西华师范大学计算机学院

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1、西华师范大学计算机学院第六章 数据库设计第六章 数据库设计6.1 数据库设计概述 6.2 需求分析 6.3 概念结构设计 6.4 逻辑结构设计 6.5 数据库的物理设计 6.6 数据库实施 6.7 数据库运行与维护 6.8 小结6.1 数据库设计概述6.1.1 数据库和信息系统6.1.2 数据库设计的特点6.1.3 数据库设计方法简述6.1.4 数据库设计的基本步骤数据库设计概述（续） 什么是数据库设计 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数 据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存 储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求 ） 信息需求表示一个单位所需要的数据

2、及其结构。 处理需求 表示一个单位经常需要进行的数据处理， 例如工资计算、 成绩统计等。 在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数 据库应用系统。 数据库设计的成果有二： 一是数据模式， 二是以数据库为 基础的典型应用程序。6.1.1 数据库和信息系统 数据库是信息系统的核心和基础 把信息系统中大量的数据按一定的模型组织起来 提供存储、维护、检索数据的功能 使信息系统可以方便、及时、准确地从数据库中获 得所需的信息 数据库是信息系统的各个部分能否紧密地结合 在一起以及如何结合的关键所在 数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成 部分数据库设计人员应该具备的技术和知识 数据库的基本知识

3、和数据库设计技术 计算机科学的基础知识和程序设计的方 法和技巧 软件工程的原理和方法 应用领域的知识6.1 数据库设计概述6.1.1 数据库和信息系统6.1.2 数据库设计的特点6.1.3 数据库设计方法简述6.1.4 数据库设计的基本步骤6.1.2 数据库设计的特点 数据库建设是硬件、软件和干件的结合 三分技术，七分管理，十二分基础数据 技术与管理的界面称之为“干件” 数据库设计应该与应用系统设计相结合 结构（数据）设计：设计数据库框架或数据库结构 行为（处理）设计：设计应用程序、事务处理等数据库设计的特点（续） 结构和行为分离的设计传统的软件工程忽视对应用中数据语义的分析和抽象，只要有可能

4、就尽量推迟数据结构设计的决策早期的数据库设计致力于数据模型和建模方法研究，忽视了对行为的设计。而事实上， 数据需求分析是建立在功能分析上的， 通过功能分析产生系统数据流图与数据字典， 再通过数据分析设计实体与属性。 所以数据库设计应包括结构设计和行为设计。 数据库设计的特点（续）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6.1 数据库设计概述6.1.1 数据库和信息系统6.1.2 数据库设计的特点6.1.3 数据库设计方法简述6.1.4 数据库设计的基本步骤6.1.3 数据库设计方法简述 手工试凑

5、法 设计质量与设计人员的经验和水平有直接关 系 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又不同程度地发 现各种问题，增加了维护代价数据库设计方法简述（续） 规范设计法 手工设计方法 基本思想 过程迭代和逐步求精数据库设计方法简述（续） 规范设计法(续) 典型方法 新奥尔良（New Orleans）方法 将数据库设计分为四个阶段：需求分析、 概念设计 、逻辑设计、物理设计 S.B.Yao方法 将数据库设计分为五个步骤 I.R.Palmer方法 把数据库设计当成一步接一步的过程数据库设计方法简述（续） 计算机辅助设计 ORACLE Designer 2000 S

6、YBASE PowerDesigner6.1 数据库设计概述6.1.1 数据库和信息系统6.1.2 数据库设计的特点6.1.3 数据库设计方法简述6.1.4 数据库设计的基本步骤6.1.4 数据库设计的基本步骤一、数据库设计的准备工作选定参加设计的人员1. 数据库分析设计人员 数据库设计的核心人员 自始至终参与数据库设计 其水平决定了数据库系统的质量6.1.4 数据库设计的基本步骤2. 用户 在数据库设计中也是举足轻重的 主要参加需求分析和数据库的运行维护 用户积极参与带来的好处加速数据库设计提高数据库设计的质量数据库设计的基本步骤（续）3. 程序员 在系统实施阶段参与进来，负责编制 程序4.

7、 操作员 在系统实施阶段参与进来，准备软硬 件环境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 准确了解与分析用户需求（包括数据与处理） 是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步数据库设计的基本步骤（续）概念结构设计阶段 是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的概念模型数据库设计的基本步骤（续）逻辑结构设计阶段 将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型 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 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）数据库设计的基本步骤（续）

8、数据库实施阶段 运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果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的基本步骤（续）数据库运行和维护阶段 数据库应用系统经过试运行后即可投入正式 运行。 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。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评价设计,性能预测物理实现试验性运行使用、维护数据库应用需求 数据、处理 转换规则、 DBMS功能 优化方法应用要求, DBMS详 细特征需求分析阶段数据库运行、维护阶段不满意不满意数据库 实施阶段物理设计阶段逻辑设计阶段概念设计阶段图6-2

9、 数据库设计步骤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。设计特点 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 将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现 在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充， 以完善两方面的设计 设计过程各个阶段的设计描述：P208图6.3IPO表 输入： 输出： 处理：Creat LoadMain( ) if then end分区1 分区2概念结 构设计逻辑 结构 设计物理 设计设计 阶 段设 计 描 述数 据处 理需求 分 析数据字典、全系统中数据项、数据流、数据存储的描述数据流图和判定表（判定树）、数

10、据字典中处理过程的描述概念模型（E-R图）数据字典系统说明书包括：新系统要求、方案和概图反映新系统信息流的数据流图某种数据模型关系 非关系系统结构图（模块结构）存储安排方法选择存取路径建立模块设计IPO表实施 阶段编写模式装入数据数据库试运行程序编码、编译联结、测试运行 、维 护性能监测、转储/恢复数据库重组和重构新旧系统转换、运行、维护（修正性、 适应性、改善性维护）数据库设计的基本步骤（续） 数据库各级模式的形成过程(P209图6.4) 需求分析阶段 综合各个用户的应用需求 概念设计阶段 形成独立于机器特点，独立于各个 DBMS产品的概念模式(E-R图)数据库设计的基本步骤（续） 逻辑设计

11、阶段首先将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型，如关系模型，形成 数据库逻辑模式然后根据用户处理的要求、安全性 的考虑，在基本表的基础上再建立必要的 视图(View)，形成数据的外模式数据库设计的基本步骤（续） 物理设计阶段根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引，形成数据库内模式第六章 数据库设计6.1 数据库设计概述 6.2 需求分析 6.3 概念结构设计 6.4 逻辑结构设计 6.5 数据库的物理设计 6.6 数据库实施 6.7 数据库运行与维护 6.8 小结6.2 需求分析6.2.1 需求分析的任务6.2.2 需求分析的方法6.2.3 数据字典需求分析（续） 需

12、求分析就是分析用户的需要与要求需求分析是设计数据库的起点需求分析的结果是否准确地反映了用户的实际要求 ，将直接影响到后面各个阶段的设计，并影响到设 计结果是否合理和实用该阶段收集的基础数据(用数据字典来表达)和一组 数据流程图(Dada Flow Diagram， 简称DFD)是下一 步进行概念设计的基础。 需求分析 需求分析工作 分析用户活动产生，产生业务流程图 确定系统范围，产生系统范围图 分析用户活动涉及的数据，产生数据流图 分析系统数据，产生数据字典6.2 需求分析6.2.1 需求分析的任务6.2.2 需求分析的方法6.2.3 数据字典6.2.1 需求分析的任务一、需求分析的任务二、需

13、求分析的重点三、需求分析的难点一、需求分析的任务 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）工作概况 ，明确用户的各种需求 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， 不能仅仅按当前应用需求来设计数据库二、需求分析的重点 需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数据管 理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求 。 需求调查要明确的问题很多,大到企业的经营方针策 略、 组织结构,小到每一张票据的产生、 输入、 输 出、 修改、 查询等。重点是以下几个方面： 信息要求 用户需要从数据库中获得信息的内容与性质 由用

14、户的信息要求可以导出数据要求，即在数 据库中需要存储哪些数据需求分析的重点（续） 处理要求 对处理功能的要求 对处理的响应时间的要求 对处理方式的要求(批处理 / 联机处理) 新系统的功能必须能够满足用户的信息要求、 处理要求、安全性与完整性要求。 系统要求： 安全性要求： 系统有几种用户使用,每一种 用户的使用权限如何。 使用方式要求： 用户的使用环境是什么,平 均有多少用户同时使用,最高峰时有多少用户 同时使用,有无查询相应的时间要求等。 可扩充性要求： 对未来功能、 性能和应用 访问的可扩充性的要求。三、需求分析的难点 确定用户最终需求的难点 用户缺少计算机知识，开始时无法确定计算机究竟

15、 能为自己做什么，不能做什么，因此无法一下子准 确地表达自己的需求，他们所提出的需求往往不断 地变化。 设计人员缺少用户的专业知识，不易理解用户的真 正需求，甚至误解用户的需求。 新的硬件、软件技术的出现也会使用户需求发生变 化。需求分析的难点(续) 解决方法 设计人员必须采用有效的方法，与用户不断深入地进行交流，才能逐步得以确定用户的实际需求6.2 需求分析6.2.1 需求分析的任务6.2.2 需求分析的方法6.2.3 数据字典6.2.2 需求分析的方法 调查清楚用户的实际需求并进行初步分析 与用户达成共识 进一步分析与表达这些需求一、 调查与初步分析用户需求 调查组织机构情况 组织部门的组成情况 各部门的职责等调查与初步分析用户需求（续 ） 调查各部门的业务活动情况。调查重点之一。 各个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 输出结果的格式是什么调查与初步分析用户需求（续 ） 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。调查重点之二。 信息要求 处理要求 完全性与完整性要求调查与初步分析用户需求（续 ） 对前面调查的结果进行初步分析 确定新系统的边界确定哪些功能由计算