揭秘数据库设计的奥秘 (数据库是如何设计的)
作为企业信息系统中最重要的组成部分之一，数据库的设计无疑是软件工程师们需要深入探究的关键领域之一。因为，一个合理的数据库设计不仅能够提高系统的数据处理效率，而且还能够确保数据库的稳健性和安全性。但是对于许多初学者来说，数据库设计并不是一件简单的事情，所以在本文中，我们将深入讲解数据库设计的基本概念、步骤和技巧，帮助初学者更好地掌握数据库设计的奥秘。
一、数据库的基础概念
1. 数据库是什么？
数据库是一种能够存储有组织数据的，它能够被多个用户同时访问和管理。简单来说，数据库就是一个存储数据的仓库，它能够根据用户的需求灵活地存储、操作和检索数据。
2. 数据库的类型
根据数据存储的方式，目前常见的数据库类型主要有关系型数据库和非关系型数据库两种。其中，关系型数据库是最为经典和传统的数据库类型，采用数据表的形式进行数据存储和处理；而非关系型数据库则是基于文档、图形、键值对等数据结构进行的存储和查询。此外还有一种新型数据库叫做图数据库，它是一种专门用于管理图形数据的数据库类型。
3. 数据库的组成部分
数据库通常由数据表、数据字段、数据记录和数据库管理系统组成。其中，数据表是数据库中最为基本的数据单元，数据字段则是数据表中每一列的定义，数据记录则是数据表中每一行的。数据库管理系统则是负责处理数据库操作的软件系统，它能够自动完成如数据加工、更新、查询等任务。
二、数据库设计的步骤
1. 需求分析
数据库设计的之一步就是需求分析，它主要是通过对业务流程、数据存储需求的分析，确定数据库的设计目标和需求。
2. 数据规划
数据规划是在需求分析的基础上，定义和组织数据库中的各个数据表和数据字段，以及建立数据表之间的联系和关联。
3. 设计数据表
在定义完数据表和字段之后，设计人员需要设计出数据表的结构和属性。在设计数据表时，需要遵循一些基本规则，例如：避免重复数据、定义数据类型、设置数据有效性约束等。
4. 建立数据表之间的关系
在设计数据表的同时，还需要考虑数据表之间的各种联系和关联。例如，可以使用关系型数据库中的外键来定义表之间的关系，以确保数据的有效性和完整性。
5. 数据库标准化
数据库标准化是为了保证数据库的稳定性和可维护性，同时也是为了让所有人都能理解并使用数据库。标准化包括了命名规则、数据表的命名、字段命名、索引定义和视图定义等。
6. 数据库的运行和维护
在设计完数据库之后，运行和维护数据库也是非常重要的一步，包括数据库的数据备份、数据恢复、数据安全等等。
三、数据库设计的技巧
1. 按需设计
在设计数据表的过程中，需要根据实际需求进行设计，而非全盘考虑；避免将所有数据都放入一个表中，这样比较浪费空间；同时，也应该尽可能地避免过度设计，增加维护难度。
2. 规范命名
在数据表、字段、关系等的命名过程中，需要规范命名以方便维护，例如给数据表取一个有意义的名字，使用有意义的字段名称等等。
3. 利用索引
在数据表中创建索引可以大大提高查询效率，同时也能够保证数据的完整性和准确性。
4. 避免多余数据
在设计数据库时，应该避免存储多余数据，例如在一个订单表中存储商品图片等无关信息，这样会增加数据的冗余和维护难度。
5. 优化查询
在进行复杂查询时，为了提高查询效率，设计人员可以使用联合查询、子查询等SQL技巧，让查询更加高效和准确。
综上述，数据库设计是一项非常重要的工作，在设计过程中，需要密切关注数据需求、规划数据结构、建立关系、标准化命名等多个方面，同时也需要注意避免冗余数据、优化查询效率等。正确的数据库设计不仅可以大幅提高系统的数据处理效率，还能够确保数据库的稳健性和安全性，减少数据管理和维护的困难程度。因此，我们应该不断地学习探索，提高自身的数据库设计和管理技能，从而更好地适应企业发展需求。
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简述数据库应用系统的设计步骤
数据库应用系统的开发是一项软件工程。一般可分为以下几个阶段：
1.规划
2.需求分析
3.概念模型设计
4. 逻辑设计
5.物理设计
6.程序编制及调试
7.运行及维护。
这些阶段的划分目前尚无统一的标准，各阶段间相互联接，而且常常需要回溯修正。
在数据库应用系统的开发过程中，每个阶段的工作成果就是写出相应的文档。每个阶段都是在上一阶段工作成果的基础上继续进行，整个开发工程是有依据、有组织、有计划、有条不紊地展开工作。
1.规划
规划的主要任务就是作必要性及可行性分析。
在收集整理有关资料的基础上，要确定将建立的数据库应用系统与周边的关系，要对应用系统定位，其规模的大小、所处的地位、应起的作用均须作全面的分析和论证。
明确应用系统的基本功能，划分数据库支持的范围。分析数据来源、数据采集的方式和范围，研究数据结构的特点，估算数据量的大小，确立数据处理的基本要求和业务的规范标准。
规划人力资源调配。对参与研制和以后维护系统运作的管理人员、技术人员的技术业务水平提出要求，对最终用户、操作员的素质作出评估。
拟定设备配置方案。论证计算机、网络和其他设备在时间、空间两方面的处理能力，要有足够的内外存容量，系统的响应速度、网络传输和输入输出能力应满足应用需求并留有余量。要选择合适的os,dbms和其它软件。设备配置方案要在使用要求、系统性能、购置成本和维护代价各方面综合权衡。
对系统的开发、运行、维护的成本作出估算。预测系统效益的期望值。
拟定开发进度计划，还要对现行工作模式如何向新系统过渡作出具体安排。
规划阶段的工作成果是写出详尽的可行性分析报告和数据库应用系统规划书。内容应包括：系统的定位及其功能、数据资源及数据处理能力、人力资源调配、设备配置方案、开发成本估算、开发进度计划等。
可行性分析报告和数据库应用系统规划书经审定立项后，成为后续开发工作的总纲。
数据库应用系统的开发是一项软件工程,本文介绍了数据库应用系统的开发步骤……
2.需求分析
需求分析大致可分成三步来完成。
(1) 需求信息的收集, 需求信息的收集一般以机构设置和业务活动为主干线，从高层中层到低层逐步展开
(2) 需求信息的分析整理, 对收集到的信息要做分析整理工作。数据流图(dfd, data flow diagram)是业务流程及业务中数者者据联系的形式描述。图4.1是一个简单的dfd 示例。
数据字典(dd, data dictionary)详细描述系统中的全部数据。
数据字典包含以下几个部分。
· 数据项：是数据的原子单位。
· 数据组项：由若干数据项组成。
· 数据流：表示某一数据加工过程的输入/输出数据。
· 数据存储：是处理过程中要存取的数据。
· 数据加工过程 数据加工过程的描述包括：数据加工过程名、说明、输入、输出、加工处理工作摘要、加工处理频度、加工处理的数据量、响应时间要求等。
数据流图既是需求分析的工具，也是需求分析的成果之一。数据字典是进行数据收集和数据分析的主要成果。
(3) 需求信息的评审. 开发过程中的每一个阶段都要经过评审，确认任务是否全部完成，避免或纠正工作中出现的错误和疏漏。聘请项目外的专家参与评审，可保证评审的质量和客观性。
评审可能导致开发过程回溯，甚至会反复多次。但是，一定要使全部的预期目标都达到才能让需求分析阶段的工作暂告一个段落.
需求分析阶段的工作成果是写出一份既切合实际又具有预见的需求说明书，并且附以一整套详尽的数据流图和数据字典。
3.概念模型设计
概念模型不依赖于具体的计算机系统，他是纯粹反映信息需求的概念结构。
建模是山棚在需求分析结果的基础上展开，常常要对数据进行抽象处理。常用的数据抽象方法是‘聚集’和‘概括’。
er方法是设计概念模型时常用逗嫌则的方法。用设计好的er图再附以相应的说明书可作为阶段成果
概念模型设计可分三步完成。
(1) 设计局部概念模型
① 确定局部概念模型的范围
② 定义实体
③ 定义联系
④ 确定属性
⑤ 逐一画出所有的局部er图，并附以相应的说明文件
数据库应用系统的开发是一项软件工程,本文介绍了数据库应用系统的开发步骤……
(2) 设计全局概念模型
建立全局er图的步骤如下：
① 确定公共实体类型
② 合并局部er图
③ 消除不一致因素
④ 优化全局er图
⑤ 画出全局er图，并附以相应的说明文件。
(3) 概念模型的评审
概念模型的评审分两部分进行
之一部分是用户评审。
第二部分是开发人员评审。
4.逻辑设计
逻辑设计阶段的主要目标是把概念模型转换为具体计算机上dbms所支持的结构数据模型。
逻辑设计的输入要素包括：概念模式、用户需求、约束条件、选用的dbms的特性。
逻辑设计的输出信息包括：dbms可处理的模式和子模式、应用程序设计指南、物理设计指南。
(1) 设计模式与子模式
关系数据库的模式设计可分四步完成。
① 建立初始关系模式
② 规范化处理
③ 模式评价
④ 修正模式
经过多次的模式评价和模式修正，确定最终的模式和子模式。
写出逻辑数据库结构说明书。
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(2) 编写应用程序设计指南
根据设计好的模式和应用需求，规划应用程序的架构，设计应用程序的草图，指定每个应用程序的数据存取功能和数据处理功能梗概，提供程序上的逻辑接口。
编写出应用程序设计指南。
(3) 编写物理设计指南。
根据设计好的模式和应用需求，整理出物理设计阶段所需的一些重要数据和文档。例如，数据库的数据容量、各个关系(文件)的数据容量、应用处理频率、操作顺序、响应速度、各个应用的lra和tv、程序访问路径建议，等等。这些数据和要求将直接用于物理数据库的设计。
编写出物理设计指南。
5.物理设计
物理设计是对给定的逻辑数据模型配置一个最适合应用环境的物理结构。
物理设计的输入要素包括：模式和子模式、物理设计指南、硬件特性、os和dbms的约束、运行要求等。
物理设计的输出信息主要是物理数据库结构说明书。其内容包括物理数据库结构、存储记录格式、存储记录位置分配及访问方法等。
物理设计的步骤如下：
(1) 存储记录结构
设计综合分析数据存储要求和应用需求，设计存储记录格式。
(2) 存储空间分配
存储空间分配有两个原则：
①存取频度高的数据尽量安排在快速、随机设备上，存取频度低的数据则安排在速度较慢的设备上。
②相互依赖性强的数据尽量存储在同一台设备上，且尽量安排在邻近的存储空间上。
从提高系统性能方面考虑，应将设计好的存储记录作为一个整体合理地分配物理存储区域。尽可能充分利用物理顺序特点，把不同类型的存储记录指派到不同的物理群中。
(3) 访问方法的设计
一个访问方法包括存储结构和检索机构两部分。存储结构限定了访问存储记录时可以使用的访问路径;检索机构定义了每个应用实际使用的访问路径。
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(4) 物理设计的性能评价
① 查询响应时间
从查询开始到有结果显示之间所经历的时间称为查询响应时间。查询响应时间可进一步细分为服务时间、等待时间和延迟时间。
在物理设计过程中，要对系统的性能进行评价。性能评价包括时间、空间、效率、开销等各个方面。
⊙ cpu服务时间和i/o服务时间的长短取决于应用程序设计。
⊙ cpu队列等待时间和i/o队列等待时间的长短受计算机系统作业的影响。
⊙ 设计者可以有限度地控制分布式数据库系统的通信延迟时间。
② 存储空间
存储空间存放程序和数据。程序包括运行的应用程序、dbms子程序、os子程序等。数据包括用户工作区、dbms工作区、os工作区、索引缓冲区、数据缓冲区等。
存储空间分为主存空间和辅存空间。设计者只能有限度地控制主存空间，例如可指定缓冲区的分配等。但设计者能够有效地控制辅存空间。
③ 开销与效率
设计中还要考虑以下各种开销，开销增大，系统效率将下降。
⊙ 事务开销指从事务开始到事务结束所耗用的时间。更新事务要修改索引、重写物理块、进行写校验等操作，增加了额外的开销。更新频度应列为设计的考虑因素。
⊙ 报告生成开销指从数据输入到有结果输出这段时间。报告生成占用cpu及i/o的服务时间较长。设计中要进行筛选，除去不必要的报告生成。
⊙ 对数据库的重组也是一项大的开销。设计中应考虑数据量和处理频度这两个因数，做到避免或尽量减少重组数据库。
在物理设计阶段，设计、评价、修改这个过程可能要反复多次，最终得到较为完善的物理数据库结构说明书。
建立数据库时，dba依据物理数据库结构说明书，使用dbms提供的工具可以进行数据库配置。
在数据库运行时，dba监察数据库的各项性能，根据依据物理数据库结构说明书的准则，及时进行修正和优化操作，保证数据库系统能够保持高效率地运行。
6.程序编制及调试
在逻辑数据库结构确定以后，应用程序设计的编制就可以和物理设计并行地展开
程序模块代码通常先在模拟的环境下通过初步调试，然后再进行联合调试。联合调试的工作主要有以下几点：
数据库应用系统的开发是一项软件工程,本文介绍了数据库应用系统的开发步骤……
(1) 建立数据库结构
根据逻辑设计和物理设计的结果，用dbms提供的数据语言(ddl)编写出数据库的源模式，经编译得到目标模式，执行目标模式即可建立实际的数据库结构。
(2) 调试运行
数据库结构建立后，装入试验数据，使数据库进入调试运行阶段。运行应用程序，测试
(3) 装入实际的初始数据
在数据库正式投入运行之前，还要做好以下几项工作：
(1) 制定数据库重新组织的可行方案。
(2) 制定故障恢复规范
(3) 制定系统的安全规范
7.运行和维护
数据库正式投入运行后，运行维护阶段的主要工作是：
(1) 维护数据库的安全性与完整性。
按照制定的安全规范和故障恢复规范，在系统的安全出现问题时，及时调整授权和更改密码。及时发现系统运行时出现的错误，迅速修改，确保系统正常运行。把数据库的备份和转储作为日常的工作，一旦发生故障，立即使用数据库的最新备份予以恢复。
(2) 监察系统的性能。
运用dbms提供的性能监察与分析工具，不断地监控着系统的运行情况。当数据库的存储空间或响应时间等性能下降时，立即进行分析研究找出原因，并及时采取措施改进。例如，可通修改某些参数、整理碎片、调整存储结构或重新组织数据库等方法，使数据库系统保持高效率地正常运作。
(3) 扩充系统的功能
在维持原有系统功能和性能的基础上，适应环境和需求的变化，采纳用户的合理意见，对原有系统进行扩充，增加新的功能。
数据库设计
的基本步骤：
1、系统需求分析与设计。
2、概念结构分析与设计。
3、逻辑结构分析与祥闷设计。
4、物理结构分析与设计。
5、系统实施。
6、系统维护。
扩展资料：
数据库设计技巧：
1、原始文件与实体的关系
它可以是一对一，一对多，多对多的关系。一般来说，它们是一对一的关系：一个原始文档只对应于一个实体。在特殊情况下，它们可以是一对多或多对一关系，即一个原始文档对应于多个实体，或者多个原始文档对应于一个实体。
这里的实体可以理解为基本表。在对应关系明确后，对输入接口的设计非常有利。
2、主键和外键
一般来说，实体不能既没有主键也没有外键。在E－R图中，叶中的实体可以定义主键或不定义主键（因为它没有子代），但它必须有外键（因为它有父项）。
主键和外键的设计在全局数据库的设计中起着重要的作用。当全球数据库的设计完成后，一位美国数据库设计专家说：“钥匙无处不在，只有钥匙孙盯。”。这是他数据库设计的经验，也体现了他对信息系统核心（
数据模型
）高度抽象的理念。
因谨凯弯为：主键是一个高度抽象的实体。主键和外键的配对表示实体之间的连接。
3、基本表的属性
基本表不同于中间表和临时表，因为它具有以下四个特点：
原子性
。基本表中的字段不可分解。
原始主义。基本表中的记录是原始数据（基本数据）的记录。
演绎的。所有输出数据都可以从基本表和代码表中的数据导出。
稳定。基本表的结构比较稳定，表中的记录要长期保存。
在了解基本表的性质之后，在设计数据库时，可以将基本表与中间表和临时表区分开来。
参考资料来源：
百度百科-数据库设计
数据库设计的基本步骤：
①系统需求分析设计；
②概念结构分析设计；
③逻辑结构分析设计；
④物理结构分析设计；
⑤系统实施；
⑥系统维护。
扩展资料
数据库的设计技巧：
1、原始单据与实体之间的关系
可以是一对一、一对多、多对多的关系。在一般情况下，它们是一对一的关系：即一张原始单据对应且只对应一个实体。在特殊情况下，它们可能是一对多或多对一的关系，即一张原始单证对应多个实体，或多张原始单证对应一个实体启肢。
这里的实体可以理解为基本表。明确这种对应关系后，对设计录入界面大有好处。
2、主键与外键
一般而言，一个实体不能既无主键又无外键。在E—团明R 图中, 处于叶子部位的实体, 可以定义主键，也可以不定义主键(因为它无子孙), 但必须要有外键(因为它有父亲)。
主键与外键的设计，在全局数据库的设计中，占有重要地位。当全局数据库的设计完成以后，有个美国数据库设计专家说：“键，到处都是键，除了键塌旁告之外，什么也没有”，这就是他的数据库设计经验之谈，也反映了他对信息系统核心(数据模型)的高度抽象思想。
因为：主键是实体的高度抽象，主键与外键的配对，表示实体之间的连接。
3、基本表的性质
基本表与中间表、临时表不同，因为它具有如下四个特性：
原子性。基本表中的字段是不可再分解的。
原始性。基本表中的记录是原始数据（基础数据）的记录。
演绎性。由基本表与代码表中的数据，可以派生出所有的输出数据。
稳定性。基本表的结构是相对稳定的，表中的记录是要长期保存的。
理解基本表的性质后，在设计数据库时，就能将基本表与中间表、临时表区分开来。
参考资料来源：
百度百科——数据库设计
如何设计数据库
1、需求分析：需求收集和分析，得到数据字典和数据流图；
2、概念结构设计：对用户需求综合、归纳与抽象，形成概念模型；
3、逻辑结构前早迅设计：将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据睁扒模型；
4、数据库物理设计：为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构；
5、数据库实施慧此：建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，程序试运行；
6、数据库运行和维护：对数据库系统进行评价、调整与修改。
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