第2章出色的数据库设计
数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术，是信息系统开发和建设中的核心技术。由于数据库应用系统的复杂性，为了支持相关程序运行，数据库设计就变得异常复杂。因此最佳的设计不可能一蹴而就，而只能是一种"反复探寻，逐步求精"的过程。通过本章的学习，读者需要熟悉如何设计出色的数据库，尽量避免因前期的考虑不周而造成不必要的操作。
本章目标(已掌握的在方框中打钩)
了解数据库的基本概念
了解关系型数据库的基本应用
熟悉数据的规范性
掌握数据库的设计步骤和方法
2.1数据库基本概念
在信息化社会，充分有效地管理和利用各类信息资源，是进行科学研究和决策管理的前提条件。而对于这些大量的数据信息，如果使用手工方式进行管理，不仅效率低下，而且错误不断。这时就需要用到数据库，通常把它做成一个存储数据的仓库。例如，在一个学校，需要管理成千上万名学生的信息，这些信息组成一个数据库--学生信息管理数据库。其中，每个学生的姓名、家庭住址、电话、入学时间、学号等信息都是这个数据库中的数据。同时，在这个数据库中，还可以随时添加或修改学生的信息。
由此可知，数据库可以定义为数据的集合以及针对数据进行各种基本操作的对象集合。也称为Database，简称DB。数据库作为存储数据的仓库，仓库中的数据需按一定的规则存放，以便用户对数据进行访问或修改。
一个Access数据库是由表、查询、窗体、报表、宏和模块等数据库对象构成的，这些对象都存储于一个扩展名为.accdb的单独文件中。其中，表作为主要的数据存储仓库来使用，而查询、窗体或报表则提供了数据的访问途径，用户可以添加或提取数据，并通过有效的方法呈现出数据。另外，大多数开发人员还需向窗体或报表中添加宏或VBA代码，使应用程序功能更加全面。
2.2关系型数据库
第1章已经介绍过，Access2013是一种关系型数据库管理系统，而关系型数据库即建立在关系模型基础上的数据库。关系模型是目前最流行的数据库模型，它的数据结构简单清晰，是一个二维表的集合，每个表格就是一个关系。这意味着在Access2013数据库中，一个表中的数据与另一个表中的数据是有关系的。
2.2.1为什么创建多个表
一些初级用户在数据库中创建表时，总是希望创建一个能够包含全部信息的巨型表。例如，创建一个图书馆的图书管理表，其中包含了图书信息(图书编号、书名、作者、出版社、单价等)、图书类别信息(类别名称、可借天数、超期罚款等)及每本图书的借阅信息(借阅ID、学号、借阅日期、归还日期等)，随着图书馆不断购入新的图书，该表中的数据会迅速增加，并且包含了许多无法管理的数据。
由此可知，创建这种巨型表后，维护起来会非常困难。随着数据的不断增加，系统效率随之降低，容易出现数据输入错误，同时会出现大量重复数据或空白数据。例如，若一本书有多次借阅信息，在记录不同的借阅信息时，该条信息前面的图书信息和图书类别信息将会大量重复。
为了解决以上问题，可以创建多个包含少量信息的表，每个表中都有一个主题，表中的字段都是围绕该主题所创建。创建多个表并建立各个表之间的表关系后，同样可以将这些表当成一个表使用，但并不会出现上述问题。
2.2.2使用多个表
2.2.1小节介绍了为什么需要在数据库中创建多个表，本小节将介绍如何使用这些表。例如，在"图书管理"数据库中建立了两个表："图书类别信息"表和"图书信息"表。其中，"类别编号"字段为"图书类别信息"表的主键，需在"图书信息"表中添加该字段作为其外键，通过该字段，创建这两个表的关系，将它们关联起来。
创建关系后，可以将这两个表当成一个表看待，方便用户查看某一类别下的所有图书信息，而不必重复查看每个表的记录。同样地，在每次购入新书时，只需更新"图书信息"表的内容。
由以上例子可以看出，由于特定主题的所有信息都在一个表内，所以将数据分布到数据库中多个表内可以使系统变得更易于维护。创建了关系后又很方便地将它们相互关联起来，这样既节省了数据的存储空间，又减少了数据的冗余，使数据组织非常条理化。
2.3数据的规范化
在设计数据库时，确保数据正确存储到表中是最重要的步骤。使用良好的表结构，极大地方便了应用程序的其他设计内容，例如窗体、报表等。其中，将数据正确存储在多个表中的过程称为对数据的规范化。在系统设计中应用数据规范化规则是数据库设计成功的保证。
通常情况下，规范化分为五个阶段。大多数据库设计都要求使用前三个阶段，而其中第一阶段是最基础和常用的。对于大部分数据库设计而言，满足第一阶段已经足够了。
规范化规则又称为范式，规范化的第一个阶段称为第一范式，要求数据表符合以下的规则：表中的每个元素都只能包含一个唯一值，并且表中不能包含重复的数据。
第二范式的规则为：将不直接依赖于表主键的数据都移到另一个表中。通俗来讲，是指拒绝巨型表，创建多个表，使每个表都有其特定的主题。
第三范式的规则为：要求删除所有可以从本表其他字段或数据库其他表中获得数据的字段。即表中不应包含计算得来的数据。
以上三个范式其实就是设计表和字段时应遵循的原则。在后面将详细介绍，这里不再赘述。
2.4数据库的设计步骤和方法
设计数据库的目的实质上是设计出最优的数据库模式，使之能够有效地存储数据，满足用户的实际需求。在初始设计数据库时，难免会发生错误或遗漏数据的现象。完成初步设计后，利用示例数据对其进行测试，Access很容易对原设计方案进行修改，可是在输入大量数据之后，再想修改就比较困难。正因为如此，在开发完整的数据库系统前，应确保设计方案的合理性。
2.4.1总体设计
创建数据库之前，第一个步骤是确定数据库的用途，专业术语称为"需求分析"。即开发者需要确定希望从数据库中得到什么信息。例如，学生信息管理是学校管理工作中的主要环节之一，涉及学生的基本信息管理、住宿管理、成绩管理、课程管理等方面。随着每年新学期的开始，学生的信息也在不断地发生变化。为了提高学生管理的效率，可以创建一个"学生信息管理"数据库。
在创建此数据库之前，需要确定其完成的功能，包括以下几点。
*能输入和修改学生的基本信息，例如学号、姓名、性别、出生日期、专业等。
*能输入和修改学生每学期的课程信息，例如课程名称、授课老师、上课时间等。
*能输入和修改学生各学期各门课程的成绩信息，例如学期名称、课程名称、相应成绩、是否及格等。
*能输入和修改学生的住宿信息，例如宿舍号、宿舍电话、宿舍人数等。
*能够查询学生的平均成绩、最好成绩、最差成绩等信息。
*生成标签报表，打印每个学生的基本信息。
*设置登录名和密码登录系统，查询以上信息。
从以上的例子可以看出，在确定数据库的用途时，希望数据库提供的一系列信息也随之显示出来。由此，可以确定在数据库中存储哪些事件，以及每个事件属于哪个主题。这些事件与数据库中的字段相对应，事件所属的主题则与表是对应的。
当然，构建系统所需要的大多数信息都来源于最终的用户，这意味着开发者可以和他们进行交流探讨以了解得更加全面。同时，在实际创建数据库之前，开发者不妨先在纸面上草拟一些希望数据库生成的报表，或者收集当前用来记录数据的表格，还可以参考某个设计得很好且与当前要设计的数据库相似的数据库，从而确保设计出合理的方案。
2.4.2设计表
这是数据库设计过程中最重要的一个环节，也是最难处理的一个步骤。因为表对象是整个数据库的基础，也是查询、窗体和报表对象的基础。表结构设计得好坏会直接影响数据库的性能。一个良好的数据表设计应该具备以下两点。
*表不应包含备份信息，表之间不应包含重复信息，从而减少冗余数据。否则不仅会浪费空间，还会增加出错的可能性。
*每个表应该只包含关于一个主题的信息。
由此可知，开发者可以将信息划分为各个独立的主题，每个主题都可以设计成为数据库的一个表。例如，在"学生信息管理"数据库中可以划分为学生、课程、成绩等，因此可以设计"学生信息"表、"课程"表、"成绩"表、"班级"表、"宿舍"表等，如图2-1所示。
2.4.3设计字段
每个表中都应包含同一主题的信息，即表中的字段应围绕这个主题而创建。在设计表中的字段时，应注意以下几点。
*字段应涉及所有需要的信息。
*以最小的逻辑部分存储信息。例如，学生姓名通常分为两个字段存储，"名字"和"姓氏"。
*不要创建相互类似的字段。例如，在"供应商"表中，如果创建了"产品1"和"产品2"字段，就很难查找所有提供某一特定产品的供应商。
*不应包含派生或计算得到的数据。例如，如果有"单价"和"数量"字段，就不要额外再创建一个"总价"字段存储这两个字段值的乘数。该数据完全可以通过建立查询来实现。
*明确有唯一性的字段。
Access为了连接保存在不同数据表中的信息，数据库中的每个数据表必须设置主键字段。例如，在"学生信息"表中设计"学号""姓名""性别""出生日期""籍贯"等字段，其中，设置"学号"字段为主键，如图2-2所示。
2.4.4设计关系
Access数据库中的数据保存在不同的表中，因此必须要有一些方法能够连接这些数据，使之作为一个整体使用。通过建立表间的关系即可解决此问题。
例如，在"学生信息管理"数据库中，来查看一个学生的基本信息和他所住宿舍的信息。因为一个学生只能有一个宿舍，而一个宿舍可以有多位学生，因此在"宿舍"表和"学生信息"表之间建立一对多关系后，就可以把这两个表中的数据结合在一起查询，如图2-3所示。
数据库表关系要求关系中所涉及的两个表内有唯一的字段，如果表中没有唯一的字段，则数据库引擎无法正确连接并提取相关的数据。这时，就需要向表中添加一个额外的字段，让该字段作为与其他表形成关系的点。
2.4.5优化设计
在设计完需要的表、字段和关系后，应检查设计并尽量找出任何可能存在的不足。因为改变当前数据库的设计要比改变已经输入数据的表容易得多。
开发者应在每个表中输入充足的示例数据，以方便检查设计。可以创建各种查询，通过得到的结果来检查数据库中的关系，还可以创建窗体和报表的草稿，检查显示的数据是否符合期望，从中查找不需要的重复数据，并对其进行修改。
另外，许多表结构在当时使用效果非常好，但常常会因为用户修改或添加数据而崩溃。开发人员在使用过程中会发现，经常需要重新设计表的结构来适应这些变化。并且表结构发生变化时，所有相关的内容也会发生改变。因此，预测这些变化可以减少问题的发生。
2.4.6创建窗体
经过优化设计后，如果当前的表结构符合期望，就可以在表中添加所有的数据，接着进行窗体的设计。在Access数据库系统中，开发者和使用者往往是分离的，而窗体更多地需要站在使用者的角度进行设计。因此，设计一个操作方便、美观的界面在数据库设计中占有相当重要的地位。
窗体以表或查询为数据源。设计窗体之前，若当前存在的表不满足需求，开发者还需创建查询来作为数据源。
设计窗体时需要在屏幕上放置以下三类对象。
*标签和文本框控件：以方便输入数据。
*其他特殊控件：例如按钮、列表框、复选框等。
*提升窗体效果的图表对象，例如颜色、线条、矩形等。
设计窗体时，将上述控件放置在窗体中的相应位置，并设置对应的事件属性，即设置对应的宏。至此，一个简单的数据库系统就设计完成了。若要完成更复杂的功能，设计相应的VBA模块对象即可。
2.5高手甜点
甜点1：什么是良好的数据库设计原则？
为了获得一个良好的数据库设计，必须遵循以下基本的原则。
(1)避免重复数据；
(2)确保信息的正确性和完整性。
甜点2：简要介绍当前数据库系统所支持的主要数据模型。
数据库系统的一个核心问题是数据模型。根据组织数据库中数据的结构类型的不同，数据库系统所支持的主要数据模型有层次模型、网状模型和关系模型等几种。其中，层次模型和网状模型统称为非关系模型，它们在早期开发数据库时使用。
在非关系模型中，实体用节点表示，每个节点代表一个实体，实体间的联系用节点之间的连线表示。其中，层次模型利用树型结构来表示各类实体及实体间的联系，它要求只有一个节点而没有父节点，除此之外的其他节点都只能有一个父节点，这使得层次数据库系统只能处理一对多的实体关系。而网状模型是一种比层次模型更具普遍性的结构，它去掉了层次模型的两个限制，但因此变得复杂且数据独立性较差。
对于关系模型，它的数据结构简单清晰，无论是实体还是实体之间的联系都用关系(二维表)来表示，具有更高的数据独立性，简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作。
