本讲主要内容
? 关系数据库的定义
? 关系模型的数据结构 （ 关系的基本性质 ）
? 关系模型数据操作 （ 关系模型的特性操作,
关系模型的集合操作 ）
? 关系模型的完整性规则 （ 实体完整性, 参照
完整性, 用户定义的完整性 ）
? 关系数据库的设计（ 关系数据库的设计方法,
需求分析, 概念结构设计, 逻辑结构的设计,
物理设计, 关系数据库规范化, 关系数据库
的设计实例 ）
第七章
数
据
库 (
第
二
讲
）
关系数据库的定义 （第 7章第 2讲）
在概念模型一节中介绍到实体之间是有联系的，联系
有一对一、一对多和多对多之分。
这里，将 实体之间的联系称为关系 。 描述实体之间
联系的方式就是关系模型 。 基于关系模型的数据库称为关
系数据库 。换句话说，在一个给定的现实世界领域中，相
应于所有实体及实体之间的联系的关系的集合就构成了一
个关系数据库。
关系数据库也有 型 和 值 之分。 关系数据库的型 也称
为 关系数据库模式,是对 关系数据库的描述,是 关系模式
的集合 。 关系数据库的值 也称为 关系数据库,是 关系的集
合 。关系数据库模式与关系数据库通常统称为关系数据库。
关系模型的数据结构 （第 7章第 2讲）
关系模型的数据结构是一个由 元组（行） 和 属性（列 ）
组成的关系，也可直接称为 二维表或表 。如图所示。统称
为 关系数据库 。
① 关系
（ relation）：一个
关系对应一个二维表，
二维表名就是关系名 。
如图就是一个关系，
关系名为学生登记表 。
② 元组 (tuple)：表
中的 一行即为一个元
组 。如图的学生登记
表有 6行，也就有 6个
元组。。
③ 属性 (attribute)：
表中的 一列即为一个
属性 。如图的学生登
记表有 7列，对应 7个
属性 (学号，姓名，
性别，出生年月、籍
贯、系别和专业 )。
④ 键 (key)：表中的
某个 属性组,它可以
唯一确定一个元组,
如图的学生登记表中
的学号，按照学生学
号的编排方法,每个
学生的学号 都不相同，
所以它可以唯一确定
一个学生，也就成为
本关系的 键 。
所有能够作为键的属
性都称为 候选键
(candidate key)，
从多个候选键中选择
一个作为该关系的 主
键 (primary key)，
组成主键的诸属性称
为 主属性,除了主属
性之外的属性都称为
非主属性,不包含在
任何候选键中的属性
称为 非键属性 。如果
一个关系的所有属性
都不是非键属性，则
称为 全键 。
⑤ 域 domain),属
性的取值范围 。如图
所示的学生登记表中
性别的域是 (男，女 )，
系别的域是一个学校
所有系名的集合。
⑥ 分量 (component,
元组中的一个 属性值 。
⑦ 关系模式
(relation schema)：
二维表中的行定义就
是关系模式。一般表
示为,
关系名 (属性 1，属性
2,…,属性 n)。
例如，学生登记表的
关系模式可描述为：
学生 (学号，姓名，
性别，出生年月、籍
贯、系别，专业 )。
关系的基本性质 （第 7章第 2讲）
关系模型要求 关系必须是规范化 的，即要求
关系模式必须满足一定的 规范条件,这些规范条
件组成了关系的 6条基本性质, ① 分量必须取 原子
值,即每一个分量都必须是不可再分的数据项；
②列是同质 的，即每一列中的分量是同一类型的
数据，来自同一个域； ③ 不同的列可出自同一个
域，但不同的属性列要给予不同的属性名； ④ 任
意两个元组不能完全相同； ⑤ 列的顺序无关； ⑥
行的顺序无关。
关系模型的数据操作 （第 7章第 2讲）
关系模型的数据操作 采用 集合操作方式,
即操作的对象和结果都是集合。这种操作方式
也称为 一次一集合的方式 。相应地，非关系数
据模型的数据操作方式则为一次一记录的方式。
关系模型的数据操作分 特性操作 和 集合操
作 。
关系模型的特性操作 （第 7章第 2讲）
特性操作包括 投影、筛选 和 联结 三类操作。
① 投影 （ projection）
投影操作是指 从关系中垂直
地选择指定的列,消去一些
列，并重新安排列的顺序构
成新的关系。图示就是学生
登记表在属性, 学号, 和
,籍贯, 上的投影操作的结
果。
② 筛选 （ select）
筛选操作是指从关系中 水平
地选择出满足条件的元组子
集,构成新的关系。图示就
是从学生登记表中选择女学
生构成的新关系。
③ 联结 （ join）
联结操作是指将两个关系结
成一个新关系，是双目操作。
关系模型的集合操作 （第 7章第 2讲）
集合操作包括并、交和差。集合操作的特点是 只
能在属性来自相同的域值的关系中进行,操作结果的属
性数不变。
① 并 （ union）
并操作是指将两个关系的元组组成一个集合。
② 交 （ intersect）
交操作是指将两个关系中相同的元组组成一个集合。
③ 差 （ difference）
差操作是指将一个关系中不同于另一关系的元组组成
一个集合。
关系模型的完整性规则 （第 7章第 2讲）
关系模型的 完整性规则 是对关系的某种 约
束条件 。关系模型中可以有三类完整性约束：
实体完整性, 参照完整性 和 用户定义的完整性 。
其中 实体完整性和参照完整性 是关系模型必须
满足的完整性约束条件，被称作是关系的两个
不变性，应该 由关系系统自动支持 。
实体完整性 （第 7章第 2讲）
实体完整性 也称为 记录完整性 。一个基本关系通常
对应现实世界的一个 实体集 。例如，学生关系对应于学
生的集合。现实世界中的实体是可区分的，即它们具有
某种唯一性标识。相应地，关系模型中以主键作为唯一
性标识，主键中的属性即主属性不能取空值，所谓空值
就是, 不知道, 或, 无意义, 的值。如果主属性取空值，
就说明存在某个不可标识的实体，即存在不可区分的实
体，这与现实世界的应用环境相矛盾,
实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能
取空值 。例如，学生登记关系, 学生 (学号，姓名，性
别，出生年月、籍贯、系别，专业 )” 中,(学号，姓名 )
为主键，则学号和姓名属性都不能取空值。
参照完整性 （第 7章第 2讲）
参照完整性 又称为 引用完整性 。现实世界中的实体
之间往往存在某种联系，在关系模型中实体及实体间的
联系都是用关系来描述的。这样就自然存在着关系与关
系间的引用。例如，有学生和成绩 2个关系,
学生 (学号，姓名，性别，专业号，年龄 )
成绩 (学号，课程名，学分 )
成绩关系引用了学生关系的主键, 学号,,则成绩
关系中的学号值必须是确实存在的学生的学号，即学生
关系中有该学生的记录。换句话说，成绩关系中 某些属
性的取值需要参照其它关系的属性取值，这就是 引用 。
参照完整性规则规定 不允许 引用 不存在的元组 。
用户定义的完整性 （第 7章第 2讲）
用户定义的完整性 又称为 字段完整性 。用
户定义的完整性 就是针对某一具体关系数据库的
约束条件,它反映某一具体应用所涉及的数据必
须满足的语义要求，例如，某个属性必须取唯一
值、某个非主属性也不能取空值、某个属性的取
值范围在 0～ 100之间等。
关系模型应提供定义和检验这类完整性的
机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不
要由应用程序承担这一功能。
关系数据库的设计方法 （第 7章第 2讲）
数据库设计 是指对于一个 给定的应用环境 （包括硬件
环境和操作系统、数据库管理系统等软件环境），如何 使用
这个环境来表达用户的要求,构造最优的数据库模式建立数
据库。
广义来说,数据库设计应包括 结构特性设计 和 行为特
性设计 两部分。 结构特性设计 是指确定数据库的数据模型。
行为特性设计 是指确定数据应用的行为和动作，应用的行为
体现在应用程序中，所以行为特性的设计主要是指应用程序
的设计。
狭义的说,数据库的设计就是 结构特性设计 。 新奥尔良
（ New Orleans） 方法是一个比较著名的数据库设计方法。
新奥尔良（ New Orleans）方法 （第 7章第 2讲）
新奥尔良（ New Orleans）方法 主要内容为：
数据库设计分为 需求分析, 概念结构设计, 逻
辑结构设计 和 物理设计 四个阶段。
需求
分析 概念结构设计 逻辑概念设计
物理
设计
关系数据库的需求分析 （第 7章第 2讲）
需求分析就是对现实世界要处理的对象进行详细调查，
确定数据处理过程、收集数据处理过程中的基本数据以及确
定处理方法。需求分析的核心是, 数据,,, 处理, 和, 方
法, 。
?数据流图 是从, 数据, 和, 处
理, 两方面表达数据处理过程
的一种图形化的表示方法，如
图所示。
?在数据流图中，用 圆圈 表示 数
据处理,用 有向线段表示数据
的流动及流动方向,即数据的
来源和去向； 用, 书形框, 表
示要求在系统中存储数据 。实
际任何一个系统都可抽象出数
据流图。
数据流图 需求分析的基本步骤
第一步 资料收集 收集的内容包
括：数据、发生时间、步骤、规则、
约束条件、处理方法、处理过程等。
收集的形式包括：交谈、书面填表、
开调查会、实地考察、查看业务记
录等。
第二步 资料分析 资料分析的结
果是确定基本数据、绘出数据流图
和建立数据处理方法。基本数据主
要包括：数据项（数据名、类型、
长度、取值范围以及逻辑联系）,
数据结构（数据项的有序集合）、需
存储的数据项等。数据处理方法是指
数据加工的计算公式。
第三步 需求成果 需求分析的成果
就产生需求说明书。一般需求说明书
应包含：任务目标、系统功能结构图、
数据流图、数据字典的雏形表格、数
据处理的方法、各种数据的统计表格
等。
关系数据库的概念结构设计 （第 7章第 2讲）
概念结构设
计 就是确定 概念
模型。 概念模型
用 E-R图表示。
第一步：设计局部 E-R
模型
第二步：设计全局 E-R
模型
关系数据库的逻辑结构的设计 （第 7章第 2讲）
逻辑结构的设计 就是将 概念模型转化为逻辑结构 。
不同的数据库模型可以向所有种类的数据库模型进行转
换。
E-R模型向关系模型转换的规则是,
一个实体类型转换为一个关系模式,实体的属性就
是关系的属性, 实体的键（ Key）就是关系的键 。比上
图所示的 E-R模型可转化为三个关系模式。
材料（材料号、规格、库存量）
零件（零件号、规格、数量、价格）
产品（产品号、规格、数量、价格）
关系数据库的逻辑结构设计步骤如下,
第一步 导出关系模式 导出关系模式就是将 E-R图按规则转换成关
系模式。
第二步 规范化处理 规范化处理依据关系数据库规范化理论对关系
模式进行规范，除异常、改善完整性、一致性和存储效率。
第三步 模式评价 模式评价就是对检查设计的数据库模式是否满足
用户的要求，包括功能评价和性能评价。
第四步 优化模式 优化模式就是从使用效能的角度对数据库模式进
行修改。优化的方式有合并、分解关系模式等。优化与应用程序的
编程以及应用程序的使用有直接关联。
第五步 设计成果 设计成果就是形成逻辑结构设计说明书。逻辑设
计说明书应包含关系模式说明、物理设计指南和应用设计指南。
E-R模型向关系模型转换的规则
关系数据库的逻辑结构设计步骤
关系数据库的物理设计 （第 7章第 2讲）
? 物理设计 就是对已确定的逻辑数据库结构，利用 DBMS所提供的方法
和技术，以较优的 存储结构、数据存储路径、合理的数据存放位置
及存储分配,设计出一个高效可实现的 物理数据库结构 。
? 物理设计离不开 DBMS，对不同的数据库系统其 DBMS是不一样的，其
DBMS提供的方法、技术也不一样。因此，物理结构设计没有固定的
准则。这里给出物理结构设计应 考虑的几个问题,
① 存储容量
数据容量的大小要视数据库的数据量以及数据库使用的时限而定。
② 存储的位置
一般情况下，数据库存储的位置影响着应用程序访问的时间。
③ 缓存容量
DBMS的运行是需要缓存支持的。合理的安排缓存大小，可以提高开发
程序的运行效率，也可以提高数据库的运行安全。
关系数据库规范化 （第 7章第 2讲）
? 关系数据库是关系的集合,规范化就是研究如何以多种组合中选取
一个适合的、性能好的关系集合，减少数据冗余和便于维护 。
? 规范化主要基于 范式（ Normal Form,NF） 的概念。 关系模式满足
的条件称为范式 。
① 1NF ② 2NF ③ 3NF
如果关系模式中的关系 R，其所有属性的值域中的每个值不可再分解，则
称 R满足 第一范式（ 1NF） 。不符合 1 NF的关系，就无法进行关系运算。
比如：学生（学号，姓名，数学成绩，外语成绩,…… ）
虽然它是非 1 NF的关系，在学生表中套有成绩表，而且成绩项是枚举量，
除非所有的课程全部列出，否则无法完整表示。但即使全部列出也不实用，空
间浪费较大，又不可改选课程，为此可将成绩表从学生表中分离出来，变为两
个符合 1 NF的关系，如下,
学生（学号，姓名）
成绩（课程名，得分）
如果关系 R满足 1 NF，且 R中每个非主属性完全依赖于主键属性，则称 R满
足 第二范式（ 2NF） 。比如：一个, 学生社团, 的关系如下,
学生社团（学号，姓名，性别，社团代号，社团名称）
这里的学生社团关系满足 1 NF，但不满足 2 NF，这是因为社团名称只依赖
于社团代号，而与学号无关。 不满足 2 NF关系，会引起数据冗余和插入、删除
的异常现象。 上述学生社团关系可分为满足 2NF的关系，即,
学生（学号，姓名，性别）
社团（社团代号，社团名称）
学生社团（学号，社团代号）
2,且非主键属性都不传递依赖主键属性，则 R满足 第三
范式（ 3NF） 的关系。
比如：学生（学号、授课教师号、课程号）表中如果一个教师只能讲授一
门课程，而一门课程由若干教师讲授，一个学生选定了一个固定的教师，则该
学生表就满足 3NF。而假如一个教师只能讲授一门课程，而一门课程只能由一
个教师讲授，则该学生表就不满足 3 NF。
关系数据库的设计实例 （第 7章第 2讲）
? 某一 出版社信息系统的数据库的设计 。经过需求分析，得知该系统
应包含作者的信息、书的销售信息、书的出版信息，书的分类信息
和作者的笔名（一个作者可有多个笔名）信息。
? 经过概念结构设计和逻辑结构设计，得出该信息系统的数据库的数
据模式如下,
① 实体
② 关系
③ 关系模式
作者 （作者编号，姓名，通信地址）
书 （书号，书名，页数，售价）
分类 （分类码，分类名称）
印数 （书号，版数，印数，出版日期）
销售 （书号，年月，销售数）
笔名 （作者编号，笔名）
书和作者之间是多对多的关系
分类和书之间一对多的关系
作者和笔名之间是一对多的关系
书和印数之间是一对多的关系
书和销售之间是一对一的关系
笔名是个枚举量
作者 （作者编号，姓名，通信地址）
书 （书号，分类码，书名，页数，售价）
作者与书 （作者编号，书号，作者序位）
分类 （分类码，分类名称）
销售 （书号，年月，销售数）
印刷 （书号，版数，印数，出版日期）
笔名 （作者编号，笔名）
? 关系数据库的定义
? 关系模型的数据结构 （ 关系的基本性质 ）
? 关系模型数据操作 （ 关系模型的特性操作,
关系模型的集合操作 ）
? 关系模型的完整性规则 （ 实体完整性, 参照
完整性, 用户定义的完整性 ）
? 关系数据库的设计（ 关系数据库的设计方法,
需求分析, 概念结构设计, 逻辑结构的设计,
物理设计, 关系数据库规范化, 关系数据库
的设计实例 ）
第七章
数
据
库 (
第
二
讲
）
关系数据库的定义 （第 7章第 2讲）
在概念模型一节中介绍到实体之间是有联系的，联系
有一对一、一对多和多对多之分。
这里，将 实体之间的联系称为关系 。 描述实体之间
联系的方式就是关系模型 。 基于关系模型的数据库称为关
系数据库 。换句话说，在一个给定的现实世界领域中，相
应于所有实体及实体之间的联系的关系的集合就构成了一
个关系数据库。
关系数据库也有 型 和 值 之分。 关系数据库的型 也称
为 关系数据库模式,是对 关系数据库的描述,是 关系模式
的集合 。 关系数据库的值 也称为 关系数据库,是 关系的集
合 。关系数据库模式与关系数据库通常统称为关系数据库。
关系模型的数据结构 （第 7章第 2讲）
关系模型的数据结构是一个由 元组（行） 和 属性（列 ）
组成的关系，也可直接称为 二维表或表 。如图所示。统称
为 关系数据库 。
① 关系
（ relation）：一个
关系对应一个二维表，
二维表名就是关系名 。
如图就是一个关系，
关系名为学生登记表 。
② 元组 (tuple)：表
中的 一行即为一个元
组 。如图的学生登记
表有 6行，也就有 6个
元组。。
③ 属性 (attribute)：
表中的 一列即为一个
属性 。如图的学生登
记表有 7列，对应 7个
属性 (学号，姓名，
性别，出生年月、籍
贯、系别和专业 )。
④ 键 (key)：表中的
某个 属性组,它可以
唯一确定一个元组,
如图的学生登记表中
的学号，按照学生学
号的编排方法,每个
学生的学号 都不相同，
所以它可以唯一确定
一个学生，也就成为
本关系的 键 。
所有能够作为键的属
性都称为 候选键
(candidate key)，
从多个候选键中选择
一个作为该关系的 主
键 (primary key)，
组成主键的诸属性称
为 主属性,除了主属
性之外的属性都称为
非主属性,不包含在
任何候选键中的属性
称为 非键属性 。如果
一个关系的所有属性
都不是非键属性，则
称为 全键 。
⑤ 域 domain),属
性的取值范围 。如图
所示的学生登记表中
性别的域是 (男，女 )，
系别的域是一个学校
所有系名的集合。
⑥ 分量 (component,
元组中的一个 属性值 。
⑦ 关系模式
(relation schema)：
二维表中的行定义就
是关系模式。一般表
示为,
关系名 (属性 1，属性
2,…,属性 n)。
例如，学生登记表的
关系模式可描述为：
学生 (学号，姓名，
性别，出生年月、籍
贯、系别，专业 )。
关系的基本性质 （第 7章第 2讲）
关系模型要求 关系必须是规范化 的，即要求
关系模式必须满足一定的 规范条件,这些规范条
件组成了关系的 6条基本性质, ① 分量必须取 原子
值,即每一个分量都必须是不可再分的数据项；
②列是同质 的，即每一列中的分量是同一类型的
数据，来自同一个域； ③ 不同的列可出自同一个
域，但不同的属性列要给予不同的属性名； ④ 任
意两个元组不能完全相同； ⑤ 列的顺序无关； ⑥
行的顺序无关。
关系模型的数据操作 （第 7章第 2讲）
关系模型的数据操作 采用 集合操作方式,
即操作的对象和结果都是集合。这种操作方式
也称为 一次一集合的方式 。相应地，非关系数
据模型的数据操作方式则为一次一记录的方式。
关系模型的数据操作分 特性操作 和 集合操
作 。
关系模型的特性操作 （第 7章第 2讲）
特性操作包括 投影、筛选 和 联结 三类操作。
① 投影 （ projection）
投影操作是指 从关系中垂直
地选择指定的列,消去一些
列，并重新安排列的顺序构
成新的关系。图示就是学生
登记表在属性, 学号, 和
,籍贯, 上的投影操作的结
果。
② 筛选 （ select）
筛选操作是指从关系中 水平
地选择出满足条件的元组子
集,构成新的关系。图示就
是从学生登记表中选择女学
生构成的新关系。
③ 联结 （ join）
联结操作是指将两个关系结
成一个新关系，是双目操作。
关系模型的集合操作 （第 7章第 2讲）
集合操作包括并、交和差。集合操作的特点是 只
能在属性来自相同的域值的关系中进行,操作结果的属
性数不变。
① 并 （ union）
并操作是指将两个关系的元组组成一个集合。
② 交 （ intersect）
交操作是指将两个关系中相同的元组组成一个集合。
③ 差 （ difference）
差操作是指将一个关系中不同于另一关系的元组组成
一个集合。
关系模型的完整性规则 （第 7章第 2讲）
关系模型的 完整性规则 是对关系的某种 约
束条件 。关系模型中可以有三类完整性约束：
实体完整性, 参照完整性 和 用户定义的完整性 。
其中 实体完整性和参照完整性 是关系模型必须
满足的完整性约束条件，被称作是关系的两个
不变性，应该 由关系系统自动支持 。
实体完整性 （第 7章第 2讲）
实体完整性 也称为 记录完整性 。一个基本关系通常
对应现实世界的一个 实体集 。例如，学生关系对应于学
生的集合。现实世界中的实体是可区分的，即它们具有
某种唯一性标识。相应地，关系模型中以主键作为唯一
性标识，主键中的属性即主属性不能取空值，所谓空值
就是, 不知道, 或, 无意义, 的值。如果主属性取空值，
就说明存在某个不可标识的实体，即存在不可区分的实
体，这与现实世界的应用环境相矛盾,
实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能
取空值 。例如，学生登记关系, 学生 (学号，姓名，性
别，出生年月、籍贯、系别，专业 )” 中,(学号，姓名 )
为主键，则学号和姓名属性都不能取空值。
参照完整性 （第 7章第 2讲）
参照完整性 又称为 引用完整性 。现实世界中的实体
之间往往存在某种联系，在关系模型中实体及实体间的
联系都是用关系来描述的。这样就自然存在着关系与关
系间的引用。例如，有学生和成绩 2个关系,
学生 (学号，姓名，性别，专业号，年龄 )
成绩 (学号，课程名，学分 )
成绩关系引用了学生关系的主键, 学号,,则成绩
关系中的学号值必须是确实存在的学生的学号，即学生
关系中有该学生的记录。换句话说，成绩关系中 某些属
性的取值需要参照其它关系的属性取值，这就是 引用 。
参照完整性规则规定 不允许 引用 不存在的元组 。
用户定义的完整性 （第 7章第 2讲）
用户定义的完整性 又称为 字段完整性 。用
户定义的完整性 就是针对某一具体关系数据库的
约束条件,它反映某一具体应用所涉及的数据必
须满足的语义要求，例如，某个属性必须取唯一
值、某个非主属性也不能取空值、某个属性的取
值范围在 0～ 100之间等。
关系模型应提供定义和检验这类完整性的
机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不
要由应用程序承担这一功能。
关系数据库的设计方法 （第 7章第 2讲）
数据库设计 是指对于一个 给定的应用环境 （包括硬件
环境和操作系统、数据库管理系统等软件环境），如何 使用
这个环境来表达用户的要求,构造最优的数据库模式建立数
据库。
广义来说,数据库设计应包括 结构特性设计 和 行为特
性设计 两部分。 结构特性设计 是指确定数据库的数据模型。
行为特性设计 是指确定数据应用的行为和动作，应用的行为
体现在应用程序中，所以行为特性的设计主要是指应用程序
的设计。
狭义的说,数据库的设计就是 结构特性设计 。 新奥尔良
（ New Orleans） 方法是一个比较著名的数据库设计方法。
新奥尔良（ New Orleans）方法 （第 7章第 2讲）
新奥尔良（ New Orleans）方法 主要内容为：
数据库设计分为 需求分析, 概念结构设计, 逻
辑结构设计 和 物理设计 四个阶段。
需求
分析 概念结构设计 逻辑概念设计
物理
设计
关系数据库的需求分析 （第 7章第 2讲）
需求分析就是对现实世界要处理的对象进行详细调查，
确定数据处理过程、收集数据处理过程中的基本数据以及确
定处理方法。需求分析的核心是, 数据,,, 处理, 和, 方
法, 。
?数据流图 是从, 数据, 和, 处
理, 两方面表达数据处理过程
的一种图形化的表示方法，如
图所示。
?在数据流图中，用 圆圈 表示 数
据处理,用 有向线段表示数据
的流动及流动方向,即数据的
来源和去向； 用, 书形框, 表
示要求在系统中存储数据 。实
际任何一个系统都可抽象出数
据流图。
数据流图 需求分析的基本步骤
第一步 资料收集 收集的内容包
括：数据、发生时间、步骤、规则、
约束条件、处理方法、处理过程等。
收集的形式包括：交谈、书面填表、
开调查会、实地考察、查看业务记
录等。
第二步 资料分析 资料分析的结
果是确定基本数据、绘出数据流图
和建立数据处理方法。基本数据主
要包括：数据项（数据名、类型、
长度、取值范围以及逻辑联系）,
数据结构（数据项的有序集合）、需
存储的数据项等。数据处理方法是指
数据加工的计算公式。
第三步 需求成果 需求分析的成果
就产生需求说明书。一般需求说明书
应包含：任务目标、系统功能结构图、
数据流图、数据字典的雏形表格、数
据处理的方法、各种数据的统计表格
等。
关系数据库的概念结构设计 （第 7章第 2讲）
概念结构设
计 就是确定 概念
模型。 概念模型
用 E-R图表示。
第一步：设计局部 E-R
模型
第二步：设计全局 E-R
模型
关系数据库的逻辑结构的设计 （第 7章第 2讲）
逻辑结构的设计 就是将 概念模型转化为逻辑结构 。
不同的数据库模型可以向所有种类的数据库模型进行转
换。
E-R模型向关系模型转换的规则是,
一个实体类型转换为一个关系模式,实体的属性就
是关系的属性, 实体的键（ Key）就是关系的键 。比上
图所示的 E-R模型可转化为三个关系模式。
材料（材料号、规格、库存量）
零件（零件号、规格、数量、价格）
产品（产品号、规格、数量、价格）
关系数据库的逻辑结构设计步骤如下,
第一步 导出关系模式 导出关系模式就是将 E-R图按规则转换成关
系模式。
第二步 规范化处理 规范化处理依据关系数据库规范化理论对关系
模式进行规范，除异常、改善完整性、一致性和存储效率。
第三步 模式评价 模式评价就是对检查设计的数据库模式是否满足
用户的要求，包括功能评价和性能评价。
第四步 优化模式 优化模式就是从使用效能的角度对数据库模式进
行修改。优化的方式有合并、分解关系模式等。优化与应用程序的
编程以及应用程序的使用有直接关联。
第五步 设计成果 设计成果就是形成逻辑结构设计说明书。逻辑设
计说明书应包含关系模式说明、物理设计指南和应用设计指南。
E-R模型向关系模型转换的规则
关系数据库的逻辑结构设计步骤
关系数据库的物理设计 （第 7章第 2讲）
? 物理设计 就是对已确定的逻辑数据库结构，利用 DBMS所提供的方法
和技术，以较优的 存储结构、数据存储路径、合理的数据存放位置
及存储分配,设计出一个高效可实现的 物理数据库结构 。
? 物理设计离不开 DBMS，对不同的数据库系统其 DBMS是不一样的，其
DBMS提供的方法、技术也不一样。因此，物理结构设计没有固定的
准则。这里给出物理结构设计应 考虑的几个问题,
① 存储容量
数据容量的大小要视数据库的数据量以及数据库使用的时限而定。
② 存储的位置
一般情况下，数据库存储的位置影响着应用程序访问的时间。
③ 缓存容量
DBMS的运行是需要缓存支持的。合理的安排缓存大小，可以提高开发
程序的运行效率，也可以提高数据库的运行安全。
关系数据库规范化 （第 7章第 2讲）
? 关系数据库是关系的集合,规范化就是研究如何以多种组合中选取
一个适合的、性能好的关系集合，减少数据冗余和便于维护 。
? 规范化主要基于 范式（ Normal Form,NF） 的概念。 关系模式满足
的条件称为范式 。
① 1NF ② 2NF ③ 3NF
如果关系模式中的关系 R，其所有属性的值域中的每个值不可再分解，则
称 R满足 第一范式（ 1NF） 。不符合 1 NF的关系，就无法进行关系运算。
比如：学生（学号，姓名，数学成绩，外语成绩,…… ）
虽然它是非 1 NF的关系，在学生表中套有成绩表，而且成绩项是枚举量，
除非所有的课程全部列出，否则无法完整表示。但即使全部列出也不实用，空
间浪费较大，又不可改选课程，为此可将成绩表从学生表中分离出来，变为两
个符合 1 NF的关系，如下,
学生（学号，姓名）
成绩（课程名，得分）
如果关系 R满足 1 NF，且 R中每个非主属性完全依赖于主键属性，则称 R满
足 第二范式（ 2NF） 。比如：一个, 学生社团, 的关系如下,
学生社团（学号，姓名，性别，社团代号，社团名称）
这里的学生社团关系满足 1 NF，但不满足 2 NF，这是因为社团名称只依赖
于社团代号，而与学号无关。 不满足 2 NF关系，会引起数据冗余和插入、删除
的异常现象。 上述学生社团关系可分为满足 2NF的关系，即,
学生（学号，姓名，性别）
社团（社团代号，社团名称）
学生社团（学号，社团代号）
2,且非主键属性都不传递依赖主键属性，则 R满足 第三
范式（ 3NF） 的关系。
比如：学生（学号、授课教师号、课程号）表中如果一个教师只能讲授一
门课程，而一门课程由若干教师讲授，一个学生选定了一个固定的教师，则该
学生表就满足 3NF。而假如一个教师只能讲授一门课程，而一门课程只能由一
个教师讲授，则该学生表就不满足 3 NF。
关系数据库的设计实例 （第 7章第 2讲）
? 某一 出版社信息系统的数据库的设计 。经过需求分析，得知该系统
应包含作者的信息、书的销售信息、书的出版信息，书的分类信息
和作者的笔名（一个作者可有多个笔名）信息。
? 经过概念结构设计和逻辑结构设计，得出该信息系统的数据库的数
据模式如下,
① 实体
② 关系
③ 关系模式
作者 （作者编号，姓名，通信地址）
书 （书号，书名，页数，售价）
分类 （分类码，分类名称）
印数 （书号，版数，印数，出版日期）
销售 （书号，年月，销售数）
笔名 （作者编号，笔名）
书和作者之间是多对多的关系
分类和书之间一对多的关系
作者和笔名之间是一对多的关系
书和印数之间是一对多的关系
书和销售之间是一对一的关系
笔名是个枚举量
作者 （作者编号，姓名，通信地址）
书 （书号，分类码，书名，页数，售价）
作者与书 （作者编号，书号，作者序位）
分类 （分类码，分类名称）
销售 （书号，年月，销售数）
印刷 （书号，版数，印数，出版日期）
笔名 （作者编号，笔名）
