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1、第七章 数据库设计 主要内容 n数据库设计概述 n数据库设计的全过程 n小结 一、数据库设计概述 1、数据库设计（Database Design) 是指对于给定的软、硬件环境，针对 现实问题，设计一个较优的数据模型 ，建立DB结构和DB应用系统。 更确切的定义：P140 规划 需求分析 系统设计 程序编制 调试 运行维护 运行和维护 实现 物理设计 逻辑设计 概念设计 需求分析 规划 2、软件生存期3、数据库生存期 需求分析 详细分析 工作流程 ，得到数 据流图和 数据字典 。 逻辑设计 参照E-R 图，设计 基本表的 结构及相 应的完整 性；同时 得到应用 系统的模 块结构图 物理设计 将基
2、本表 根据具体 系统情况 ，分别存 储到数据 库中，并 建立索引 ；同时进 行模块设 计 实施阶段 在计算机 系统中建 立数据库 和基本表 ，装入数 据；同时 进行程序 编码与测 试。 运行维护 性能监控 、转储、 恢复、数 据库重组 和重构； 同时应用 软件的改 造 概念设计 参照数据 流图和数 据字典， 设计概念 模型。即 E-R图 数据库设计的几个阶段 软件生存期与数据库设计生存期 n软件工程 人们认为，应该用科学知识、工程方面的纪律指导软件开发 的过程，以提高软件质量和开发效率，降低开发成本 。 n软件生存期 从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到它被 新的软件所取代而停止使
3、用的整个期间。 n数据库工程 n数据库系统生存期 数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新 的系统取代而停止使用的整个期间。 n数据库设计的输入输出 隶属关系 处理需求 DBMS特征 总体信息需求 第5步 物理设计 第3步 概念设计 第4步 逻辑设计 第1步 规划 第2步 需求描述和分析 硬件和 OS特征 物理数据库结 构 需求说明书 信息结构 （独立于硬件、软件） 逻辑数据库结构 （DBMS能处理的） 应用程序说明书 数据库设 计的输入 输出 4、数据库的设计步骤 二、规划 1、规划阶段的主要任务： 确定系统的范围； 确定开发工作所需的资源（人员、硬件 和软件）； 估计软件开发的
4、成本； 确定项目进度。 规划 2、规划阶段的三个步骤 n系统调查： 对企业组织作全面的调查，画出组织层次图，以了解 企业的组织结构 n可行性分析 从技术、经济、效益、法律等诸方面对建立数据库的 可行性进行分析；写出可行性分析报告；组织专家进 行讨论其可行性 n确定数据库系统的总目标和制定项目开发计划 P143：可行性分析报告内容。 三、需求分析 1、需求描述与分析 （1）任务 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，确定新系统的 功能、目标。 虽然“技术含量不高”，但非常重要，是系统成功与 否的关键。并且强调用
5、户参与，离开用户将寸步难 行。 需求描述与分析 （2）调查的重点 重点是“数据”和“处理”，以获得用户对数据库 的如下要求： n信息要求； n处理要求； n安全性和完整性要求； n企业的环境特征。 （3）调查的步骤 n调查组织机构情况； n调查各部门的业务活动情况； n在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对 新系统的各种要求； n确定新系统的边界，确定那些功能由计算机 完成，那些活动由人工完成。 需求描述与分析 需求描述与分析 （4）调查的方法 n跟班作业； n开调查会（座谈会）； n询问或请专人介绍； n设计调查表请用户填写； n查阅原系统有关记录。 要求用户积极参与与配合。 2、需求分析阶
6、段的输入与输出 输入：信息需要、处理需求 输出：需求说明书 系统概况，系统的原理与技术，对原系统的改 善；经费预算；工程进度；系统方案的可行性； 系统软硬件环境；系统功能一览图；数据流图， 数据字典，功能模块图。 需求分析 需求分析 3、需求分析的步骤 n采用自顶向下逐步细化的方法 n分析用户活动产生，产生业务流程图 n确定系统范围，产生系统范围图 n分析用户活动涉及的数据，产生数据流图 n分析系统数据，产生数据字典 需求分析 4、数据流图（DFD） （1）定义： 系统的逻辑模型，不依赖于硬件， 软件和DataStructure 便于用户理解的数据流程的图形表 示 分析员与用户之间非常好的通信
7、工具 结构化分析方法 nStructured Analysis SA方法 n自顶向下，逐层分解 需求分析 （2）DFD的组成元素 数据流（）：用名字标记的 表示数据流。 将DFD中其它元素连接起来。 处理/加工（）：对数据进行的操作。 把流入的数据流转化为流出的数据流。 注：每个处理应有一个名字表示它的含义，并分配一 个编号，以便标识它在层次结构中的位置。 存储：暂时存储数据的工具。 磁带，磁盘，文件，表 数据源点和终点：（）系统的输入/输出； 系统之外的人员/组织； 系统数据的发送者/接受者； 例子1：汽车配件公司 配件销售DFD设计 顾客 订货 处理 订货单 发货单 汽车配件数据 （一）
8、例子：汽车配件公司 配件销售DFD设计 向供应商的订货单 顾客 编辑 订货单 订货单 顾客数据 开发 货单 发货单 汽车配件数据 供应商数据 暂存订货单 按供应 商汇总 按订 单核对 发货单 供应商 订货要求 （二） 顾客 订货单 开发货单 并修改库存 发货单 编辑 订货单 汽配数据 例子：汽车配件公司 配件销售DFD设计 （三 ） 合格 订货单 确定 顾客 订货 汽配数据 不合格 新顾客 录入 新顾客 顾客数据 可发的订货 不满足 的订货 供应商数据 按供应 商汇总 产生暂 存订货单 暂存订货单 供应商 订货 要求 到货通知 对照暂 存订货单 配件库存 业务员 总结： 数据流图可以形象地描述
9、事务 处理与所需数据的关联，便于用结 构化系统方法，自顶向下，逐步分 解，步步细化。 例子2：通过实际例子来进行DFD设计 请设计一个学生在学校学习的数据库系统 。通过接触了解，我们认为学生每学期按照事 先安排的课程计划开始学习。每门课程由多名 教师讲授；一个教师可以讲授多门课程；每名 学生可以选修多门课程；学期结束后通过考试 ，教师登记每门课程、每名学生的成绩，并得 到确认后存档；要求可以按照教师、学生、课 程查询和统计成绩，了解课程授课的质量；能 给出统计分析报表，供院主管部门参考。 源点和终点：学生 教师 主管部门 数据存储：课程表 点名表 教师情况表 成绩统计表 成绩表 数据流：选课记
10、录 课程 成绩表 学生名单 缺课记录 教师情况表 课程表 成绩统计表 点名表 选修 授课 上课 课名 缺课记录 考试 登记 成绩 成绩表 统计 学 生 教师 主管 部门 教师 主管 部门 课程表 成绩统计表 点名表 学生基本信息 选修 课程信息 学生名单 授课 上课 讲义 学生名单 考试 学生成绩 登记 成绩 成绩表 成绩表 统计 统计信息 统计信息 统计信息 学 生 教师 主管 部门 教师 主管 部门 选课记录 需求分析之数据流图DFD） 实例3： 假设要开发一个学校管理系统。经过可行性 分析和初步需求调查，抽象出该系统最高层数据 流图，如图所示。该系统由教师管理子系统、学 生管理子系统、后
11、勤管理子系统组成每个子系 统分别配备一个开发小组。 其中学生管理子系统开发小组通过做进一步 的需求调查，明确了该子系统的主要功能是进行 学籍管理和课程管理，包括学生报到、入学、毕 业的管理，学生上课情况的管理。通过详细的信 息流程分析和数据收集后，他们生成了该子系统 的数据流图，如图所示。 需求分析的过程 学校管理系统最高层数据流图 学籍管理的数据流图 课程管理和数据流图 5、数据字典 需求分析 数据字典是数据库系统中各类数据详细描述的 集合。在DB设计中，它提供了对各类数据描述的集 中管理，是一种数据分析、系统设计和管理的有力 工具。 它是以数据库系统中有关信息为对象建立起来 的数据库；它总
12、是包含着数据库的各级模式所做的 定义及各种描述，起着系统状态的目录表的作用， 它能帮助用户、数据库管理员和数据库系统本身使 用和管理数据库的系统。数据字典也称为系统目录 。 需求分析 5、数据字典 数据字典包括： 数据项 数据结构 数据流 数据存储 加工过程 例2中的部分数据字典设计 选择数据流“选课记录”为例，说明数据字典的作用 数据流名称：选课记录 数据流位置：从选课处理到点名表 数据流的组成：学生学号+学生姓名+课程编号+课程名称+ 教师编号+学期编号 选择数据存储“成绩表”为例，说明数据字典的作用 数据存储名称：成绩表 数据存储的组成：学生学号+学生姓名+课程编号+课程名 称+教师编号
13、+学期编号+成绩+班级+系 举例：物品订购管理 计算机实验室管理系统LMS。要求系统对 实验室的物品进行管理。 订购物品物品的订购由实验室主任提 出订单，销售商供应。 四、概念设计 n目标 n为什么需要概念设计 n概念设计的主要步骤 n进行数据抽象，设计局部概念模式 n将局部概念模式综合成全局概念模式 n评审 概念设计 （一）概念设计的必要性 1、必要性 P149，简单说：简化问题 2、概念设计在三级模式中的重要性 概念设计在数据库的各级模式的地位 应用1应用3应用2 概念模式 概念要求 概念要求 概念要求 应用1 应用3 应用2 逻辑模式 内模式 外模式3外模式2外模式1 综合 转换 映像
14、映像 概念设计 概念设计 （二）概念模型 1、概念模型的优点 （1）能真实、充分地反映显示世界 （2）易于理解 （3）易于更改与扩充 （4）易于向各种不同的数据模型转换 （5）独立于机器，比数据模型更稳定 2、概念模型与数据 模型的关系 介于现实世界与机器世 界之间 3、对概念模型的要 求 P150 概念设计 （三）概念模型设计的方法与步骤 1、设计方法： 自顶向下；自底向上；逐步扩张；混合策略 通常：先自顶向下地进行需求分析，然后再自底向上地进 行概念设计。 2、步骤： n进行数据抽象，设计局部概念模式 n将局部概念模式综合成全局概念模式 n评审 3、数据抽象 （1）聚集 通过聚集，形成对象
15、之间的一个联系对象。 对象的每一个成分是一个简单对象，而不是一个 对象的集合。聚集层次表示的是： “是的一部分”（is part of）的关系。 P152图7.9 概念设计 概念设计 （2）概括 概括是从一类对象形成（总结）一个对象。 概括层次表示的是： “是一种”（is a）的关系。 P152图7.8学生 博士生硕士生本科生专科生 （四）ER模型的操作 包括实体类型、联系类型和属性的分裂、合并、增删等等 教师号姓名出生日期职务工资奖金 教师 （a） 教师 号 姓名出生日 期 教师不变 信息 职务工资奖金教师 号 教师变动 信息 （b） 实体类型的垂直分裂 ER模型的操作（二） 包括实体类型、
16、联系类型和属性的分裂、合并、增删等等 教师 课程 主讲辅导 1M NN 联系类型的分裂 教师 课程 主讲 M N （a）（b） ER模型的操作（三） 包括实体类型、联系类型和属性的分裂、合并、增删等等 不合法的合并 B (a) A C A- C B- C A C A-B- C (b) B （五）采用ER方法的数据库概念设计 1、设计局部ER模式 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 还有局部 结构待分 析 有 无进入全局ER模式设计 图7.15 局部ER模式设计 范围的划分要自然， 易于管理； 范围的大小要适度。太小 了，会造成局部结构过多 ，设计过程繁琐，综合困 难；太大了，则容易造成 内部结构复杂，不便分析 范围之间的界面要清晰 ，相互影响要小 采用人们习惯的划分； 避免冗余，在一个局部结 构中，对一个对象只取一 种抽象形式，不要重复； 依据用户的信息处理需求 确定属性的原则： 属性应该是不可再
