数据库原理课件

数据库原理

第漳数据库设计

6.1数据库设计概述

6.2需求分析

6.3概念结构设计

6.4逻辑结构设计

6.5数据库的物理设计

6.6数据库的实施和维护

6.1数据库设计概述

■6.L1引言

■6.L2数据库和信息系统

■6.1.3数据库设计的特点和内容

■6.1.4参加数据库设计的人员

■6.1.5数据库设计方法简述

-6.1.6数据库设计基本步骤

3

6/7弓|言

■数据库技术是信息资源开发、管理和服

务的最有效手段。

■使用数据库技术，可以保证系统数据的

整体性、完整性和共享性。

■在数据库领域内，将应用数据库的各种

系统统称为数据库应用系统。

4

6/2数据库和信息系统

■从使用角度看

-信息系统是提供信息、辅助人们对环境进行控制

和决策的系统。

-数据库是信息系统的核心和基础。

■二者之间的关系

-数据库将信息系统中大量的数据按一定的模型组

织起来，提供存储、维护、检索数据的功能，信

息系统各个功能模块能否很好地结合，关键在于

数据库。

-对数据库进行合理的逻辑设计和有效的物理设计

才能开发出完善、有效的信息系统，使信息系统

可以方便、及时、准确地从数据库中获取信息。5

6/2数据库和信息系统

■大型数据库的设计和开发是一项工程,

应该具备多方面的技术和知识。

-数据库的基本知识和数据库设计技术

-计算机科学的基础知识

-程序设计方法

-软件工程原理和方法

-应用领域的相关知识

6

6/5数据库设计的特点和内容

［数据库设计的特点

±-数据库的建设是硬件、软件和干件（技

术与管理的界面）的结合。

■数据库设计和应用系统设计相结合，即

整个设计过程中结构（数据）设计和行

为（处理）设计是密切结合的。

■需要注意的是：

■数据库模式是各种程序的共享结构，是

稳定的、永久的，它直接影响系统各个

处理过程的性能和质量。

■现代数据库设计有别于传统的数据库设7

67.5数据库设计的特点

■数据库设计的内容

■数据库的结构设计(静态)

■(1)逻辑数据库设计

■局部逻辑结构、全局逻辑结构

■(2)物理数据库设计

■存储结构

■数据库的行为设计(动态)

■(1)数据的装载

■(2)应用程序设计

6/4参加数据库设计的人员

I■数据库分析、设计人员

+(1)数据库设计的核心人员

■(2)自始至终参与

■用户

■(1)参加需求分析

■(2)参加数据库的运行维护

■程序员和数据库管理员

■(1)在系统实施阶段参与进来

■(2)负责编制程序

9

■(3)准备软硬件环境

6/5数据库设计方法简述

■经过近十年来人们的研究，提出了多种

+数据库设计方法，这些方法运用软件工

程的思想和方法，提出了各种设计准则

和规程，都属于规范设计法。

■规范设计法的基本思想是迭代和逐步求

精。

■著名的新奥尔良（NewOrleans）方

法将数据库设计分为四个阶段。

-需求分析（分析用户要求）

-概念设计（信息分析和定义）

-逻辑设计（设计实现）

-物理设计（物理数据库设计）

67.5数据库设计方法简述

■在数据库设计的不同阶段上支持实现的

技术和方法有：

-基于E・R模型的数据库设计方法

-基于3NF的设计方法

-基于抽象语法规范的设计方法。

■目前，数据库设计工具已经开始实用化

和产品化，这些工具可以自动地或辅助

设计人员完成数据库设计。

-Design2000ORACLE公司推出

-PowerDesignerSYSBASE公司推出

6/6数据库设计基本步骤

4b按照规范化设计的方法，结合数据库及

其应用系统开发的全过程，将数据库设

计分为六个阶段。

■需求分析

■概念结构设计

■逻辑结构设计

■物理结构设计

■数据库实施

■数据库运行和维护

62需求分析

■6.2.1需求分析的任务

■6.2.2需求分析的方法

■6.2.3数据字典

■6.2.4小结

13

52.7需求分析的任务

J需求分析的任务：

1）详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门等）

2）充分了解原系统（手工或计算机系统）的工作概况

3）明确用户的各种需求

信息要求、处理要求

安全性要求、完整性要求

4）确定新系统的功能

5）考虑今后的扩充性

14

621需求分析的任务

■调查需求的重点：

■“数据”方面（用户需要从数据库中获

得的信息内容和性质）

■“处理”方面（用户需要完成什么处理

功能、处理的响应时间、处理方式等）

■通过调查、收集和分析获得用户对数据

库的需求。

6Z2需求分析的过程与方法

卜

■进行需求分析的总体过程是：

■调查清楚用户的实际要求，与用户达成

共识。

■分析和表达需求

■写出需求分析报告16

6,Z2需求分析的过程与方法

调查用户需求并进行分析的具体步骤:

1调查组织机构情况

(1)了解组织的各个组成部门

(2)了解各个部门的职责

2调查各部门的业务活动流程

(1)各部门输入、输出的数据和格式

(2)所需的表格和卡片

(3)如何加工处理这些数据

(4)输入输出的部门

6,Z2需求分析的过程与方法

3协助用户明确对新系统的各种需求

(1)信息要求

(2)处理要求

(3)安全性要求

(4)完整性要求

4确定新系统的边界

(1)哪些功能由计算机完成(即新系统

应实现的功能)

(2)哪些活动由人工完成।

6.Z2需求分析的过程与方法

5准确分析系统功能

一采用最常用的结构化分析方法SA

6分析系统数据，编制数据字典

数据字典通常包括：

数据项

数据结构

数据流

数据存储

处理过程

19

6Z2需求分析的方法

■需求分析过程小结：

■第1、2、3、4步骤为需求调查过程,

■第5、6步骤为需求分析过程，

■第7步骤为编写需求分析报告。

6Z2需求分析的过程与方法

!_需求分析过程中的需求调查方法

■根据不同的问题和条件可以采用的调查

方法有：

■跟班作业

■开调查会

■请专人介绍

■询问

■设计调查表，请用户填写21

622需求分析的过程与方法

■需求分析过程中的需求分析的方法

+在众多的分析方法中，结构化分析方法

SA是一种简单实用的方法。

■SA方法从最高层的系统组织机构入手，采

用自顶向下、逐步求精的方式分析系统。

■SA方法将任何一个系统都抽象为一个数据

流图的形式。数据流图表达了数据和处理

过程的关系。

■SA方法中，处理过程的处理逻辑常借助判

定表、判定树来描述。系统中的数据则借

助数据字典DD来描述。2

62/数据字典

■数据流图表达了数据和处理的关系。

■数据字典则是系统中各类数据描述的集

合，是进行详细的数据收集和数据分析

所获得的主要成果。

■数据字典通常包括

-数据项：最小组成单位，不可再分

-数据结构：若干数据项可以组成一个数据结构

-数据流：数据结构在系统内传输的路径

-数据存储：数据结构停留或保存的地方

-处理过程：描述有关的处理过程

23

6Z5数据字典

■1数据项（数据元素）

■姗项是数据的最小组成单位，不可以再分。

■数据项的描述内容通常包括

■数据项描述二｛数据项名称，数据项含义，别名,

数据类型，长度，取值范围，取值含义，与其他

数据项的逻辑关系，数据项之间的联系｝

■其中取值范围、与其他数据项的逻辑关系等定义

了数据的完整性约束条件，是设计数据检验功能

的依据。

■对于数据项之间的联系，可以关系规范化理论

为指导，用数据依赖的概念分析和表示。即按实

际语义，写出每个数据项之间的数据依赖，它们

6.2将数据字典

数据项描述举例

数据元素条目

总

转3

1-搞1

第

点

名

称

学

号

.相

别

fl编;

名.X

.XX电

说

班

册

S-本

N学o

也

值

号

专

教

据

类

丝

号

类

系

救

据

三

型

业

代

码

：

入

长•

度

代

效70

号

有

关

结q

据

学

年

XX」

25

数据字典

■2数据结构

数据结构描述的重点是数据之间的组合关

系，即说明这个数据结构包括哪些成分。

■一个数据结构的构成可以是以下情况

■若干个数据项（或称元素）

■若干个数据结构

■若干个数据项和数据结构

■描述数据结构的内容

■数据结构描述二｛数据结构名，含义说明,

组成：《数据项或数据结构｝｝26

6.2将数据字典

数据结构描述举例

敖据结构条目

名称:学生聋记卡总编号：2-03

说期:新生入学时填写编号：008

结构:有关的薮据流、薮据存储:

学号新生登记表

名

姓学籍表

郎

日

学

入n

tr

期效虽

日

生

出n

n银年约1000份

别

性

族

民

家庭

地址

本人

简历

开始

竭止

单位

职务27

528数据字典

3数据流

数据流是数据结构在系统内传输的路径。

描述性据流的内容

数据流描述二｛数据流名，说明，数据流来源，数据流去

向，组成：（数据结构卜平均流量，高峰期流量｝

其中

1）数据流的来源，它可以来自某个外部实体、数据存储回

某个处理。

2）数据流的去处，数据流的去处可能不止一个，要对去攵

加以说明。

3）数据流的组成，指数据流所包含的数据结构。一个数4

流可以包含一个或多个数据结构。在规定名称上要注意统

28

O

6.2将数据字典

■数据流描述举例

效据流条目

名称：期末成绩单总编号3-05

简要说明：学期结束时，认可教师填写的成缢单编号：。05

敛据浦源源：教师

效据流去向：P2.1.P2.2

包含的数据结构：流通量200份/学期

•…科目名称…种,

｛考试，考查｝

学生成绩

学号

任课教师

628数据字典

■4数据存储

■数据存储是数据结构停留或保存的地方,

也是数据流的来源和去向之一。

■数据存储可以是手工文档、手工凭单或

计算机文档。

■数据存储描述内容

■数据存储描述=｛数据存储名，说明，

编号，输入的数据流，输出的数据流，

组成：｛数据结构｝,数据量，存取频

6.2将数据字典

数据存储描述举例

蚀据存储条目

名称:学习成缢一览表总编号：4-。2

说肺早期结束I接班汇集学生各科成缢编号；02

结构:

级

班有关的效据流：

生

缢

学

成P2.1J->D2

号

学D2->P2.1,2

名

姓

D2->P2.1.4

缢

成

D2->P2.1.3

科目名称D2->P2.1.4

i考试r考查｝信息量：20。份/学期

有无立即查询：有

31

62g数据字典

5处理过程

主要描述处理过程的说明性信息。

处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或

判定树来描述。

处理过程的描述内容

处理过程描述=｛处理过程名，说明，

输入：｛数据流｝,输出：｛数据流｝,

处理：｛简要说明｝｝

32

苴

6.2将数据字典

■加工处理描述举例

加工处理条目

名

标

填写成端单总编号：5-007

说

明通知学生成绩有补考科目的说明补考日期编号:

愉।P2J4

人

愉吐〉

出P2,I.5

半生（成妹通知单）

处

理P2.1.5-＞

*02（成绩一览表）,打印每个学生的螭通如乳

若有不及格蝌国则在.“竭通如”植触修

科目，时间，交瓢点，丽桌

33

数据字典

编写数据字典的基本要求

+1)对数据流图上各种成分的定义必须明确、容

易理解、唯一。

(2)命名、编号和数据流图一致，必要时可以增

加编码。

(3)符合一致性和完整性。

(4)格式规范、统一，数字和符号正确。

34

628数据字典

■数据字典小结

■数据字典是关于数据库中数据的描述,

即元数据，而不是数据本身。

■数据字典建立在需求分析阶段，在数据

库设计过程中还需要不断修改、充实、

占羊

7TS口o

35

6.24需求分析小结

在需求分析阶段的工作结果有

数据字典：采集到的基础数据

数据流图：对当前系统的详细描述（概

念设计的基础）

需求分析报告：

需要注意的问题

充分考虑系统的可扩充性和可更改性

65概念结构设计

6.3.1概念结构

6.3.2概念结构设计的方法和步骤

6.3.3数据抽象

6.3.4局部视图设计

6.3.5视图的集成

37

6.3.1概念结构

力求分析阶段得到的应用需求，

首先，要抽象为信息世界的结构，即概念结构;

然后，进一步准确用某一DBMS实现这些需求。

因此，概念结构

(1)是客观世界的数据抽象

(2)独立于任何DBMS,抽象且稳定

(3)使用E・R模型描述概念结构

38

6.5.7概念结构

概念结构的主要特点

-真实反映客观世界

-易于理解

-易于更改

-易于向数据模型转换

39

652概念结构设计的方法和

步骤

概念结构设计的四种方法

-自顶向下：先全局，后细化

-自底向上：先局部，后集成

-由里向外：先核心，后扩充

-混合策略：自顶向下+自底向上

最常用的方法：

自底向上方法，策略是采用自顶向下

进行需求分析；自底向上进行概念结

、口、1

6W2概念结构设计的方法和

步骤

自底向上方法的步骤

-第一步：抽象数据，设计局部视图（应用局部E-

R模型）；

-第二步：集成局部视图，构成全局概念结构（应

用全局E-R模型）。

41

6sM数据抽象

■概念结构是对现实世界的一种抽象。

■抽象是指，对实际的人、物、事和概念

进行人为处理，抽取所关心的共同特性,

忽略非本质细节，组织这些特性为某种

概念、形成某种模型。

■一般抽象有

-分类

-聚集

-概括42

6S8数据抽象

定上某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。

这些对象具有某些共同的特性和行为。

分类抽象了对象值和型之间的“ismembero俨的语义。

在E・R模型中，实体型属于这种抽象。

实体型

ismemberof

实体值张英

43

635数据抽象

2聚集

，定义某一类型的组成成分。

抽象了对象内部类型和成分之间"ispartor

语义。

在E・R模型中，这种抽象表现为若干属性的聚

集组成了实体型。

头体型isparto

属性----学号*姓名X专业X班级

6M.M数据抽象

P概括

T概括定义类型之间的一种子集联系。

概括抽象了类型之间的“issubsetof”的语义。

例如：

学生是一个超类

本科生、研究生是学生的子类（他们都具有学

生的共性。）

概括的重要性质是继承性，子类继承超类上定义

的所有抽象。

45

65“局部视图设计

局部应用E・R模型设计（设计分E・R模型）的基本

一思想：

-利用需求分析阶段得到的数据（数据流程图、数据字

典）确定实体和实体属性（按现实世界中事物的自然

划分来定义实体和属性）。

-进行必要的调整，调整的原则是：

■实体和属性间保持为1：1或1：n的联系

■描述实体的属性本身不能再有需要描述的性质

■能作为属性对待的尽量作为属性对待

-设计分E-R图。46

63“局部视图设计

设社分E・R模型的具体做法

*选择局部应用

根据某个系统的具体情况，在多层的数据流图中选择

一个适当层次的数据流图，作为设计分E・R图的设

计起点，使图中每一部分对应一个局部应用。

(2)逐一设计E・R图

对每一个局部应用逐一设计分图。

对应的数据在数据字典中收集，参照数据流图标定局

部应用中的实体、实体的属性、实体的码，确定实

体之间的联系和类型。

47

6W4局部视图设计

球意问题：

4数据字典中，“数据结构，，、“数据流”、“数

据存储”都是若干属性有意义的聚合。可根据需

要谪整。

要区分实体和属性，现实世界中的事物尽量以属性

出现。例分析，P219

作为属性的准则有

(1)不能再具有需要描述的性质，是不可分的数

据项。

(2)不能与其他实体具有联系，联系只是实体之钿

间有。

局部视图设计

■实例，销售管理子系统分E・R图的设计

P220

49

655视图的集成

视图的集成即设计全局E・R模型。

曾计全局E-R模型有两种方式：

M个分E・R图一次集成。

逐步集成，用累加的方式一次集成两个E・R图。

（第二种方式，可以降低复杂度。）

无论哪种方式，集成局部视图的步骤均为：

1）合并，解决分E-R图之间的冲突，生成初步E-R图。

2）修改、重构，消除不必要的冗余，生成基本的E-R

So

50

635视图的集成

1.合并，解决分E-R图之间的冲突，生成

初步E-R图。

分E-R图之间的冲突主要有：

-结构冲突

-属性冲突

-命名冲突

51

655视图的集成

*修改和重构，消除冗余，生成基本E-R图

在初步E-R图中，可能存在：

冗余的数据：指可由基本数据导出的数据

冗余的联系：指可由其他联系导出的联系

52

6.35视图的集成

消除冗余的方法有:

分析方法（主要的方法），即以数据字典

和数据流图为依据，根据数据字典中关

于数据项之间逻辑关系的说明来消除冗

余。

（但是，并非所有的冗余数据和冗余联系

需要消除）

53

635视图的集成

54

635视图的集成

实例，某工厂管理信息系统的视图集成。

P228

55

54逻辑结构设计

6.4.1概述

6.4.2E・R图向关系模型的转换

6.4.3数据模型的优化

6.4.4设计用户子模式

56

647概述

概念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

将概念结构设计阶段设计的基本E・R

图转换为与选用DBMS所支持的数据模

型相符的逻辑结构。

57

647概述

设计逻辑结构的一般步骤

-将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型

-将转换的模型向特定DBMS支持的数据模型转换

（具体产品有特定的限制）

-对数据模型进行优化

目前，大多采用关系数据模型。

58

642左图向关系模型的转换

1E・R图向关系模型转换需要解决的问题

聿何将实体和实体之间的联系转换为关系模式

为何确定这些关系模式的属性

分析：

由于关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集

合；E・R图是由实体、实体的属性和实体之间的

联系组成的。

因此，将E・R图转换为关系模型就是将实体、

实体的属性和实体之间的联系转换为关系模式。

59

64”-左图向关系模型的转换

』E・R图向关系模型转换的原则

实体类型的转换

-一个实体型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。

（注：这里的键指的是主键。）

60

64"次图向关系模型的转换

（1）一个L1联系转换分以下两种情况:

-可以转换为一个独立的关系模式，这时与该联系

相连的各实体的键以及联系本身的属性都转换为

关系的属性，且每个实体的键都是该关系的侯选

键；

-也可以与任意一端对应的关系模式合并，这时要

在该关系模式的属性中加入另一个关系模式的键

（作为外键出现）和联系本身的属性。

61

642左图向关系模型的转换

(2)一个Ln联系转换分以下两种情况:

-可以转换为一个独立的关系模式，这时与该联系

相连的各实体的键以及联系本身的属性都转换为

关系的属性，而关系的键为n端实体的键。

-也可以与n端对应的关系模式合并，这时要在该关

系模式的属性中加入1端关系模式的键(作为外键)

和联系本身的属性，关系的键为n端实体的键。

62

642%乏图向关系模型的转换

(3)一个m：n联系可以转换为一个关系模式。与

亥联系相连的各实体的键以及联系本身的属性均

转换为关系的属性，关系的键是各个实体键的组

合。

(4)三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为

一个关系模式。与该多元联系相连的各个实体的

码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，而

关系的码为各个实体码的组合。

(5)同一实体集的实体间的联系，可按

1:1,1:n,m:n分别处理。63

642W-左图向关系模型的转换

例，将下面的E・R图转换为关系模型。

部「J

J

参加联系

职工工作（职工号,产品号,工作天数，…）

“供应”联系

供供应（产品号，供应商号，零件号,供应量）

零

件（写件号,寄件名，…）

64"次图向关系模型的转换

形成了一般数据模型后，下一步工作是向

特定的RDBMS的模型转换。

65

645数据模型的优化

什么是数据模型的优化？

数据库逻辑设计的结果不是唯一的。

为了提高数据库应用系统的性能，可以根

据应用需要适当修改、调整数据模型的

结构。

66

645数据模型的优化

关系数据模型的优化通常以规范化理论作

为指导。

主要方法是：

-确定数据依赖

-对各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理,

消除冗余的联系

-按照数据依赖的理论对关系模式进行逐一分析，

确定各关系模式属于哪一范式

-对关系模式进行必要的分解，提高数据操作的效

率和存储空间的利用率67

644设计用户子模式

罩念模型转换为全局逻辑模型后，还需要根

据局部应用需求，设计用户的外模式