数据库设计和ER模型课件

1、第3章 数据库设计和ER模型 1本章重要概念 （1）DBS生存期及其7个阶段的任务和工作，DBD过程的输入和输出。（2）概念设计的重要性、主要步骤。逻辑设计阶段的主要步骤。（3）ER模型的基本元素，属性的分类，联系的元数、连通词、基数。采用ER方法的概念设计步骤。（4）ER模型到关系模型的转换规则。采用ER方法的逻辑设计步骤。（5）ER模型的扩充：弱实体，超类和子类。 2主要内容和学习要求数据库设计概述（了解）数据库设计的全过程（领会） ER模型 （综合应用） ER模型到关系模型的转换（综合应用）ER模型实例分析 （理解）ER模型的扩充 （理解）小结 33.1 数据库设计概论之一软件工程 人们

2、认为，应该用科学知识、工程方面的纪律指导软件开发的过程，以提高软件质量和开发效率，降低开发成本 。软件生存期从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到它被新的软件所取代而停止使用的整个期间。数据库工程 数据库系统生存期数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间。 数据库设计的输入输出隶属关系4规划需求分析系统设计 程序编制 调试 运行维护 运行和维护 实现 物理设计逻辑设计概念设计需求分析规划软件生存期数据库生存期5DBMS特征 处理需求 数据库设计的输入输出第1步 规划 第2步需求分析 第3步概念设计 第4步逻辑设计 第5步物理设计 总体信息需求

3、 硬件和OS特征 信息结构（独立于硬件、软件） 需求说明书 逻辑数据库结构(DBMS能处理的)应用程序说明书物理数据库结构 6主要内容3.1 数据库设计概述3.2 数据库设计的全过程3.3 ER模型3.4 ER模型到关系模型的转换3.5 ER模型实例分析3.6 ER模型的扩充小结 73.2.1 规划阶段目标规划阶段的三个步骤系统调查：对企业组织作全面的调查，画出组织层次图，以了解企业的组织结构。可行性分析：从技术、经济、效益、法律等多方面对建立数据库的可行性进行分析；写出可行性分析报告；组织专家进行讨论其可行性。确定数据库系统的总目标和制定项目开发计划。83.2.2 需求分析目标需求分析工作（

4、四步）分析用户活动产生，产生业务流程图。确定系统范围，产生系统范围图。分析用户活动涉及的数据，产生数据流图。分析系统数据，产生数据字典。93.2.3 概念设计目标为什么需要概念设计概念设计的主要步骤进行数据抽象，设计局部概念模式将局部概念模式综合成全局概念模式评审10概念模式概念要求1概念要求2概念要求3应用1应用1应用1映象映象转换综合应用3应用2应用1外模式2内模式逻辑模式外模式1外模式3DB图3.2 数据库的各级模式113.2.4 逻辑设计目标逻辑设计步骤导出初始DBMS模式说明概念模式子模式设计应用程序设计草图模式评价处理结束模式需要修正模式修正进入物理设计阶段返回到前面阶段图5.3

5、逻辑设计步骤是 是 否否123.2.5 物理设计目标什么是数据库的物理结构物理设计的步骤存储记录结构设计 确定数据存放位置 存取方法的设计 完整性和安全性考虑 程序设计 133.2.6 数据库的实现目标实现数据库应做的主要工作用DDL定义数据库结构；组织数据入库；对数据量不大的小型系统（人工）：筛选数据；转换数据格式；输入数据；校验数据。对大中型系统（自动）：筛选数据；输入数据；校验数据；转换数据；综合数据。编制与调试应用程序；数据库试运行。功能测试性能测试（时空代价） 143.2.7 数据库的运行与维护工作 数据库的转储和恢复 数据库安全性、完整性控制 数据库性能的监督、分析和改进 数据库的

6、重组织和重构造 15主要内容3.1 数据库设计概述3.2 数据库设计的全过程3.3 ER模型3.4 ER模型到关系模型的转换3.5 ER模型实例分析3.6 ER模型的扩充小结 163.3.1 ER模型概述什么是ER模型ER模型的历史ER模型的基本元素实体联系属性例子实体联系属性ER模型图例老师学生教mn学号姓名专业班级职称性别姓名职号17现实信息电脑3.3.1 ER模型概述18实体 客观存在并可以相互区分的客观事物或抽象事件称为实体。客观存在的抽象事件订货、演出、足球赛等也是实体可以触及的客观对象仓库、器件、职工等是实体19特征身高年龄性别体重比赛时间、地点、参赛队20 具有相同特征的一类实体

7、的集合称之为实体集。实体集学生实体集课程实体集教师实体集教室实体集21标识特征 用于区分实体的实体特征称为标识特征。22特征实体实体集标识特征现实世界的术语23我们更熟悉的术语是：文件记录字段关键字24三种范畴使用的术语25实体联系方法Entity-Relationship3.3.1 ER模型概述26ER模型概述E-R模型的是用E-R图表示的。E-R图中有下面四个基本成分：矩形框：表示实体型。菱形框：表示联系。椭圆形框：表示实体或联系类型的属性。直线：联系类型与其所涉及的实体之间用直线连接，实体与实体之间用直线连接。下面我们首先介绍E-R模型中用到的一些基本概念。27基本概念(1)实体（ent

8、ity）：客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体可以是具体可触及到的对象，如一个大学生、一辆汽车等；也可以是抽象的事件，如一场足球赛，一次借书等。 (2)属性（attribute）：实体所具有的某一特征称为实体的属性。一个实体可由若干属性来刻画。例如，学生实体有学号、姓名、性别、年龄、班级等属性。28(3)键（key）：也称关键字。唯一标识实体的属性集称为实体的键。例如，学生实体的键是“学号”，课程实体的键是“课号”，足球赛（场次，日期，地点）则是全键。(4)域（Domain）：属性的取值范围称为该属性的域。例如，学号的域为：8位整数，姓名的域为：长度不超过8个字节的字符串集合，性别的域为：

9、男，女。基本概念29(5)实体型（entity type）:是对具有相同属性的实体的抽象描述，用实体名及其属性集合来抽象地描述这类实体。例如，学生实体型为：学生（学号，姓名，年龄，性别，班级）。而具体的张三、李四则是实体的值(6)实体集（entity set）：同型实体的构成的集合。例如，全体学生构成学生实体集基本概念30(7)联系（relationship）：现实世界的事物彼此是有联系的，反映在信息世界就是实体之间的联系。实体之间的联系有两类：一是同一实体集中不同个体之间的联系，另一种是不同实体集（或认为实体型）之间的联系。首先，考察两个实体集(型)之间的联系，可以分为三类：基本概念31ER

10、模型概述ER模型(实体联系模型)的基本元素实体联系属性实体联系属性ER模型实例老师学生教mn学号姓名专业班级职称性别姓名职号32实体的表示方式在E-R图中用矩形框表示实体，把实体名写在框内，比如仓库实体可以表示为：仓库33联系的表示方式 实体之间的联系用菱形框表示，框内写上联系名，并用连线与有关的实体相连。联系名实体1实体234联系的类型一对一联系(1:1)一对多联系(1:n)多对多联系(m:n)班级班主任管理导师学生指导学生课程学习11n1nm35一对一的联系 如果实体集A与实体集B之间存在联系，并且对于实体集A中的任意一个实体，实体集B中至多只有一个实体与之对应；而对实体集B中的任意一个实

11、体，在实体集A中也至多只有一个实体与之对应，则称实体集A到实体集B的联系是一对一的，记为1 : 1 。36 有车间和车间主任两个实体，并且有语义：一个车间只能有一名车间主任，一个职工也只能在一个车间当主任。那么车间和车间主任之间的联系是一对一的，我们把这种联系命名为任职。一对一联系的例子任职车间车间主任1137一对多的联系 如果实体集A与实体集B之间存在联系，并且对于实体集A中的一个实体，实体集B中可以有多个实体与之对应；而对实体集B中的任意一个实体，在实体集A中至多只有一个实体与之对应，则称实体集A到实体集B的联系是一对多的，记为1 : n 。38 有仓库和职工两个实体，并且有语义：一个仓库

12、可以有多名职工，但是一个职工只能在一个仓库工作。那么仓库和职工之间的联系是一对多的，我们把这种联系命名为工作。一对多联系的例子工作仓库职工1n39多对多的联系 如果实体集A与实体集B之间存在联系，并且对于实体集A中的一个实体，实体集B中可以有多个实体与之对应；而对实体集B中的一个实体，在实体集A中也可以有多个实体与之对应，则称实体集A到实体集B的联系是多对多的，记为m : n 。40多对多联系的例子 有仓库和器件两个实体，并且有语义：一个仓库可以存放多种器件，一种器件可以存放在多个仓库。那么仓库和器件之间的联系就是多对多的，我们把这种联系命名为库存。仓库器件库存mn41多个实体之间的联系 有仓

13、库、器件、供应商三个实体，并且有语义：每个仓库可以向多个供应商发出订购，可购买多种器件；每个供应商可向多个仓库供货，可供应多种器件；每种器件可由多个供应商供应，可由多个仓库购买。仓库器件供应商订购mnp42多个实体之间的另外一种联系仓库器件供应商库存业务供应43属性的表示方式 实体的属性用椭圆形表示，框内写上属性名，并用连线连到相应实体。也可以直接将属性名写在实体旁边。仓库仓库号城市面积仓库仓库号城 市面 积44 联系本身也有属性，联系是通过相关联的实体的有关属性体现出来的。联系的属性仓库职工工作仓库号城 市面 积职工号工 资仓库号职工号1n45例1：教学管理系统E-R图如下所示。ER模型实例

14、46例2：为物资管理设计一个E-R图。物资管理主要管理零件的进库、出库、采购等事项。方法：1）确定实体类型。2）确定实体间联系类型。3）根据实体类型和联系类型画出E-R图。4）确定实体类型和联系类型的属性。ER模型实例47ER模型实例48ER模型优点 E-R模型用于数据库设计,是对现实世界的第1层抽象。E-R模型的优点：第一：它接近人的思维，易学易用；第二：与计算机实现无关，用户易理解，便于数据库设计人员与用户交流。第三：E-R模型比较容易转换为各种不同的数据库管理系统所支持的数据模型。493.3.2 属性的分类基本属性和复合属性单值属性和多值属性多值属性的处理将原来的多值属性用几个新的单值属

15、性来表示。 将原来的多值属性用一个新的实体类型表示 导出属性空值图5.4 地址属性的层次结构邮政编码省（市）名地 址区 名街 道家庭地址门牌号码图5.5 多值属性的表示零件编码零 件零件名供应商规格进货价格销售价格价格图5.8 导出属性的表示工号职 工姓名基本工资奖金房租实发工资图5.6 多值属性的变换（1）零件编码零 件零件名供应商规格进货价格经销价格代销价格批发价格零售价格图5.7 多值属性的变换（2）零件编码零 件零件名供应商规格进货价格销售性质价格售货价格存在销售价格1N零件编码503.3.3 联系的设计之一 联系集 联系集是n（n2）个实体集上的数学关系，这些实体集不必互异。如果E1

16、，E2，En为n个实体集，那么联系集R是(e1，e2，en）|e1E1 ,e2E2，enEn的一个子集，而（e1，e2，en）是一个联系。 联系的元数 一个联系涉及到的实体集个数 联系的连通词 联系涉及到的实体集之间实体对应的方式 实体的基数 有两个实体集E1和E2，E1中每个实体与E2中有联系实体的数目的最小值min和最大值max，称为E1的基数，用（min，max）形式表示 问题：运动员根据其得分来排定名次。在名次排列中，排在他前面只有一个人排在他后面也只有一个人 运动员编号姓名性别名次顺序11图5.9 一元联系中的1:1联系 职工之间的上下级联系 职工工号姓名年龄性别领导1N图5.10

17、一元联系中的1:N联系 工厂的零件之间存在着组合关系，一种零件由许多种子零件组成，而一种零件也可以是其他零件的子零件 零件零件号零件名规格数量组成MN图5.11 一元联系中的M:N联系 某商业集团中，商店、仓库、商品之间的进货联系 图5.12 三元联系中的M:N:P联系 仓库商品商店仓库号仓库名地址数量商店号商品名商品号商店名日期进货MNP学校里规定每学期学生至少选修1门课程，最多选修6门课程；每门课程至多有50人选修，最少可以没人选修 图5.13 联系的连通词和实体的基数学生课程选课M （1，6）N （0，50）513.3.4 ER模型的操作 包括实体类型、联系类型和属性的分裂、合并、增删等

18、等 教师号姓名出生日期职务工资奖金教师（a）教师号姓名出生日期教师不变信息职务工资奖金教师号教师变动信息（b）图5.15 实体类型的垂直分裂教师课程主讲辅导1MNN图5.16 联系类型的分裂教师课程主讲MN（a）（b）图5.17 不合法的合并B(a)ACA-CB-CACA-B-C(b)B523.3.5 采用ER方法的数据库概念设计 之设计局部ER模式 需求分析结果确定局部结构范围实体定义联系定义属性分配还有局部结构待分析有无进入全局ER模式设计图5.18 局部ER模式设计范围的划分要自然，易于管理；范围的大小要适度。太小了，会造成局部结构过多，设计过程繁琐，综合困难；太大了，则容易造成内部结构

19、复杂，不便分析 范围之间的界面要清晰，相互影响要小采用人们习惯的划分；避免冗余，在一个局部结构中，对一个对象只取一种抽象形式，不要重复；依据用户的信息处理需求 确定属性的原则： 属性应该是不可再分解的语义单位；实体与属性之间的关系只能是1:N的；不同实体类型的属性之间应无直接关联关系。 属性分配的原则： 当多个实体类型用到同一属性时， 一般把属性分配给那些使用频率最高的实体类型，或分配给实体值少的实体类型。 有些属性不宜归属于任一实体类型，只说明实体之间联系的特性 53局部模式现有的教学管理系统初步分析系统的对象根据服务种类分析教师子模块局部ER图54其他局部模式现有的教学管理系统初步分析系统

20、的对象根据服务种类分析学生子模块图5.21 学籍管理局部应用的分E-R图导师班级学生组成管理班主任档案材料宿舍住宿归档指导系有参加学会1N111NNN11NMN1具有社会关系1N局部ER图55其它局部模式现有的教学管理系统初步分析系统的对象根据服务种类分析课程子模块局部ER图图5.22 课程管理局部应用分E-R图1教室M1教科书教师担任课程系开设N1学生选修NMN上课PN563.3.5 采用ER方法的数据库概念设计 之设计全局 ER模式无图5.20全局ER模式设计 局部ER模式确定公共实体类型合并两个局部ER模式检查并消除冲突还有未合并的局部模式有还有冲突吗有属性冲突 ：如，重量单位有的用公斤

21、，有的用克。 结构冲突 ：同一对象在不同应用中的不同抽象 ；同一实体在不同局部ER图中属性的个数或次序不同 ；实体之间的联系在不同的局部ER图中呈现不同的类型 命名冲突 ：属性名、实体名、联系名之间存在同名异义或异名同义冲突573.3.5 采用ER方法的数据库概念设计 之全局ER模式的优化实体类型的合并1:1联系的两个实体类型 具有相同键的实体类型 冗余属性的消除 冗余联系的消除：利用规范化理论中函数依赖的概念消除冗余联系 58例子：三个局部ER图合并成一个ER图1图5.24 合并后的教学管理E-R图1N1P1N1N1N1MMNNNN社会关系具有1NNM1系聘用承接项目参加设置院长学院主管NN

22、111教师评定职称分配工作量111N档案材料归档参加学会1宿舍住宿教科书担任指导课程选修教室上课有1班级学生组成N开设N管理11教师管理1 159主要内容3.1 数据库设计概述3.2 数据库设计的全过程3.3 ER模型3.4 ER模型到关系模型的转换3.5 ER模型实例分析3.6 ER模型的扩充小结 603.4.1 ER图转换成关系模式集的规则(1)将每个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性即为关系模式的属性，实体标识符即为关系模式的键。二元联系类型的转换：若实体间联系是1:1，可以在两个实体类型转换成的两个关系模式中任意一个关系模式的属性中加入另一个关系模式的键和联系类型的属性。 若实体间

23、联系是1:N，则在N端实体类型转换成的关系模式中加入1端实体类型的键和联系类型的属性。 613.4.1 ER图转换成关系模式集的规则(2)若实体间联系是M:N，则将联系类型也转换成关系模式，其属性为两端实体类型的键加上联系类型的属性，而键为两端实体键的组合。 一元联系类型的转换:同二元联系。 三元联系类型的转换： 总是将三元联系类型转换成关系模式，其属性为三端实体类型的键加上联系类型的属性，而键为三端实体键的组合。62 E/R图中“属于”联系到关系的转换 若B属于A，则用称为“属于”(“isa”) 的特殊联系将其A和B相联,任何只和B有关的属性和联系都连到B上，与A和B都有关的属性和联系则连到

24、A上， “isa”联系用三角形表示，尖端指向A类实体集，底边指向B类实体集，三角形中写上“isa”字样。这类联系转换为关系模式的方法见下图：3.4.1 ER图转换成关系模式集的规则(3)63学号学生姓名系名年龄性别isa研究生导师转换为关系模式:学生(学号，姓名，性别，年龄，系名)研究生（学号，导师）学生和研究生之间的“属于”关系ER模型到关系模型的转换实例64ER模型到关系模型的转换实例E/R图到关系模式转换举例学生选课课程sexsnumsnameagegradecnumcnamecredits 学生选课E/R图学生选课E/R图转换为如下关系模式:学生(snum, sname, sex, a

25、ge)课程(cnum, cname,credits)选课(snum, cnum, grade)65ER模型到关系模型的转换实例运动员编号姓名性别名次顺序11职工工号姓名年龄性别领导1N运动员（编号，姓名，性别，名次，上一名次编号，下一名次编号） 职工（工号，姓名，年龄，性别，经理工号） 66ER模型到关系模型的转换实例零件零件号零件名规格数量组成MN仓库商品商店仓库号仓库名地址数量商店号商品名商品号商店名日期进货MNP零件（零件号，零件名，规格）组成（零件号，子零件号，数量） 仓库（仓库号，仓库名，地址）商店（商店号，商店名）商品（商品号，商品名）进货（商店号，商品号，仓库号，日期，数量） 6

26、73.4.2 采用ER方法的逻辑设计步骤图5.25 关系数据库的逻辑设计关系模式规范化模式评价是否需要修正从ER模式导出初始数据库模式处理需求ER模式 DBMS特征用DBMS语法描述模式修正进入物理设计阶段是否68主要内容3.1 数据库设计概述3.2 数据库设计的全过程3.3 ER模型3.4 ER模型到关系模型的转换3.5 ER模型实例分析3.6 ER模型的扩充小结 69例1 库存销售系统的ER模型及转换P车间仓位产品客户销售员存储出库订单入库MNMPMNPMNN库存系统ER图车间(车间号,车间名,主任名) 产品(产品号，产品名，单价) 仓位(仓位号，地址，主任名) 客户(客户号，客户名，联系

27、人，电话， 地址，税号，账号)销售员(销售员号,姓名,性别,学历,业绩）实体入库（入库单号,入库量,入库日期,经手人, 车间号,仓位号,产品名）出库（出库单号，出库量，出库日期，经手人，客户号，产品名，仓位号）订单（订单号，数量，折扣，总价，订单日期，产品号，客户号，销售员号） 存储(仓位号,产品号,核对日期,核对员,存储量)联系70例2：公司车队信息系统的ER模型 图5.27 公司车队信息系统的ER模型部门车队司机车辆开销维修公司调用报销拥有聘用保险2保险1M1NN1NNNN11保险公司1N维修171例3：人事管理信息系统的ER模型奖惩工资技能接受享有1N1M部门属于NN11N聘任岗位设置

28、MN职工培训课程选课MN考核M图5.28 人事管理信息系统的ER图72例4：旅游管理信息系统的ER模型保险单开设组成有参加食宿交通陪同旅游线路旅游班次交通工具旅游团宾馆游客导游NMM1111111NNNN图5.29 旅游管理信息系统的ER图73主要内容3.1 数据库设计概述3.2 数据库设计的全过程3.3 ER模型3.4 ER模型到关系模型的转换3.5 ER模型实例分析3.6 ER模型的扩充小结743.6.1 弱实体什么是弱实体弱实体的表示方法包含弱实体的ER图转换成关系模式问题：在人事管理系统中，亲属的存在是以职工的存在为前提，即亲属对于职工具有依赖联系，所以说，亲属是弱实体 职 工社会关系

29、具有1NER图职工（职工号，职工姓名，性别，年龄） 亲属（职工号，称呼，姓名，工作单位） 关系模式问题:商业应用系统中，顾客地址的存在依赖于顾客的存在（一般顾客可以有若干个联系地址） ER图顾 客地 址通讯N1753.6.2 子类实体与超类实体什么是子类和超类子类和超类的性质子类与超类之间具有继承性，但子类本身还能包含比超类更多的属性。子类和超类有相同的标识符 人员教师本科生学生研究生学校人事系统中实体之间的联系 人员（身份证号，姓名，年龄，性别）教师（身份证号，教师编号，职称）学生（身份证号，学号，系别，专业）本科生（身份证号，入学年份）研究生（身份证号，研究方向，导师姓名）对应的关系模式76主要内容3.1 数据库设计概述