1.概览
大家好，我是小胖。上期我们学习了关系型数据库系统设计范式，已经熟练地掌握关系型数据库系统设计强有力的指导工具数据库范式原理。本期，我将带领大家一起学习数据库系统设计的重要步骤，主要包括需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、数据库实施阶段和数据库运行与维护阶段。
2.定义
数据库设计是指对于一个给定的应用环境，设计优化的数据库逻辑模式和物理结构，并据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储和管理数据，满足各种用户的应用需求，包括信息管理要求和数据操作要求。
3.步骤
数据库系统设计的重要步骤，主要包括需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、数据库实施阶段和数据库运行与维护阶段。
需求分析阶段
进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难和最耗费时间的一步。作为“地基”的需求分析是否做得充分与准确，决定了在其上构建数据库“大厦”的速度与质量。
概念结构设计阶段
概念结构设计阶段是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体数据库管理系统的概念模型。
逻辑结构设计阶段
逻辑结构设计是将概念结构转换为某个数据库关系系统所支持的数据模型，并对其进行优化。
物理结构设计阶段
物理结构设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构，包括存储结构和存取方法。
数据库实施阶段
在数据库实施阶段，设计人员运用数据库管理系统提供的数据库语言及其宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编写与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。
数据库运行和维护阶段
数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评估、调整和修改。
4.需求分析阶段
需求分析过程如下图所示。需求分析的任务主要是通过详细调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，输出相关的数据字典和用户需求规格说明书，并在此基础上确定新系统的功能。新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变，不能仅仅按当前应用需求来设计数据库。
5.概念结构设计
将需求分析阶段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，它是整个数据库设计的关键。概念模型具有如下特点：
能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物之间的联系。
易于理解，可以用它和不熟悉计算机的用户交换意见。
易于更改，当应用环境和应用要求改变时容易对概念模型修改和扩充。
易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。
概念模型是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定。描述概念模型的强有力工具是E-R(Entity-Relation)实体联系模型，而表示E-R图的强有力工具是UML统一建模语言。由于篇幅有限，小胖将在后续的文章中去给大家介绍E-R模型图和UML类图的详细知识。
6.逻辑结构设计
概念模型结构是独立于任何一种数据模型的信息结构，逻辑结构设计的任务就是把概念结构设计阶段设计好的基本E-R图转换为与选用数据库管理系统产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构，即E-R图向关系模型的转换。而关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合，E-R图则是由实体型、实体的属性和实体型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将实体型、实体的属性和实体型之间的联系转换为关系模式。
7.物理结构设计
为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结构的过程，就是数据库的物理设计。数据库的物理设计通常分为两步：一是确定数据库的物理结构，在关系型数据库中主要指存取方法和存储结构。二是对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率。
8.数据库的实施和维护
完成数据库的物理设计之后，设计人员就要用关系数据库管理系统提供的数据定义语言和其他实用程序将数据库逻辑设计和物理设计结果严格描述出来，成为关系数据库管理系统可以接受的源代码，再经过调试产生目标模式，然后组织数据入库，最后由DBA运维管理人员负责后续的监控与维护，这就是数据库的实施和维护阶段。
9.小结
经过本篇文章的学习，小胖相信大家已经对数据库设计的步骤已经了然于心。小胖希望大家能在实际工作中运用这些思想设计出符合应用需求的数据库模式和数据库应用系统。
