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1、哈 尔滨工业大学学 报1984年12月JO URN ALOFH ARBININSTI TUTEOFTEC H NO LO G Y第4期学校教学管理系统数据库的方案设计计算 机料学专业姚万生本文提出了关于学校教学管理数据库方 案设计的方法和步骤。目的是向用户提供数 据库规 棋和性能上的初步估计,以供用户作出选择和决策。文中包括数据库的逻辑设计和物理设计的一般过程和方法。并给出部份例子。言数据库系统的设计 与实现是一个大型软件工程。它的设计通常在应用级、概念 级(逻辑级)和物理级上进行。根据用户要求,在进行具体设计之前,首先在方案上 进行初步的选择和设计,对整个数据库的规模和性能进行某些估计,是很
2、有必要的。本文是根据学校教学管理环境下,提出一种教学管理数据库的方案设计。为 了 使 问题得到简化,文中在应用观点漠式,实体及属性个数等方面都做了若干简化和省略。恳1.用户要求在数据库设计中,首先要分析数据库工作环境和使用者的要求。一所大学里要建立教学管理数据库,对学校各个部门进行管理,其基本的源数据(假定)是:学校有50 00名在校的大学生和2。O名研究生。学校设有十五个系和五十个专业全校有教师2 0 0 0名讲授不同的课程学校各级办公室 中有1000名职员,2 000名后勤人员及工人。学校领导和各级办公室要求产生各种统计数据,以指导 全校教学科研管理工作。这些统计信息可能是如下的形式:1
3、)列出某大教室一周的使用情况。2 )列出在8 4年春季学期各科成绩都在9 0分以 上的学生姓名、所在的班级。3 )计算某个系职工的平均工资。本文于8 3.3收到。102)4列出图书馆过期读者的图书证号、姓名、过期书号等。根据学校的规模和产生各种查询信息的要求,建立一个教学管理数据库,从使用者的标准,对数据库的要求是:l )系统工作有效和可靠2 )操作简单和使用方便3 )系统灵活4 )根据需要系统有扩展的余地等根据学校的教育结构和具体环境,可以 画示如下的教学管理层次结构(图1)。教学办公室行政办公室系:系t-一系1.图书馆 八处医院 人 谈者图书!办公室 ! 职员诊室万|驯!以级l生如学板研童
4、 !鲤l胜职工技术人员! 病人大夫图1教学 管理系统的层 次结构县2多重应用观点模型从使用者的角度看,由于不同的使用目的和不同的工作环境,就有不同 的结构形从教学部门看从人本部门看从图书馆看从探院看图2教学管理系统的 多重应用观 点式。因而就组成了各种数据库。这些数据库结合在一起,就 组成 了统一的数据库系统。对 于教学管理系统,可以分解以 下的多重应用观 点模型(图2)。各种不同应用观点代丧了不同使用者的要求。从上图可 以着出,从四个应用观点来 否各实体,即:一1 0 3_教学部门的应用观点;人事部门的应用观点,健康部门的应用观点,图书管理部门的应用观点。一个观察模型代表了一个小的实体的集合
5、,用一个模型来描述,形成了一个数据库。多个数据库构成了数据库系统,用多重应用观点来描述。设计这样的数据库,要求满足的主要要求是.l )数据为各种应用所共亨;2 )避免修改的不规则性,3)在保证足够性能要求前提下的最小冗余度,4 )选择适当的物理模式以满足性能要求,5 )能够扩展进而支持新的应用。芬3实体从多重应用观点出发,我们可以定义 一系列独立的个体一实体。实体类型的选择是数据库设计的一个重要方面。教学管理的数据库可以选择的实体有:职工,教师、学生、系、图书、读者、病人、干部、办公室、课程、教研室、班级、教室、工人,车间等。一个实体可 以用若千个属性来描述。属性是 用来描述实体的若干特性。实
6、体内也可能包含子关系,即某些子集。以职工这个实体为例,可 以用图3的属性集来描述。通常把关系以表格的形 式列 出来如下 表;一-一一职工号出生!_ 名险另lJ工作部门职别 ;时 司工作工作时间职另 。简历爱人情况部。1工资提资。寸间姓名性另。出生时间职另。工资子女姓名出生时间!J性另。职业对于每个属性,二丛玉 女口下的表.来说明基立冬丛。属属性性长度度职职工号号5位数字字姓姓名名变字长长出出生时间间6位数字字性性别别1位字符符一104一下拼爪日日姓名一一 l l l l l伙伙出生时间间才才一蔺丽, ,l l l l l按照同样的方 法,可以构造各个实体属性及其定义域。图3描写实体(职工)的属
7、性E S(石一o n,ES一sPou s e,E S一S eX! 职工号爱人姓名爱人性别描写职工子女关系的第一范 式:圣4关系与规范化某些关系在结构上具有一 些性质,这些特性 易造成信息 在修改、扦入和 删除中的困难及信息的非一 致性,因而 是不希望的。这个问题可 以通过对关系模式的分解而避免。故要进行系的规范化。规范化是一个可逆的过程,它将一组给定的关系转换成另一组关系,使关系结构简化和更加有规律。这一过程的可逆性保证能够恢复原来那 组关系,在变换中不丢失任何信息。目前规范化中采用的范式是从第一范式到第五范式。利用函数依赖,我们 可 以将一个关系分解为一系列关系,使这些关系都满足BCNF范式
8、。如以职工这个实体为例,可以写成以 下的第一范式:描写职工关系的第一范式:E石几”。,“下“ “m“,“厂乙d“,职工号职工姓名职工生日E一S ex,E一job,DePt一na”:e 职工性别 职工 工种所在部门描写职工爱人关系的第一范式:ESage,ES一夕ob,ES一Sa不) ! 爱人年龄爱人工作爱人工资EC(E一n o,EC一 eh,EC一 age,E C一Se x,EC一 o ceup) ! 职工号子女姓名子女年龄子女性别子女职业描写职工本人 工作简历关系的第一范式:EH(E一 n o,EH一dat巴,EH一dePt,E H一s a乙,E H一iob,EH一sdate1 工种任职时间任
9、职部门工资职位提资时间在进行关系规范化时假设:1 )两个职工可能有相同的姓名。一1 05一2 )每个职工只能有一个配偶。于是,可以得出函数依赖集如下:关系E:E一 noE一 n ame,E一bdate,E一se x,E一job,DePt一na琳e关系ES:石一 no,E S一spou seS一se戈,E s一age,E S一j曲,E S一Sa不关系EC:E一 n 。,EC一c孔E一凡。,E一e儿,EC一age,E C一s ex,石C一o ce uP关系EH:E一n o,EH一date,EH一dept,EH一产obE一矛 10,EH一 sdate,EH一sal根据函数依赖及BCN F范式定义,我
10、们可以得 出满足BCNF范式的关系如下:描述职工本人情况的关系:E(E一儿。,E一 n ame,E一bdate,E一s ex,E一job,DeP亡一 托a摊e)描述职工爱人情况的关系:E S(E一no,ES一spouse,E S一so x,ES一 ege,ES一夕ob,ES一Sal)描述职工子女关系:E C I(E一no,EC一 e孔)描述职工 子女个人情况的关系:ECZ(E一 no,E C一c九,EC一se x,E C一age,E C一 occ林p)描述职工工作简历关系:E“1(E一竹。,EH一da艺e,EH一dept,EH一job)描述职工工资简历的关 系:E万2(E一 n o,EH一sd
11、ate,EH一sa乙)上面是经过规范化的关于职工的Bc N F范式。它们之间的关系 可以用下图(图4)来描述。(注:关系中下面带一横线的数据项为其关键字)其余各实体的关系可以采用同样的方法进行规范化(本文从略)。E CIE H盈图4描述职工情况的各个关系及它们之间的联 系一106一愁5应用观点模式与数据库模式1。应用观点摸式:数据库的一个应用观点可以描述为一个模式。一个应用模式代表了一个小的外界实体的子集。大多数数据库是由多个应用观点模式组成。一个应用观点模式包含了多个关系及其连接。任何一个关系可以有多重连接因而有多种限制加在它上面。对于学校教学管理数据库,我们有以下的模式。1 )职工应用观点
12、模式:一小子集连接 一(参考连接 一。所属连接图4a职工应用 观点模式2 )教学应用 观点模式图463)患者应用观点模式4 )图书馆应用观点模式模式害图4c患者应用观点模式图4d图书 馆应用观点模式2。模式汇总与重构.1 07若千个应用观点模式可以包含在一个数据库中。因此要将这些应用观点模式进行汇总。图5数据库模式图中各符号的意义:O:描写系的关系名c 0 1:描写课程名称关系名COZ:描述课程时 间表关系CO3:描述上课地点关系c04:描述上课时间关系1.职工本身情况模式描述sE:描述教研室的关系CL:描述班级关系RO:描述教室关系p:描述病人情况关系尸V:描述病历关系R:描述读 者关系R
13、v l:描述读者借阅情况关系R v Z:描述图书借阅时间关系Bl:描述图书关系BZ:描述图书借阅关系OF:描述办公室关系EHZ:描述职工工资变化关系T:描述教师情况关系TH:描述教师学历关系SG:描述学生各科成绩关系SC:描述学生学习课程之关系E S:描述车间关系SF:描述职工本人情况关系s FE:描述职工学历关系E:描述工人情况关系WE:描述工人学历关系E H I:描述职工工作简历关系Cre ateRelation:Emploveeper so n n elKey02E一扎0Pi cture1 59(5)deP02E一n a机ePietu reisx(5)02E一bdatePieture15
14、999 9v9902E一s exPietur eisx( 6)02E一jobpietu reisx(15)02DePt一namex(30)Conne etio nowne rshiPE5EeE一EsE一E HIEsE H ZsubsetE一F w一108一E,Te nd2.职工爱人情况模式描述Cre ateRelation:EmPloye e.S Pou seKey0 2E一 nopietu r e1502E一spous epietu re15deP0 2Es一sexPietur e1502石s一agepietur e150 2Es一jobpieture150 2Es一s a艺Pietur e
15、15e nd其它模式语言的形式化描述与此类似,故不赞述。9(5)火(15)x(6)9 9x(15)999圣了文件结构的选择在进行了数据库的逻辑设计之后,下 一步就要确定数据库的物理结构。包括文件结构和存取路径的选择,对所需的存取时间的计算和系统性能的估计等。作为一个保存大量数据信息的系统,对它的基本要求是:快速查询,修改方便和存贮经济。其第二级标准是系统表示外界信息结构的能力,可靠性、保密及信息、完正性的维护。所有这些要求之间存在一定的冲突,故对它们要进行折衷的考虑。目前通常采用的六种文件结构是:堆文件、川 页序文件、索引顺序文件、索引文件、直接存贮文件和多重环结构文件。上 述诸关系的物理结构
16、可以从这六种纂本文件或它们的组合来选择。虽8存贮空间的估计在 为每一个 关系选择了文件结构之后,就可以对其需要的存贮空间进行估计。1.顺序文件结构:对于顺序文件结构,在记录是固定格式的情况下,每个记录占用的空间取决于属性的个数及每个属性的长度。由于属性名在文件中只出现一次,可以不计。故有:R二 “”a 属性个 数”属性长度(字符数)如果是非固定格式,U可 取属性长度的平均值。整个文件占据的空间为s=尔R(n为记录个数)2.索引文件结构:索引文件分为数据部分与索引部分。对于数据部分,其占用的 空间与文件相同,目p:R=A+V+2A为属性名字节数v为属性值的字节数一109一对于素弓!部分,如果每个索引都是B树结构,这样的索引的充满度可以认为d e解二Y1 1/y=。.6 9。如果每个取作索弓!的属性有a个索引,每个记录有。个属性,则索引登记项的总数为:托,=a产/a5 1:=n/(V 玄ndex+P)/de n s=1.45na尸/a(Vindex+P)所有
