一、数据库设计简介按规范设计，数据库设计过程分为六个阶段。
a、系统需求分析阶段
b、概念结构设计阶段
c、逻辑结构设计阶段
d、物理结构设计阶段
e .数据库实现阶段
f、数据库运行和维护阶段
需求分析和概念结构设计独立于任何数据库管理系统。
二、系统需求分析1、需求分析任务需求分析任务：通过深入调查现实世界中需要处理的对象，了解原始系统，收集支持新系统的基础数据，并在对其进行处理的基础上，确定新系统的功能。
a、调查分析用户活动
b .收集和分析需求数据，确定系统边界信息需求，处理需求、安全性和完整性需求
c、编写系统分析报告
2、需求分析方法需求分析有两种方法：自上而下、自下而上
a、自上而下
自上而下的方式从最上层的系统组织机构开始，通过逐层分解的方式分析系统。
用数据流图和数据词典描述系统
数据流图：说明将输入数据转换为输出数据的过程
数据流：由一组表示数据流方向的固定分量数据组成
处理：描述了从输入数据到输出数据的转换
文件：用于存储数据
来源或汇：位于系统外部的个人或组织。 表示系统输入数据的源和输出数据的去向
b、自底向上
3、实例教学管理系统
基本需求：
有的学校设计了学校教育管理系统，学生实体包括学号、姓名、性别、生日、民族、籍贯、简历、入学日期，每个学生选一个专业，专业包括专业号、名字、类别，一个专业属于一个学院，一个学院是多个专业学院信息应当保存学院编号、学院名称、院长。 教学管理要管理课程、学生成绩单。 课程包括课程编号、课程名称和学分，每个课程由一所大学开设。 学生选的每门课都取得了一个成绩。
三、概念结构设计1、概念结构设计概要概念结构设计的目标是设计数据库的E-R模型图，确认需求信息的正确和完整。 具体来说，从需求分析中找到实体，确认实体的属性，确认实体的关系，画出ER图。
2、概念结构设计步骤
第一步是数据抽象和局部电子政务模型设计
a、数据抽象
从多层数据流中选择适当的层次，作为设计E-R图的出发点。
确定每个本地APP应用程序中包含的实体、实体中包含的属性以及实体之间的关系
如何分割实体和属性
分类将一组具有特定共同特性和行为的对象抽象为一个实体。
聚合将对象类型的组成部分抽象为属性。
b、局部E-R模型设计
局部E-R模型设计原则是属性必须是不可分离的数据项，不能通过放弃其他属性来配置的属性不能与其他实体相关联。 关系仅在实体之间发生。
为了简化E-R图，可以作为属性处理的尽量作为属性。
第二步，全球E-R模型设计
整合各局部E-R模型，形成全球模型。 视图集成有两种方法。
a、多元集成法：一次将多个局部E-R图合并为一个全局E-R图。
b、二元集成法：首先集成两个重要的局部E-R图，然后用累加的方法集成一个新的E-R图。
合并：
合并局部E-R图，消除冲突，初步生成E-R图。 合并的关键是合理消除各局部E-R图的冲突。
冲突的分类如下
优化：
从初步E-R图中去除不必要的冗馀，生成基本的E-R图。
冗馀数据：可以从基本数据导出的数据。
冗长的联系：可以从基本联系中导出的联系。
3、实例教学管理系统E-R图
实体：学生、专业、学院、课程
要记录在实体表中的属性：
学生(学号、姓名、性别、生日、籍贯、民族、简历、入学日)。
专业(专业号码、专业名称、类别) )。
学院(学院编号、学院名称、院长)。
课程(课程编号、课程名称、单位)。
教程ER图：
四、逻辑结构设计1、逻辑结构设计简介逻辑结构设计的任务是将概念结构设计阶段完成的实体模型转化为特定DBMS支持的数据模型。 逻辑结构设计的目的是将E-R图的实体、属性和关系转换为关系模型。
2、初始关系模型设计(1)实体关系转换遵循的原则：
图元转换为关系模型，图元的属性是关系的属性，图元的关键是关系的关键。
联系将转换为关系模式，每个连接的实体的键和连接属性将转换为关系属性。
联系关系的关键可能有三个。
如果联系人为1:1，则每个实体的密钥都是关系的候选密钥
联系为1:n时，zen侧实体知识关系的关键
如果联系是n:m，则各实体的密钥组合是关系的密钥
特殊情况：多方联系
将多元关系转换为关系模式时，与该多元关系相连的各实体的主键和关系自身的属性被转换为关系的属性，转换后得到的关系的主键为各实体键的组合
)2)实体关系转换规则：
a、1:1关系可被转换为一种独立的关系模式，也可被集成为对应于其一端的关系模式。
原始实体的对应关系模式如下：
班级(班号、专业、人数)。
班长(学号、姓名、专业) )。
将相关“管理”集成到与实体“类”相对应的模式中时，会出现以下情况：
班级(班号、专业、人数、班长学号) )。
班长
（学号，姓名，专长）关系“管理”也可以合并到实体“班长”对应的模式，将关系“管理”合并到实体“班级”对应的模式后为：
班级（班号，专业，人数）
班长（学号，姓名，专长，班号）
B、一个1:n关系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端所对应的关系模式合并。
实体对应的关系模式
系（系号，系名，系主任，电话）
教师（教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄）
关系对应的关系模式
管理（教师号，系号）
合并到实体“教师”后（只能合并到“多”的一端的关系模型）：
教师（教师号，姓名，专业，职称，性别，年龄，系号）
C、一个m:n关系转换为一个关系模式。转换的方法为：与该关系相连的各实体的码以及关系本身的属性均转换为关系的属性，新关系的码为两个相连实体码的组合。
关系只能转换为独立模式，模式的属性由关系本身的属性及两个实体的键构成；主键由两端实体的键组合而成。
课程（课程号，课程名，学时，类别） 实体表
学生（学号，姓名，性别，专业，出生日期，照片） 实体表
选修（学号，课程号，分数） 关系表
D、三个或三个以上实体间的多元关系转换为一个关系模式。
关系的属性：与该多元关系相连的各实体的码以及关系本身的属性
关系的码：各实体码的组合
“讲授”关系是一个三元关系，可以转换为如下关系模式，其中课程号、职工号和书号为关系的组合码：
讲授（课程号，职工号，书号） 3、关系模式规范化
应用数据库设计的范式理论对初始关系模型进行优化。数据库设计的三大范式如下：
第一范式 每一个分类必须是一个不可分的数据项。属性不可再分，确保每列的原子性。
第二范式 要求每个表只描述一件事情，每条记录有唯一标识列。
第三范式 数据库表中不包含已在其它表中已包含的非主关键字信息。
关系模式的规范化过程如下：
A、确定范式级别
考察关系模式的函数依赖关系，确定范式等级。
B、实施规范化处理
利用规范化方法和理论将关系模式规范化。
C、模式改进
合并：
将用于关联查询的具有相同主键的各表合并可提高查询效率
分解：
水平分解，将关系的元组分为若干子集，提高查询效率；垂直分解，把关系中经常一起使用的属性分解出来，形成一个子关系，提高执行效率。分解时要保持无损连接和函数依赖。
教学管理系统
由ER模型转化为的关系模型：
学生（学号、姓名、性别、生日、籍贯、民族、入学日期、专业号）实体表
专业（专业号、专业名称、类别、学院号）实体表
学院（学院号、学院名称、院长）实体表
课程（课程号、课程名称、学分、学院号）实体表
成绩表（学号、课程号、成绩）关系表
在转换为关系模型时，一对多的联系都在相应的多方实体的关系中增加一个外键。
需求的增加：
如果教学管理系统还要管理教师教学安排，教师包括编号、姓名、年龄、职称，一个教师只能属于一个学院，一名教师可以上若干门课程，一门课程可以有多名老师来上，每个教师所上的每门课都有一个课堂号和课时数。
教师实体的ER图：
教学管理系统ER图：
关系表 多对多
成绩表 （学号，课程号，成绩，时间，地点）
物理结构设计：对于给定的逻辑数据模型，选取一个最适合应用环境的物理结构。数据库的物理结构设计分为两步：
A、确定物理结构：存取方法和存储结构
B、评价物理结构：评价重点是时间和空间效率
根据具体的数据库管理系统所提供的多种存储结构和存取方法等依赖于具体计算机结构的各项物理设计措施，对具体的应用任务选定最合适的物理存储结构(数据类型 索引 主键)。
（1）存储结构的设计
物理结构中，数据的基本存取单位是存储记录。
某一类型的所有存储记录的集合称为文件。
确定数据库存储结构时要综合考虑存取时间、存储空间利用率和维护代价三方面的因素。例如消除一切冗余数据虽然能够节约存储空间，但往往会导致检索代价的增加，因此必须进行权衡，选择一个折中方案。
（2）数据存取路径的设计
在关系数据库中，选择存取路径主要是指确定如何建立索引。例如，应把哪些域作为次码建立次索引，建立单码索引还是组合索引，建立多少个为合适，是否建立聚集索引等。
（3）数据存放位置的设计
为了提高性能，可将数据的易变部分、稳定部分、经常存取部分和存储频率较低部分分开存放。
（4）系统配置的设计
DBMS产品一般都提供了一些存储分配参数，供设计人员和DBA对数据库进行物理优化。初始情况下，系统都为这些变量赋予了合理的缺省值，但是这些值不一定适合每一种应用环境，在进行物理设计时，需要重新对这些变量赋值以改善系统的性能。
物理结构设计过程中需要对时间效率、空间效率、维护代价和各种用户要求进行权衡，其结果可以产生多种方案，数据库设计人员必须对方案进行细致的评价，从中选择一个较优的方案作为数据库的物理结构。
评价物理数据库的方法完全依赖于所选用的DBMS，主要是从定量估算各种方案的存储空间、存取时间和维护代价入手，对估算结果进行权衡、比较，选择出一个较优的合理的物理结构。
教学管理系统
表1-1 学院
表1-2 专业
表1-3 学生
表1-4 课程
表1-5 成绩单
数据库实施：指根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机上建立起实际的数据库结构、装入数据、进行测试和试运行的过程。
学生表：
课程表：
专业表：
学院表：
成绩表：
数据库运行与维护的主要任务包括：
A、维护数据库的安全性与完整性
B、监测并改善数据库性能
C、重新组织和构造数据库
只有数据库系统在运行，就需要不断地进行修改、调整和维护。
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