软件工程-数据库Ch7第七章 数据库设计

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1、第七章 数据库设计第七章 数据库设计 7.1 数据库设计概述 7.2 需求分析 7.3 概念结构设计 7.4 逻辑结构设计 7.5 数据库的物理设计 7.6 数据库的实施和维护 7.7 小结引言 数据库的建设规模、信息量大小和使用频度是衡 量一个国家信息化程度的重要指标之一。 在信息资源开发、管理和服务的各种手段中，最 有效的手段是数据库技术。 从小型的事务管理系统到大型复杂的信息系统都 用先进的数据库技术来保持数据库的整体性、完 整性和共享性。 通常把使用数据库的各类信息系统都称为数据库 应用系统。 如：各种MIS,OA,GIS,e-Government,e- Commerce等等7.1 数

2、据库设计概述 7.1.1 数据库设计的特点 7.1.2 数据库设计方法 7.1.3 数据库设计的基本步骤 7.1.4 数据库设计过程中的各级模式7.1 数据库设计概述 数据库设计 广义：数据库及应用系统的设计（整个数据库 应用系统） 狭义：设计数据库本身（设计数据库的各级模 式并建立数据库） 好的数据库结构是应用系统的基础，实际 的系统开发项目中两者密切相关、并行进 行。 随着信息技术的发展和应用环境多样性， 数据库设计已成为建立数据库及其应用系 统的重要组成部分。成功的数据库设计是 应用系统开发的基础。数据库设计的一般定义 数据库设计是要在一个给定的应用环境中 ，构造（设计）优化的数据库逻辑

3、模式和 物理结构，并据此建立数据库及其应用系 统，使之能够有效的存储和管理数据，满 足用户的各种信息需求（信息管理和数据 操作）。 目标：为用户和各种应用系统提供一个信 息基础设施和高效率的运行环境 存取效率高 存储空间利用率高 系统运行管理效率高为什么需要设计数据库修建茅屋需要设计吗？修建大厦需要设计吗？结论：当数据库比较复杂时我们需要设计数据库为什么需要设计数据库良好的数据库设计： q 节省数据的存储空间 q 能够保证数据的完整性 q 方便进行数据库应用系统的开发糟糕的数据库设计： q 数据冗余、存储空间浪费 q 内存空间浪费 q 数据更新和插入的异常7.1.1 数据库设计的特点 数据库设

4、计仅仅是软件开发过程中的一项 设计任务，它的一些开发步骤其实是和软 件的开发步骤相关联的。 数据库设计与一般软件系统的设计、开发 和运行维护有许多相同之处。大型数据库 设计是涉及多学科的综合性技术，也是一 项庞大的软件开发工程。 数据库设计也有自身的一些特点7.1.1 数据库设计的特点 一、数据库建设的基本规律 “三分技术，七分管理，十二分基础数据 ” 硬件、软件、技术与管理的综合体 管理 v数据库建设项目管理 v企业（即应用部门）的业务管理 （更为重要） 基础数据 v收集、整理、组织和不断更新业务管理对数据库结构的设计有直接影 响。数据库结构（模式）是对企业中业 务部门的数据以及各个业务部门

5、之间数 据联系的描述和抽象。业务部门的数据 及各部门之间的数据联系是和各部门的 职能、企业的管理模式密切相关的。一个企业数据库建设的过程是企业管理 模式的改革和提高的过程。只有把企业 的管理创新做好，才能实现技术创新， 才能建设好一个数据库应用系统。基础数据的收集，入库是数据库建立初 期工作量最大，最烦琐，最细致的工作 。在数据库运行过程中需要不断地把新 的数据加到数据库中，使数据库成为一 个“活库”。 二、结构（数据） 设计和行为（处理 ）设计相结合 早期的数据库设计 ，将数据库设计与 应用系统设计分离 开，致力于对数据 模型和数据库建模 ，忽视行为设计对 结构的影响。 应该强调在数据库 设

6、计中把结构特性 和行为特性结合起 来。现实世界概念模型设计子模式设计物理数据库设计逻辑数据库设计建立数据 库数据分析功能分析功能模型功能说明事务设计程序说明应用程序设计程序编码调试结构和行为分离的设计 7.1.2 数据库设计方法 大型数据库设计是涉及多学科的综合性技 术，也是一项庞大的软件开发工程，要求 从事数据库设计的人员具备多方面的专业 技术和知识,才能设计出符合具体应用领域 要求的数据库应用系统。 具备计算机科学的基础知识； 具备软件工程的原理和方法； 掌握程序设计的技巧和方法； 具备数据库的基本知识和数据库设计技术； 具备应用领域的专业知识； 早期数据库设计方法：手工试凑法（手工 与经

7、验相结合方法） 设计质量与设计人员的经验和水平有直接关系 它使数据库设计成为一种艺术而不是工程技术 ，缺乏科学理论和工程方法的支持，工程的质 量难以保证 数据库运行一段时间后常常不同程度出现各种 问题，增加了维护代价规范设计方法 长时间以来，人们努力探索，提出了各种 数据库设计方法，这些方法运用软件工程 的思想和方法，提出了各种设计准则和规 程，都属于规范设计方法。 基本思想：过程迭代和逐步求精 规范设计法 将数据库设计分阶段进行 E-R模型、关系范式理论等方法应用于设计的 不同阶段 本质：仍是手工设计法各种数据库设计方法 新奥尔良法:属于规范设计方法。1978年10 月，数据库专家在美国新奥

8、尔良（New Orleans）市专门讨论了数据库设计问题， 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 ，新奥尔良法将数据库设计分成四个阶段 ： 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） 物理设计（物理数据库设计）各种数据库设计方法 S.B.Yao（姚诗斌）方法：需求分析,模式构成,模 式汇总,模式重构,模式分析和物理数据库设计 。 I.R.Palmer则主张把数据库设计当成一步接一步 的过程，并采用一些辅助手段实现每一过程。 基于E-R模型的数据库设计方法：概念设计阶段 广泛采用 3NF（第三范式）的设计方法：逻辑阶段可采用

9、的有效方法 ODL（Object Definition Language）方法：面向 对象的数据库设计方法数据库设计方法（续） 数据库设计工具软件 ORACLE Designer 2000 SYBASE PowerDesigner 许多计算机辅助软件工程（Computer Aided Software Engineering,简称CASE） 工具已经把数据库设计作为软件工程设计 的一部分。如ROSE，UML等 7.1.3 数据库设计的基本步骤 数据库设计分6个阶段需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理结构设计 数据库实施 数据库运行和维护 需求分析和概念设计独立于任何数据库管 理系统 逻辑

10、设计和物理设计与选用的DBMS密切 相关数据库设计的基本步骤（续） 一、数据库设计的准备工作： 选定参加设计的人 v1.系统分析人员、数据库设计人员 （核心人员）： 自始至终参与数据库设计 v2. 用户和数据库管理员：主要参加需求分析和数据 库的运行维护 v3.应用开发人员（程序员和操作员）：在系统实施 阶段参与进来，负责编制程序和准备软硬件环境 如果系统比较复杂，还应考虑是否需要使用数 据库设计工具，使用何种工具等。数据库设计的基本步骤（续） 二、数据库设计的过程(六个阶段) 需求分析阶段 v准确了解与分析用户需求（包括数据与处理） v最困难、最耗费时间的一步，作为“地基”的需求分 析是否做

11、得充分与准确，决定了在其上构建数据库 大厦的速度与质量。 概念结构设计阶段 v整个数据库设计的关键，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 逻辑结构设计阶段 v将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型 v对其进行优化数据库设计的基本步骤（续）数据库物理设计阶段 v为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结 构（包括存储结构和存取方法） 数据库实施阶段 v运用DBMS提供的数据库语言（如SQL）及宿主语 言，根据逻辑设计和物理设计的结果 l建立数据库 l编制与调试应用程序 l组织数据入库 l进行试运行 数据库运行和维护阶段 v数据库应用系统经过试运行后

12、即可投入正式运行 v在数据库系统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的基本步骤（续） 设计一个完善的数据库应用系统往往是上述六个阶段的不 断反复需求收集和分析设计概念结构设计逻辑结构数据模型优化设计物理结构设计评价，性能预测物理实现试验性运行使用、维护数据库需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段数据库实施阶段数据库运行维护阶段应用需求 (数据、处理)转换规则、 DBMS功能、 优化方法应用要求 DBMS详细特征不满意不满意需求文档 数据字典 数据流图等用E-R图描述 的概念模型某种数据模型 并优化存储安排 方法选择 存取路径建立编写模式 数据装入 数据库试运行性能

13、检测、转储/恢复 数据库重组和重构数据库设计各个阶段的设计描述 在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设 计紧密结合起来，两个方面的各个阶段同时进行，相互参 照，相互补充。7.1.4数据库设计过程中的各级模式数据库设计不同阶段形成的数据库各级模式数据库的各级模式 7.2 需求分析 是数据库设计的起点，需求分析的结果是 否准确地反映用户的实际要求，将直接影 响后面各个阶段的设计，并影响到设计结 果是否合理和实用。 7.2.1 需求分析的任务 7.2.2 需求分析的方法 7.2.3 数据字典7.2.1需求分析的任务 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

14、工系统或计算机系统 ） 明确用户的各种需求 确定新系统的功能 充分考虑今后可能的扩充和改变需求分析的重点 调查的重点是“数据”和“处理”，通过调查、收集 与分析，获得用户对数据库要求： 信息要求：需存储的数据 处理要求：要完成的功能、响应时间、处理方式等 安全性与完整性要求：用户管理、数据管理、数据一 致性等 确定用户最终需求很困难 用户缺少计算机知识 设计人员缺少用户的专业知识 解决方法 设计人员必须不断深入地与用户进行交流7.2.2 需求分析的方法 调查需求 达成共识 分析表达需求调查用户需求的具体步骤 调查组织机构情况 了解部门组成情况，职责，为分析信息流程做 准备 调查各部门的业务活动

15、情况。 各部门输入和使用什么数据，如何加工这些数 据，输出什么信息，输出地点，输出格式等， 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。 确定新系统的边界 哪些功能由计算机完成或将来准备让计算机完 成，哪些活动由人工完成。常用调查方法(1)跟班作业 (2)开调查会 (3)请专人介绍 (4)询问 (5)设计调查表请用户填写 (6)查阅记录调查时往往需要同时采用多种方法，都必须有 用户的积极参与和配合。进一步分析和表达用户需求 结构化分析方法（Structured Analysis，简 称SA方法） 从最上层的系统组织机构入手 自顶向下、逐层分解分析系统 1.首先把任何一个系统都抽象为：数据流数据流数据 存储信息要求数据 来源处理数据 输出处理要求进一步分析和表达用户需求（续 ） 2分解处理功能和数据 (1)分解处理功能:将处理功能的具体内容分解 为若干子功能 (2)分解数据:处理功能逐步分解同时，逐级分 解所用数据，形成若干层次的数据流图 (3)表达方法l 处理逻辑：用判定表或判定树来描述 l 数据：用数据字典来描述 3将分析结果再次提交给用户，征得用户 的认可需求分析过程需求分析过程 7.2.3 数据字典 数据字典的用途进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要 结果 数据字典的内容数据项 数据结构 数据流 数据存储 处理过程