第14章 数据库设计
1. 简述数据库设计的步骤。
    解：
    数据库设计的步骤可以分为以下六个阶段：系统需求分析、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。
(1)需求分析阶段
进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户对系统的信息需求和处理需求，并建立系统说明文档。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步，但也是最重要的一步。需求分析做得是否充分与准确，决定了数据库设计的速度与质量。需求分析做得不好，甚至会导致整个数据库设计返工重做。需求说明书是需求分析阶段的成果，也是后续阶段设计的依据。
(2)概念结构设计阶段
概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。一般使用E-R图来表示数据与数据之间的联系。
(3)逻辑结构设计阶段
逻辑结构设计是将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。
(4)物理结构设计阶段
数据库物理结构设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构，主要包括数据的存储结构和存取方法。
(5)数据库实施阶段
在数据库实施阶段，设计人员运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序。组织数据入库，并进行试运行。
(6)数据库运行和维护阶段
数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。投入运行后由DBA来承担数据库系统的日常维护。
2. 需求分析阶段的设计目标是什么?调查的内容是什么?
    解：
    需求分析阶段的设计目标是对系统的整个应用情况作全面的、详细的调查，确定企业组织的目标，收集支持系统总的设计的基础数据和对这些数据的要求，确定用户的需求，并把这些要求写成用户和数据库设计者都能接受的文档。
调查的内容是：
(1) 调查组织机构情况。
(2) 调查各部门的业务活动情况。
(3) 在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求，包括信息要求、处理要求、完全性与完整性要求。
(4) 确定新系统的边界。
3. 简述数据字典的内容及其作用。
解：
数据字典是系统中各类数据描述的集合，是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要成果。数据字典通常包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程五个部分。其中数据项是数据的最小组成单位，若干个数据项可以组成—个数据结构。
数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流、数据存储的逻辑内容。
4. 什么是数据库的概念结构设计？简述数据库概念结构设计的步骤。
    解：
    将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计。它是整个数据库设计的关键。
概念模型的设计步骤：
(1) 设计局部E-R模型，也称分E-R模型，即设计用户视图。
(2) 将各局部E-R模型综合成为总体E-R模型，即视图集成。
5. 什么是E-R图，构成E-R图的基本要素是什么？
    解：
    E-R是概念模型的表示方法，通常称为是实体-联系方法。该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型，E-R方法也称为E-R模型。
构成E-R图的基本要素是实体、属性和联系。
6. 在合并局部E-R图时，如何消除各种冲突？
    解：
    在合并局部E-R模型得到初步总体E-R模型，更进一步得到最后的总体E-R模型的集成过程中，由于各种差异，不可避免会出现局部E-R模型间的不一致，这称之为冲突。常见的冲突有下列几种：
(1) 命名冲突。包括属性名、实体名、联系名之间出现的同名异义冲突和异名同义冲突。
(2) 属性冲突。包括属性域冲突、属性取值单位冲突。
(3) 结构冲突。同一对象在不同应用中的不同抽象；同一实体在不同局部E-R模型中的属性组成不同；实体间的联系在不同局部E-R模型中出现不同的类型。
上述冲突一般在集成时需要做统一处理，形成一致性的表示。若是结构冲突，则要采用多种技术手段来消除，如把属性变换为实体或实体变换为属性等。另外，还要消除不必要的冗余，包括冗余数据和冗余的联系。
7. 什么是数据库的重组织和重构造，为什么要进行数据库的重组织和重构造？
    解：
    数据库重组织就是重新安排数据的存储位置、调整磁盘分区等，来提高系统的性能。
数据库的重组织并不改变原数据库的逻辑和物理结构，而数据库的重构造则不同，它是指部分修改数据库的模式和内模式。
由于数据库在运行一段时间后，由于对数据的不断的修改、删除和插入，导致数据库的物理存储变坏，其性能会逐步下降。这时需要数据库的重组织和重构造。
8. 设一个部门的数据库包括以下的信息：
职工的信息：职工号、姓名、住址和所在部门。
部门的信息：部门所有职工、经理和销售的产品及价格。
产品的信息：产品号、制造商、价格、型号。
制造商的信息：制造商名称、地址、生产的产品号和型号。
根据上述情况，回答以下问题：
(1) 试画出对应的E-R图；
(2) 将E-R模型转换成关系模式，并且标明各关系模式的主键和外键。
(3) 将(2)中的关系模式规范化以满足3NF要求。
解：
(1)试画出对应的E-R图；
(2) 将E-R模型转换成关系模式，并且标明各关系模式的主键和外键。
职工（职工号、姓名、住址，经理职工号）
部门（部门号、部门名称、经理）
产品（产品号）
制造商（制造商号、名称、地址）
产品销售（产品号、部门号、销售价格）
产品制造（产品号、制造商号、型号、生产价格）
(3) 将(2)中的关系模式规范化以满足3NF要求。
已经是3NF。
9. 设一个海军基地要建立一个舰队数据库系统，包括如下两方面的信息。
舰队方面：
舰队：舰队名称，基地地点，舰艇数量
舰艇：舰艇编号，舰艇名称，舰队名称
舰艇方面：
舰艇：舰艇编号，舰艇名称，武器名称
武器：武器名称，武器生产时间，舰艇编号
官兵：官兵编号，姓名，舰艇编号
其中：一个舰队拥有多艘舰艇，一艘舰艇属于一个舰队；一艘舰艇安装多种武器，一种武器可以安装于多艘舰艇上；一艘舰艇有多名官兵，一名官兵只属于一艘舰艇。
完成如下设计：
(1) 分别设计舰队和舰艇两个局部E-R图。
(2) 将上述两个局部E-R图合并为一个全局E-R图。
(3) 将全局E-R图装换为关系模式。
(4) 合并时是否存在命名冲突？如何处理？
解：
(1)分别设计舰队和舰艇两个局部E-R图。
舰队局部E-R图
    舰艇局部E-R图
   
数据库设计说明书的目的(2)将上述两个局部E-R图合并为一个全局E-R图。
    (3) 将全局E-R图装换为关系模式。
舰队（舰队名称，基地地点）
舰艇（舰艇编号，舰艇名称，舰队名称）
拥有（舰队名称，舰艇编号，舰艇数量）
官兵（官兵证号，姓名，舰艇编号）
安装（舰艇编号，武器名称）
(4) 合并时是否存在命名冲突？如何处理？
合并时不存在命名冲突。
10. 为什么要视图集成?视图集成的方法是什么?
    解：
    各子系统的分E-R图设计好以后，下一步就是要将所有的分E-R图综合成一个系统的总E-R图，称为视图集成。
视图集成的方法有2种：
(1) 多个分E-R图一次集成。
(2) 逐步集成，用累加的方式一次集成两个分E-R图。
11. 试述数据库物理结构设计的内容和步骤。
    解：
    为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结构的过程，就是数据库的物
理设计。在关系数据库中，设计者参与物理设计的内容主要包括数据库的存取方法和数据库的存储结构。
数据库的物理设计通常分为两步：
(1) 确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构.
(2) 对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率。
12. 总结数据库设计的特点。
    解：
    数据库设计的特点主要表现在设计过程中的两个“结合”方面。
(1) 硬件、软件和干件的结合
“干件”是技术和管理的界面。数据库设计既是一项涉及多学科的综台性技术，又是一项庞大的工程项目。“三分技术，七分管理，十二分基础数据”是数据库设计的特点之一。在数据库
建设中不仅涉及硬件平台、软件技术，还涉及管理。要建设一个大型的数据库应用系统，好的平台及开发技术固然重要，但是相比之下管理更加重要。这里的管理不仅仅包括数据库设计作为一个大型的工程项目本身的管理，而且还包括该企业的业务管理。
(2)结构设计和行为处理的结合。
数据库设计应该和应用系统设计相结合，也就是说，整个设计过程中要把结构(数据)设计和行为(处理)设计密切结合起来，两者相互参照进行。

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