数据库设计的步骤

数据库设计的流程总共有三步：

1. 现实世界的实体模型通过建模转换为信息世界的概念模型（即 E-R 模型）
2. 概念模型经过模型转化，得到数据库使用的数据模型（在关系数据库设计中为关系模型）
3. 数据模型经过数据库设计范式进一步规范化，得到数据库结构模型

模型的分类

其中数据模型可以分为：概念数据模型（Concept Data Model）、逻辑数据模型（Logical Data Model）和物理数据模型（Physical Data Model）。

概念模型的设计

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。

相关概念

• 关系：一个关系逻辑上对应一张二维表（格）。可以为每个关系取一个名称进行标识。与之同义的术语是“表”。
• 元组：表中的一行即为一个元组。与之同义的术语是“行”。
• 分量：元组中的一个属性值。与之同义的术语是“列值”。
• 属性：表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。与之同义的术语是“列”。
• 域：属性的取值范围。与之同义的术语是“数据类型”。
• 主码：表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。与之同义的术语就是“主键”。
• 表 ：由行和列组成。可以为每个表取一个表名进行标识。
• 行 ：表中的一条记录。表中的数据是按行存储的。
• 列 ：表中的一个字段。所有表都是由一个或多个列组成的。
• 主键：表中的一列或一组列，其值能够唯一区分表中的每个行。其中，由一组列构成的主键称为组合主键。
• 外键：表中的一列或一组列，其包含另一张表的主键值，主要用于定义两个表之间的关系。与之同义的术语是“外部码”。
• 关系模式：对关系的描述，一般表示为“关系名（属性1，属性2，属性n）”。
• 数据类型：所容许的数据的类型。每个表列都有相应的数据类型，它限制（或容许）该列中存储的数据。

概念模型的工具 E-R 模型

E-R图的定义

E-R图也称实体关系图(Entity Relationship Diagram)，提供了表示实体类型、属性和关系的方法，用来描述现实世界的概念模型。

E-R图例说明

• 矩形：表示实体集，矩形内写实体集的名字
• 菱形：表示联系集
• 椭圆：表示实体的属性
• 线段：将属性连接到实体集，或将实体集连接到联系集

E-R图实体之间的联系

E-R图中实体之间的关系有三种，分别是：

一对一联系（1 : 1）

例如，学校和校长之间的联系，一个学校有一个校长，一个校长任职于一个学校，则学校和校长之间的联系是一对一的。

一对多联系（1 : n）

例如，某系与教师之间存在一对多的联系“聘用”，即每个系可以聘用多名教师，但是每名教师只能受聘于一个系。

多对多联系（m : n）

例如，学生与课程间的联系“选修”是多对多的，即一个学生可以选修多门课程，而每门课程也可以被多个学生来选修。联系“选修”也可能有属性。例如，学生“选修”某门课程所取得的“成绩”，既不是学生的属性也不是课程的属性。由于 “成绩” 既依赖于某名特定的学生又依赖于某门特定的课程，所以它是学生与课程之间的联系“选修”的属性。

E-R图转换为关系模型

设计E-R图的目的，最终是为了将E-R模型转换为关系模型，转换的时候我们可以遵循以下规则即可。

一对一（1:1）

一对一的关系有三种转换方式：

1. 联系单独转成关系模式学校(校名，地址，电话) 校长(姓名、性别、年龄、职称) 任职(姓名，校名、任职年限)

这种方式会将联系单独转换成一个实体，然后为了体现“学校”和“校长”之间的联系，将学校实体的主键“校名”和“校长”实体的主键“姓名”放到任职实体中，这样一共形成三个实体。

1. 联系并入“学校”这端实体校长(姓名、性别、年龄、职称) 学校(校名，地址，电话，姓名、任职年限)

这种方式为了体现学校和校长之间的联系，会将校长实体的主键“姓名”并入学校实体中，再加上联系本身的属性“任职年限”就可以了。

1. 联系并入“校长”这端实体校长(姓名、性别、年龄、职称，校名，任职年限) 学校(校名，地址，电话，姓名)

这种方式同上述方式，只是并入到了校长实体。

一对多联系（1 : n）

一对多有两种转换方式：

1. 联系单独转换成关系模式系(系号、系名、电话) 教师(工号，姓名，性别，年龄) 聘用(系号，工号，聘期)

这种方式将联系“聘用”单独拎出来作为一个实体，为了体现“系”和”教师“之间的关系，需要将”系“实体的主键“系号”和”教师“实体的主键“工号”放到“聘用”实体中，再加上联系本身的属性“聘期”就可以了。

1. 联系并入“n端”实体系(系号、系名、电话) 教师(工号，姓名，性别，年龄，系号，聘期)

这里的”n端“指的是”教师“，将1端实体的主键”系号“和关系”聘用“的属性”聘期“合并到”教师“实体，这样就可以知道一个教师被哪个系聘用了，他的聘期多久也能知道了。

多对多（m : n）

多对多的联系必须单独转成关系模式。

学生(学号，姓名，性别，班级) 课程(课程号，课程名，学分) 选修(学号，课程号，成绩)

多对多的联系只能将联系单独转换成关系模式。需要将”学生“实体的主键”学号“和”课程“实体的主键”课程号“，再加上”选修“关系的属性”学分“都加一个实体中，组成”选修“实体。