《数据库整理》第6章数据库设计.ppt

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1、第第6章章 数据库设计数据库设计 2 26.1 数据库设计概述 6.1.1 数据库设计的任务、内容和特点数据库设计的任务、内容和特点 数据库设计的任务数据库设计的任务 数据库设计是指根据用户需求研制数据库结构的过程。数据库设计是指根据用户需求研制数据库结构的过程。数据库设计的内容数据库设计的内容 数据库设计的特点数据库设计的特点 现代数据库的设计特点是强调结构设计与行为设计相结现代数据库的设计特点是强调结构设计与行为设计相结合，是一种合，是一种“反复探寻，逐步求精反复探寻，逐步求精”的过程。的过程。结构设计结构设计行为设计行为设计概念设计、逻辑设计和物理设计概念设计、逻辑设计和物理设计 应用程

2、序的设计应用程序的设计 3 36.1.2 数据库设计方法简述数据库设计方法简述 直观设计直观设计 规范设计法规范设计法 计算机辅助设计法计算机辅助设计法 自动化设计法自动化设计法 基于基于E-R模型的数据库设计方法模型的数据库设计方法基于基于3NF的数据库设计方法的数据库设计方法 基于视图的数据库设计方法基于视图的数据库设计方法 4 46.1.3 数据库设计的步骤数据库设计的步骤 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系统需求分析阶段系统需求分析阶段 2概念结构设计阶段概念结构设计阶段 3逻辑结构设计阶段逻辑结构设计阶段 4物理结构设计阶段物理结构设计

3、阶段 5数据库实施阶段数据库实施阶段 6数据库运行与维护阶段数据库运行与维护阶段 分析和设计阶段分析和设计阶段实施和运行阶段实施和运行阶段5 56.2 系统需求分析系统需求分析 6.2.1 需求分析的任务需求分析的任务 需求分析的任务是：对现实世界要处理的对象（组织需求分析的任务是：对现实世界要处理的对象（组织、部门、企业）等进行详细的调查，通过对原系统的、部门、企业）等进行详细的调查，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，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在此基础上确定新系统的功能。1.调查分析用户活动调查分析用户活动组织机构情况、

4、业务活动情况组织机构情况、业务活动情况 2.收集和分析需求数据，确定系统边界收集和分析需求数据，确定系统边界 哪些由计算机完成、哪些由人完成哪些由计算机完成、哪些由人完成3.编写系统分析报告编写系统分析报告-需求规范说明书需求规范说明书6 66.2.2 需求分析的方法需求分析的方法 需求分析的主要方法有自顶向下和自底向上两种需求分析的主要方法有自顶向下和自底向上两种(Structured Analysis,SA)7 7SA方法从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解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，用数据流图的方式分析系统，用数据流图(Data Flow Diagra

5、m,DFD)和和数据字典数据字典(Data Dictionary,DD)描述系统。描述系统。数据流图数据流图 用命名的箭头表示数据流用命名的箭头表示数据流 用圆圈表示处理用圆圈表示处理 用矩形或其他形状表示存储用矩形或其他形状表示存储 数据流数据流数据流数据流数据存储数据存储数据来源数据来源处处理理数据输出数据输出处理需求处理需求信息需求信息需求图图6.6 数据流图数据流图8 8付款凭证付款凭证报销单报销单报销登记报销登记报销人报销人审查审查分录分录图图6.7 数据流图示例数据流图示例 一个简单的系统可用一张数据流图来表示。当系统比较复一个简单的系统可用一张数据流图来表示。当系统比较复杂时，可

6、采用分层描述的方法。在第一层描述系统的全貌，第杂时，可采用分层描述的方法。在第一层描述系统的全貌，第二层等分别描述子系统的结构。二层等分别描述子系统的结构。9 9数据字典数据字典 数据字典是对系统中数据的详细描述，是各类数据结数据字典是对系统中数据的详细描述，是各类数据结构和属性的清单构和属性的清单。在需求分析阶段，它通常包含以下五部分内容：在需求分析阶段，它通常包含以下五部分内容：数据项数据项 数据结构数据结构 数据流数据流 数据存储数据存储 处理过程处理过程 最终形成的数据流图和数据字最终形成的数据流图和数据字典为系统分析报告的主要内容，这典为系统分析报告的主要内容，这是下一步进行概念结构

7、设计的基础。是下一步进行概念结构设计的基础。Example10106.3 概念结构设计概念结构设计 概念结构设计就是将需求分析得到的用户需求抽象为概念结构设计就是将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构，即概念模型。信息结构，即概念模型。好处：设计复杂度降低、不受特定好处：设计复杂度降低、不受特定DBMS限制、容易为用户所理解限制、容易为用户所理解概念模型的特点概念模型的特点 E-R模型是最著名、最实用的一种是概念模型。模型是最著名、最实用的一种是概念模型。它将现实世界的信息结构统一用属性、实体以及它们之间的联系来描述。语义表达能力丰富语义表达能力丰富 易于交流和理解易于交流和理解 易于修改和扩

8、充易于修改和扩充 易于向各种数据模型转换易于向各种数据模型转换 11116.3.3 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤 概念结构设计的方法概念结构设计的方法 自顶向下自顶向下 自底向上自底向上 逐步扩张逐步扩张 混合策略混合策略 局部局部E-R模型模型 全局全局E-R模型模型 抽象抽象 集成集成 1212需求分析需求分析DFD，DD数据抽象，数据抽象，局部视图设计局部视图设计视图集成视图集成逻辑结构设计逻辑结构设计局部局部E-R图图全局全局E-R图图征求征求用户用户意见意见概念结构设计的步骤概念结构设计的步骤(自底向上的设计方法自底向上的设计方法)：(1)进行数据抽象，设计局部进

9、行数据抽象，设计局部E-R模型，即设计用户视图模型，即设计用户视图(2)集成各局部集成各局部E-R模型，形成全局模型，形成全局E-R模式，即视图集成模式，即视图集成1313数据抽象与局部数据抽象与局部E-R模型设计模型设计（1）E-R方法方法 实体实体-联系方法联系方法(Entity-Relationship Approach)的简称的简称（2）数据抽象）数据抽象 设计局部设计局部E-R模型的关键就是正确划分实体和属性模型的关键就是正确划分实体和属性（3）局部）局部E-R模型设计模型设计 两条原则两条原则：实体具有描述信息，而属性没有，即属性必须是不可分的数据项实体具有描述信息，而属性没有，即

10、属性必须是不可分的数据项。属性不能与其他实体具有联系，联系只能发生在实体之间。属性不能与其他实体具有联系，联系只能发生在实体之间。分类分类 聚集聚集 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实体的属性将对象类型的组成成份抽象为实体的属性 1414下面举例说明局部下面举例说明局部E-R模型设计。模型设计。在简单的教务管理系统中，有如下语义约定：在简单的教务管理系统中，有如下语义约定：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

11、。学生和课程是多对多的联系。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。教师和课程也是多对多的联系。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。师是一对多的联系，同样系和学生也是一对多的联系。1515学生选课局部学生选课局部E-R图图 1616教师任课局部教师任课局部E-R图图 1717全局全局E-R模型设计模型设计 视图集成的方法有两种：视图集成的方法有两种：多元集成法，一次性将多个局部多元

12、集成法，一次性将多个局部E-R图合并为一个全局图合并为一个全局E-R图。图。二元集成法，首先集成两个重要的局部二元集成法，首先集成两个重要的局部E-R图，以后用图，以后用累加的方法逐步将一个新的累加的方法逐步将一个新的E-R图集成进来。图集成进来。局部局部E-R图图合并合并（消除冲突）（消除冲突）优化优化（消除不必（消除不必要的冗余）要的冗余）基本基本E-R图图初步初步E-R图图分析分析规范化理论规范化理论1818冲突分类冲突分类冲突冲突属性冲突属性冲突 命名冲突命名冲突 结构冲突结构冲突 值域值域 冲突冲突 取值取值单位单位 冲突冲突 同名同名 异义异义 异名异名 同义同义 同一对象同一对象

13、在不同应在不同应用中有不用中有不同的抽象同的抽象 同一实体同一实体在不同应在不同应用中属性用中属性组成不同组成不同 同一联系同一联系在不同应在不同应用中呈现用中呈现不同类型不同类型 1919以教务管理系统中的两个局部以教务管理系统中的两个局部E-R图为例，来说明如图为例，来说明如何消除各局部何消除各局部E-R图之间的冲突，进行局部图之间的冲突，进行局部E-R模型模型的合并，从而生成初步的合并，从而生成初步E-R图。图。首先，这两个局部首先，这两个局部E-R图中存在着命名冲突，学生选课局部图中存在着命名冲突，学生选课局部E-R图中的实体图中的实体“系系”与教师任课局部与教师任课局部E-R图中的实

14、体图中的实体“单单位位”，都是指，都是指“系系”，即所谓的异名同义，合并后统一改，即所谓的异名同义，合并后统一改为为“系系”，这样属性，这样属性“名称名称”和和“单位名单位名”即可统一为即可统一为“系名系名”。其次，还存在着结构冲突，实体其次，还存在着结构冲突，实体“系系”和实体和实体“课程课程”在在两个不同应用中的属性组成不同，合并后这两个实体的属两个不同应用中的属性组成不同，合并后这两个实体的属性组成为原来局部性组成为原来局部E-R图中的同名实体属性的并集。图中的同名实体属性的并集。(1)合并合并2020图图6.17教务管理系统的初步教务管理系统的初步ER图图mn1系系属属于于教师教师拥拥

15、有有学生学生开开课课讲讲授授选选修修课程课程mmnm1m1学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄平均成绩平均成绩成绩成绩教师教师号号课程号课程号课程名课程名教师号教师号 姓名姓名性别性别职称职称系名系名电话电话消除冗余消除冗余(2)优化优化:消除冗余的数据及联系消除冗余的数据及联系2121图图6.18教务管理系统的基本教务管理系统的基本ER图图n1系系属属于于教师教师拥拥有有学生学生讲讲授授选选修修课程课程mmnm1m学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄成绩成绩课程号课程号课程名课程名教师号教师号 姓名姓名性别性别职称职称系名系名电话电话22226.4 逻辑结构设计逻辑结构设计 初始关系模式设计初始关系

16、模式设计 概念结构设计概念结构设计关系模式规范化关系模式规范化 模式评价模式评价 是否修正是否修正以以DBMS语法描述语法描述 模式修正模式修正 物理设计物理设计是是否否 概念结构设计阶段得到的概念结构设计阶段得到的E-R模型是用户的模型，模型是用户的模型，它独立于任何一种数据模型，独立于任何一个具体它独立于任何一种数据模型，独立于任何一个具体的的DBMS。为了建立用户的要求的数据库，需要把。为了建立用户的要求的数据库，需要把上述的模型转换为特定上述的模型转换为特定DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。23236.4.2 初始关系模式设计初始关系模式设计 转换原则转换原则 将将E-R图转换为

17、关系模型实际上就是将实体、属性和图转换为关系模型实际上就是将实体、属性和联系转换成关系模式。联系转换成关系模式。在转换中要遵循以下原则：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）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。关系的属性，实体的键就是关系的键。（2）一个联系转换为一个关系模式，与该联系相连的）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。各实体的键以及联系的属性均转换为该关系的属性。该关系的键有三种情况：该关系的键有三种情况：如果联系为如果联系为1:1，则每个实体的键都是关系的

18、候选键；，则每个实体的键都是关系的候选键；如果联系为如果联系为1:n，则，则n端实体的键是关系的键；端实体的键是关系的键；如果联系为如果联系为n:m，则各实体键的组合是关系的键。，则各实体键的组合是关系的键。将将ER图转换为关系模型实际上就是将实体、属性和联系转换为关系模式。图转换为关系模型实际上就是将实体、属性和联系转换为关系模式。2424把每一个实体转换为一个关系把每一个实体转换为一个关系例例6-1 以图以图6-18的的E-R图为例，四个实体分别转换成图为例，四个实体分别转换成四个关系模式：四个关系模式：学生（学生（学号学号，姓名，性别，年龄），姓名，性别，年龄）课程（课程（课程号课程号，

19、课程名），课程名）教师（教师（教师号教师号，姓名，性别，职称），姓名，性别，职称）系（系（系名系名，电话），电话）把每一个联系转换为关系模式把每一个联系转换为关系模式例例6-2 还以图还以图6-18的的E-R图为例，四个联系也分别转图为例，四个联系也分别转换成四个关系模式：换成四个关系模式：属于（属于（教师号教师号，系名），系名）讲授（讲授（教师号，课程号教师号，课程号）选修（选修（学号，课程号学号，课程号，成绩），成绩）拥有（系名，拥有（系名，学号学号）2525特殊情况的处理特殊情况的处理三个或三个以上实体间的一个多元联系在转换为一个三个或三个以上实体间的一个多元联系在转换为一个关系模式时，

20、与该多元联系相连的各实体的主键及联关系模式时，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。的关系的主键为各实体键的组合。例例6-3 图图6-20表示供应商、项目和零件三个实体之间表示供应商、项目和零件三个实体之间的多对多联系，如果已知三个实体的主键分别为的多对多联系，如果已知三个实体的主键分别为“供供应商号应商号”，“项目号项目号”与与“零件号零件号”，则它们之间的，则它们之间的联系联系“供应供应”可转换为以下关系模式，其中供应商号，可转换为以下关系模式，其中供应商号，项目号，零件号

21、为此关系的组合关系键。项目号，零件号为此关系的组合关系键。供应（供应（供应商号，项目号，零件号供应商号，项目号，零件号，数量），数量）26266.4.3 关系模式规范化关系模式规范化 确定范式级别确定范式级别 实施规范化处理实施规范化处理 需求分析阶段需求分析阶段 概念结构设计阶段概念结构设计阶段 逻辑结构设计阶段逻辑结构设计阶段 用数据依赖概念用数据依赖概念分析和表示各个数分析和表示各个数据项之间的联系据项之间的联系 以规范化理论为以规范化理论为指导，确定关系键，指导，确定关系键，消除初步消除初步E-R图中冗图中冗余的联系余的联系 从从E-R图向数据图向数据模型转换过程中，模型转换过程中，用

22、模式合并与分解用模式合并与分解方法达到规范化级方法达到规范化级别别 27276.4.4 模式评价与改进模式评价与改进 模式评价模式评价 功能评价功能评价 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。式集合是否支持用户所有的应用要求。性能评价性能评价 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及物理结构设计算法的模型等。模式改进模式改进 合并合并 分解分解 28286.5 物理结构设计物理结构设计 数据库的物理结构设计可分为

23、两步：数据库的物理结构设计可分为两步：确定物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存确定物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构；储结构；评价物理结构，评价的重点是时间和空间效率。评价物理结构，评价的重点是时间和空间效率。6.5.1 确定物理结构确定物理结构存储记录结构的设计存储记录结构的设计 聚集聚集索引索引2929访问方法的设计访问方法的设计 访问方法是为存储在物理设备（通常指辅存）上的数据访问方法是为存储在物理设备（通常指辅存）上的数据提供存储和检索能力的方法。提供存储和检索能力的方法。访问路径的设计分成主访问路径与辅访问路径的设计访问路径的设计分成主访问路径与辅访问路径的设计。

24、数据存放位置的设计数据存放位置的设计 30306.6 数据库实施数据库实施 数据库实施是指根据逻辑设计和物理设计的结果，在数据库实施是指根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机上建立起实际的数据库结构、装入数据、进行计算机上建立起实际的数据库结构、装入数据、进行测试和试运行的过程。测试和试运行的过程。建立实际数据库结构建立实际数据库结构 装入数据装入数据 应用程序编码与调试应用程序编码与调试数据库试运行数据库试运行整理文档整理文档 31316.7 数据库运行和维护数据库运行和维护 数据库运行和维护阶段的主要任务包括以下三数据库运行和维护阶段的主要任务包括以下三项内容：项内容：（1）维护数据库的安全性与完整性；）维护数据库的安全性与完整性；（2）监测并改善数据库性能；）监测并改善数据库性能；（3）重新组织和构造数据库。）重新组织和构造数据库。只要数据库系统在运行，就需要不断地进行修改、调只要数据库系统在运行，就需要不断地进行修改、调整和维护。一旦应用变化太大，数据库重新组织也无整和维护。一旦应用变化太大，数据库重新组织也无济于事，这就表明数据库应用系统的生命周期结束，济于事，这就表明数据库应用系统的生命周期结束，应该建立新系统，重新设计数据库。应该建立新系统，重新设计数据库。