项目一 教学评测系统数据库设计课件

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1、学习情景一教学评测系统数据库设计,项目一教学评测系统数据库设计 用户需求与分析 相关知识 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 数据规范化 物理结构设计 数据库设计 项目实施 小结,1.1 用户需求与分析,1.1 用户需求与分析,需求分析具体可按以下3步进行。 (1) 用户需求的收集。 (2) 用户需求的分析。 (3) 撰写需求说明书。,1.1 用户需求与分析,需求分析的重点是调查、收集和分析用户数据管理中的信息需求、处理需求、安全性与完整性要求。 信息需求是指用户需要从数据库中获得的信息的内容和性质。由用户的信息需求可以导出数据需求，即在数据库中应该存储哪些数据。 处理需求是指用户要求完成什

2、么处理功能，对某种处理要求的响应时间，处理方式指是联机处理还是批处理等。明确用户的处理需求，将有利于后期应用程序模块的设计。,1.1 用户需求与分析,调查、收集用户要求的具体做法是： (1)了解组织机构的情况，调查这个组织由哪些部门组成，各部门的职责是什么，为分析信息流程做准备。 (2)了解各部门的业务活动情况，调查各部门输入和使用什么数据，如何加工处理这些数据。输出什么信息，输出到什么部门，输出的格式等。在调查活动的同时，要注意对各种资料的收集，如票证、单据、报表、档案、计划、合同等，要特别注意了解这些报表之间的关系，各数据项的含义等。 (3)确定新系统的边界。确定哪些功能由计算机完成或将来

3、准备让计算机完成，哪些活动由人工完成。由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能。,1.2 相关知识,1.2 相关知识,1.需求分析 在需求分析阶段，将对需要存储的数据进行收集和整理，并组织建立完整的数据集。 可以使用多种方法进行数据的收集，如相关人员调查、历史数据查阅、观摩实际的运作流程以及转换各种使用表单等。,1.2 相关知识,2.概念结构设计 概念结构设计的任务是在需求分析阶段产生的需求说明书的基础上，按照特定的方法把它们抽象为一个不依赖于任何具体机器的数据模型,即概念模型。概念模型使设计者的注意力能够从复杂的实现细节中解脱出来，而只集中在最重要的信息的组织结构和处理模式上。,1.2 相

4、关知识,(1)概念结构设计的目的 概念结构设计阶段的目标是通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。概念结构的设计方法有两种： 集中式模式设计法 视图集成设计法,1.2 相关知识,(2)基本概念 实体客观存在并且可以相互区别的事物称为实体（Entity）。实体可以是实际事物，也可以是抽象的概念或联系。如一个职工、一场比赛等。 实体集同一类实体的集合称为实体集（Entity Set）。如学生、汽车、全体职工等都是实体集。实体集不是孤立存在的，实体集之间有着各种各样的联系，例如，学生和课程之间有“选课”联系。,1.2 相关知识,(2)基本概念 属性描述实体的特性称为

5、属性。如职工可以通过其“职工号”、“姓名”、“性别”、“出生日期”，“职称”等特征来描述，此时，“职工号”、“姓名”、“性别”、“出生日期”，“职称”等就是职工的属性。 关键字如果某个属性或属性组合的值能唯一地标识出实体集中的每一个实体，可以选作关键字。用作标识的关键字，也称为码。如“职工号”就可作为关键字。,1.2 相关知识,3、E-R图 描述概念模型的有力工具是E-R图。 E-R图的组件有很多，但概括起来说，可分为以下四种： 矩形：表示实体。 菱形：表示实体间的关系。 椭圆：表示实体的属性。 线段：用于将实体、关系相连接。,1.2 相关知识,4、实体联系的类型 （1）一对一联系（1：1）

6、设A、B为两个实体集。若A中的每个实体至多和B中的一个实体有联系，反过来，B中的每个实体至多和A中的一个实体有联系，称A对B或B对A是1：1联系。注意，1：1联系不一定都是一一对应的关系。可能存在着无对应。如一个公司只有一个总经理，一个总经理不能同时在其它公司再兼任总经理，某公司的总经理也可能暂缺。,1.2 相关知识,（2）一对多联系（1：n） 如果A实体集中的每个实体可以和B中的几个实体有联系，而B中的每个实体至我和A中的一个实体有联系，那么A对B属于1：n联系。如一个部门有多名职工，而一名职工只在一个部门就职，部门与职工属于一对多的联系。 （3）多对多联系（m：n） 若实体集A中的每个实体

7、可与和B中的多个实体有联系，反过来，B中的每个实体也可以与A中的多个实体有联系，称A对B或B对A是m：n联系。如一个学生可以选修多门课程，一门课程由多个学生选修，学生和课程间存在多对多的联系。,1.2 相关知识,（1）一对一联系（1：1） 设A、B为两个实体集。若A中的每个实体至多和B中的一个实体有联系，反过来，B中的每个实体至多和A中的一个实体有联系，称A对B或B对A是1：1联系。注意，1：1联系不一定都是一一对应的关系。可能存在着无对应。如一个公司只有一个总经理，一个总经理不能同时在其它公司再兼任总经理，某公司的总经理也可能暂缺。,Demo：设计学生管理系统,Demo：设计学生管理系统,（

8、1）学籍管理子系统包括学生、宿舍、班级、教室、辅导员。这些实体之间的联系有： 一个宿舍可以住多个学生，一个学生只能住在一个宿舍中。 一个班级有若干学生，一个学生只能属于一个班。 一个辅导员带若干个学生，一个学生只属于一个辅导员。一个辅导员带多个班级。 一个班级在多个教室上课，一个教室有多个班级来上课。,Demo：设计学生管理系统,（2） 课程管理子系统包括学生、课程、教师、教室、教科书。这些实体之间的联系有： 一个学生选修多门课程，一门课程有若干学生选修。 一个学生有多个教师授课，一个教师教授若干学生。 一门课程由若干个教师讲授，一个教室只讲一门课程。 一个教室开设多门课，一门课只能在一个教室

9、上。,Demo：设计学生管理系统,学籍管理子系统的E-R图如下图所示：,Demo：设计学生管理系统,课程管理子系统的E-R图如下图所示：,1.2 相关知识,3、逻辑结构设计 概念结构设计所得的E-R模型是对用户需求的一种抽象的表达形式，它独立于任何一种具体的数据模型，因而也不能为任何一个具体的DBMS所支持。为了能够建立起最终的物理系统，还需要将概念结构进一步转化为某一DBMS所支持的数据模型，然后根据逻辑设计的准则、数据的语义约束、规范化理论等对数据模型进行适当的调整和优化，形成合理的全局逻辑结构，并设计出用户子模式。这就是数据库逻辑设计所要完成的任务。,1.2 相关知识,数据库逻辑结构的设

10、计分为两个步骤：首先将概念设计所得的E-R图转换为关系模型；然后对关系模型进行优化，如下图所示。,1.2 相关知识,关系模型是由一组关系(二维表)的结合，而E-R模型则是由实体、实体的属性、实体间的关系三个要素组成。所以要将E-R模型转换为关系模型，就是将实体、属性和联系都要转换为相应的关系模型。下面具体介绍转换的规则。,1.2 相关知识,（1） 一个实体类型转换为一个关系模型 将每种实体类型转换为一个关系，实体的属性就是关系的属性，实体的关键字就是关系的关键字。例如，可将“学生”实体转换为一个关系模型，如下图所示。其中，带下划线的属性为主属性，该主属性为关系模型外键。,1.2 相关知识,（2

11、） 一对一关系(1：1)的转换 一对一关系有以下两种转换方式： 转换为一个独立的关系模型。联系名为关系模型名，与该 联系相连的两个实体的关键字及联系本身的属性为关系模型的属性，其中每个实体的关键字均是该关系模型的候选键。 与任意一端的关系模型合并。可将相关的两个实体分别转换为两个关系，并在任意一个关系的属性中加入另一个关系的主关键字。,1.2 相关知识,例如，若某工厂的每个仓库只配备了一名管理员，那么仓库实体与管理员实体间便为1:1关系。根据以上介绍的原则，可以进行如下图所示的变换。,1.2 相关知识,（3） 一对多关系(1：n)的转换 将1：n关系转换为一个独立的关系模型。联系名为关系模型名

12、，与该联系相连的各实体的关键字及联系本身的属性为关系模型的属性，关系模型的关键字为n端实体的关键字。 将1：n联系与n端关系合并。1端的关键字及联系的属性并入n端的关系模型即可。,1.2 相关知识,实体“专业”和“学生”之间的联系为1：n，则两者可使用以上的原则进行关系模型的转换。,1.2 相关知识,（4） 多对多关系(m：n)的转换 关系模型名为关系名，与该关系相连的各实体的关键字及关系本身的属性为关系模型的属性，关系模型的关键字为关系中各实体关键字的并集。 例如，在学校中，一名学生可以选修多门课程，一门课程也可为多名学生选修，则实体“学生”与“课程”之间满足多对多的关系，其转换方法如下图所

13、示。,1.2 相关知识,4、数据规范化 软件系统经常使用各种长期保存的信息，这些信息通常以一定方式组织并存储在数据库或文件中，为减少数据冗余，避免出现插入异常或删除异常，简化修改数据的过程，通常需要把数据结构规范化。 通常用 “范式 (normal forms) ” 定义消除数据冗余的程度。第一范式 (1 NF) 数据冗余程度最大，第五范式 (5 NF) 数据冗 余程度最小。但是，范式级别越高，存储同样数据就需要分解成更多张表，因此， “存储自身 ”的过程也就越复杂。 第二，随着范式级别的提高，数据的存储结构与基于问题域的结构间的匹配程度也随之下降，因此，在需求变化时数据的稳定性较差。第三，范

14、式级别提高则需要访问的表增多，因此性能 ( 速度 ) 将下降。从实用角度看来，在大多数场合选用第三范式都比较恰当。,1.2 相关知识,第一范式 第一范式要求每一个数据项都不能拆分成两个或两个以上的数据项，每个属性值都必须是原子值，即仅仅是一个简单值而不含内部结构。 第二范式 第二范式（2NF）要求实体的属性完全依赖于主关键字。 第三范式 符合第二范式的条件，每个非关键字属性都仅由关键字决定，而且一个非关键字属性不能仅仅是对另一个非关键字属性的进一步描述 ( 即一个非关键字属性值不依赖于另一个非关键字属性值 ) 。因此，满足第三范式的数据库表应该不存在如下依赖关系： 关键字段 非关键字段x 非关

15、键字段y,1.2 相关知识,5、物理结构设计 数据库物理设计阶段的任务是根据具体计算机系统(DBMS和硬件等)的特点,为给定的数据库模型确定合理的存储结构和存取方法。所谓的“合理”主要有两个含义：一个是要使设计出的物理数据库占用较少的存储空间,另一个对数据库的操作具有尽可能高的速度。 物理结构设计阶段实现的是数据库系统的内模式,它的质量直接决定了整个系统的性能。因此在确定数据库的存储结构和存取方法之前,对数据库系统所支持的事务要进行仔细分析,获得优化数据库物理设计的参数。,1.2 相关知识,对于数据库查询事务,需要得到如下信息： 要查询的关系。 查询条件(即选择条件)所涉及的属性。 连接条件所

16、涉及的属性。 查询的投影属性。 对于数据更新事务,需要得到如下信息： 要更新的关系。 每个关系上的更新操作的类型。 删除和修改操作所涉及的属性。 修改操作要更改的属性值。,1.3 数据库设计,1.3 数据库设计,数据库系统作为高校教师课堂教学质量评价系统的数据存储部分，其性能直接关系到整个系统的性能，在设计数据库是，主要从一下几个方面出发来满足系统对数据存储和读取等操作的需求。 (1)构造数据库的难易程度 (2)程序开发的难易程度 (3)数据库管理系统的性能分析 (4)对分布式应用的支持 (5)并行处理能力 (6)可移植性和可括展性 (7)数据完整性约束 (8)并发控制功能 (9)容错能力 (10)安全性控制 (11)支持汉字处理能力,1.4 项目实施,Demo,任务1：完善教学测评系统需求分析 针对教学测评系统功能的需求，总结出如下需求信息。 (1) 用户分教师、学生和管理员。 (2) 教师担任一门或多门课程。 (3) 学生能选修一门或多门课程，学生选择的课程要有选课记录。 (4) 学生对自己所选择的课程相对应的教