数据库应用系统设计实例 - 图文

图8-10 经优化后的全局ER图

8．5系统的逻辑设计

概念设计阶段设计的数据模型，是独立于任何一种商用化的DBMS的信息结构。逻辑设计阶段的主要任务，是把ER图转化为所选用的DBMS产品支持的数据模型。由于该系统采用SQL Servetr 2000关系型数据库系统，因此，应将概念设计的：ER模型转化为关系数据模型。

8．5．1 转化为关系数据模型

首先，从任课教师实体和课程实体以及它们之间的联系来考虑。任课教师与课程之间的关系是多对多的联系，所以将任课教师和课程以及讲授联系型分别设计成以下关系模式：

教师(教师编号，教师姓名，籍贯，性别，所学专业，职称，出生日期，家庭住址) 课程(课程编码，课程名称，讲授课时，课程学分) 讲授(教师编号，课程编码，开课年度，开课学期) 教室实体型与讲授联系型是用聚集来表示的，并且存在两种占用联系，它们之间的关系是多对多的关系，可以划分为以下3个关系模式：

教室(教室编码，最大容量，教室类型)

授课占用(教师编号，课程编码，教室编码，课表时间，授课周次) 考试占用(教师编号，课程编码，教室编码，考试时间，考场人数)

专业实体和班级实体之间的联系是一对多的联系型(1：n)，所以可以用以下两个关系模式来表示，其中联系被移动到班级实体中：

班级(班级编码，班级名称，班级简称，专业编码)

专业(专业编码，专业名称，专业性质，专业简称，可授学位)

班级实体和学生实体之间的联系是一对多的联系型(1：n)，所以可以用两个关系模式来表示。但是班级已有关系模式“班级(班级编码，班级名称，班级简称，专业编码)”，所以下面只生成一个关系模式，其中联系被移动到学生实体中：

学生(学号，姓名，出生日期，籍贯，性别，家庭住址，班级编码) 学生实体与讲授联系型的关系是用聚集来表示的，它们之间的关系是多对多的关系，可以使用以下关系模式来表示：

修课(课程编码,学号，教师编号，考试成绩)

8．5．2 关系数据模型的优化与调整

在进行关系模式设计之后，还需要以规范化理论为指导，以实际应用的需要为参考，对关系模式进行优化，以达到消除异常和提高系统效率的目的。

以规范化理论为指导，其主要方法是消除各数据项问的部分函数依赖、传递函数依赖等。

首先，应确定数据间的依赖关系。确定依赖关系，一般在需求分析时就做了一些工作，ER图中实体间的依赖关系就是数据依赖的一种表现形式。

其次，检查是否存在部分函数依赖、传递函数依赖，然后通过投影分解，消除相应的部 分函数依赖和传递函数依赖，来达到所需的范式。

一般说来，关系模式只需满足第三范式即可。从8．6．1小节所述关系模式可以看出，它们满足第三范式，在此就不具体分析。

在实际应用设计中，关系模式的规范化程度并不是越高越好。因为从低范式向高范式转

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化时，必须将关系模式分解成多个关系模式。这样，当执行查询时，如果用户所需的信息在多个表中，就需要进行多个表间的连接，这无疑对系统带来较大的时间开销。为了提高系统处理性能，要对相关程度比较高的表进行合并，或者在表中增加相关程度比较高的属性(表的列)。这时，选择较低的第一范式或第二范式可能比较适合。

如果系统某个表的数据记录很多，记录多到数百万条时，系统查询效率将很低。可以 通过分析系统数据的使用特点，做相应处理。例如，当某些数据记录仅被某部分用户使用 时，可以将数据库表的记录根据用户划分，分解成多个子集放入不同的表中。

前面设计出的教师、课程、教室、班级、专业以及学生等关系模式，都比较适合实际应 用，一般不需要作结构上的优化。

对于“讲授(教师编号，课程编码，开课年度，开课学期)”关系模式，既可用作存储教学计划信息，又代表某门课程由某个老师在某年的某学期主讲。当然，同一门课可能在同一 学期由多个教师主讲，教师编码和课程编码对于用户不直观，使用教师姓名和课程名称比较直观，要得到教师姓名和课程名称就必须分别和“教师”以及“课程”关系模式进行连接， 因而有时问上的开销。另外，要反映“授课和教学计划”的特征，可将关系模式的名字改为 “授课一计划”，因此，关系模式改为“授课～计划(教师编号，课程编码，教师姓名，课程名称，开课年度，开课学期)”。

按照上面的方法，可将“授课占用(教师编号，课程编码，教室编码，课表时间，授课周次)”，“考试占用(教师编号，课程编码，教室编码，考试时间，考场人数)”两个关系模式分别改为“授课安排(教师编号，课程编码，教室编码，课表时间，教师姓名，课程名称，课周次)”，“考试安排(教师编号，课程编码，教室编码，考试时间，教师姓名，课程名称，考场人数)”。

对于“修课”关系模式，由于教务员要审核学生选课和考试成绩，因此需增加审核信息 属性。因此，“修课”关系模式调整为“修课(学号,课程编码，教师编号，学生姓名，教师姓名，课程名称，选课审核人，考试成绩，成绩审核人)”。

为了增加系统的安全性，需要对教师和学生分别检查密码口令，因此需要在“教师”和 “学生”关系模式中增加相应的属性。即“教师(教师编号，教师姓名，籍贯，性别，所学专业，职称，出生日期，家庭住址，登录密码，登录IP，最后登录时间)”，“学生(学号，姓名，出生日期，籍贯，性别，家庭住址，班级编码，登录密码，登录IP，最后登录时间)”。

8．5．3 数据库表的结构

得出数据库的各个关系模式后，需要根据需求分析阶段数据字典的数据项描述，给出各数据库表结构。考虑到系统的兼容性以及编写程序的方便性，可将关系模式的属性对应为表字段的英文名。同时，考虑到数据依赖关系和数据完整性，需要指出表的主键和外键，以及字段的值域约束和数据类型。不同的数据类型，对系统的效率有较大的影响，例如，对于SQL Server 2000中的char和varchar，相同的数据，char比varchar需要更多的磁盘空间，可能需要更多的I／O和其他处理操作。

系统各表的结构，如表8—1至表8—11所示。��

8．6数据库的物理设计

数据库物理设计的任务，是将逻辑设计映射到存储介质上，利用可用的硬件和软件功能尽可能快地对数据进行物理访问和维护。物理设计主要考虑的内容包括：使用哪种类型的磁盘硬件，例如，RAID(磁盘冗余阵列)设备；如何将数据放置在磁盘上；在访问数据时，使用哪种索引设计提高查询性能；如何适当设置数据库的所有配置参数，以使数据库高效地运行。

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8．6．1 存储介质类型的选择

RAID是由多个磁盘驱动器组成的磁盘系统，可为系统提供更高的性能、可靠性、存储容量和更低的成本。从0到5级，容错阵列共分为6个RAID等级，每个等级使用不同的算法实现容错。SQL Server 2000一般使用RAID等级0、1和5。

RAlD 0等级，是使用数据分割技术实现的磁盘文件系统，它将所有硬盘构成一个磁盘阵列，可以同时对多个硬盘进行读写。RAID O通过在多个磁盘内的并行操作，提高读写性能。例如，一个由两个硬盘组成的RAID 0磁盘阵列，把数据的第一和二位写入第一个硬盘，第三和第四位写入第二个硬盘，这样可以提高数据读写速度。但是不具备备份及容错能力，其价格便宜，硬盘使用效率最佳，但是可靠度是最差的。

RAID 1等级，使用称为镜像集的磁盘文件系统，因而也称该等级为磁盘镜像。磁盘镜像提供选定磁盘冗余的、完全一样的副本。所有写入主磁盘的数据，均写入镜像磁盘。RAID 1提供容错能力，且一般可提高读取性能，但可能会降低系统写数据的性能。

RAID 5等级，也称为带奇偶的数据分割技术，是在设计中最常用的策略。该等级在阵列内的磁盘中，将数据分割成大块，并在所有磁盘中写入奇偶信息，数据冗余由这些奇偶信

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息提供。数据和奇偶信息排列在磁盘阵列上，以使二者始终在不同的磁盘上。带奇偶的数据分割技术，比磁盘镜像(RAID 1)提供更好的性能。

为了提高系统的安全性，防止系统因介质的损坏而导致数据丢失的危险，基于windows 2000 RAID5卷实现RAID 5级磁盘阵列。带奇偶的磁盘数据分割技术，将奇偶信息添加到每个磁盘分区上。这样，可提供与磁盘镜像相当的容错保护，而存放冗余数据所需的空间要少得多。当带奇偶的磁盘块或RAID5卷的某个成员发生严重故障时，可以根据其余成员，新生成这个集成员的数据。创建RAID5卷，至少需要3个物理磁盘。因此，在该系统可以使用4个物理磁盘，为后面将介绍的创建多个数据库文件提供支持。

8．6．2定义数据库

SQL Server 2000数据库文件分为3种类型：主数据文件、次数据文件和日志文件。 主数据文件是数据库的起点，指向数据库中文件的其他部分；每个数据库都有一个主 数据文件，其文件扩展名为 mdf。

次数据文件包含除主数据文件外的所有数据文件；有些数据库可能没有次数据文件，而有些数据库则有多个次数据文件。次数据文件的扩展名是．ndf。这些次文件，含有不能放到主数据文件中的所有数据。如果主数据文件可以包含数据库中的所有数据，那么数据库就不需要次数据文件。有些数据库可能足够大，故需要多个次数据文件，将数据扩展到多个磁盘。

日志文件包含恢复数据库所需的所有日志信息，每个数据库必须至少有一个日志文件，但可以不止一个，日志文件的扩展名为．1df。

本系统将数据文件分成以下几个文件：一个主数据文件，存放在C：＼Educationaladministration＼data＼Teachdatl．mdf下；两个次文件，分别存放在D：＼Edtlcational administration＼data＼Teachdat2．mdf和E：＼Educational admirlistration＼data＼Teachdat3．mdf下；日志文件，存放在F：＼Educational administration＼data＼Teachlog．1df下。

这样，系统对4个磁盘进行并行访问，提高系统对磁盘数据的读写效率。其创建数据库的语句如下：

CREATE DATABASE TeachDb ON

PRIMATY (NAME=Teachfilel,

FILENAME=’C:、\\Educational administration \\data\\Teachdatl mdf’ SIZE=100MB, MAXSIZE=200, FILEGROWTH=20), (NAME=Teachfile2,

FILENAME=’D:\\Educational administration \\data \\Teachdat2.mdr’, SIZE=100MB, MAXSIZE=200, FELEGROWTH=20), (NAME=Teachfile3,

FILENAME=’E:\\Educational administration \\data\\Teachdat3.mdf’, SIZE=100MB MAXSIZE=200, FILEGROWTH=20)

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