数据库第5章数据库设计

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1、2019年2月1日星期五,第5章 数据库设计,本章要点,数据库设计的内容和特点 数据库设计的步骤 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理结构设计 数据库的实施和维护,2019年2月1日星期五,5.1 数据库设计概述,5.1.1 数据库设计内容 数据库设计包含两方面的内容：结构特性设计和行为特性设计。 结构特性设计是指根据给定的应用环境进行数据库模式或数据库结构的设计。 行为特性设计是指应用程序、事务处理的设计。 5.1.2数据库设计特点 数据库设计具有硬件、软件和管理界面相结合，结构设计和行为设计相结合的特点。,2019年2月1日星期五,5.2数据库设计步骤,数据库应用系统的开发是一项软件

2、工程，开发过程应遵循软件工程的一般原则和方法。按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下六个阶段： 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 数据库运行与维护,2019年2月1日星期五,1.需求分析阶段 进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求，是整个设计过程的基础。 2.概念结构设计阶段 是整个数据库设计的关键，他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得概念模型 3.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，并对其进行优化 4.数据库物理设计阶段 为逻辑数据模型选区一个最适合应用环境的物理

3、结构 5.数据库实施阶段 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,2019年2月1日星期五,6.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到正式运行中，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。 设计一个完善的系统是不可能一蹴而就的，他往往是上述六个阶段的不断反复,2019年2月1日星期五,5.2.1 需求分析,需求分析是数据库设计的第一阶段，在进行数据库设计时，首先必须准确了解与分析用户需求(包括数据与处理)。 （1）需求分析的任务 需求分析的任务是通过对现实世界要处理的对象(组织、部门、企业等)进行详细调查，在充

4、分了解原系统（手工系统或计算机系统）运行概况的基础上，确定新系统的功能。 调查的重点是“数据”和“处理”，通过调查、收集与分析，获得用户对数据库的如下要求： 信息要求 指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质。由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。 处理要求 指用户要完成什么处理功能，对处理的响应时间有什么要求，处理方式是批处理还是联机处理。 安全性与完整性要求,2019年2月1日星期五,（2）需求分析的步骤 需求分析可以按照以下三个步骤来进行： 需求收集 分析整理 评审 （3）需求分析的方法 为了准确的了解用户的实际要求，可以采用以下方法进行 需求调查：跟班作业、开调查会

5、、请专人介绍、询问、设计调查表要用户填写和查阅记录。 在需求调查的过程中，往往需要用时采用上述多种方法相结合，并强调用户的积极参与与配合，才能取得良好的效果。 （4）需求分析的结果 结果以标准化文档的形式写出来，之后必须要提交给用户，征得用户的认可才行。需求分析的结果通常以需求说明、数据流图和数据字典等方式表达。,2019年2月1日星期五,数据流图（Data Flow Diagram：DFD） 也称为数据流程图，是便于用户理解的系统数据流程的图形表示，能精确地在逻辑上描述系统的功能、输入、输出和数据存储，表达了数据和处理的关系。 数据流图一般由以下元素组成： 数据流 ：数据及其流动方向，直线上

6、方标明数据流名称。 数据流的源点/终点 ：数据流的源点和终点，方框内标明相应的名称。 处理 ：数据处理，圆圈内标明处理名称。 文件 ：文件和数据存储，在其内标明相应名称。 外部实体 ：代表系统之外的信息提供者或使用者。,2019年2月1日星期五,数据流由一组确定的数据组成。数据流用带名字的箭头表示,名字表示流经的数据，箭头则表示流向。 处理是对数据进行的操作或加工。处理包括两方面的内容：一是变换数据的组成，即改变数据结构；二是在原有的数据内容基础上增加新的内容，形成新的数据。 文件是数据暂时存储或永久保存的地方。 外部实体指独立于系统而存在的，但又和系统有联系的实体。 数据字典（Data Di

7、ctionary） 数据字典是系统中各类数据描述的集合，它以特定的格式记录系统中的各种数据、数据元素以及它们的名字、性质、意义及各类约束条件，以及系统中用到的常量、变量、数组和其他数据单位的重要文档。 数据字典通常包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程五个部分：,2019年2月1日星期五,数据项 数据项是不可再分的数据单位。其描述格式通常为： 数据项描述=数据项名，数据项含义说明，别名，数据类 型，长度，取值范围，取值含义，与其它数据项的逻辑关系，数据项之间的联系 其中，“取值范围”和“与其它数据项的逻辑关系”（如该数据项与其它数据项的大小、相等关系，或等于其他几个数据项之和，之差等

8、关系）定义了数据的完整性约束条件。 数据结构 数据结构反映了数据之间的组合关系。一个数据结构可以由若干个数据项，或由若干个数据结构，或由若干个数据项和数据结构组成。其描述格式通常为： 数据结构描述=数据结构名，含义说明，组成：数据项或数据结构,2019年2月1日星期五,数据流 数据流是数据结构在系统内的传输路径。其描述格式通常为： 数据流描述=数据流名，说明，数据流来源，数据流去向，组成：数据结构，平均流量，高峰期流量 其中“数据流来源”指该数据流来自哪个过程，“数据流去向”指该数据流将到哪个过程去，“平均流量”是指在单位时间（每天、每周、每月等）内的传输次数，“高峰期流量”是指在高峰时期的数

9、据流量。 数据存储 数据存储是数据结构停留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一。它可以是手工文档和凭证，也可以是计算机文档。其描述格式通常为： 数据存储描述=数据存储名，说明，编号，输入的数据流，输出的数据流，组成：数据结构，数据量，存取频度，存取方式 其中“存取频度”指每小时或每天或每周存取几次、每次存取多少数据等信息，“存取方式”包括批处理还是联机处理、检索还是更新、顺序检索还是随机检索等，“输入的数据流” 要指出数据来源，“输出数据流”要指出数据去向。,2019年2月1日星期五,处理过程 处理过程说明数据处理的逻辑关系，即输入与输出之间的逻辑关系。同时，也要说明数据处理的触发条件、错

10、误处理等问题。其描述格式通常为： 处理过程描述=处理过程名，说明，输入：数据流，输出：数据流，处理：简要说明 其中“简要说明”主要说明该处理过程的功能及处理要求，功能是指该处理过程用来做什么，处理要求处理频度（单位时间内处理多少数据量、多少事务等）要求，响应时间要求等。 5.2.2 概念结构设计 概念结构设计是对收集的信息和数据进行分析整理，确定实体、属性及联系。将各个用户的局部视图合并成一个全局视图，形成独立于计算机的反映用户观点的概念模型。,2019年2月1日星期五,（1）概念结构设计的目标和任务 概念结构设计的目标是产生反映系统信息需求的数据库概念结构，即概念模式。概念结构是独立于DBM

11、S和使用的硬件环境的。在这一阶段，设计人员要从用户的角度看待数据以及数据处理的要求和约束，产生一个反映用户观点的概念模式，然后再把概念模式转换为逻辑模式。 描述概念结构的模型应具有以下几个特点： 有丰富的语义表达能力。 能表达用户的各种需求，准确地反映现实世界中各种数据及其复杂的联系以及用户对数据的处理要求等。 易于交流和理解。概念模型是设计人员和用户之间的主要交流工具，因此要容易和不熟悉计算机技术的用户交换意见。 易于修改。当应用环境和系统需求发生变化时，概念模型能灵活地进行修改和扩充，以适应用户需求和环境的变化。 易于向各种数据模型转换。设计概念模型的最终目的是向某种DBMS支持的数据模型

12、转换，建立数据库应用系统，因此概念模型应该易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。,2019年2月1日星期五,概念模型的表示方法很多，其中最著名、最常用的表示方法为实体-联系方法，这种方法也称为E-R模型方法，该方法采用E-R图描述概念模型。E-R模型在前面已经介绍过了，这里不再赘述。 （2）概念结构设计的方法 设计概念结构通常有四类方法： 自顶向下：即首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化。 自底向上： 即首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构。 逐步扩张：首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构。 混合

13、策略： 即将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架，以它为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。,2019年2月1日星期五,（3）概念结构设计的步骤 数据抽象与局部E-R模型的设计 数据抽象 概念结构是对现实世界的一种抽象，所谓抽象就是对实际的人、事、物和概念进行加工处理，抽取所关心的共同特性，用各种概念精确的加以描述，组成某种模型。 一般有三种抽象：分类、聚集和概括。 在需求分析中，已初步得到了有关各类实体、实体间的联系以及描述它们性质的数据元素，统称数据对象。 在这一阶段中，首先要从以上数据对象中确认出：系统有哪些实体？每个实体有哪些属性？哪些实体间存在

14、联系？每一种联系有哪些属性？然后就可以做出系统的局部E-R模型和全局E-R模型。,2019年2月1日星期五,局部E-R模型设计 局部E-R模型设计是从数据流图出发确定实体和属性，并根据数据流图中表示的对数据的处理、确定实体之间的联系。 设计E-R模型应遵循以下三条原则： 相对原则 一致原则 简单原则 设计分E-R图的步骤是： 选择局部应用 在需求分析阶段，通过对应用环境和要求进行详尽的调查分析，用多层数据流图和数据字典描述了整个系统。 设计分E-R图的第一步，就是要根据系统的具体情况，在多层的数据流图中选择一个适当层次的（经验很重要）数据流图，让这组图中每一部分对应一个局部应用，我们即可以以这

15、一层次的数据流图为出发点，设计分E-R图。 一般而言，中层的数据流图能较好地反映系统中各局部应用的子系统组成，因此人们往往以中层数据流图作为设计分E-R图的依据。,2019年2月1日星期五,逐一设计分E-R图 每个局部应用都对应了一组数据流图，局部应用涉及的数据都已经收集在数据字典中了。现在就是要将这些数据从数据字典中抽取出来，参照数据流图，标定局部应用中的实体；实体的属性、标识实体的码；确定实体之间的联系及其类型（1 ：1、1 ：n、m ：n）。 标定局部应用中的实体 现实世界中一组具有某些共同特性和行为的对象就可以抽象为一个实体。对象和实体之间是“is member of”的关系。例如在学

16、校环境中，可以把张平、卫红、王佳、孙立等对象抽象为学生实体。 对象类型的组成成分可以抽象为实体的属性。组成成分与对象类型之间是“is part of” 的关系。例如学号、姓名、专业、年级等可以抽象为学生实体的属性。其中学号为标识学生实体的码。,2019年2月1日星期五,实体的属性、标识实体的码 实际上实体与属性是相对而言的，很难有截然划分的界限。同一事物，在一种应用环境中作为“属性”，在另一种应用环境中就必须作为“实体”。一般说来，在给定的应用环境中： 属性不能再具有需要描述的性质。即属性必须是不可分的数据项。 属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。 确定实体之间的联系及其类型（1：1、 1：n、 m：n）。 根据需求分析，要考察实体之间是否存在联系，有无多余的联系。 总体E-R模型设计 各子系统的分ER模型设计好以后，下一步就是将各个局部E-R图加以综合，使同一个实体只出现一次，产生总的概念模型(总