数据库设计教程

1. 教学内容

1.1 数据库设计概述

什么是数据库设计？

数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的需求。

数据库设计的目标

  • 数据冗余最小化
  • 数据一致性和完整性
  • 高效的数据访问
  • 良好的扩展性
  • 数据安全性保障

设计过程

需求分析
→
概念设计
→
逻辑设计
→
物理设计
→
实施维护

1.2 需求分析

需求分析的主要内容

  • 信息需求
    • 数据项
    • 数据结构
    • 数据量
    • 数据流程
  • 处理需求
    • 功能需求
    • 性能需求
    • 操作需求
  • 安全性需求
    • 访问控制
    • 数据备份
    • 故障恢复

案例：图书管理系统需求分析

以图书馆管理系统为例，需要考虑：

  • 图书信息：书名、作者、ISBN、出版社等
  • 读者信息：姓名、证号、借阅历史等
  • 借阅规则：借期、续借、超期处理等

1.3 概念结构设计

E-R模型设计

使用实体-关系模型（E-R模型）描述数据的概念结构：

  • 实体的识别与属性设计
  • 实体间关系的确定
  • 实体完整性约束

E-R图示例

E-R图示例

图书管理系统E-R图示例

1.4 逻辑结构设计

关系模型转换

将E-R模型转换为关系模型的步骤：

  1. 实体转换为关系表
  2. 属性映射为字段
  3. 关系转换为外键

规范化过程

  • 第一范式（1NF）：属性不可分
  • 第二范式（2NF）：消除部分函数依赖
  • 第三范式（3NF）：消除传递函数依赖

1.5 物理结构设计

存储结构设计

  • 表空间规划
  • 索引设计
  • 分区策略
  • 存储参数优化

性能优化考虑

  • 查询优化
  • 并发控制
  • 缓存策略

1.6 数据库实施

实施步骤

  1. 数据库创建
    • 建表语句
    • 约束定义
    • 索引创建
  2. 数据迁移
    • 数据导入
    • 数据验证
  3. 应用程序开发
  4. 测试与优化
  5. 系统维护

SQL示例

CREATE TABLE books (
    book_id INT PRIMARY KEY,
    title VARCHAR(100) NOT NULL,
    author VARCHAR(50),
    isbn VARCHAR(13) UNIQUE,
    publish_date DATE
);