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第四章 系统数据库设计
4.1 数据库介绍
车辆管理系统网状数据库的设计是要创建一个性能良好的、能满足不同需求的、又能被相应的数据库管理系统（DBMS Database Management System）所实现的数据库建设方案，这要求数据库的设计要采用科学的方法，并遵循一定的规则。
从20世纪70年代末以来，众多学者对数据库设计方法进行了深入的探讨和尝试，结合出许多各有优点的数据库设计方法，有基于E-R模型的数据库设计方法，基于3NF的设计方法，基于抽象语法规范的设计方法等，较为实用的主流方法有两种：E-R模型加规范化关系的方法和数据元素图加规范化关系的方法。本系统在数据库概念结构设计中是采用E-R模型加规范化关系的方法进行设计的，下面对该方法进行简单的介绍。
E-R模型加规范化关系的方法在数据库结构设计中，主要工作是从需求分析所得到的所有信息以及它们之间的依赖关系出发，去构造系统数据模型。在构模中，最常用的是E-R模型法。E-R模型中最基本的成分是实体、联系以及它们的属性。而实体（或联系）与属性构成关系，因为是否“规范化”而有“好”、“坏”之分，而关系的好坏又直接影响数据库的质量。
4.2 数据库设计概述
数据库系统是以数据为中心，在数据库管理系统的支持下进行数据的收集、整理、存储、更新、加工和统计，进行信息的查询和传播等操作的计算机系统。数据库系统的设计既要满足用户的需求，又要与给定的应用环境密切相关，因此必须采用系统化、规范化的设计方法进行设计。
设计与使用数据库系统的过程是把现实世界的数据经过人为的加工和计算机的处理，为现实世界提供信息的过程。在给定的DBMS、操作系统和硬件环境下，表达用户的需求，并将其转换为有效的数据库结构，构成较好的数据库模式，这个过程称为数据库设计。要设计一个好的数据库必须用系统的观点分析和处理问题。数据库及其应用系统开发的全过程可分为两大阶段：数据库系统的分析与设
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计阶段；数据库系统的实施、运行与维护阶段。数据库系统的设计分为需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计四个阶段。
数据库系统的生命周期分为两个重要的阶段：一是数据库系统的设计阶段，二是数据库系统的实施和运行阶段。其中数据库系统的设计阶段是数据库系统整个生命周期中工作量比较大的一个阶段，其质量对整个数据库系统的影响很大。
数据库系统设计有两种不同的方法：一种是面向数据的设计方法(data-oriented approach)，这种设计方法以信息需求为主，兼顾处理需求；另一种是面向过程的设计方法(process-oriented approach)，这种设计方法以处理需求为主，兼顾信息需求。用前一种方法设计的数据库系统，可以比较好地反映数据的内在联系，不但可以满足当前应用的需要，还可以满足潜在应用的需要。用第二种方法设计的数据库系统，可能在使用的初始阶段比较好地满足应用的需要，获得好的性能，但随着应用的发展和变化，往往会导致数据库系统的较大变动或者不得不重新设计。这两种设计方法，在实际中都有应用。面向过程的设计方法主要用于处理要求比较明确、固定的应用系统。但是在实际应用中，数据库一般由许多用户共享，还可能不断有新的用户加入，除了常规的处理要求外，还有许多即席访问。对于这类数据库系统，最好采用面向数据的设计方法，使数据库系统比较合理地模拟一个组织部门。通常一个组织部门的数据是相对稳定的，而处理则是相对变动的，为了设计一个相对稳定的数据库系统，一般采用面向数据的设计方法。
4.3 概念结构设计
概念设计的目标是设计出反映某个组织部门信息需求的数据库系统概念模式，数据库系统的概念模式独立于数据库系统的逻辑结构、独立于数据库管理系统（DBMS）、独立于计算机系统。
概念模式的设计方法是在需求分析的基础上，用概念数据模型（例如E-R模型）表示数据及数据之间的相互联系，设计出反映用户信息需求和处理需求的数据库系统概念模式。概念设计的目标是准确描述应用领域的信息模式，支持用户的各种应用，这样既容易转换为数据库系统逻辑模式，又容易为用户理解。数据库系统概念模式是面向现实世界的数据模型，不能直接用于数据库系统的实现。在此阶段，用户可以参与和评价数据库系统的设计，从而有利于保证数据库系统的设
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计与用户的需求相吻合。
4.4 逻辑结构设计
设计逻辑结构应该选择最适于描述与表达相应概念结构的数据模型，然后选择最合适的DBMS。设计逻辑结构时一般要分三步进行：
1．将E-R模型转换为关系模型
关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合。而E-R图则是由实体、实体的属性和实体之间的联系三个要素组成的。所以将E-R图转换为关系模型实际上就是要将实体、实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式，这种转换一般遵循如下原则：
（1）一个实体型转换为一个关系模式。实体的属性就是关系的属性。实体的码就是关系的码。
（2）一个m:n联系转换为一个关系模式。与该关系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性。而关系的码为各实体码的组合。
（3）一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。如果转换为一个独立的关系模式，则与该关系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，而关系的码为n端实体的码。
（4）一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。如果转换为一个独立的关系模式，则与该关系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，每个实体的码均是该关系的候选码。如果与某一端对应的关系模式合并，则需要在该关系模式的属性中加入另一个关系模式的码和联系本身的属性。
（5）三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式。与该多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性。而关系的码为各实体码的组合。
（6）同一实体集的实体间的联系，即自联系，也可按上述1:1、1:n和m:n三种情况分别处理。
（7）具有相同码的关系模式可合并。 2．数据模型的优化
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为了进一步提高数据库应用系统的性能，通常以规范化理论为指导，还应该适当地修改、调整数据模型的结构，这就是数据模型的优化。
数据模型的优化方法为： （1）数据依赖。
（2）对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，消除冗余的联系。 （3）按照数据依赖的理论对关系模式逐一进行分析，考查是否存在部分函数依赖、传递函数依赖、多值依赖等，确定各关系模式分别属于第几范式。
（4）按照需求分析阶段得到的各种应用对数据处理的要求，分析对于这样的应用环境这些模式是否合适，确定是否要对它们进行合并或分解。
（5）对关系模式进行必要的分解。 3．设计外模式
在我们将概念模型转换为逻辑模型后，即生成了整个应用系统的模式后，还应该根据局部应用需求，结合具体DBMS的特点，设计用户的外模式。
颜色 型号 状态 品牌 车辆 负责人 车牌号 购车时间
车辆档案属性图
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负责人 油价 加油量 车辆 加油 地点 编号 总价
加油信息属性图
更换零件 负责人 零件价格 车辆 维修 维修时间 维修地点 维修总费
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联系电话 负责人 租车时间 车辆 出租 还车时间 租车人 租车费用
车辆出租信息属性图
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