《数据库整理》第6章数据库设计.ppt

第6章 数据库设计,2,6.1 数据库设计概述,6.1.1 数据库设计的任务、内容和特点 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。数据库设计的内容 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合，是一种“反复探寻，逐步求精”的过程。,结构设计,行为设计,概念设计、逻辑设计和物理设计,应用程序的设计,3,6.1.2 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,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 基于视图的数据库设计方法,4,6.1.3 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,分析和设计阶段,实施和运行阶段,5,6.2 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 哪些由计算机完成、哪些由人完成,3.编写系统分析报告-需求规范说明书,6,6.2.2 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,(Structured Analysis,SA),7,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(Data Flow Diagram,DFD)和数据字典(Data Dictionary,DD)描述系统。数据流图 用命名的箭头表示数据流 用圆圈表示处理 用矩形或其他形状表示存储,8,图6.7 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。,9,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：,数据项,数据结构,数据流,数据存储,处理过程,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，这是下一步进行概念结构设计的基础。,Example,10,6.3 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信息结构，即概念模型。好处：设计复杂度降低、不受特定DBMS限制、容易为用户所理解概念模型的特点 E-R模型是最著名、最实用的一种是概念模型。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,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,11,6.3.3 概念结构设计的方法与步骤,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,局部E-R模型,全局E-R模型,抽象,集成,12,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,概念结构设计的步骤(自底向上的设计方法)：(1)进行数据抽象，设计局部E-R模型，即设计用户视图(2)集成各局部E-R模型，形成全局E-R模式，即视图集成,13,数据抽象与局部E-R模型设计（1）E-R方法 实体-联系方法(Entity-Relationship Approach)的简称（2）数据抽象 设计局部E-R模型的关键就是正确划分实体和属性（3）局部E-R模型设计 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。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,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实体的属性,14,下面举例说明局部E-R模型设计。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，因此系和教师是一对多的联系，同样系和学生也是一对多的联系。,15,学生选课局部E-R图,16,教师任课局部E-R图,17,全局E-R模型设计 视图集成的方法有两种：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。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。,局部E-R图,合并（消除冲突）,优化（消除不必要的冗余）,基本E-R图,初步E-R图,分析,规范化理论,18,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的抽象,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,19,以教务管理系统中的两个局部E-R图为例，来说明如何消除各局部E-R图之间的冲突，进行局部E-R模型的合并，从而生成初步E-R图。首先，这两个局部E-R图中存在着命名冲突，学生选课局部E-R图中的实体“系”与教师任课局部E-R图中的实体“单位”，都是指“系”，即所谓的异名同义，合并后统一改为“系”，这样属性“名称”和“单位名”即可统一为“系名”。其次，还存在着结构冲突，实体“系”和实体“课程”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性组成为原来局部E-R图中的同名实体属性的并集。,(1)合并,20,图6.17教务管理系统的初步ER图,消除冗余,(2)优化:消除冗余的数据及联系,21,图6.18教务管理系统的基本ER图,22,6.4 逻辑结构设计,初始关系模式设计,概念结构设计,关系模式规范化,模式评价,是否修正,以DBMS语法描述,模式修正,物理设计,是,否,概念结构设计阶段得到的E-R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的DBMS。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DBMS支持的数据模型。,23,6.4.2 初始关系模式设计,转换原则 将E-R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。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。（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。该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。,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。,24,把每一个实体转换为一个关系例6-1 以图6-18的E-R图为例，四个实体分别转换成四个关系模式：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）把每一个联系转换为关系模式例6-2 还以图6-18的E-R图为例，四个联系也分别转换成四个关系模式：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）,25,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。例6-3 图6-20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“供应商号”，“项目号”与“零件号”，则它们之间的联系“供应”可转换为以下关系模式，其中供应商号，项目号，零件号为此关系的组合关系键。供应（供应商号，项目号，零件号，数量）,26,6.4.3 关系模式规范化,确定范式级别,实施规范化处理,需求分析阶段,概念结构设计阶段,逻辑结构设计阶段,用数据依赖概念分析和表示各个数据项之间的联系,以规范化理论为指导，确定关系键，消除初步E-R图中冗余的联系,从E-R图向数据模型转换过程中，用模式合并与分解方法达到规范化级别,27,6.4.4 模式评价与改进,模式评价 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式集合是否支持用户所有的应用要求。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。模式改进,合并,分解,28,6.5 物理结构设计,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储结构；评价物理结构，评价的重点是时间和空间效率。6.5.1 确定物理结构存储记录结构的设计 聚集索引,29,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。数据存放位置的设计,30,6.6 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。,建立实际数据库结构,装入数据,应用程序编码与调试,数据库试运行,整理文档,31,6.7 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项内容：（1）维护数据库的安全性与完整性；（2）监测并改善数据库性能；（3）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，应该建立新系统，重新设计数据库。,