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1、,数据库原理与应用,第9章 数据库设计（一）,数据库设计,数据库设计概述 需求分析 概念设计 逻辑设计 物理设计 数据库的实施与维护,数据库（存放了读者信息、图书信息、读者借还书信息等） 实现对数据库查询、更新和数据处理的相关应用程序. 1. 实现读者借书、还书等功能的程序。 2. 实现图书、读者信息查询和更新功能的程序。 这些程序还需为最终的用户提供了友好的图形用户界面（GUI）。,设计图书管理系统：,数据库设计概述,数据库设计概述,数据库设计 对于一个给定的应用环境，构造（设计）优化的数据库逻辑模式和物理结构，并据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储和管理数据，满足各种用户的应用需
2、求，包括信息管理要求和数据操作要求。 信息管理要求：数据库中应该存储哪些数据； 数据操作要求：对数据对象进行哪些操作。,数据库设计方法,直观设计法,规范设计法,计算机辅助设计法,自动化设计法,凭技巧、经验和水平，无科学的理论和工程原则，难以保证质量。,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 基于视图概念的数据库设计方法 基于抽象语法规范的设计方法,需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计 。基本思想是过程迭代，逐步求精,模拟某一规范设计方法，通过人机交互实现部分设计,用自动化设计工具(Designer2000,PowerDesigner)设计数据库,数据库设计概述,数据库设计过
3、程的三大阶段： 可行性分析研究阶段 系统设计阶段 设计实施与系统运行阶段。,数据库设计概述,主要任务：准确了解与分析用户需求（用户需要哪些数据，对这些数据进行哪些处理）,数据库设计概述,主要任务：它在需求分析的基础上，进行综合，归纳和抽象，形成一个独立于具体的DBMS的概念模型,数据库设计概述,主要任务：把概念结构转化为某个具体的数据库管理系统支持的数据模型，并对其进行优化,数据库设计概述,主要任务：为逻辑结构设计阶段的逻辑结构选取一个最适合应用环境的存储结构和存取方法,数据库设计概述,主要任务：建立数据库；编制与调试应用程序；组织数据入库；并进行试运行,数据库设计概述,主要任务：在数据库系统
4、运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。,数据库设计概述,数据库设计,数据库设计概述 需求分析 概念设计 逻辑设计 物理设计 数据库的实施与维护,需求分析的任务 是通过详细调查现实世界要处理的对象（组织，部门，企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）的工作概况，明确用户需求，然后在此基础上，确定新系统的功能。 新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变，不能仅仅按当前的应用需求来设计数据库,需求分析,需求分析的任务 调查的重点是“数据”和“处理”，通过调查、收集与分析，获得用户对数据库如下要求： 信息要求 处理要求 安全性和完整性要求,需求分析,调查用户需求的步骤,需求分析的方法,需
5、求分析,需求分析的方法 分析和表达用户需求的方法：SA（Structured Analysis,SA）,需求分析,数据流图的基本成分,需求分析的方法 数据流图 表达数据和处理过程的关系,需求分析,需求分析的方法 数据流图 数据流 由数据组成，表示数据的流向，数据流都需要命名，数据流的名称反映了数据流的含义。 数据处理 指对数据的逻辑处理，也就是数据的变换。 数据存储 表示数据保存的地方，即数据存储的逻辑描述。,需求分析,需求分析的方法 数据流图 数据流 由数据组成，表示数据的流向，数据流都需要命名，数据流的名称反映了数据流的含义。 数据处理 指对数据的逻辑处理，也就是数据的变换。 数据存储 表
6、示数据保存的地方，即数据存储的逻辑描述。 外部实体 指系统以外与系统有联系的人或事物。表示系统数据的外部来源和去处，也可是另外一个系统。,需求分析,某考务系统的数据流图,需求分析,某考务系统的0层数据流图,需求分析,某考务系统的1层数据流图,需求分析,需求分析的方法 数据字典 系统中各类数据描述的集合，是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。 数据字典有五类条目：数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理过程。,需求分析,需求分析的方法 数据字典 数据项：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,需求分析,
7、需求分析的方法 数据字典 【例】以“准考证号”数据项为例 数据项： 准考证号 含义说明：唯一标识每个考生 类型：字符型 长度：9 取值范围：000000000-999999999 取值含义：前三位标别该考生所在学校，后六位按 顺序编号 与其他数据项的逻辑关系：,需求分析,需求分析的方法 数据字典 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 【例】以“考生”数据结构为例 数据结构：考生 含义说明：定义了一个考生的有关信息 组成：准考证号，姓名，考试科目，考试时间，考场,需求分析,需求分析的方法 数据字典 数据流：数据结构在系统内传输的路径。
8、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,需求分析,需求分析的方法 数据字典 【例】以“合格报名单”数据流为例 数据流：合格报名单 说明：考生报名单处理结果 数据流来源：检查报名单 数据流去向：编准考证号 组成： 平均流量： 高峰期流量：,需求分析,需求分析的方法 数据字典 数据存储：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。以各类文档呈现。 数据存储描述数据存储名，说明，编号，流入的数据流，流出的数据流，组成:数据结构，数据量，存取频度，存取方式,需求分析,需求分析的方法 数据字典 【例】以“考生名册”为例 数据存储：考生名册 说明：
9、记录考生的基本情况 流入数据流： 流出数据流： 组成： 数据量：每年30000张 存取频度： 存取方式：随机存取,需求分析,需求分析的方法 数据字典 处理过程：一般用判定表或判定树描述。数据字典中只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,需求分析,需求分析的方法 数据字典 【例】以“编准考证号”处理过程为例 处理过程：编准考证号 说明： 为所有考生编准考证号 输入： 合格的报名单 输出： 准考证 处理：根据考生的合格的报名单，编制准考证。按照报名单上的学校信息，生成准考证号的前三位，然后随机编号，得到该考生的准考证号，同时根据报名
10、单记录考生信息，生成准考证。,需求分析,需求分析,需求分析阶段收集到的基础数据（用数据字典来表达）和一组数据流程图（DFD）是数据库设计中概念设计的基础。,数据库设计,数据库设计概述 需求分析 概念设计 逻辑设计 物理设计 数据库的实施与维护,概念设计 将需求分析得到的用户需求抽象为概念模型的过程就是概念结构设计。是整个数据库设计的关键。,概念设计,概念模型设计的方法 自顶向下 自底向上 由里向外 混合法,全局概念模型,局部概念模型,局部概念模型,全局概念模型,核心概念模型,其他概念模型,全局概念模型框架 局部概念模型,细化,集成,扩展,自顶向下,自底向上,概念设计,概念模型的设计步骤,局部E
11、-R模型（分E-R模型）,用户视图,初步E-R模型,基本E-R模型（总体E-R模型）,视图集成,合并，消除冲突,消除冗余,自 底 向 上,概念设计,数据库领域被广泛采用的概念模型描述方法 实体联系方法(Entity-Relationship Approach) 实体联系方法用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型,概念设计,E-R模型 E-R图描述实体 学员(姓名，学号，年龄，性别，专业，入学时间）,概念设计,E-R模型 E-R图描述联系 借阅联系（学员，图书，借阅日期，归还日期）,概念设计,E-R模型 E-R图描述多个实体集间的联系 供应联系（工厂，产品，用户）,概念设
12、计,E-R模型 E-R图描述单个实体集内的联系 领导联系（校长和教员）,领导,教职工,概念设计,例：用E-R图表示如下的概念模型。 涉及的实体有： (1)运动队 属性有：队名、主教练 (2)运动员 属性有：编号、姓名、性别、年龄 (3)运动项目 属性有：编号、名称 这些实体之间的联系有： (1)运动队与运动员之间是一对多的属于联系。 (2)运动员与运动项目之间是多对多的参加联系，并且，运动员参加项目取得名次和成绩。,概念设计,E-R模型 实体及其属性图。,队名,主教练,名称,姓名,性别,年龄,编号,概念设计,运动队,运动员,运动项目,E-R模型 实体及其联系图。,【注】每个联系可以与一个或多个
13、实体集相关，每个实体集也可以与一个或多个联系相关。,概念设计,例：构建一个学校的信息管理系统 学校中有若干系，每个系有一名系主任。每个系管 理若干个班级和教研室，每个班由若干名学员组成，每个教研室由若干名教员构成。每个教员承担几门课程的教学任务，相同的课程可由不同教员任课，学员可以选修本专业开设的若干门课程，同一门课程，学员可自主选择授课教员。每个学员选修每门课程有相应的成绩。,概念设计,E-R模型的设计步骤： 1. 抽取实体与实体的属性并画实体的E-R图 2. 抽取联系与联系上的属性并画联系的E-R图 3.组合实体与联系，得到目标系统的E-R图,抽取基本概念是设计的重点,概念设计,1.抽取实
14、体与实体的属性并画实体的E-R图,设计2： 班级 教研室 教员 课程 学员 系,分析需求,设计1： 班级 教研室 教员 课程 学员 系 系主任,概念设计,构建一个学校的信息管理系统 学校中有若干系，每个系有一名系主任。每个系管理若干个班级和教研室，每个班由若干名学员组成，每个教研室由若干名教员构成。每个教员承担几门课程的教学任务，相同的课程可由不同教员任课，学员可以选修本专业开设的若干门课程，同一门课程，学员可自主选择授课教员。每个学员在读期间只有考试通过才能取得相应学分。,Back,概念设计,1.抽取实体与实体的属性并画实体的E-R图,概念设计,1.抽取实体与实体的属性并画实体的E-R图,设
15、计2,设计1,概念设计,设计为实体集还是属性？ 如果需要进一步描事物多方面的特性，一般将事物抽象为实体 如果不需要进一步的描述信息，一般将事物抽象为属性,概念设计,2. 抽取联系与联系上的属性并画联系的E-R图 分析应用需求： | 学校中有若干系，每个系有一名系主任。每个系管理若干个班级和教研室，每个班由若干名学员组成，每个教研室由若干名教员构成。|,概念设计,系,班级,教研室,教员,学员,2. 抽取联系与联系上的属性并画联系的E-R图,课程,概念设计,2. 抽取联系与联系上的属性并画联系的E-R图 分析应用需求： |每个教员承担几门课程的教学任务，相同的课程可由不同教员任课，学员可以选修本专
16、业开设的若干门课程，同一门课程，学员可自主选择授课教员。|,概念设计,设计A,2. 抽取联系与联系上的属性并画联系的E-R图,概念设计,设计为二元联系还是多元联系？ 基于一个联系的语义描述需要，以及因此而涉及到实体的个数确定是二元联系还是多元联系。 在三(多)元联系中，在下述情况下也可以考虑采用若干个二元联系来实现 用户只需要使用它们之间的两两联系 不会出现二义性（歧义性）,概念设计,2. 抽取联系与联系上的属性并画联系的E-R图 分析应用需求： |每个学员选修每门课程有相应的成绩。|,概念设计,2. 抽取联系与联系上的属性并画联系的E-R图,概念设计,设计为实体的属性还是联系的属性？ 实体(集)中的属性 实体的内在特征，不会因某些联系的出现而产生改变或消亡 联系上的属性 描述因联系发生而需要记录、存储的信息 其值会
