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本文从概念设计和逻辑设计两方面对多时间粒度下的时态数据库设计问题进行了深入、系统的研究.其目的是为时态数据库设计提供一套完整、有效的理论工具和方法.对提高时态数据库系统的设计效率和改善系统的性能具有重要意义.第一,研究了时态类型的处理问题.提出了细于关系矩阵,通过细于关系矩阵可以在计算机内有效地表示和处理时态类型之间的关系.第二,研究了基于具有全序时态类型集的时态函数依赖(Temporal Functional Dependencies,TFDs)集的时态模式规范化问题.首先定义了关联集,并证明:对于具有全序时态类型集的TFD集F,一个时态类型为μ的TFD被F所逻辑蕴涵的充要条件是:该TFD的非时态版本被μ关于F的关联集所逻辑蕴涵.在此基础上,给出了一个多项式时间的TFD集的成员籍和时态码的求解算法.最后给出了一个得到时态模块模式的保持依赖的T3NF无损分解多项式时间的算法.第三,研究了基于具有偏序时态类型集的TFD集的时态模式的规范化问题.首先,为了更有效地解决成员籍问题,定义了有限决定集和有限导出时态类型集,并从计算有限决定集、属性集的有限闭包和有限导出时态类型集三条途径讨论了解决成员籍问题的算法,并比较了这些算法的有效性.然后,定义了部分、传递、包含和隐含时态函数依赖,讨论了这些依赖的存在所带来的冗余现象,为了消除这些数据冗余,定义了准时态第三范式(Quasi-Temporal Third Normal Form,QT3NF).最后,给出了一个有效的获得时态模块模式的保持依赖的QT3NF无损分解的算法,并对QT3NF的有效性和实用性进行了分析.第四,研究了基于时态多值依赖(Temporal Multi-valued Dependencies,TMVDs)的时态模式的规范化问题.首先通过时态扩展传统多值依赖(Multi-valued Dependencies,MVDs)提出了时态多值依赖(TMVDs),并分别讨论了TMVDs以及TFDs和TMVDs混合的有效和完备的推导规则.然后给出了TFDs和TMVDs混合环境下计算属性集的有限闭包算法和成员籍算法.最后通过扩展传统第四范式(Forth Normal Form,4NF)提出了规范化程度更高的时态第四范式(Temporal Forth Normal Form,T4NF),并提出了一个能够获得时态模块模式的T4NF无损分解的算法.第五,研究了基于时态实体-联系(Entity-Relationship,ER)模型的时态数据库设计问题.首先对传统的ER模型进行了时态扩展提出了新的TEERM(Temporally Extended Entity-Relationship Model)模型,模型中引入了时间不变键、变化粒度和时间基数等新的结构,并给出了它们的语义.接下来讨论了实体类型的时间不变键的指派问题,并以此为基础对实体类型进行了分类.然后提出了用于由TEERM模型规范TFDs约束的生成规则以及由TEERM模型转换成时态模块模式的过程.最后结合基于TFDs的时态规范化理论提出了一套完整的基于TEERM模型的数据库设计方法.