第6章 数据库设计案例.ppt

1、第六章 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 6.7 数据库的维护和运行,6.1 数据库设计概述,一、数据库设计方法简介 二、数据设计的步骤,一、数据库设计方法简介(1 of 2),数据库设计 是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求(信息要求和处理要求) 数据库设计的内容 数据库的结构设计是指根据给定的应用环境，进 行数据库的模式设计或子模式的设计。它包括数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计。 数据库的行为

2、设计是指数据库用户的行为和动作，就是操作数据库的应用程序的设计。即设计应用程序、事务处理等，所以行为设计是动态的，行为设计又称为动态模式设计。,一、数据库设计方法简介(2 of 2),数据库设计方法 基于E-R模型的数据库设计方法 基于3NF的数据库设计方法 计算机辅助数据库设计方法 参加数据的设计人员 数据库分析设计人员 用户 程序员 操作员,二、数据设计的步骤,6.2 系统需求分析,一、需求分析的任务 二、需求分析的方法 三、数据字典,一、需求分析的任务,需求分析的任务 充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况 明确用户的各种需求， 确定新系统的功能 需求分析的重点：调查、收集与分析

3、用户在数据管理中的下列要求。 信息要求数据要求 处理要求（如相应时间、处理方式等） 安全性要求 完整性要求。,二、需求分析的方法(1 of 7),调查与分析用户的需求通常需要四步 调查组织机构情况组成、职能等 调查各部门的业务活动情况 协助用户明确对新系统的各种要求 确定新系统的边界 常用的调查方法 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 查阅记录,二、需求分析的方法(2 of 7),分析和表达用户需求的方法 自底向上方法 自顶向下结构化分析方法（SA） SA方法的系统高层抽象图,二、需求分析的方法(3 of 7),需求分析的过程,数据字典(Data Dictionary,

4、简称DD ),数据流程图(Data Flow Diagram,DFD),二、需求分析的方法(4 of 7),需求分析案例：,学校管理系统最高层数据流图,二、需求分析的方法(5 of 7),需求分析案例（续1）：,学籍管理的数据流图,二、需求分析的方法(6 of 7),需求分析案例（续2）：,“报到”的数据流图,二、需求分析的方法(7 of 7),需求分析案例（续3）：,“入学”的数据流图,三、数据字典(1 of 9),数据字典 是数据库设计过程中，进行数据收集和数据分析所获得的主要成果。 是各类数据描述的集合。 数据字典通常包括下列五部分： 数据项 数据结构 数据流 数据存储 处理过程,三、数

5、据字典(2 of 9),数据项 是不可再分的数据单位。 数据项描述数据项名，数据项含义说明，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 数据结构 反映了数据之间的组合关系。 数据结构描述数据结构名，含义说明，组成:数据项或数据结构,三、数据字典(3 of 9),数据流 数据流是数据结构在系统内传输的路径。 数据流描述=数据流名, 说明, 数据流来源, 数据流去向, 组成:数据结构, 平均流量, 高峰期流量 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。对数据存储的描述通常包括以下内容： 数据存储描述=数据存储名, 说明, 编号, 流入的数据流,

6、 流出的数据流, 组成: 数据结构, 数据量, 存取方式,三、数据字典(4 of 9),处理过程 数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息. 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,三、数据字典(5 of 9),数据项“学号”的描述： 数据项：学号 含义说明：唯一标识每个学生 别名： 学生编号 类型： 字符型 长度： 8 取值范围：00000000至99999999 取值含义：前两位标别该学生所在年级，后六位按顺序编号 与其他数据项的逻辑关系：,三、数据字典(6 of 9),数据结构“学生” 的描述： 数据结构：学生 含义说明：是学籍管理子系统的主体

7、数据结构，定义了一个学生的有关信息 组成：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级,三、数据字典(7 of 9),数据流“体检结果”可如下描述： 数据流：体检结果 说明：学生参加体格检查的最终结果 数据流来源：体检 数据流去向：批准 组成：平均流量： 高峰期流量：,三、数据字典(8 of 9),数据存储“学生登记表” 的描述： 数据存储： 学生登记表 说明： 记录学生的基本情况 流入数据流： 流出数据流： 组成： 数据量： 每年3000张 存取方式： 随机存取,三、数据字典(9 of 9),处理过程“分配宿舍”的描述： 处理过程：分配宿舍 说明：为所有新生分配学生宿舍 输入：学生，宿舍 输出：宿舍

8、安排 处理：在新生报到后，为所有新生分配学生宿舍。要求同一间宿舍只能安排同一性别的学生，同一个学生只能安排在一个宿舍中。每个学生的居住面积不小于3平方米。安排新生宿舍其处理时间应不超过15分钟。,6.3 概念结构设计,一、概念结构概述 二、概念结构设计的方法与步骤 三、数据抽象与局部视图设计 四、视图的集成,一、概念结构,概念结构 概念结构是对现实世界的一种抽象，即对实际的人、物、事和概念进行人为处理，抽取人们关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以描述。 概念结构独立于数据库逻辑结构，也独立于支持数据库的DBMS。 将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的

9、过程就是概念结构设计,二、概念结构设计的方法与步骤,设计概念结构通常有四类方法： 自顶向下 自底向上 逐步扩张 混合策略 概念结构的描述工具 E-R模型 自底向上概念结构设计步骤 抽象数据并设计局部视图 集成局部视图,三、数据抽象与局部视图设计(1 of 4),两种抽象方法 分类（Classification） 定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型，将一组具有某些共同特性和行为的对象抽象为一个实体。 聚集（Aggregation） 定义某个类型的组成成分。将对象的类型的组成成分抽象为实体的属性,三、数据抽象与局部视图设计(2 of 4),实体： 现实世界中一组具有某些共同特性和行为的对象

10、就可以抽象为一个实体 对象和实体之间是“is member of”的关系。 实体的属性 对象类型的组成成分可以抽象为实体的属性。 组成成分与对象类型之间是“is part of”的关系。 划分实体和属性的准则： 作为“属性”，不能再具有需要描述的性质，必须是不可分的，不能包含其他属性。 “属性”不能与其他实体具有联系。E-R图中所表示的联系是实体之间的联系。,三、数据抽象与局部视图设计,学生选课局部E-R图,三、数据抽象与局部视图设计,教师任课局部E-R图,三、数据抽象与局部视图设计,课程管理局部E-R图,四、视图的集成(1 of 6),分E-R图合成总E-R图时需要两步： 合并 修改与重构

11、合并E-R图的主要工作与关键：消除各分E-R图的冲突 各分E-R图之间的冲突主要有三类 属性冲突 命名冲突 结构冲突 解决方法 根据应用的语义对实体联系的类型进行综合或调整,四、视图的集成(2 of 6),属性冲突 属性域冲突，即属性值的类型、取值范围或取值集合不同。 属性取值单位冲突。 属性域冲突通常用讨论、协商等行政手段加以解决。 命名冲突 同名异义：即不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字。 异名同义(一义多名）：即同一意义的对象在不同的局部应用中具有不相同的名字 通常用讨论、协商等行政手段加以解决。,四、视图的集成(3 of 6),结构冲突 同一对象在不同应用中具有不同的抽象。

12、 同一实体在不同局部视图中所包含的属性不完全相同，或者属性的排列次序不完全相同。 实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型。,四、视图的集成(4 of 6),四、视图的集成(5 of 6),修改和重构后生成的学生管理子系统基本E-R图,6.4 逻辑结构设计,一、概述 二、E-R图向数据模型的转换 三、数据模型的优化,一、概述,数据库逻辑结构设计的任务 将概念结构进一步转化为相应的数据模型。 设计逻辑结构的步骤 将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型； 将转化来的关系、网状、层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换 ； 对数据模型进行优化。,二、E-R图向数据模型的转换(1 of 3)

13、,1.一个实体型转换为一个关系模式 实体的属性关系的属性 实体的键关系的键 2.一个m:n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本身的属性关系的属性 关系的键各实体键的组合 3.一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。,二、E-R图向数据模型的转换(2 of 3),4.一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并 5.三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实体的键以及联系本身的属性关系的属性。 关系的键各实体键的组合。,例题：,图6.15 优化后的基本E-R图,二、E-R

14、图向数据模型的转换,例1 以6.15图为例将四个实体分别转换为关系模式 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）,例3 把6.15图中的四个联系也转换成关系模式： 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）,三、数据模型的优化,数据模型的优化方法 确定数据依赖 对于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逐一进行分析，考查是否存在部分函数依赖、传递函数依赖、多值依赖等，确定各关系模式分别属于第几范式； 按照需求分析阶段得到的各种应用

15、对数据处理的要求，分析对于这样的应用环境这些模式是否合适，确定是否要对它们进行合并或分解； 对关系模式进行必要的分解,6.5 数据库的物理设计,数据库的物理结构： 数据库在物理设备上的存储结构与存取方法。 数据库的物理设计： 为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结构的过程。 数据库的物理设计步骤 确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构； 对物理结构进行评价，评价重点是时间和空间效率,6.5 数据库的物理设计,确定数据库的物理结构 确定数据库存储结构：要考虑存取时间、存储空间利用率和维护代价三方面的因素 设计数据的存取路径：确定如何建立索引 确定数据的存放位置：将易变部分与稳定部分、经常存取部分和存取频率较低部分分开存放 确定系统配置 评价物理结构 需要对时间效率、空间效率、维护代价和各种用户要求进行权衡 评价物理数据库的方法完全依赖于所选用的DBMS,6.6 数据库的实施,数据库实施 所谓的数据库实施阶段是指完成数据库的物理设计之后，设计人员就要用RDBMS提供的数据定义语言和其他实用程序将数据库逻辑设计和物理设计结果严格描述出来，成为DBMS可以接受的源代码，再经过调试产生目标模式,然后就可组织数据入库了。,6.6 数据库的实施,数据库实施主要包括以下工作