数据库系统设计与开发

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1、北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5. 数据库设计 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，提供 一个确定最优模型与处理模式的逻辑设计，以及 一个确定数据库存储结构与存取方法的物理设计 ，建立起既能反映现实世界信息和信息联系，满 足用户数据要求和加工要求，又能被某个数据库 管理系统所接受，同时能实现系统目标，并有效 存取数据的数据库。5.1 数据库设计过程5.2 实体联系模型5.3 关系规范化北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1 数据库设计过程 数据库系统设计是在现成的DBMS上建立数据库 应用系统的过程。其特点是：数据量大、保存时

2、 间长，数据关联复杂，用户要求多样化。 从系统开发角度来看，数据库系统具有结构特性 和行为特性两个方面。 结构特性设计（数据库设计）1）是与数据模型所反映的实体及实体之间的联系的静 态模型的设计。2）设计各级数据库模式，决定数据库系统的信息内容 。 行为特性设计（数据库应用软件的开发）1）与数据库状态转换有关，是改变实体特性的操作。2）决定数据库系统的功能，是事务处理等应用程序的 设计。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1 数据库设计过程对需求分析所得 到数据的更高层 的抽象描述。ER模型 ODL数据字典 数据流图第0步：规划第1步： 需求分析第2步： 概念设

3、计必要性 可行性分析第3步： 逻辑设计确定存储哪些数 据，建立哪些应 用，常用的操作 及对象有哪些等 。将概念模型映射 为某个特定的 DBMS模式数据 。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1 数据库设计过程对已经确定的逻辑结构 选择适当的物理结构， 包括存储结构、存取路 径、存储分配等。数据库的装入 数据库的试运行 数据库的运行维护第4步： 物理设计第6步：数据库 实施与维护第5步： 应用程序开发数据库应用程序 的设计、编码、 调试、运行北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1 数据库设计过程 数据库设计过程是有一个起点和几乎无止

4、 镜的逐步求精的反复过程，尽管前面我们 把数据库设计过程表述为一个程序化的过 程，但需强调：数据库设计过程并不一定 非要以这种程序化方式进行，各个阶段之 间的区分也并不是非常严格。 本讲义给出的数据库设计过程可以作为引 导你进行有效的数据库设计的框架。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.1 规划 在数据库设计的规划阶段主要进行建立数据库 系统的必要性及可行性分析。 规划阶段必须完成下列任务：确定系统的范围 ，任务陈述定义数据库应用程序的主要目标， 每个任务标识数据库必须支持的特定任务，确 定开发工作所需的资源，估计开发成本，确定 项目进度。 系统规划纲要内容

5、包括： 1)系统目标与范围的描述： 确定系统长期目标和近期目标； 定义数据库应用程序的范围和边界（包括主要的用户视图 ，用户视图定义了根据要存储的数据和在数据上要执行的 事务，也即用户要怎样使用数据，不仅考虑当前用户视图 ，而且也要考虑未来的用户视图）；北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.1 规划 确定系统与外部环境的信息联系和接口； 系统的主要功能和结构。 2)系统运行环境描述： 管理思想及管理方法的设想（新的数据库系统的运行可能 是传统业务的彻底革新，新的思想、新的机制应当是完备 而可行的，并且是高效而经济的）； 说明系统运行的基本要求及条件（如何收集数

6、据、如何指 定格式、需要什么样的文档资料）； 信息范围、信息标准（良好的信息标准为衡量系统质量和 训练职工提供基础）、信息来源、人力资源、设备资源。 3)确定计算机系统选型要求：包括主机及外部设备 配置要求、性能指标、网络系统配置、系统软件配 置要求。 4)系统开发进度计划（初步）。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.1 规划 可行性分析应从经济方面、技术方面、系统运 行方面(管理体制、人员的适应性及法律法规) 进行分析和评价。可行性研究报告的内容包括 ： 1)原来系统概况。包括企业目标、规模、组织结构 、人员、设备、效益等。 2)原来系统存在的主要问题和主

7、要信息要求。 3)待开发系统的总体方案（如前所述）。 4)经济可行性分析包括系统的投资、运行费用、经 济效益及社会效益。 5)技术可行性分析主要包括对技术的评估。 6)系统可行性分析分析系统运行对管理思想、管理 体制和变革的要求，系统运行和有关法律法规的相 互作用。 7)结论。对可行性研究的简要总结。 北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析 需求分析是数据库设计成败的关键，没有对系 统充分的需求分析，数据库设计很难取得成功 。需求分析阶段应该对系统的整个应用情况作 全面、详细的调查，收集支持系统总的设计目 标的基础数据和对这些数据的要求，确定用户

8、的需求，并把这些要求写成用户和数据库设计 者都能够接受的文档。 设计人员还应该了解系统将来要发生的变化， 收集未来应用所涉及的数据，充分考虑到系统 可能的扩充和变动，使系统设计符合未来发展 的趋向，以减少系统维护的代价。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析 实际上，系统的需求包括着多个层次，不同层 次的需求从不同角度与不同程度反映着细节问 题。没有一个清晰、毫无二义的需求存在， 真正的需求实际上在人们的脑海中。任何文 档形式的需求仅仅是一个模型，一种叙述。 需求分析文档要尽可能地从不同层次角度去描 述（有可能冗余），要注意描述的名词对用户 、分析

9、者、设计者在理解上务必达成共识。 在此阶段，从多方面对整个组织进行调查，收 集和分析各个应用主要集中在对信息和处理两 方面的需求。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析 信息需求是指用户要从数据库获得的信息内容 和用户产生的信息内容，处理需求是指完成什 么处理功能及处理方式，处理需求即事务需求 ，信息需求和处理需求组成用户视图。另外还 有安全性和完整性要求。对收集到的数据进行 抽象，抽取共同的本质特性，并用各种概念精 确地加以描述。 需求分析阶段的方法： 检查文档资料：收集检查与目前系统相关的文档资 料、表格、报告、文件 面谈：找出事实、确认事实、

10、澄清事实 观察业务处理：跟班作业北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析研究：从计算机行业杂志、参考书和Internet上获 取其他人解决问题的信息，也可能直接得到相关问 题的解决方案或软件包。 问卷调查：调查建议和意见，诸如：“当前使用什么 报表，是否存在问题”等等。 需求分析阶段的工作分为六个步骤： 分析用户活动，产生业务流程图 确定系统范围，产生系统范围图 分析用户活动所涉及的数据，产生数据流图 分析系统数据，产生数据字典 功能分析 功能数据分析北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析 分析用户活动，

11、产生业务流程图了解用户当前的业务活动和职能，理清其处理流程 。把用户业务分成若干个子处理过程，使每个处理 功能明确、界面清楚，画出用户活动图(业务流程图 )。 确定系统范围，产生系统范围图在和用户经过充分讨论的基础上，确定计算机所能 进行数据处理的范围，确定哪些工作由人工完成， 哪些工作由计算机系统完成，即确定人机界面。 分析用户活动所涉及的数据，产生数据流图深入分析用户的业务处理，以数据流图(Data Flow Diagram,DFD)形式表示出数据的流向和对数据所进行 的加工。DFD有四个基本成分：数据流、加工或处理 、文件、外部实体。DFD可以形象地表示数据流与各 业务活动的关系，它是需

12、求分析的工具和分析结果 的描述手段。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析 分析系统数据，产生数据字典仅仅有DFD并不能构成需求说明书，DFD只表示出系 统有哪几部分组成和各个部分之间的关系，并没有说 明各个成分的含义。数据字典提供对数据库时间描述 的集中管理，它的功能是存储和检索各种数据描述( 元数据Metadata)，数据字典是数据收集和数据分析 的主要成果，在数据库设计中占有很重要地位。数据字典编写的基本要求是：a.对数据流程图上各种成分的定义必须明确，易理 解，唯一。b.命名、编号与数据流程图一致。c.符合一致性与完整性的要求，对数据流程图

13、上的 成分定义与说明无漏项，无同名异义或异名同义。d.格式规范，文字精炼，符号正确。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析 分析系统数据，产生数据字典数据字典中通常包括数据项、数据结构、数据流 、数据存储、处理过程5个部分。a.数据项：数据项是数据的最小组成单位，若干 个数据项可以组成一个数据结构，数据字典通过对 数据项和数据结构的定义来描述数据流以及数据存 储的逻辑内容。对数据项描述包括数据项名、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，必要时说明数据项的数值含义。b.数据结构：数据结构名、含义及组成部分。c.数据流：表示某

14、一加工处理过程的输入或输出 数据，包括数据流名、说明、来源、去向、包含的 数据项或数据结构名称、单位时间传输次数(活动频 率)。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析分析系统数据，产生数据字典d.数据存储：名称、输入、输出、数据量、存取 频率和存取方式(批处理或联机处理；查询或更新； 顺序或随机)。e.处理过程：名称、输入、输出、频率、数据量 、处理逻辑说明和响应时间等。 功能分析数据库的设计是与应用系统的设计紧密结合的过 程，离开一定的功能，数据库就失去其存在价值。 数据库设计的一个重要特点是结构(数据)和行为(功 能)的结合。用户希望系统能提供

15、的功能必须有一个 清晰的描述。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析 功能分析功能分析是对数据流程图中的处理过程作详细的 说明。用户的数据处理可以分为数据输入输出处理 、数学处理、逻辑判断三类。对输入输出处理要确 定输入输出的格式、输入输出方式；对数学处理要 建立处理的数学模型(公式及数值分析)；对逻辑判 断的描述通常采用决策树、决策表及自然语言或形 式语言等方法。在这三类用户数据处理的基础上进 行抽象和归纳，得出功能的层次体系结构。功能分 析可以采用软件结构图或模块图来表示系统的层次 分解关系、模块调用关系。功能分析建立在用户需求和数据分析基础上，它 通常是系统模块划分和应用程序菜单设置的依据。北京邮电大学软件学院 郭文明 2016.9数据库设计与开发讲义 5.1.2 需求分析 功能数据分析反映系统全貌的数据流程图与数据、功能详细分 析完成后，为保证总的系统描述和细节情况相一致 ，需要进行整理和审核，这一过程称为功能数据分 析。功能数据分析可以使用填写数据功能格栅图等方 法，如果完成某功能所需的数据不存在，需在数据