內(nèi)容是什么? 解： 需求分析階段的設(shè)計目標(biāo)是對系統(tǒng)的整個應(yīng)用情況作全面的、詳細(xì)的調(diào)查，確定企業(yè)組織的目標(biāo)，收集支持系統(tǒng)總的設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和對這些數(shù)據(jù)的要求，確定用戶的需求，并把這些要求寫成用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計者都能接受的文檔。 調(diào)查的內(nèi)容是： (1) 調(diào)查組織機(jī)構(gòu)情況。 (2) 調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動情況。 (3) 在熟悉業(yè)務(wù)活動的基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求，包括信息要求、處理要求、完全性與完整性要求。 (4) 確定新系統(tǒng)的邊界。 3. 簡述數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容及其作用。 解： 數(shù)據(jù)字典是系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)描述的集合，是進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要成果。數(shù)據(jù)字典通常包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和處理過程五個部分。其中數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)的最小組成單位，若干個數(shù)據(jù)項可以組成—個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義來描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內(nèi)容。 4. 什么是數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計？簡述數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟。 解： 將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計。它是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。 概念模型的設(shè)計步驟： (1) 設(shè)計局部E-R模型，也稱分E-R模型，即設(shè)計用戶視圖。 (2) 將各局部E-R模型綜合成為總體E-R模型，即視圖集成。 5. 什么是E-R圖，構(gòu)成E-R圖的基本要素是什么？ 解： E-R是概念模型的表示方法，通常稱為是實(shí)體-聯(lián)系方法。該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型，E-R方法也稱為E-R模型。 構(gòu)成E-R圖的基本要素是實(shí)體、屬性和聯(lián)系。 6. 在合并局部E-R圖時，如何消除各種沖突？ 解： 在合并局部E-R模型得到初步總體E-R模型，更進(jìn)一步得到最后的總體E-R模型的集成過程中，由于各種差異，不可避免會出現(xiàn)局部E-R模型間的不一致，這稱之為沖突。常見的沖突有下列幾種： (1) 命名沖突。包括屬性名、實(shí)體名、聯(lián)系名之間出現(xiàn)的同名異義沖突和異名同義沖突。 (2) 屬性沖突。包括屬性域沖突、屬性取值單位沖突。 (3) 結(jié)構(gòu)沖突。同一對象在不同應(yīng)用中的不同抽象；同一實(shí)體在不同局部E-R模型中的屬性組成不同；實(shí)體間的聯(lián)系在不同局部E-R模型中出現(xiàn)不同的類型。 上述沖突一般在集成時需要做統(tǒng)一處理，形成一致性的表示。若是結(jié)構(gòu)沖突，則要采用多種技術(shù)手段來消除，如把屬性變換為實(shí)體或?qū)嶓w變換為屬性等。另外，還要消除不必要的冗余，包括冗余數(shù)據(jù)和冗余的聯(lián)系。 7. 什么是數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造，為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造？ 解： 數(shù)據(jù)庫重組織就是重新安排數(shù)據(jù)的存儲位置、調(diào)整磁盤分區(qū)等，來提高系統(tǒng)的性能。 數(shù)據(jù)庫的重組織并不改變原數(shù)據(jù)庫的邏輯和物理結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造則不同，它是指部分修改數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式。 由于數(shù)據(jù)庫在運(yùn)行一段時間后，由于對數(shù)據(jù)的不斷的修改、刪除和插入，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫的物理存儲變壞，其性能會逐步下降。這時需要數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造。 8. 設(shè)一個部門的數(shù)據(jù)庫包括以下的信息： 職工的信息：職工號、姓名、住址和所在部門。 部門的信息：部門所有職工、經(jīng)理和銷售的產(chǎn)品及價格。 產(chǎn)品的信息：產(chǎn)品號、制造商、價格、型號。 制造商的信息：制造商名稱、地址、生產(chǎn)的產(chǎn)品號和型號。 根據(jù)上述情況，回答以下問題： (1) 試畫出對應(yīng)的E-R圖； (2) 將E-R模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，并且標(biāo)明各關(guān)系模式的主鍵和外鍵。 (3) 將(2)中的關(guān)系模式規(guī)范化以滿足3NF要求。 解： (1) 試畫出對應(yīng)的E-R圖； (2) 將E-R模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，并且標(biāo)明各關(guān)系模式的主鍵和外鍵。 職工（職工號、姓名、住址，經(jīng)理職工號） 部門（部門號、部門名稱、經(jīng)理） 產(chǎn)品（產(chǎn)品號） 制造商（制造商號、名稱、地址） 產(chǎn)品銷售（產(chǎn)品號、部門號、銷售價格） 產(chǎn)品制造（產(chǎn)品號、制造商號、型號、生產(chǎn)價格） (3) 將(2)中的關(guān)系模式規(guī)范化以滿足3NF要求。 已經(jīng)是3NF。 9. 設(shè)一個海軍基地要建立一個艦隊數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括如下兩方面的信息。 艦隊方面： 艦隊：艦隊名稱，基地地點(diǎn)，艦艇數(shù)量 艦艇：艦艇編號，艦艇名稱，艦隊名稱 艦艇方面： 艦艇：艦艇編號，艦艇名稱，武器名稱 武器：武器名稱，武器生產(chǎn)時間，艦艇編號 官兵：官兵編號，姓名，艦艇編號 其中：一個艦隊擁有多艘艦艇，一艘艦艇屬于一個艦隊；一艘艦艇安裝多種武器，一種武器可以安裝于多艘艦艇上；一艘艦艇有多名官兵，一名官兵只屬于一艘艦艇。 完成如下設(shè)計： (1) 分別設(shè)計艦隊和艦艇兩個局部E-R圖。 (2) 將上述兩個局部E-R圖合并為一個全局E-R圖。 (3) 將全局E-R圖裝換為關(guān)系模式。 (4) 合并時是否存在命名沖突？如何處理？ 解： (1) 分別設(shè)計艦隊和艦艇兩個局部E-R圖。 艦隊局部E-R圖 艦艇局部E-R圖 (2) 將上述兩個局部E-R圖合并為一個全局E-R圖。 (3) 將全局E-R圖裝換為關(guān)系模式。 艦隊（艦隊名稱，基地地點(diǎn)） 艦艇（艦艇編號，艦艇名稱，艦隊名稱） 擁有（艦隊名稱，艦艇編號，艦艇數(shù)量） 官兵（官兵證號，姓名，艦艇編號） 安裝（艦艇編號，武器名稱） (4) 合并時是否存在命名沖突？如何處理？ 合并時不存在命名沖突。 10. 為什么要視圖集成?視圖集成的方法是什么? 解： 各子系統(tǒng)的分E-R圖設(shè)計好以后，下一步就是要將所有的分E-R圖綜合成一個系統(tǒng)的總E-R圖，稱為視圖集成。 視圖集成的方法有2種： (1) 多個分E-R圖一次集成。 (2) 逐步集成，用累加的方式一次集成兩個分E-R圖。 11. 試述數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和步驟。 解： 為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(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。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，設(shè)計者參與物理設(shè)計的內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)庫的存取方法和數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計通常分為兩步： (1) 確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中主要指存取方法和存儲結(jié)構(gòu). (2) 對物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價，評價的重點(diǎn)是時間和空間效率。 12. 總結(jié)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點(diǎn)。 解： 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在設(shè)計過程中的兩個“結(jié)合”方面。 (1) 硬件、軟件和干件的結(jié)合 “干件”是技術(shù)和管理的界面。數(shù)據(jù)庫設(shè)計既是一項涉及多學(xué)科的綜臺性技術(shù)，又是一項龐大的工程項目。“三分技術(shù)，七分管理，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點(diǎn)之一。在數(shù)據(jù)庫建設(shè)中不僅涉及硬件平臺、軟件技術(shù)，還涉及管理。要建設(shè)一個大型的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，好的平臺及開發(fā)技術(shù)固然重要，但是相比之下管理更加重要。這里的管理不僅僅包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計作為一個大型的工程項目本身的管理，而且還包括該企業(yè)的業(yè)務(wù)管理。 (2) 結(jié)構(gòu)設(shè)計和行為處理的結(jié)合。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)該和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合，也就是說，整個設(shè)計過程中要把結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù))設(shè)計和行為(處理)設(shè)計密切結(jié)合起來，兩者相互參照進(jìn)行。