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第14章 數(shù)據(jù)庫設計 1. 簡述數(shù)據(jù)庫設計的步驟。 解： 數(shù)據(jù)庫設計的步驟可以分為以下六個階段：系統(tǒng)需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計、數(shù)據(jù)庫實施、數(shù)據(jù)庫運行和維護。 (1) 需求分析階段 進行數(shù)據(jù)庫設計首先必須準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。需求分析是整個設計過程的基礎，是最困難、最耗費時間的一步，但也是最重要的一步。需求分析做得是否充分與準確，決定了數(shù)據(jù)庫設計的速度與質量。需求分析做得不好，甚至會導致整個數(shù)據(jù)庫設計返工重做。需求說明書是需求分析階段的成果，也是后續(xù)階段設計的依據(jù)。 (2) 概念結構設計階段 概念結構設計是整個數(shù)據(jù)庫設計的關鍵，它通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體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) 邏輯結構設計階段 邏輯結構設計是將概念模型轉換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對其進行優(yōu)化。 (4) 物理結構設計階段 數(shù)據(jù)庫物理結構設計是為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應用環(huán)境的物理結構，主要包括數(shù)據(jù)的存儲結構和存取方法。 (5) 數(shù)據(jù)庫實施階段 在數(shù)據(jù)庫實施階段，設計人員運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設計和物理設計的結果建立數(shù)據(jù)庫，編制與調試應用程序。組織數(shù)據(jù)入庫，并進行試運行。 (6) 數(shù)據(jù)庫運行和維護階段 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中必須不斷地對其進行評價、調整與修改。投入運行后由DBA來承擔數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的日常維護。 2. 需求分析階段的設計目標是什么?調查的內(nèi)容是什么? 解： 需求分析階段的設計目標是對系統(tǒng)的整個應用情況作全面的、詳細的調查，確定企業(yè)組織的目標，收集支持系統(tǒng)總的設計的基礎數(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)庫設計者都能接受的文檔。 調查的內(nèi)容是： (1) 調查組織機構情況。 (2) 調查各部門的業(yè)務活動情況。 (3) 在熟悉業(yè)務活動的基礎上，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，是進行詳細的數(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)結構、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)結構。 數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結構的定義來描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內(nèi)容。 4. 什么是數(shù)據(jù)庫的概念結構設計？簡述數(shù)據(jù)庫概念結構設計的步驟。 解： 將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結構即概念模型的過程就是概念結構設計。它是整個數(shù)據(jù)庫設計的關鍵。 概念模型的設計步驟： (1) 設計局部E-R模型，也稱分E-R模型，即設計用戶視圖。 (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，通常稱為是實體-聯(lián)系方法。該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型，E-R方法也稱為E-R模型。 構成E-R圖的基本要素是實體、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) 結構沖突。同一對象在不同應用中的不同抽象；同一實體在不同局部E-R模型中的屬性組成不同；實體間的聯(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。若是結構沖突，則要采用多種技術手段來消除，如把屬性變換為實體或實體變換為屬性等。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)庫的重組織和重構造，為什么要進行數(shù)據(jù)庫的重組織和重構造？ 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)庫的邏輯和物理結構，而數(shù)據(jù)庫的重構造則不同，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)庫的重組織和重構造。 8. 設一個部門的數(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) 試畫出對應的E-R圖； (2) 將E-R模型轉換成關系模式，并且標明各關系模式的主鍵和外鍵。 (3) 將(2)中的關系模式規(guī)范化以滿足3NF要求。 解： (1) 試畫出對應的E-R圖； (2) 將E-R模型轉換成關系模式，并且標明各關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)中的關系模式規(guī)范化以滿足3NF要求。 已經(jīng)是3NF。 9. 設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，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。 完成如下設計： (1) 分別設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圖裝換為關系模式。 (4) 合并時是否存在命名沖突？如何處理？ 解： (1) 分別設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圖裝換為關系模式。 艦隊（艦隊名稱，基地地點） 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)庫物理結構設計的內(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用要求的物理結構的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設計。在關系數(shù)據(jù)庫中，設計者參與物理設計的內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)庫的存取方法和數(shù)據(jù)庫的存儲結構。 數(shù)據(jù)庫的物理設計通常分為兩步： (1) 確定數(shù)據(jù)庫的物理結構，在關系數(shù)據(jù)庫中主要指存取方法和存儲結構. (2) 對物理結構進行評價，評價的重點是時間和空間效率。 12. 總結數(shù)據(jù)庫設計的特點。 解： 數(shù)據(jù)庫設計的特點主要表現(xiàn)在設計過程中的兩個“結合”方面。 (1) 硬件、軟件和干件的結合 “干件”是技術和管理的界面。數(shù)據(jù)庫設計既是一項涉及多學科的綜臺性技術，又是一項龐大的工程項目?！叭旨夹g，七分管理，十二分基礎數(shù)據(jù)”是數(shù)據(jù)庫設計的特點之一。在數(shù)據(jù)庫建設中不僅涉及硬件平臺、軟件技術，還涉及管理。要建設一個大型的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，好的平臺及開發(fā)技術固然重要，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)務管理。 (2) 結構設計和行為處理的結合。 數(shù)據(jù)庫設計應該和應用系統(tǒng)設計相結合，也就是說，整個設計過程中要把結構(數(shù)據(jù))設計和行為(處理)設計密切結合起來，兩者相互參照進行。