淺析數據庫設計實踐

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本文作者：仇學敏 單位：貴州廣播電視大學

1數據庫設計概述

在數據庫應用系統中，主要面對的核心問題就是設計出一個能滿足用戶需求，性能良好的數據庫，這就是數據庫設計。軟件開發的數據庫設計主要分為四個階段：需求分析、概念設計、邏輯設計和物理設計。而目前的軟件開發過程中，一般采用生命周期法，將數據庫分解為目標獨立的若干階段：需求分析、概念設計、邏輯設計、物理設計、編碼階段、測試階段、運行階段和進一步修改階段。關于數據庫設計理念，主要是為了分析數據間內在語義關聯，在此基礎上建立一個數據的抽象模型。設計者根據實際情況，對某些共同特性和行為的對象可以抽象的作為一個實體。所以數據庫是由實體和屬性組成的，實體是通過主鍵表示，屬性是通過外鍵表示。在進行設計時，實體與屬性是相對而言的，同一事物在某一種環境中作為屬性，在另一種環境中，就必須作為實體。如圖1所示。

2軟件開發中數據庫設計的重要性

數據庫作為重要的數據處理技術，大多數的軟件開發都必須運用到數據庫技術，數據庫管理系統就是軟件開發的重要成果。它是一種系統軟件，分組數據庫中的數據組織、操縱、維護、控制及保護和數據服務等功能，特別是它可以定義視圖和進行強大的數值計算，能夠很好的控制數據庫的安全性、完整性以及對數據庫的故障進行校正、修復和監控功能。所以它被應用到世界各個領域的機械、醫療、教育等領域中。而且在開發軟件時，經常要對很多數據線圖和表格進行查找，簡單的還可以進行人工查找，如果遇到復雜的數據查找，則會對設計人員造成許多的不便，也很容易出現錯誤，影響軟件產品的質量。而如果運用數據庫管理編程，則可以存儲許多的數據，當需要時，數據庫管理系統則會為用戶使用數據中的數據提供方便的查詢、插入、修改以及刪除數據的功能。

3軟件開發中數據庫設計應遵循的原則

1）一事一地。建表需描述兩個實體之間的聯系，避免出現大、雜的設計。如單個主題信息需獨立保存、分離，通過在表中分散不同的信息，使數據的維護、組織工作簡單化。同時，提高了應用程序的性能。2）避免出現重復的字段。應確保表中能切實放映與其他表的聯系，以及外部關鍵字。另外，要注意避免出現重復的字段，以減小數據冗余，防止刪除、插入、更新等操作時，導致數據不一致。3）規范化的命名。對于不同的數據庫產品的命名的要求也就不同，設計者在對各對象進行命名操作時，利用大小寫字母進行標識，對于編寫后臺程序代碼也要如此，命名長度最好是控制在30字符以下。4）除了個別要求外，禁用游標。如果對大的數據集合使用游標，很容易使得程序出現“漫長等待”或“死機”的現象。如果要使用游標，可以建立一個臨時的表，在表中輸入所需要的數據，然后對臨時表進行游標操作，這在很大程度能夠提高游標的性能。5）對龐大的表使用索引。索引是對數據庫表中一列或多列的值進行排序的一種結構，使用索引可快速訪問數據庫表中的特定信息。索引分為聚簇索引和非聚簇索引兩種，聚簇索引是按照數據存放的物理位置為順序的，而非聚簇索引就不一樣了；聚簇索引能提高多行檢索的速度，而非聚簇索引對于單行的檢索很快。6）事務的使用。指作為單個邏輯工作單元執行的一系列操作，它可以為非事物性單元單元內之外的所有操作的順利完成提供保障，不斷的更新面向數據的資源。7）調整數據庫的性能。許多設計員會對數據庫設計采用以下兩種方法：其一，邏輯設計數據庫。調整性能以調整關系、減少連接運算，保持每個關系數量在合理的水平，從而使存取效率提高。時刻通過快照固定，以使查詢速度提高；其二，物理設計數據庫。主要調整內部物理結構，合理選取存取的路徑，以增快訪問速度，提高存儲空間的利用率。8）合理的選擇數據類型。在實際的設計中，必須根據軟件開發的產品的規則和要求對數據類型進行選擇，從而提高數據庫的性能。

4軟件開發中的數據庫設計的理論分析

1）數據管理系統可在軟件開發系統中運行。軟件開發系統主要采用VisualC++系統，可直接運行SQL語言。SQL語言是一種可程序設計、數據庫和結構化查詢的語言，用于數據的查詢、存取機更新。同時，可作為腳本文件擴展名。開發應用程序采用VisualC++，不僅進行數據庫訪問，還可作為開發前段的工具。VisualC++系統的程序開發，能使遠程訪問的復雜性大大降低，訪問效率大大提高。2）數據庫在軟件開發中的設計，對于數據模型的選擇應慎重。數據庫中的數據模型可以將復雜的現實世界要求反映到計算機數據庫中的物理世界，而在設計時主要注意以下四個方面的因素：其一，數據模型因素。不同軟件產品的應用需要不同，所以應該根據實際的情況來選擇數據模型，大多數設計者一般都會采用關系模型，因為它是一種非過程性的模型，采用二維表來表示，二維表是由表框架和表的元組組成，當用戶進行查詢信息時，不必對實際的物理存儲路徑進行考慮，就能很快、方便獲得準確的結果。在大型的數據庫管理系統中，必須優化查詢、提高關系模型的查詢效率；其二，數據庫結構因素。數據模型中的數據結構主要的目的是對數據的類型、性質、內容和數據間的聯系進行描述，它是數據模型的基礎，不同是數據結構操作與約束的也建立在數據結構的基礎上，因此必須根據具體數據結構的實際情況分類數據模型；其三，數據約束因素。它主要是對數據結構內數據間的語法、語義聯系進行描述，它們之間是制約和依存的關系，所以在具體設計中，應該根據實踐情況和數據動態變化的規則，來保證適當的正確、有效與相容；其四，數據操作因素。主要是對相應數據結構上的操作類型、方式進行描述，所以在對數據庫進行操作時，應該整體的處理圖形，根據實際情況的要求，使接口程序變得簡單、靈活，從而使指針占有的空間減小。

5軟件開發中的數據庫設計的實踐分析

軟件開發涉及了工業、醫療、教育等各個領域，筆者身為教師，也曾經涉及過在線測試軟件的開發設計，下面就以在線測試軟件開發為依托，對其數據庫設計進行分析：1）對系統的總體設計應引以重視。在對軟件進行編制時，系統的總體設計與軟件產品項目能否順利開展以及是否符合軟件開發預期的要求有著直接的關聯，所以在對在線測試系統進行開發時，應該根據常規軟件的開發流程來進行。2）描述從屬關系。分析在線測試中教師組卷、學生測試的信息，例如對學科試卷中分為單選題、多選題、填空題、判斷題，對這些對象進行系統數據庫的組織，從而使得測試題目和學科試卷之間的建立從屬的關系，同時，也使得各學科試卷之間建立了復雜的從屬關系。所以，建立從屬關系主要是考慮空間從屬關系和測試的時間順序。3）合理的實現文本框的窗體視圖。主要是利用以單文檔的方式來顯示表中的數據，它即具有單獨使用的文檔窗體視圖風格，而且當輸入監測點數據時，可以很好看到該監測點的屬性窗口。同時，該軟件具有容錯功能，即當用戶輸入或操作錯誤時，數據庫會自動的提示或取消操作。

6數據庫設計過程和實例分析

上面介紹了數據庫設計的原則，以“教學管理”數據庫為例，來分析數據庫設計的過程。1）需求分析階段。對用戶的需要進行分析主要包括三個方面的內容：其一，信息需求。即用戶要從數據庫獲得的信息內容。信息需求定義了數據庫應用系統應該提供的所有信息，注意描述系統中數據的數據類型；其二，處理要求，即滿足數據完成的處理功能、方式的需求，然后定義系統的數據處理操作。在操作執行時，應該考慮場合、操作、頻率等因素對數據的影響；其三，安全性、完整性的要求。在對信息、處理需求進行定義的同時，要保證安全性和完整性的約束。在分析過程中，主要是跟數據庫的使用人員進行交流，細心的了解現行業務處理流程，熟悉全部數據資料。例如可以對學校教學管理工作進行了解和分析，可以確定教學管理數據庫建立的目的是為了解決教學信息的組織和管理問題，主要是包括教師、學生信息管理和選課情況管理。2）概念設計階段。概念設計的目的是分析數據間內在語義關聯，在此基礎上監理一個數據的抽象模型，主要是有兩種方法：其一，集中式模式設計法。它根據需求由一個統一機構或人員設計一個綜合的全局模式，而且設計比較簡單，非常適用于小型或不復雜的單位和部門；其二，視圖集成設計法。主要是對一個單位進行分解，然后局部的設計分解后的每個部分，建立各個部分的視圖，以各視圖為基礎進行集成。例如，在教學管理中，以師生實體為聯系模型，明確學校各個部門的組成實體和屬性，然后描述學校各個年級的學籍管理和課程管理的局面環境，再將各個年級教學管理的環境進行集合，形成一個全局的視圖，從而使得數據庫能真實的反映學校的教學的管理。3）邏輯設計階段。它主要是對外模式關系視圖進行設計，主要表現在三個方面：其一，提供數據邏輯的獨立性。使應用程序不受邏輯模式變化的影響，關系視圖則讓邏輯模式與應用程序之間有隔離墻作用；其二，適應用戶對數據的不同需求。每個數據庫有一個非常龐大的結構，它用關系視圖屏蔽用戶所不需要的模式，而僅將用戶感興趣的部分呈現出來；其三，有一定的保密功能。例如，在教學管理數據庫，如果有許多的老師和學生共同登錄，則采用用戶密碼登錄，互不影響，只看到自己所需要的信息數據。4）物理設計階段。它主要是對數據庫內部物理結構做調整并選擇合理的存儲路徑，而且一般采用索引設計、集簇和分區設計。例如，在教學管理數據庫中，它利用物理設計能夠很好的修改其中的數據和路徑。5）驗證設計階段。任何一個數據庫的設計和建立都必須經過循環反復的驗證，一旦數據庫中的數據、步驟遭到破壞和出錯，就必須及時的進行校正恢復。在驗證階段，也為以后的運行和維護提供參考意見。6）軟件運行和維護階段。這是數據庫設計的最后環節，主要是在軟件開發的數據正式運行后，對其要不斷調整和維護。

7結束語

在給定成本、進度的前提下，如何利用數據庫設計理論開發出具有有效性、可靠性、可互操作性、可維護性等滿足用戶需求的產品是我們需要深思的問題。我們在軟件開發中，要不斷對數據庫設計理論進行實踐。