数据库技术与应用PPT课件第六章数据库设计.ppt
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1、第六章 数据库设计,学习内容,6.1 数据库设计概述6.2 需求分析6.3 概念数据库设计6.4 逻辑数据库设计6.5 物理数据库设计6.6 管理和维护,学习目标,掌握数据库设计的内容和特点掌握数据库概念设计的方法掌握数据库逻辑设计的方法了解数据库物理设计的方法,6.1 数据库设计概述,6.1.1 数据库应用 6.1.2 数据库设计方法和特点6.1.3 数据库设计基本步骤,6.1.1 数据库与MIS,信息系统 信息系统:MIS,数据仓库,ERP,GIS,文档数据库 信息系统是提供信息、辅助人们对环境进行控制和进行决策的系统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
2、其应用系统,有效存储数据,满足用户信息要求和处理要求。一个好的数据库产品不等于就有一个好的应用系统,数据库设计设计方法与特点,设计特点静态数据设计与动态行为设计相分离性反复性、试探性、分布进行数据库设计多解性,静态数据设计与动态行为设计相分离,系统定义,系统调查,数据分析,功能分析,概念设计,物理设计,程序说明,事务设计,功能说明,逻辑设计,功能模型,子模式设计,数据库维护,数据装配,程序设计,系统运行,程序调试,数据库设计方法:,数据库设计方法目前可分为四类:直观设计法、规范设计法、计算机辅助设计法和自动化设计法。直观设计法也叫手工试凑法。1978年10月,来自三十多个国家的数据库专家在美国
3、新奥尔良(New Orleans)市专门讨论了数据库设计问题,他们运用软件工程的思想和方法,提出了数据库设计的规范,这就是著名的新奥尔良法,它是目前公认的比较完整和权威的一种规范设计法。新奥尔良法将数据库设计分成需求分析(分析用户需求)、概念设计(信息分析和定义)、逻辑设计(设计实现)和物理设计(物理数据库设计)。目前,常用的规范设计方法大多起源于新奥尔良法,并在设计的每一阶段采用一些辅助方法来具体实现。,基于E-R模型的数据库设计方法是由P.P.S.chen于1976年提出的数据库设计方法,其基本思想是在需求分析的基础上,用E-R(实体联系)图构造一个反映现实世界实体之间联系的企业模式,然后
4、再将此企业模式转换成基于某一特定的DBMS的概念模式。基于3NF的数据库设计方法是由SAtre提出的结构化设计方法,其基本思想是在需求分析的基础上,确定数据库模式中的全部属性和属性间的依赖关系,将它们组织在一个单一的关系模式中,然后再分析模式中不符合3NF的约束条件,将其进行投影分解,规范成若干个3NF关系模式的集合。,基于视图的数据库设计方法:此方法先从分析各个应用的数据着手,其基本思想是为每个应用建立自己的视图,然后再把这些视图汇总起来合并成整个数据库的概念模式。除了以上三种方法外,规范化设计方法还有实体分析法、属性分析法和基于抽象语义的设计方法等。规范设计法从本质上来说仍然是手工设计方法
5、,其基本思想是过程迭代和逐步求精。,6.1.3数据库设计基本步骤,数据库设计的步骤“数据库设计的生存期”按规范设计法可将数据库设计分为六个阶段:系统需求分析阶段概念结构设计阶段逻辑结构设计阶段物理设计阶段数据库实施阶段数据库运行与维护阶段,需求分析是整个数据库设计过程的基础,要收集数据库所有用户的信息内容和处理要求,并加以规格化和分析。这是最费时、最复杂的一步,但也是最重要的一步,相当于待构建的数据库大厦的地基,它决定了以后各步设计的速度与质量。需求分析做得不好,可能会导致整个数据库设计返工重做。在分析用户需求时,要确保用户目标的一致性。概念设计是把用户的信息要求统一到一个整体逻辑结构中,此结
6、构能够表达用户的要求,是一个独立于任何DBMS软件和硬件的概念模型。逻辑设计是将上一步所得到的概念模型转换为某个DBMS所支持的数据模型,并对其进行优化。,物理设计是为逻辑数据模型建立一个完整的能实现的数据库结构,包括存储结构和存取方法。在实施阶段,根据物理设计的结果把原始数据装入数据库,建立一个具体的数据库并编写和调试相应的应用程序。应用程序的开发目标是开发一个可依赖的有效的数据库存取程序,来满足用户的处理要求。运行和维护阶段:这一阶段主要是收集和记录实际系统运行的数据,数据库运行的记录用来提高用户要求的有效信息,用来评价数据库系统的性能,进一步调整和修改数据库。在运行中,必须保持数据库的完
7、整性,并能有效地处理数据库故障和进行数据库恢复。在运行和维护阶段,可能要对数据库结构进行修改或扩充。,6.1.3数据库设计基本步骤,6.2 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 需求分析的步骤6.2.4 需求分析阶段文档,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任务需求分析就是从系统数据处理加工的过程中抽象并描述出系统的概念模型,为系统的实现做准备。了解系统数据来源、流向、处理过程、处理结果均是需求分析阶段必须完成的工作。功能需求信息(数据)需求性能、运行需求完整性、安全性需求其他需求提交需求说明文档,软件需求各组成部分关系,软件需求包括三个不同的层次-业务
8、需求、用户需求和功能需求:业务需求说明了提供给客户和产品开发商的新系统的最初利益,反映了组织机构或客户对系统、产品高层次的目标要求,它们在项目视图与范围文档中予以说明;用户需求文档描述了用户使用产品必须要完成的任务,这在使用实例文档或方案脚本说明中予以说明;功能需求定义了开发人员必须实现的软件功能,使得用户能完成他们的任务,从而满足了业务需求。,功能树,系统维护子系统,模块代码维护,用户管理,角色管理,角色分配,操作日志管理,权限管理,用户密码管理,身份认证管理,功能间的数据关联,权限登记表,角色登记表,模块登记表,角色管理,模块代码维护,用户管理,角色分配,用 户 文 件,管理员,日 志 文
9、 件,操作日志管理,权限管理,管理员,密码管理,认证管理,用户与角色对照表,需求说明文档,6.2 需求分析(续),6.2.2 需求分析的方法1.方法分类面向数据的方法 着眼于数据对现实世界的描述作用。面向过程的方法着眼于数据在各项功能活动中被加工变换的流程。,6.2.2 需求分析的方法(续),2.结构化分析方法简介工具:数据流程图、数据字典数据流图:表达了数据和处理的关系数据字典:系统中各类数据的集合,数据流程图示例,数据流程图示例,付款凭证,报销单,报销登记,报销人,审查分录,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。它与数据流图互为注释。数据字典贯穿于数据库需求分析直
10、到数据库运行的全过程,在不同的阶段其内容和用途各有区别。在需求分析阶段,它通常包含以下五部分内容。(1)数据项数据项是数据的最小单位,其具体内容包括:数据顶名、含义说明、别名、类型、长度、取值范围、与其他数据项的关系。其中,取值范围、与其他数据项的关系这两项内容定义了完整性约束条件,是设计数据检验功能的依据。(2)数据结构数据结构是数据项有意义的集合。内容包括:数据结构名、含义说明,组成这些内容的数据项名。,(3)数据流数据流可以是数据项,也可以是数据结构,它表示某一处理过程中数据在系统内传输的路径。内容包括:数据流名、说明、流出去向、流入去向,组成这些内容的数据项或数据结构。其中,流出过程说
11、明该数据流由什么过程而来;流入过程说明该数据流到什么过程。(4)数据存储处理过程中数据的存放场所,也是数据流的来源和去向之一。可以是手工凭证,手工文档或计算机文件。包括数据存储名,说明,输入数据流,输出数据流,组成:数据项或数据结构,数据量,存取频度,存取方式。存取方法:批处理/联机处理;检索/更新,(5)处理过程处理过程的处理逻辑通常用判定表或判定树来描述,数据字典只用来描述处理过程的说明性信息。处理过程包括处理过程名,说明,输入:数据流,输出:数据流,处理,简要说明。简要说明:说明处理过程的功能及处理要求。功能是指该处理过程用来做什么(不是怎么做),处理要求指该处理频度要求,如单位时间里处
12、理多少事务、多少数据量、响应时间要求等,这些处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准。,6.2.3 需求分析的步骤,1.需求分析的步骤调查组织结构=系统的管理模式=各部门功能调查各部门业务活动、职责=信息流程收集各种静态信息=原系统的信息存储确定系统的功能和系统的边界,6.2.3 需求分析的步骤(续),2.常用的需求分析调查方法跟班作业开调查座谈会请用户介绍提问设计调查问卷请用户填写查阅历史纪录 在实际操作中往往是若干种方式同时进行,调查问卷示例,需求分析实例,假设开发某学校数据库管理系统,经过可行性分析和初步调查,采用自顶向下的方法可以抽象出该系统高层数据流图.逐步往下求精得出:教师管理
13、子系统、学生管理子系统,后勤管理子系统、科研管理子系统、产业管理子系统。限于篇幅我们以学生管理子系统为例向下求精。,学籍管理的数据流图,6.2.4 需求分析阶段文档,需求分析阶段结束时,应提供的文档包括:系统组织结构图;数据流图;数据字典;数据处理流程图等,需求分析小结,需求分析和其他项目过程的关系,6.3 概念数据库设计,6.3.1 概述6.3.2 概念数据库设计方法与步骤6.3.3 数据抽象与局部ER图设计6.3.4 视图集成,6.3.1 概念数据库设计概述,概念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。概念模型的特点:(1)语义表达能力丰富。(2)易于交流和理解。概念模
14、型是DBA、应用开发人员和用户之间的主要界面,因此,概念模型要表达自然、直观和容易理解,以便和不熟悉计算机的用户交换意见,用户的积极参与是保证数据库设计和成功的关键。(3)易于修改和扩充。概念模型要能灵活地加以改变,以反映用户需求和现实环境的变化。(4)易于向各种数据模型转换。概念模型独立于特定的DBMS,因而更加稳定,能方便地向关系模型、网状模型或层次模型等各种数据模型转换。E-R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。,6.3.2 概念数据库设计方法与步骤,概念数据库设计方法与步骤自顶向下;首先定义全局的概念模型,然后逐步细化得到局部的概念模型.自底向上:首先
15、定义各局部应用的概念结构,然后将其集成得到全局概念模型.逐步扩张:首先定义最重要的可信概念结构,然后向外扩充,逐步生成其他的概念结构和总体概念结构.混合策略,6.3.2 概念数据库设计方法与步骤,6.3.2 概念数据库设计方法与步骤,选用哪一种设计策略主要有系统分析员选择,但通常要与需求分析的策略相一致。,需求分析阶段,已用多层数据流图和数据字典描述了整个系统。设计分E-R图首先需要根据系统的具体情况,在多层的数据流图中选择一个适当层次的数据流图,让这组图中每一部分对应一个局部应用,然后以这一层次的数据流图为出发点,设计分E-R图。通常以中层数据流图作为设计分E-R图的依据。原因:高层数据流图
16、只能反映系统的概貌中层数据流图能较好地反映系统中各局部应用的子系统组成低层数据流图过细,6.3.2 概念数据库设计方法与步骤,采用自底向上策略的设计过程示意图,6.3.3 数据抽象与局部ER图设计,前言任务确定局部范围(模块独立性)原则:相对独立;内部联系较紧密;与 外部联系相对较少。来源:针对多层的数据流图,选择一个适当层次的数据流图,作为设计分ER图的出发点。设计局部E-R图 数据抽象,6.3.3 数据抽象与局部ER图设计,1.ER图基本要点复习2.数据抽象3.ER图设计要点4.练习,ER图基本要点复习,6.3.3-2 ER图基本概念的补充说明,1.角色(Role)实体在联系中的作用称为实
17、体的角色当同一个实体集不止一次参与一个联系集时,为区别各实体的参与联系的方式,需要显式指明其角色当需要显式区分角色时,在连接菱形和矩形的线上加上说明性标注以区别不同的角色,角色在E-R图中的表示,ER图基本概念的补充说明,2.属性的类型简单属性 不可再分的属性如学号、年龄、性别 复合(Composite)属性可以划分为更小的属性可以把相关属性聚集起来,使模型更清晰,ER图基本概念的补充说明,2.属性的类型单值属性每一个特定的实体在该属性上的取值唯一如学生的学号,年龄、性别、系别等多值属性某个特定的实体在该属性上的有多于一个的取值如学生(学号,所选课程,联系电话),ER图基本概念的补充说明,2.
18、属性的类型派生属性与基属性派生属性可以从其他相关的属性或实体派生出来的属性值数据库中,一般只存基属性值,而派生属性只存其定义或依赖关系,用到时再从基属性中计算出来勿轻易引入派生属性,属性在E-R图中的表示,多值属性用双椭圆表示,派生属性用虚椭圆表示,数据抽象,数据抽象 在系统需求分析阶段,最后得到了多层数据流图、数据字典和系统分析报告。现在就是要根据需求分析,对实际的人、物、事和概念进行人为的处理,抽取所关心的共同特性,忽略非本质的细节,并把各种概念精确地加以描述,利用这些概念形成某种模型。数据抽象的种类分类(is member of)聚集(is part of)联系:静态联系(概括(is s
19、ubset of))和动态联系,确定实体及其属性,分类(Classification)分类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。对象和实体之间是“is member of”的关系。例如,在教学管理中,“赵亦”是一名学生,表示“赵亦”是学生中的一员,她具有学生们共同的特性和行为。又如,对于某销售系统,张三是系统中某用户,他行使采购的功能,李四也是系统中某用户,他行使财务结算的功能。采购和财务结算实际上是一种权限,因此我们抽象出角色,用来表示系统中行使不同权限的用户。,聚集(Aggregation)聚集定义某一类型的组成成份,将对象类型的组成
20、成份抽象为实体的属性。组成成份与对象类型之间是“is part of”的关系。例如,学号、姓名、性别、年龄、系别等可以抽象为学生实体的属性。,某些扩展ER特性的表示,概括用标记为ISA的三角形来表示,表示高层实体和低层实体之间的“父类子类”联系(或教材P217方法),它定义了型之间的一种子集联系,6.3.3-3 ER图设计要点,1 确定实体与属性 任务:命名 确定实体码 确定实体内属性 方法 以需求分析说明书中DD的数据结构为基础点。可再分者为实体年龄显然作属性。单位若还可细分为单位号DH、单位名称DM、单位地址DD,则为实体。实体内部属性不能再与其它实体有联系。同一实体内两属性间可有联系,但
21、一般不应与其它实体发生联系,这种联系应该是实体间。,系别作为一个属性或实体,职称作为一个属性或实体,ER图设计要点,1.实体集,属性,ER图设计要点(续),1.实体集,属性,实体有多方面性质,属性没有,ER图设计要点(续),2.确定联系存在性联系系有学生,学生有课程,课程有成绩功能性联系教师教学生,工程师参与工程事件联系顾客发出订单,学生借书,局部ER图设计总结,需求分析结果,确定局部结构范围,实体定义,联系定义,属性分配,全局E-R模式设计,6.3.4 视图集成,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视图,以后用累加的方法逐步将一个新的
22、视图集成进来。在实际应用中,可以根据系统复杂性选择这两种方案。一般采用逐步集成的方法,如果局部视图比较简单,可以采用多元集成法。一般情况下,采用二元集成法,即每次只综合两个视图,这样可降低难度。无论使用哪一种方法,视图集成均分成两个步骤:合并.消除各局部E-R图之间的冲突,生成初步E-R图。优化.消除不必要的冗余,生成基本E-R图。,(1)合并局部E-R图,生成初步E-R图将所有的局部E-R图综合成全局概念结构。全局概念结构它不仅要支持所有的局部E-R模型,而且必须合理地表示一个完整、一致的数据库概念结构。由于各个局部应用不同,通常由不同的设计人员进行局部E-R图设计,因此,各局部E-R图不可
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- 数据库技术 应用 PPT 课件 第六 数据库 设计
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