实验五 数据库设计实验

1.实验目的

​ 掌握数据库设计基本方法及数据库设计工具。

2.实验内容和要求

​ 掌握数据库设计基本步骤，包括数据库概念结构设计、逻辑结构设计，物理结构设计，数据库模式SQL语句生成。能够使用数据库设计工具进行数据库设计。

3.实验重点和难点

​ 实验重点：概念结构设计、逻辑结构设计。

​ 实验难点：逻辑结构设计。逻辑结构设计虽然可以按照一定的规则从概念结构转换来，但是由于概念结构通常比较抽象，较少考虑更多细节，因此转换而成的逻辑结构还需进一步调整和优化。逻辑结构承接概念结构和物理结构，处于核心地位，因而是数据库设计的重点。

4.实验过程

​ 设计一个教务信息系统的数据库。数据库包含院系信息，学生信息，教师信息，课程信息，学生选课信息，考试信息。其中，一个学生属于一个院系，可以选修多门课程。一个教师属于一个院系，可以任教多门课程，一门课程也可以有多个老师任教。一门课程有多个课程安排，可以有多场考试安排。

(1)数据库概念结构设计

​ 识别出学生，教师，院系，课程，考试，课程安排六个实体。每个实体的属性、码如下：

• 学生Student：学号sno，姓名sname，性别ssex，年龄sage，班级class，院系编号dno。主码：学号sno。
• 教师teacher：编号tno，姓名tname，性别tsex，年龄tage，院系dno，职称title。主码：编号tno。
• 院系department：院系名depart_name，院系编号dno，院长编号dean_tno。主码：院系编号dno。
• 课程course：课程号cno，课程名course_name，学时数hours，学分credit，类型type，开设院系dno。主码：课程号。
• 课程安排course_arrangement：课程号cno，周次week，节次course_time，教室classroom。主码：课程号cno，周次week，节次course_time
• 考试安排exam_arrangement：课程号cno，考试时间exam_time，考试时长hours，考试地点classroom。主码：课程号，考试地点。

​ 根据语义，分析实体之间的联系，确定实体之间一对一，一对多和多对多联系。

​ E-R图如下：

(2)数据库逻辑结构设计

​ 根据上述E-R图使用PowerDesigner设计数据库逻辑结构如下：

​ 共有8个关系，其中6个是实体，tc和sc分别是任教和选修这两个多对多的联系。关系的外键这里没有画出。

(3)数据库物理结构设计

​ 自动转换得到数据库物理结构：

​ 选择索引存取方法，数据库会自动为每个关系的主码建立索引。对于该系统，不需要建立其他索引。

(4)SQL语句生成

​ 由PowerDesigner生成的SQL语句如下：

​ student表：

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_sc_s') then
    alter table sc
       delete foreign key fk_sc_s
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_sd') then
    alter table student
       delete foreign key fk_sd
end if;

if exists(
   select 1 from sys.systable 
   where table_name='student'
     and table_type in ('BASE', 'GBL TEMP')
) then
    drop table student
end if;

/*==============================================================*/
/* Table: student                                               */
/*==============================================================*/
create table student 
(
   sno                  char(12)                       not null,
   sname                char(25)                       null,
   ssex                 char(2)                        null,
   sage                 smallint                       null,
   class                char(8)                        null,
   dno                  char(2)                        null,
   constraint PK_STUDENT primary key clustered (sno)
);

alter table student
   add constraint fk_sd foreign key (dno)
      references department (dno)
      on update restrict
      on delete restrict;

​ course表：

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_cd') then
    alter table course
       delete foreign key fk_cd
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_ca_c') then
    alter table course_arrangement
       delete foreign key fk_ca_c
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_exam_c') then
    alter table exam_arrangement
       delete foreign key fk_exam_c
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_sc_c') then
    alter table sc
       delete foreign key fk_sc_c
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_tc_c') then
    alter table tc
       delete foreign key fk_tc_c
end if;

if exists(
   select 1 from sys.systable 
   where table_name='course'
     and table_type in ('BASE', 'GBL TEMP')
) then
    drop table course
end if;

/*==============================================================*/
/* Table: course                                                */
/*==============================================================*/
create table course 
(
   cno                  char(8)                        not null,
   cname                char(25)                       null,
   hours                smallint                       null,
   credit               smallint                       null,
   type                 char(8)                        null,
   dno                  char(2)                        null,
   constraint PK_COURSE primary key clustered (cno)
);

alter table course
   add constraint fk_cd foreign key ()
      references department (dno)
      on update restrict
      on delete restrict;

​ teacher表：

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_tc_t') then
    alter table tc
       delete foreign key fk_tc_t
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_td') then
    alter table teacher
       delete foreign key fk_td
end if;

if exists(
   select 1 from sys.systable 
   where table_name='teacher'
     and table_type in ('BASE', 'GBL TEMP')
) then
    drop table teacher
end if;

/*==============================================================*/
/* Table: teacher                                               */
/*==============================================================*/
create table teacher 
(
   tno                  char(12)                       not null,
   tname                char(25)                       null,
   tsex                 char(2)                        null,
   tage                 smallint                       null,
   dno                  char(2)                        null,
   title                char(10)                       null,
   constraint PK_TEACHER primary key clustered (tno)
);

alter table teacher
   add constraint fk_td foreign key (dno)
      references department (dno)
      on update restrict
      on delete restrict;

​ department表:

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_cd') then
    alter table course
       delete foreign key fk_cd
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_sd') then
    alter table student
       delete foreign key fk_sd
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_td') then
    alter table teacher
       delete foreign key fk_td
end if;

if exists(
   select 1 from sys.systable 
   where table_name='department'
     and table_type in ('BASE', 'GBL TEMP')
) then
    drop table department
end if;

/*==============================================================*/
/* Table: department                                            */
/*==============================================================*/
create table department 
(
   dno                  char(2)                        not null,
   dame                 char(25)                       null,
   tno                  char(12)                       null,
   constraint PK_DEPARTMENT primary key clustered (dno)
);

​ course_arrangement:

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_ca_c') then
    alter table course_arrangement
       delete foreign key fk_ca_c
end if;

if exists(
   select 1 from sys.systable 
   where table_name='course_arrangement'
     and table_type in ('BASE', 'GBL TEMP')
) then
    drop table course_arrangement
end if;

/*==============================================================*/
/* Table: course_arrangement                                    */
/*==============================================================*/
create table course_arrangement 
(
   cno                  char(8)                        not null,
   week                 smallint                       not null,
   course_time          char(12)                       not null,
   classroom            char(10)                       null,
   constraint PK_COURSE_ARRANGEMENT primary key clustered (cno, week, course_time)
);

alter table course_arrangement
   add constraint fk_ca_c foreign key (cno)
      references course (cno)
      on update restrict
      on delete restrict;

​ exam_arrangement

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_exam_c') then
    alter table exam_arrangement
       delete foreign key fk_exam_c
end if;

if exists(
   select 1 from sys.systable 
   where table_name='exam_arrangement'
     and table_type in ('BASE', 'GBL TEMP')
) then
    drop table exam_arrangement
end if;

/*==============================================================*/
/* Table: exam_arrangement                                      */
/*==============================================================*/
create table exam_arrangement 
(
   cno                  char(8)                        not null,
   exam_time            char(10)                       null,
   classroom            char(10)                       not null,
   hour                 smallint                       null,
   constraint PK_EXAM_ARRANGEMENT primary key clustered (cno, classroom)
);

alter table exam_arrangement
   add constraint fk_exam_c foreign key (cno)
      references course (cno)
      on update restrict
      on delete restrict;

​ sc:

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_sc_c') then
    alter table sc
       delete foreign key fk_sc_c
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_sc_s') then
    alter table sc
       delete foreign key fk_sc_s
end if;

if exists(
   select 1 from sys.systable 
   where table_name='sc'
     and table_type in ('BASE', 'GBL TEMP')
) then
    drop table sc
end if;

/*==============================================================*/
/* Table: sc                                                    */
/*==============================================================*/
create table sc 
(
   sno                  char(12)                       not null,
   cno                  char(8)                        not null,
   grade                smallint                       null,
   constraint PK_SC primary key clustered (sno, cno)
);

alter table sc
   add constraint fk_sc_c foreign key (cno)
      references course (cno)
      on update restrict
      on delete restrict;

alter table sc
   add constraint fk_sc_s foreign key (sno)
      references student (sno)
      on update restrict
      on delete restrict;

​ tc:

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_tc_c') then
    alter table tc
       delete foreign key fk_tc_c
end if;

if exists(select 1 from sys.sysforeignkey where role='fk_tc_t') then
    alter table tc
       delete foreign key fk_tc_t
end if;

if exists(
   select 1 from sys.systable 
   where table_name='tc'
     and table_type in ('BASE', 'GBL TEMP')
) then
    drop table tc
end if;

/*==============================================================*/
/* Table: tc                                                    */
/*==============================================================*/
create table tc 
(
   tno                  char(12)                       not null,
   cno                  char(8)                        not null,
   term                 char(8)                        not null,
   class                char(8)                        null,
   constraint PK_TC primary key clustered (tno, cno, term)
);

alter table tc
   add constraint fk_tc_c foreign key (cno)
      references course (cno)
      on update restrict
      on delete restrict;

alter table tc
   add constraint fk_tc_t foreign key (tno)
      references teacher (tno)
      on update restrict
      on delete restrict;

5.实验总结

​ 数据库的设计的基本步骤包括数据库概念结构设计、逻辑结构设计，物理结构设计。其中概念结构设计通常用E-R图表示。逻辑结构设计比较重要，需要从E-R图转换得到，并需要完成一些细节，进行调整优化。物理结构设计则需要完成存储路径的设计和存储结构的设计，需要根据实际情况进行设计。例如每个关系的存储结构，具体的数据类型和长度都要符合实际，同时尽量减小开销。使用类似PowerDesigner的工具可以辅助设计，方便的进行模型间的转化，并可以直接生成SQL语句，有必要掌握使用的基本方法。

5.实验总结

​ 数据库的设计的基本步骤包括数据库概念结构设计、逻辑结构设计，物理结构设计。其中概念结构设计通常用E-R图表示。逻辑结构设计比较重要，需要从E-R图转换得到，并需要完成一些细节，进行调整优化。物理结构设计则需要完成存储路径的设计和存储结构的设计，需要根据实际情况进行设计。例如每个关系的存储结构，具体的数据类型和长度都要符合实际，同时尽量减小开销。使用类似PowerDesigner的工具可以辅助设计，方便的进行模型间的转化，并可以直接生成SQL语句，有必要掌握使用的基本方法。