【教学课件】第8章数据库设计.ppt
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1、第第8 8章章 数据库设计数据库设计8.18.1数据库设计概述数据库设计概述数据库设计的任务、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数据据库库设设计计是是指指根根据据用用户户需需求求研研制制数数据据库库结结构构的的过过程。程。数据库设计的任务如图数据库设计的任务如图8.1所示。所示。数据库设计的任务数据库设计的任务图8.18.1.1.2 8.1.1.2 数据库设计的内容数据库设计的内容 数据库设计包括数据库设计包括数据库的结构设计数据库的结构设计和和数据库的行数据库的行为设计为设计两方面的内容。两方面的内容。(1)数据库的结构设计)数据库的结构设计 数据库的结
2、构设计是指根据给定的应用环境,进行数据库的模式或子模式的设计。(2)数据库的行为设计)数据库的行为设计 数据库的行为设计是指确定数据库用户的行为和动作。8.1.1.3 8.1.1.3 数据库设计的特点数据库设计的特点“三分技术,七分管理,十二分基础数据三分技术,七分管理,十二分基础数据”是数据是数据库建设的基本规律。库建设的基本规律。结构(数据)设计应该和行为(处理)设计密切结结构(数据)设计应该和行为(处理)设计密切结合。合。也就是说,整个设计过程中要把数据库结构设计和也就是说,整个设计过程中要把数据库结构设计和对数据的处理设计密切结合起来。对数据的处理设计密切结合起来。数据库设计方法简述数
3、据库设计方法简述数数据据库库设设计计方方法法目目前前可可分分为为四四类类:直直观观设设计计法法、规范设计法、计算机辅助设计法规范设计法、计算机辅助设计法和和自动化设计法。自动化设计法。1.直观设计法直观设计法直直观观设设计计法法也也叫叫手手工工试试凑凑法法,它它是是最最早早使使用用的的数数据库设计方法。据库设计方法。2 2规范设计法规范设计法 新奥尔良法新奥尔良法将数据库设计分成需求分析将数据库设计分成需求分析(分析用分析用户需求户需求)、概念设计、概念设计(信息分析和定义信息分析和定义)、逻辑设计、逻辑设计(设计实现设计实现)和物理设计和物理设计(物理数据库设计物理数据库设计)。下面简单介绍
4、几种常用的规范设计方法下面简单介绍几种常用的规范设计方法。(1)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(2)基于)基于3NF的数据库设计方法的数据库设计方法 具体设计步骤分为五个阶段:具体设计步骤分为五个阶段:设计企业模式,利用规范化得到的设计企业模式,利用规范化得到的3NF关系模式关系模式画出企业模式;画出企业模式;设计数据库的概念模式,把企业模式转换成设计数据库的概念模式,把企业模式转换成DBMS所能接受的概念模式,并根据概念模式导出所能接受的概念模式,并根据概念模式导出各个应用的外模式;各个应用的外模式;设计数据库的物理模式设计数据库的物理模式(存储模式存储模式)对物理
5、模式进行评价;对物理模式进行评价;数据库实现。数据库实现。(3)基于视图的数据库设计方法)基于视图的数据库设计方法 基本思想基本思想是为每个应用建立自己的视图,然后再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。把这些视图汇总起来合并成整个数据库的概念模式。合并过程中要解决以下问题:合并过程中要解决以下问题:消除命名冲突;消除命名冲突;消除冗余的实体和联系;消除冗余的实体和联系;进行模式重构,在消除了命名冲突和冗余后;需进行模式重构,在消除了命名冲突和冗余后;需要对整个汇总模式进行调整,使其满足全部完整性要对整个汇总模式进行调整,使其满足全部完整性约束条件。约
6、束条件。规范设计法规范设计法从本质上来说仍然是手工设计方法,从本质上来说仍然是手工设计方法,其基本思想是过程迭代和逐步求精。其基本思想是过程迭代和逐步求精。计算机辅助设计法是指在数据库设计的某些过程中计算机辅助设计法是指在数据库设计的某些过程中模拟某一规范化设计的方法,并以人的知识或经验模拟某一规范化设计的方法,并以人的知识或经验为主导,通过人机交互方式实现设计中的某些部分。为主导,通过人机交互方式实现设计中的某些部分。一种实用的数据库设计方法至少应包括设计过程、一种实用的数据库设计方法至少应包括设计过程、设计技术、评价准则、信息需求和描述机制。设计技术、评价准则、信息需求和描述机制。8.1.
7、3 数据库设计的步骤 1需求分析阶段需求分析阶段2概念设计阶段概念设计阶段3逻辑设计阶段逻辑设计阶段4物理设计阶段物理设计阶段 5数据库实施阶段数据库实施阶段 6数据库运行、维护阶段数据库运行、维护阶段分析系统需求设计概念结构设计逻辑结构优化数据模型决策评价决策评价设计物理结构决策评价实施数据库使用维护数据库6、数据库运行和、数据库运行和维护阶段维护阶段5、数据库实施阶、数据库实施阶段段4、数据库物理结、数据库物理结构设计阶段构设计阶段3、逻辑结构设计、逻辑结构设计阶段阶段1、系统需求分析、系统需求分析阶段阶段2、概念结构设计、概念结构设计阶段阶段数据库设计步骤数据库设计步骤系统需求分析阶段概
8、念结构设计阶段逻辑结构设计阶段物理结构设计阶段数据库实施阶段数据库使用维护阶段运行、维护数据库运行、维护数据库数据入库,编制应用程序数据入库,编制应用程序将将E-R图转换成具体关系模图转换成具体关系模式式建立逻辑模型、用户视图建立逻辑模型、用户视图综合各个用户的应用需求综合各个用户的应用需求形成独立于形成独立于DBMS的概念的概念模型模型用用E-R图描述图描述安排物理存储,设计索引安排物理存储,设计索引图图8.3 数据数据库设计库设计步步骤骤设计阶设计阶段段设计设计描述描述 数数 据据 处处 理理 需求分析需求分析数据字典、全系数据字典、全系统统中数据中数据项项、数据流、数据存数据流、数据存储
9、储的描述的描述数据流数据流图图和判定表和判定表(判定判定树树)数据字典中数据字典中处处理理过过程的描述程的描述概念概念结结构构设计设计概念模型概念模型(E-R图图)数据字典数据字典 系系统说统说明明书书。包括:。包括:(1)新系新系统统要求、要求、方案和概方案和概图图(2)反映新系反映新系统统信信息的数据流息的数据流图图逻辑结逻辑结构构设计设计某种数据模型某种数据模型关系模型关系模型 系系统结统结构构图图非关系模型非关系模型(模模块块结结构构图图)物理物理设计设计存存储储安排安排存取方法存取方法选择选择存取路径建立存取路径建立模模块设计块设计存取路径建立存取路径建立IPO表表实实施施阶阶段段编
10、编写模式写模式装入数据装入数据数据数据库试库试运行运行程序程序编码编码编译联结编译联结测试测试运行运行维护维护 性能性能测试测试,转储转储恢复数据恢复数据库库重重组组和重构和重构新旧系新旧系统转换统转换、运、运行、行、维护维护(修正修正性、适性、适应应性、性、改善性改善性维护维护)8.2 8.2 系统需求分析系统需求分析8.2.1 系统需求分析的任务系统需求分析的任务1.调查分析用户活动调查分析用户活动具体做法是:具体做法是:(1)调查组织机构情况,包括该组织的部门组成情)调查组织机构情况,包括该组织的部门组成情况,各部门的职责和任务等。况,各部门的职责和任务等。(2)调查各部门的业务活动情况
11、,包括各部门输入)调查各部门的业务活动情况,包括各部门输入和输出的数据与格式、所需的表格与卡片、加工和输出的数据与格式、所需的表格与卡片、加工处理这些数据的步骤、输入输出的部门等。处理这些数据的步骤、输入输出的部门等。(3)调查分析的方法)调查分析的方法 概念概念设计设计阶段阶段需求分析阶段需求分析阶段需求分析阶段熟悉熟悉业务业务活动活动明确明确用户用户需求需求确定确定系统系统边界边界分析分析系统系统功能功能分析分析系统系统数据数据编写编写分析分析报告报告调查调查机构机构情况情况数据字典数据流程图用户活动图用户数据库设计人员常用的调查方法有以下几种常用的调查方法有以下几种:跟班作业。跟班作业。
12、通过亲身参加业务工作来了解业务活动通过亲身参加业务工作来了解业务活动的情况。这种方法可以比较准确地理解用户的需求,的情况。这种方法可以比较准确地理解用户的需求,但比较耗费时间。但比较耗费时间。开调查会。开调查会。通过与用户座谈来了解业务活动情况及通过与用户座谈来了解业务活动情况及用户需求。座谈时,参加者之间可以相互启发。用户需求。座谈时,参加者之间可以相互启发。询问。询问。对某些调查中的问题,可以找专人询问。对某些调查中的问题,可以找专人询问。设计用户调查表。设计用户调查表。如果调查表设计得合理,这种方如果调查表设计得合理,这种方法很有效,也易于为用户接受。法很有效,也易于为用户接受。查阅记录
13、。查阅记录。即查阅与原系统有关的数据记录。即查阅与原系统有关的数据记录。2.收集和分析需求数据,确定系统边收集和分析需求数据,确定系统边界界(1)信息需求信息需求指目标范围内涉及的所指目标范围内涉及的所有实体、实体的属性以及实体间的联系有实体、实体的属性以及实体间的联系等数据对象,也就是用户需要从数据库等数据对象,也就是用户需要从数据库中获得信息的内容与性质。由信息要求中获得信息的内容与性质。由信息要求可以导出数据要求,即在数据库中需要可以导出数据要求,即在数据库中需要存储哪些数据。存储哪些数据。(2)处理需求处理需求指用户为了得到需求的信息指用户为了得到需求的信息而对数据进行加工处理的要求,
14、包括对某种而对数据进行加工处理的要求,包括对某种处理功能的响应时间,处理的方式处理功能的响应时间,处理的方式(批处理或批处理或联机处理联机处理)等。等。(3)安全性和完整性的需求。安全性和完整性的需求。在定义信息在定义信息需求和处理需求的同时必须确定相应的安全需求和处理需求的同时必须确定相应的安全性和完整性约束。性和完整性约束。3.编写需求分析说明书编写需求分析说明书系统分析报告应包括如下内容:系统分析报告应包括如下内容:(1)系统概况、系统的目标、范围、背景、历史和)系统概况、系统的目标、范围、背景、历史和现状;现状;(2)系统的原理和技术,对原系统的改善;)系统的原理和技术,对原系统的改善
15、;(3)系统总体结构与子系统结构说明;)系统总体结构与子系统结构说明;(4)系统功能说明;)系统功能说明;(5)数据处理概要、工程体制和设计阶段划分;)数据处理概要、工程体制和设计阶段划分;(6)系统方案及技术、经济、功能和操作上的可行)系统方案及技术、经济、功能和操作上的可行性。性。随系统分析报告提供下列附件:随系统分析报告提供下列附件:(1)系统的硬件、软件支持环境的选择及规格要求)系统的硬件、软件支持环境的选择及规格要求(所选择的数据库管理系统、操作系统、汉字平台、所选择的数据库管理系统、操作系统、汉字平台、计算机型号及其网络环境等计算机型号及其网络环境等)。(2)组织机构图、组织之间联
16、系图和各机构功能业)组织机构图、组织之间联系图和各机构功能业务一览图。务一览图。(3)数据流程图、功能模块图和数据字典等图表。)数据流程图、功能模块图和数据字典等图表。8.2.2 系统需求分析的方法系统需求分析的方法 分分析析和和表表达达用用户户需需求求的的方方法法很很多多,主主要要方方法法有有自自顶顶向下向下和和自底向上自底向上两种两种(a)自顶向下的需求分析 (b)自底向上的需求分析8.2.2.1 数据流图数据流图 数据流图的绘制建立在数据流图的绘制建立在SADT的基础上,采取自上的基础上,采取自上而下的方法。首先,将整个系统作为一个处理而下的方法。首先,将整个系统作为一个处理(功能),绘
17、制顶层图。然后,逐级细化,分解(功能),绘制顶层图。然后,逐级细化,分解成详略不同的多层数据流图,直到满足需要为止。成详略不同的多层数据流图,直到满足需要为止。图图8.5 系系统顶层统顶层数据流数据流图图数据流数据流图图使用的符号使用的符号说说明明一个数据流一个数据流图图的示例的示例 8.2.2.2 8.2.2.2 数据字典数据字典数数据据字字典典则则是是系系统统中中各各类类数数据据描描述述的的集集合合,是是进进行行详详细细的的数数据据收收集集和和数数据据分分析析所所获获得得的的主主要要成成果果。数数据据字字典典中中的的内内容容在在数数据据库库设设计计过过程程中中还还要要不不断断修修改改、充实
18、和完善。充实和完善。一一般般来来说说数数据据字字典典中中应应包包括括对对以以下下几几部部分分数数据据的的描描述:述:1数据项数据项 数据项数据项是数据的最小单位,对数据项的描述应包括:是数据的最小单位,对数据项的描述应包括:数据项名、含义、别名、类型、长度、取值范围,数据项名、含义、别名、类型、长度、取值范围,以及与其他数据项的逻辑关系。以及与其他数据项的逻辑关系。2数据结构数据结构 数据结构数据结构是若干数据项有意义的集合。对数据结构是若干数据项有意义的集合。对数据结构的描述应包括:数据结构名,含义说明和组成该数的描述应包括:数据结构名,含义说明和组成该数据结构的数据项名。据结构的数据项名。
19、3数据流数据流 数据流数据流可以是数据项,但更一般的情况下是可以是数据项,但更一般的情况下是数据结构,表示某一处理过程的输入或输出数据结构,表示某一处理过程的输入或输出数据。对数据流的描述应包括:数据流名,数据。对数据流的描述应包括:数据流名,说明,从什么处理过程来,到什么处理过程说明,从什么处理过程来,到什么处理过程去以及组成该数据流的数据结构或数据项去以及组成该数据流的数据结构或数据项。4.数据存储数据存储 数据存储定义的目的是确定最终数据库需要存储那些数据存储定义的目的是确定最终数据库需要存储那些信息。信息。(1)考察数据流图中每个数据存储信息,确定其是否)考察数据流图中每个数据存储信息
20、,确定其是否应该而且可能由数据库存储,若是,则列入数据库需应该而且可能由数据库存储,若是,则列入数据库需要存储的信息范围。要存储的信息范围。(2)定义每个数据存储。对数据存储的描述应包括:)定义每个数据存储。对数据存储的描述应包括:数据存储名、存储的数据项说明、建立该数据存储数据存储名、存储的数据项说明、建立该数据存储的应用(即数据处理)、存取该数据存储的处理过的应用(即数据处理)、存取该数据存储的处理过程、数据量、存取频度(指每天或每小时或每分钟程、数据量、存取频度(指每天或每小时或每分钟存取几次)、操作类型(是检索还是更新)和存取存取几次)、操作类型(是检索还是更新)和存取方式(是批处理还
21、是联机处理,是顺序存取还是随方式(是批处理还是联机处理,是顺序存取还是随机存取)等。机存取)等。5.处理过程处理过程(1)考察数据流图中的每个数据处理,确定正在设)考察数据流图中的每个数据处理,确定正在设计的数据库系统是否应该而且可能支持这个处理过计的数据库系统是否应该而且可能支持这个处理过程。如果应该而且可能支持,把这个功能列入数据程。如果应该而且可能支持,把这个功能列入数据库系统支持的应用范围。库系统支持的应用范围。(2)对对于于每每个个处处理理过过程程,进进行行严严格格定定义义,内内容容包包括括:处处理理过过程程名名、处处理理功功能能描描述述、处处理理要要求求、输输入入数数据据、输出数据
22、等等。输出数据等等。需求分析注意点 确定用户需求是一件很困难的事情。这是因为:确定用户需求是一件很困难的事情。这是因为:第第一一,应应用用部部门门的的业业务务人人员员常常常常缺缺少少计计算算机机的的专专业业知知识识,而而数数据据库库设设计计人人员员又又常常常常缺缺乏乏应应用用领领域域的业务知识,因此相互的沟通往往比较困难。的业务知识,因此相互的沟通往往比较困难。第第二二,不不少少业业务务人人员员往往往往对对开开发发计计算算机机系系统统有有不不同同程程度度的的抵抵触触情情绪绪。有有的的认认为为需需求求调调查查影影响响了了他他们们的的工工作作,给给他他们们造造成成了了负负担担,特特别别是是新新系系
23、统统的的建建设设常常常常伴伴随随企企业业管管理理的的改改革革,这这会会遇遇到到不不同同部部门不同程度的抵触。门不同程度的抵触。第三,应用需求常常在不断改变,使系统设计也常第三,应用需求常常在不断改变,使系统设计也常常要进行调整甚至要有重大改变。常要进行调整甚至要有重大改变。面对这些困难,设计人员特别应该注意:面对这些困难,设计人员特别应该注意:1用户参与的重要性用户参与的重要性2用原型法来帮助用户确定他们的需求用原型法来帮助用户确定他们的需求3预测系统的未来改变预测系统的未来改变8.3 8.3 概念结构设计概念结构设计 根据需求分析阶段形成的新系统需求分析说明书,根据需求分析阶段形成的新系统需
24、求分析说明书,把用户的信息需求抽象为信息结构即概念模型的过把用户的信息需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计。用程就是概念结构设计。用E-R图来描述现实世界的图来描述现实世界的概念模型。概念模型。逻辑逻辑设计设计阶段阶段概念结构设计阶段概念结构设计阶段概念设计阶段概念设计阶段合并合并取消取消冲突冲突修改修改重构重构消除消除冗余冗余数据字典数据流程图功能模块图需求需求分析分析阶段阶段抽象抽象数据数据设计设计局部局部视图视图局部E-R图初步E-R图基本E-R图8.3.1 8.3.1 概念模型的特点概念模型的特点 概概念念结结构构设设计计是是将将需需求求分分析析得得到到的的用用户户需需求
25、求抽抽象为信息结构即概念模型的过程。象为信息结构即概念模型的过程。概概念念模模型型作作为为概概念念结结构构设设计计的的表表达达工工具具,为为数数据据库库提提供供一一个个说说明明性性结结构构,是是设设计计数数据据库库逻逻辑辑结结构构即即逻逻辑模型的基础。辑模型的基础。概念模型具备以下主要特点:概念模型具备以下主要特点:(1)概念模型是现实世界的一个真实模型)概念模型是现实世界的一个真实模型 概念模型能表达用户的各种需求,充分反映现实世概念模型能表达用户的各种需求,充分反映现实世界,包括事物和事物之间的联系、用户对数据的处界,包括事物和事物之间的联系、用户对数据的处理要求。理要求。(2)概念模型易
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