第六章-数据库设计

6.1数据库设计概述6.2系统需求分析6.3概念结构设计6.4逻辑结构设计6.5物理结构设计6.6数据库的实施、运行和维护第一页，共47页。第一页，共47页。6.1数据库设计概述6.1.1数据库设计的任务、内容和特点1.数据库设计的任务数据库设计是指根据用户需求研制数据库结构的过程2.数据库设计的内容结构设计行为设计数据库的模式或子模式的设计概念设计、逻辑设计和物理设计稳定的，不易改变用户对数据库的操作应用程序的设计第二页，共47页。第二页，共47页。3.数据库设计的特点是强调结构设计与行为设计相结合是一种“反复探寻，逐步求精”的过程以数据模型为核心，将数据设计与应用系统设计相结合第三页，共47页。第三页，共47页。6.1.2数据库设计方法简述直观设计规范设计法计算机辅助设计法自动化设计法规范设计方法：1.基于E-R模型的数据库设计方法由E-R图构造2.基于3NF的数据库设计方法由单一模式分解成符合3NF的关系模式集合3.基于视图的数据库设计方法为每个应用建立视图，再将视图汇总第四页，共47页。第四页，共47页。6.1.3数据库设计的步骤按规范设计法可将数据库设计分为六个阶段1．系统需求分析阶段2．概念结构设计阶段3．逻辑结构设计阶段4．物理结构设计阶段5．数据库实施阶段6．数据库运行与维护阶段第五页，共47页。第五页，共47页。6.2系统需求分析6.2.1需求分析的任务 需求分析的任务：对现实世界要处理的对象进行详细的调查，通过对原系统的了解，收集支持新系统的基础数据并对其进行处理，在此基础上确定新系统的功能。1.调查分析用户活动2.收集和分析需求数据，确定系统边界信息需求，处理需求，安全性和完整性需求3.编写系统分析报告第六页，共47页。第六页，共47页。6.2.2需求分析的方法自顶向下、自底向上第七页，共47页。第七页，共47页。自顶向下(SA)方法从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解的方式分析系统用数据流图和数据字典描述系统。1.数据流图：描述输入数据到输出数据的变换过程。数据流：由一组固定成分的数据组成，代表数据的流动方向处理：描述了输入数据到输出数据的变换文件：用于存储数据源或宿：存在于系统之外的人员或组织，表示系统输入数据的来源和输出数据的去向第八页，共47页。第八页，共47页。付款凭证报销单报销登记报销人审查分录图6.7数据流图示例当系统比较复杂时，可采用分层描述的方法，分别画出各子系统的数据流图，还可以继续细化，形成若干层次的数据流图第九页，共47页。第九页，共47页。档案管理系统数据流图业务流程：职工填写档案表，人事部门对档案表进行审核，合格的档案表加入档案册中。档案册可供查询和进行统计。人事部门有权对档案表进行修改和删除。人事档案管理系统顶层图（只有一个处理）职工档案管理系统人事部门档案表不合格档案表统计报表人事资料第十页，共47页。第十页，共47页。人事档案管理系统0层图（分解顶层图处理）职工1收集数据2处理数据3利用数据人事部门未审核人事数据人事档案报表档案表人事数据人事数据报表人事资料不合格档案表未审核数据统计报表第十一页，共47页。第十一页，共47页。图2：处理2处理数据分解2.1审核数据2.2维护数据人事档案未审核数据人事数据人事数据处理2业务：对档案表进行审核，合格的档案表加入档案册中。档案册可供查询和进行统计不合格档案表第十二页，共47页。第十二页，共47页。维护数据功能：增加，修改，删除，查询图2.2：处理2.2维护数据分解2.2.1增加2.2.2修改2.2.3删除2.2.4查询人事档案人事数据人事数据人事数据人事数据第十三页，共47页。第十三页，共47页。处理3业务：汇总数据，统计数据，分析数据，打印报表图3：处理3利用数据分解人事档案3.1汇总数据3.2统计数据3.3分析数据3.4打印报表报表人事数据人事数据人事数据汇总数据统计数据分析数据报表第十四页，共47页。第十四页，共47页。2.数据字典数据字典是对系统中数据的详细描述，数据流图中出现的数据流，处理，文件等的说明数据流图中的每个元素均与数据字典的一个条目相对应数据字典通常包含以下五部分内容：数据项数据的最小单位，包括数据项名，含义，类型，长度，范围，与其他数据项的关系数据结构有意义的数据项集合，包括数据结构名，含义，组成的数据项名第十五页，共47页。第十五页，共47页。数据流数据存储处理过程处理过程中数据在系统内的传输路径，包括数据流名，说明，流出，流入对系统中的处理进行描述，包括处理过程名，说明，输入数据流，输出数据流系统中数据的存放，包括数据存储名，说明，输入数据流，输出数据流，数据项或数据结构，数据量，存储频度，存取方式第十六页，共47页。第十六页，共47页。《人事档案管理系统》数据字典（部分）

1.数据流名称：档案表别名：履历表简述：记录职工的个人基本信息数据流组成：档案表=工号+姓名+性别+出生日期+民族+籍贯+婚姻状况+学历+参加工作时间+简历+照片数据来源：加工2.2.1，员工填写审核合格后新增第十七页，共47页。第十七页，共47页。6.3概念结构设计概念结构设计：将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构，即概念模型。概念模型的特点E-R模型是最著名、最实用的一种是概念模型。语义表达能力丰富易于交流和理解易于修改和扩充易于向各种数据模型转换第十八页，共47页。第十八页，共47页。6.3.3概念结构设计的方法与步骤1.概念结构设计的方法自顶向下自底向上

逐步扩张混合策略

2.概念结构设计的步骤局部E-R模型全局E-R模型抽象集成需求分析数据第十九页，共47页。第十九页，共47页。需求分析DFD，DD数据抽象，局部视图设计视图集成逻辑结构设计局部E-R图全局E-R图征求用户意见第二十页，共47页。第二十页，共47页。第一步：数据抽象与局部E-R模型设计（1）E-R方法：建立E-R图（2）数据抽象在多层数据流图中选择一个适当层次作为设计E-R图的出发点确定每个局部应用包含哪些实体，实体包含哪些属性，实体之间的联系划分实体和属性的方法：

分类聚集将一组具有某些共同特性和行为的对象抽象为一个实体将对象类型的组成成份抽象为属性第二十一页，共47页。第二十一页，共47页。（3）局部E-R模型设计两条原则：①属性必须是不可分的数据项,不能再由放弃他属性组成。②属性不能与其他实体具有联系，联系只能发生在实体之间。③为简化E-R图，凡是能作为属性对待的，尽量作为属性1系属于学生m学号姓名性别年龄系名电话系主任办公地点第二十二页，共47页。第二十二页，共47页。举例：在简单的教务管理系统，需求如下：①一个学生可选修多门课程，一门课程可为多个学生选修，因此学生和课程是多对多的联系。②一个教师可讲授多门课程，一门课程可为多个教师讲授，因此教师和课程也是多对多的联系。③一个系可有多个教师，一个教师只能属于一个系，因此系和教师是一对多的联系，同样系和学生也是一对多的联系。第二十三页，共47页。第二十三页，共47页。学生选课局部E-R图第二十四页，共47页。第二十四页，共47页。教师任课局部E-R图形成局部E-R图后，要征求用户意见第二十五页，共47页。第二十五页，共47页。第二步：全局E-R模型设计集成各局部E-R模型，形成全局模型视图集成的方法有两种：①多元集成法，一次性将多个局部E-R图合并为一个全局E-R图。②二元集成法，首先集成两个重要的局部E-R图，以后用累加的方法逐步将一个新的E-R图集成进来。第二十六页，共47页。第二十六页，共47页。局部E-R图合并（消除冲突）初步E-R图（1）合并合并局部E-R图，消除冲突，生成初步E-R图合并的关键是合理消除各局部E-R图的冲突第二十七页，共47页。第二十七页，共47页。冲突分类冲突属性冲突命名冲突结构冲突值域冲突取值单位冲突同名异义异名同义同一对象在不同应用中有不同抽象同一实体在不同应用中属性组成不同同一联系在不同应用中呈现不同类型第二十八页，共47页。第二十八页，共47页。合并教务管理系统中学生选课和教师任课局部E-R模型，生成初步E-R图学生选课局部E-R图第二十九页，共47页。第二十九页，共47页。教师任课局部E-R图第三十页，共47页。第三十页，共47页。（2）优化消除初步E-R图中不必要的冗余，生成基本E-R图冗余数据：可由基本的数据导出的数据冗余联系：可由基本的联系导出的联系初步E-R图优化（消除冗余）基本E-R图分析规范化理论第三十一页，共47页。第三十一页，共47页。图6.17教务管理系统的初步E－R图mn1系属于教师拥有学生开课讲授选修课程mmnm1m1学号姓名性别年龄平均成绩成绩教师号课程号课程名教师号姓名性别职称系名电话第三十二页，共47页。第三十二页，共47页。图6.17教务管理系统的初步E－R图mn1系属于教师拥有学生开课讲授选修课程mmnm1m1学号姓名性别年龄平均成绩成绩教师号课程号课程名教师号姓名性别职称系名电话第三十三页，共47页。第三十三页，共47页。图6.18教务管理系统的基本E－R图n1系属于教师拥有学生讲授选修课程mmnm1m学号姓名性别年龄成绩课程号课程名教师号

姓名性别职称系名电话第三十四页，共47页。第三十四页，共47页。6.4逻辑结构设计初始关系模式设计关系模式规范化模式评价是否修正以DBMS语言描述模式改进是否逻辑设计的任务是将概念模型转换成特定DBMS所支持的数据模型的过程第三十五页，共47页。第三十五页，共47页。6.4.2初始关系模式设计1.转换原则逻辑设计的结果是一组关系模式的集合就是将E-R图中的实体、属性和联系转换成关系模式。在转换中要遵循以下原则：（1）一个实体转换为一个关系模式实体的属性就是关系的属性实体的键就是关系的键。第三十六页，共47页。第三十六页，共47页。（2）一个联系转换为一个关系模式与该联系相连的各实体的键以及联系的属性均转换为该关系的属性联系关系的键有三种情况：如果联系为1:1，则每个实体的键都是关系的候选键；如果联系为1:n，则n端实体的键是关系的键如果联系为n:m，则各实体键的组合是关系的键。第三十七页，共47页。第三十七页，共47页。[例6-1]将图6-18的E-R图中的实体和关系分别转换成关系模式学生（学号，姓名，性别，年龄）课程（课程号，课程名）教师（教师号，姓名，性别，职称）系（系名，电话）属于（教师号，系名）讲授（教师号，课程号）选修（学号，课程号，成绩）拥有（系名，学号） 第三十八页，共47页。第三十八页，共47页。特殊情况：多元联系多元联系在转换为关系模式时，与该多元联系相连的各实体的主键及联系本身的属性均转换成为关系的属性，转换后所得到的关系的主键为各实体键的组合。供应（供应商号，项目号，零件号，数量）第三十九页，共47页。第三十九页，共47页。6.4.3关系模式规范化应用范式理论对初始关系模式进行优化1.确定范式级别考查关系模式的函数依赖关系，确定范式等级2.实施规范化处理利用规范化方法和理论将关系模式规范化第四十页，共47页。第四十页，共47页。6.4.4模式评价与改进对规范化后的关系模式进行评价和改进1.模式评价（1）功能评价功能评价指对照需求分析的结果，检查规范化后的关系模式集合是否支持用户所有的应用要求。（2）性能评价对实际性能进行估计，包括逻辑记录的存取数、传送量以及物理结构设计算法的模型等第四十一页，共47页。第四十一页，共47页。2.模式改进（1）合并将用于关联查询的具有相同主键的各表合并可提高查询效率（2）分解水平分解：将关系的元组分为若干子集，提高查询效率垂直分解：把关系中经常一起使用的属性分解出来，形成一个子关系，提高执行效率。分解时要保持无损连接和函数依赖第四十二页，共47页。第四十二页，共47页。6.5物理结构设计物理结构设计：对于给定的逻辑数据模型，选取一个最适合应用环境的物理结构数据库的物理结构设计可分为两步：（1）确定物理结构：存取方法和存储结构（2）评价物理结构：评价的重点是时间和空间效率6.5.1确定物理结构1.存储记录结构的设计物理结构中，