数据库概念结构设计

一、实验目的1. 理解数据库设计的概念、过程和步骤。

2. 掌握数据库概念结构、逻辑结构和物理结构的设计方法。

3. 能够运用E-R图进行数据库概念结构设计。

4. 能够运用SQL语句进行数据库逻辑结构和物理结构设计。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 数据库管理系统：MySQL 5.73. 开发工具：MySQL Workbench三、实验内容1. 数据库概念结构设计2. 数据库逻辑结构设计3. 数据库物理结构设计四、实验步骤1. 数据库概念结构设计（1）分析需求，确定实体和属性以“图书管理系统”为例，确定实体和属性如下：实体：图书、读者、借阅信息属性：- 图书：书名、作者、出版社、ISBN、出版日期、分类号、库存数量- 读者：读者编号、姓名、性别、出生日期、联系电话、邮箱、住址- 借阅信息：借阅编号、图书编号、读者编号、借阅日期、归还日期、状态（2）绘制E-R图根据实体和属性，绘制E-R图如下：```图书(书名，作者，出版社，ISBN，出版日期，分类号，库存数量)读者(读者编号，姓名，性别，出生日期，联系电话，邮箱，住址)借阅信息(借阅编号，图书编号，读者编号，借阅日期，归还日期，状态) ```2. 数据库逻辑结构设计（1）确定关系模式根据E-R图，确定关系模式如下：- 图书(书名，作者，出版社，ISBN，出版日期，分类号，库存数量)- 读者(读者编号，姓名，性别，出生日期，联系电话，邮箱，住址)- 借阅信息(借阅编号，图书编号，读者编号，借阅日期，归还日期，状态)（2）编写SQL语句创建表```sqlCREATE TABLE 图书 (书名 VARCHAR(100),作者 VARCHAR(50),出版社 VARCHAR(50),ISBN VARCHAR(20),出版日期 DATE,分类号 VARCHAR(10),库存数量 INT);CREATE TABLE 读者 (读者编号 VARCHAR(10),姓名 VARCHAR(50),性别 CHAR(1),出生日期 DATE,联系电话 VARCHAR(20),邮箱 VARCHAR(50),住址 VARCHAR(100));CREATE TABLE 借阅信息 (借阅编号 VARCHAR(10),图书编号 VARCHAR(10),读者编号 VARCHAR(10),借阅日期 DATE,归还日期 DATE,状态 VARCHAR(10));```3. 数据库物理结构设计（1）确定索引根据需求，确定索引如下：- 图书表：ISBN、分类号- 读者表：读者编号- 借阅信息表：借阅编号、图书编号、读者编号（2）编写SQL语句创建索引```sqlCREATE INDEX idx_isbn ON 图书(ISBN);CREATE INDEX idx_分类号 ON 图书(分类号);CREATE INDEX idx_读者编号 ON 读者(读者编号);CREATE INDEX idx_借阅编号 ON 借阅信息(借阅编号);CREATE INDEX idx_图书编号 ON 借阅信息(图书编号);CREATE INDEX idx_读者编号 ON 借阅信息(读者编号);```五、实验结果与分析1. 通过实验，掌握了数据库设计的概念、过程和步骤。

数据库的概念结构设计数据库的概念结构设计是指在设计数据库之前，需要进行的一个抽象模型化的过程，它描述了数据库中各种对象和它们之间关系的逻辑结构。

数据库的概念结构设计是数据库设计的一个重要环节，它的目的是确定数据库的基本结构和用于描述和组织数据的各种概念、规则、关系和约束。

1.实体和实体类型：实体是现实世界中具有独立存在和区分性质的事物，实体类型是指一类具有相同性质的实体的集合。

在概念结构设计中，需要确定数据库中包含哪些实体类型，以及每个实体类型包含哪些属性。

2.属性和属性域：属性是指实体具有的其中一种特性或性质，属性可以是简单的或复杂的。

属性域是属性可能取值的范围或类型，例如整数、字符串等。

在概念结构设计中，需要确定每个实体类型包含哪些属性，并为每个属性定义属性域。

5.约束和规则：约束是指对数据库中数据有效性的限制，可以是简单的或复杂的逻辑条件。

规则是指对数据库中数据操作的限制和规范，例如插入、删除、更新等操作的规则。

在概念结构设计中，需要确定数据库中存在哪些约束和规则。

6.数据流和过程：数据流是指数据库中数据的流动过程，过程是指对数据库中数据进行操作的方法，例如查询、修改等过程。

在概念结构设计中，需要确定数据库中的数据流和过程，以及它们之间的关系和约束。

数据库的概念结构设计是数据库设计的基础，它为后续的物理结构设计、逻辑结构设计和实施提供了指导。

一个好的概念结构设计可以使数据库的性能和效率得到最大的提升，同时也可以保证数据库中数据的一致性和完整性。

因此，在进行数据库设计时，需要认真进行概念结构设计的工作，合理地组织和描述数据的逻辑结构，为后续的数据库设计和实施奠定良好的基础。

第二章数据库的概念结构设计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步骤。

本章主要介绍以下内容：•数据模型。

•概念模型。

•概念结构设计的方法与步骤。

第一节数据模型一、数据数据是数据库中存储的基本对象，也是数据模型的基本元素。

1．数据在数据库中描述事物的符号记录称为数据，是存储的基本对象。

计算机是人们解决问题的辅助工具，而解决问题的前提是对问题存在条件及环境参数的正确描述，在现实世界中人们可以直接用自然语言来描述世界，为了把这些描述传达给计算机，就要将其抽象为机器世界所能识别的形式。

例如，我们在现实世界中用以下语言来描述一块主板：编号为0001的产品为“技嘉主板”，其型号为GA-8IPE1000-G，前端总线800MHz。

如果将其转换为机器世界中数据的一种形式则为：0001，技嘉主板，GA-8IPE1000-G，800MHz。

因此从现实世界中的数据到机器世界中的符号记录形式的数据，还需要一定的转换工作。

2．数据描述在数据库设计的不同阶段都需要对数据进行不同程度的描述。

在从现实世界到计算机世界的转换过程中，经历了概念层描述、逻辑层描述及存储介质层描述三个阶段。

在数据库的概念设计中，数据描述体现为“实体”、“实体集”、“属性”等形式，用来描述数据库的概念层次；在数据库的逻辑设计中，数据描述体现为“字段”、“记录”、“文件”、“关键码”等形式，用来描述数据库的逻辑层次；在数据库的具体物理实现中，数据描述体现为“位”、“字节”、“字”、“块”、“桶”、“卷”等形式，用来描述数据库的物理存储介质层次。

二、数据模型模型是对现实世界中的事物、对象、过程等客观系统中感兴趣的内容的模拟和抽象表达。

如一座大楼模型、一架飞机模型就是对实际大楼、飞机的模拟和抽象表达，人们从模型可以联想到现实生活中的事物。

数据模型也是一种模型，它是对现实世界数据特征的抽象。

数据模型一般应满足三个要求：一是能比较真实地模拟现实世界；二是容易被人们理解；三是便于在计算机上实现。

数据结构与数据库设计的关系数据结构和数据库设计是计算机科学中两个非常重要的概念。

数据结构是一种定义数据组织方式和操作的方式，而数据库设计是指设计和组织数据库以便有效存储和检索数据的过程。

本文将探讨数据结构与数据库设计之间的关系以及它们在计算机科学中的重要性。

一、数据结构与数据库的概念数据结构是计算机科学中研究数据组织和存储方式的一门学科。

它研究如何通过合适的数据结构来组织和存储数据，以便能够高效地进行数据访问和操作。

数据结构包括各种数据类型、数据组织方式和相应的操作方法，例如链表、栈、队列、树和图等。

数据库是指按照一定的数据模型组织和存储数据的集合。

数据库设计是指根据实际需求设计和构建数据库的过程，包括确定数据库的结构、建立表格、定义字段和设置关系等。

数据库通常包含多个表格，每个表格由多个字段组成，它们之间通过关系建立连接。

二、数据结构在数据库设计中的作用数据结构在数据库设计中起着至关重要的作用。

设计一个好的数据结构可以确保数据库的高效性、可靠性和扩展性。

以下是数据结构在数据库设计中的几个重要作用：1. 数据表的组织方式：数据表是数据库存储数据的基本单位。

通过合适的数据结构，可以有效地组织表格之间的关系，例如主键、外键和索引等。

这些结构可以提高数据的访问速度和查询效率。

2. 数据操作的效率：数据库的增删改查操作都需要对数据进行操作。

不同的数据结构适用于不同的操作，例如栈和队列适用于先入后出和先入先出的操作。

合理选择数据结构可以提高数据操作的效率和性能。

3. 数据存储的方式：数据库需要将数据以某种方式存储在物理介质上。

选择合适的数据结构可以提高数据存储的紧凑性和存取速度，从而提高数据库的整体性能。

三、数据库设计对数据结构的要求数据库设计对数据结构也有一些要求，主要包括以下几点：1. 数据一致性：数据库中的数据应该保持一致性，即同一份数据在不同的地方应该保持一致。

数据结构应该能够满足对数据的完整性和一致性的要求。

数据库的概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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实验一 数据库概念结构、逻辑结构与物理结构设计一、实验目的1、熟练掌握概念结构、逻辑结构与物理结构的设计方法。

2、熟练使用PowerDesigner 进行CDM 、PDM 设计。

3、学会使用PowerDesigner 检测CDM 模型的方法。

4、熟练掌握E-R 图转换为关系模式的方法。

5、掌握使用PowerDesigner 将CDM 转化为PDM 的方法。

二、实验内容1、绘制学籍管理E-R 图。

2、将概念模型转换成物理模型。

3、使用PowerDesigner 进行CDM 、PDM 设计。

三、实验步骤1、绘制学籍管理系统的E-R 图。

姓名出生日期学生班级班级编号班级名称性别学号管理所在学院学院名称学院编号隶属n1n课程教师课程类型职称出生日期成绩性别姓名选课授课聘任就职学期课程编号课程名称属于课程介绍先修课程学分授课地点教师编号参加工作日期职称编码职称课程类型码类型说明mn1n1mm学期总学时m1n12、使用PowerDesigner 设计CDM 。

①启动PowerDesigner。

②新建CDM模型。

③创建实体。

④创建实体之间的关系。

⑤创建实体之间的联系。

⑥验证CDM模型的正确性。

3、将CDM转换为PDM。

在CDM设计界面上，选择“Tools”→“Check Model”命令，检查CDM的正确性。

显示结果如下：可见不存在错误，选择“Tools”→“Generate Physical Data Model”命令，将CDM转换为PDM 并设置名称“学籍管理”。

四、实验结果附“学籍管理系统”CDM 图和PDM 图五、实验总结对概念结构、逻辑结构与物理结构的设计方法了解和掌握，学会了使用PowerDesigner 设计“学籍管理系统”CDM 模型。

掌握使用PowerDesigner 将CDM 转化为PDM 的方法。

班级班级编号学院编号班级名称INTEGER INTEGER VARCHAR(20)<pk><fk>学生学号班级编号姓名性别出生日期LONG INTEGER VARCHAR(10)CHAR(2)DATE<pk><fk>学院学院编号学院名称INTEGER VARCHAR(30)<pk>教师教师编号职称编码学院编号姓名性别出生日期参加工作日期INTEGER CHAR(2)INTEGER VARCHAR(10)CHAR(2)DATE DATE<pk><fk1><fk2>课程课程编号课程类型编码教师编号课程名称先修课程总学时学分课程介绍学期授课地点授课学期INTEGER INTEGER INTEGER VARCHAR(16)INTEGERNUMERIC(3,0)SMALLINT VARCHAR(20)CHAR(11)VARCHAR(30)CHAR(11)<pk><fk2><fk1>课程类型课程类型编码类型说明INTEGER VARCHAR(20)<pk>职称职称编码职称CHAR(2)VARCHAR(20)<pk>选课学号课程编号成绩LONG INTEGER NUMERIC(3,1)<pk,fk1><pk,fk2>。

2.1概念结构设计 2.2逻辑结构设计
2.3物理结构设计
数据库设计通常包括概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计三个阶段，每个阶段都有其特定的目标和任务。

2.1 概念结构设计：概念结构设计是数据库设计的第一步，它关注的是数据库的高层概念模型。

在这个阶段，设计师通常使用实体关系图（ERD）或类似的工具来表示数据库中的实体、关系和属性。

通过绘制 ERD，设计师可以清晰地理解和捕捉业务领域中的关键概念和数据之间的关系。

概念结构设计的主要目标是建立一个准确、完整、一致的数据库概念模型，为后续的设计和开发提供指导。

2.2 逻辑结构设计：逻辑结构设计将概念结构转化为逻辑表示形式。

在这个阶段，设计师根据概念模型定义数据库的表、列、约束、索引等逻辑结构。

他们还会确定数据的类型、长度、主键、外键等细节。

逻辑结构设计的主要目标是定义数据库的逻辑模型，确保数据的完整性、一致性和有效性，并优化数据的存储和查询性能。

2.3 物理结构设计：物理结构设计关注的是数据库在实际物理存储设备上的布局和组织。

在这个阶段，设计师会考虑数据库文件的存储位置、文件组织方式、索引的选择和创建、数据存储格式等。

物理结构设计的主要目标是根据系统的性能需求和硬件环境，优化数据库的存储效率、访问速度和数据备份策略。

总之，概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计是数据库设计的三个重要阶段。

它们依次递进，从高层概念到具体实现，确保数据库在满足业务需求的同时具备良好的性能和可维护性。

每个阶段的设计都需要与利益相关者进行充分的沟通和协作，以确保设计的准确性和有效性。

数据库结构设计1. 简介数据库结构设计是系统设计阶段最重要的环节之一，它对操作系统性能和可靠性的实现起着重要的作用。

数据库设计包括关联设计、预处理设计和存储设计。

关联设计主要包括：分析实体-属性(Entity－Attribute)模型、分析实体-关联(Entity－Relationship)模型；预处理设计主要包括：定义数据库结构，定义数据元素和数据对象；存储设计主要包括：数据存储和索引存储等内容。

2. 关联设计关联设计是数据库设计的基础工作，它用于描述数据库中“实体”与“属性”之间的关系、以及实体之间的关系。

一般而言，数据库设计的关联设计通常使用实体-属性(Entity－Attribute)模型和实体-关联(Entity－Relationship) 模型来实现。

（1）实体-属性模型是一种简单的描述方式，它将一个实体与其属性一一映射，是概念模型中最基本的模型。

实体-属性模型的结构很容易理解，它可以通过实体-属性表来表示，可以直接转换成表结构。

（2）实体-关联模型则比实体-属性模型更为复杂，能够更加清晰地表达实体之间的关系。

例如，实体-关联模型可以描述一张实体关系图，表示由一组实体之间构成的数据及实体组成部分。

3. 预处理设计预处理设计是数据库设计的重要内容，主要用于定义数据库结构、定义各个数据元素的字段和类型以及定义数据对象的非物理属性如索引、聚集、键、约束等。

预处理设计包括定义表结构、定义表间联系、定义表联接、定义字段属性、制定索引规则等。

此外，预处理设计还要定义数据库的安全机制，比如如何防止数据的不完整性、避免泄露采取的安全措施以及访问控制的策略。

4. 存储设计存储设计是数据库设计的最后一步，它决定了数据库的存储结构和数据库中的表空间。

存储设计的内容主要是数据的存储器与索引存储器以及存放空间的分配。

数据存储和索引存储就是将保存数据的空间分配给给定的表格，使数据存放在特定的存储空间中。

存储设计涉及尽量减少存储空间以及提高数据访问速度的技术，以及定义使用多年级（clustering）技术以保持系统性能等。