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1、数据库系统设计,本章学习要点: （1）掌握数据库设计的基本步骤。 （2）熟悉需求分析过程。 （3）掌握数据库设计的概念结构设计。 （4）掌握数据库设计的逻辑结构设计。 （5）了解数据库的物理设计。 （6）掌握E-R图设计、E-R图向关系模式的转换、及优化方法。,10.1数据库设计概述 10.2需求分析 10.3概念结构设计 10.4逻辑结构设计 10.5数据库的物理设计 10.6数据库实施 10.7数据库运行与维护 10.8小结,本章内容：,10.1数据库设计概述 （P204） 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
2、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）。 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。,10.1.1数据库设计问题 一、数据库设计的目标是为用户和各种应用系统提供一个高效率的运行环境。 （1）数据库的存取效率。 （2）存储空间的利用率。,10.1.2数据库系统设计内容
3、数据库设计包含两方面的内容： 1、结构特性设计 结构特性设计通常是指数据库模式或数据库结构设计，它应该具有最小冗余的、能满足不同用户数据需求的、能实现数据共享的系统。数据库结构特性是静态的，应留有扩充余地，使系统容易改变。 2、行为特性设计 行为特性设计是指应用程序、事物处理的设计。,10.1.3数据库设计特点 数据库设计是一项综合性技术。“三分技术，七分管理，十二分基础数据”是数据库建设的基本规律。 数据库设计的特点是： 1、硬件、软件和干件相结合。 技术与管理的界面称之为“干件” 2、数据库设计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
4、用程序、事务处理等。,早期的数据库设计结构和行为分离的设计,10.1.4数据库设计方法 常用的数据库设计方法如下： 新奥尔良（New Orleans）方法 将数据库设计分为四个阶段： 需求分析：分析用户需求； 概念设计：信息分析与定义； 逻辑设计：设计实现； 物理设计：物理数据库设计。 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，并采用一些辅助手段实现每一过程。 按数据库设计不同阶段上支持实现的具体技术和方法来分： 基于E-R模型的设计方法； 基于3NF的设计方法； 基于抽象语法规范的设计方法； 计算机辅助设计工具 Designe
5、r 2000 PowerDesigner,10.1.5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。 2、用户 举足轻重； 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。,3、程序员 在系统实施阶段参与进来，负责编制程序。 4、 操作员 在系统实施阶段参与进来，准备软硬件环境。 二、数据库设计的过程(六个阶段)（重要） 1、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
6、时间的一步。 综合各个用户的应用需求。,简单实例,2、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，形成一个独立于机器特点、独立于各具体DBMS产品的概念模型（图）。 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。 对其进行优化。,简单实例,基本步骤：,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。,4、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）。
7、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。 5、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： 建立数据库及表、存储过程、触发器等； 编制与调试应用程序； 组织数据入库； 并进行试运行。,、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。 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。,三、数据库设计步骤图 （P206）,Creat ,Main( ) if then end,概念结构设计,逻辑结构设计,物理设计,四、设计过程各个
8、阶段的设计描述图(p208),小结： 在设计过程中把数据库结构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。,10.2需求分析 需求分析的目标是准确了解系统的应用环境，了解并分析用户对数据及数据处理的需求（给出应用领域中数据项、数据项之间的关系和数据操作任务的详细定义等）。 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。 需求分析阶段的主要文档：需求分析说明书。,10.2.1需求分析的任务 从多面对整
9、个组织进行调查，收集和分析各项应用对信息和处理两方面的需求。 1、收集需求信息 一般来讲，用户对数据库的要求如下： （1）信息需求：数据库中需要存储哪些数据。 （2）处理需求：要实现什么样的功能，响应时间的要求等。 （3）安全性与完整性要求。,2、分析整理 分析的过程是对所收集到的数据进行抽象的过程。 、画出数据流图 采用数据流图来描述系统的功能。形象地描述事务处理与所需数据的关联，便于用结构化系统方法，自顶向下，逐层分解，逐步细化。 、写出数据字典 对数据流图中的数据流和加工等进一步定义，从而完整地反映系统需求。 、用户确认 将需求分析得到的数据流图和数据字典返加给用户，反复完善，至用户认可
10、。,10.2.2数据库设计需求分析的主要步骤: （1）应用领域的调查分析。 （2）定义数据库支持的信息与应用。 （3）定义数据库操作任务。 （4）定义数据信息。 （5）预测现行系统的未来改变。,一、应用领域的调查分析 两阶段： （）调查应用领域的组织结构、业务流程和数据流程，分析用户需求、现行系统的功能。 方法： ）从组织结构中获得各职能部门及其相互关系。 ）与各职能部门专业人员反复交流，获得各部门全部职能、实现各职能的过程、方法及所需信息；确定职能部门内各应用的功能、需求信息，及各应用之间的信息依赖关系及信息流途径。 ）反复交流，确定不同职能部门间的应用和信息传递的依赖关系和流通途径。,（）
11、在（）基础上对应用领域进行分析，抽象出逻辑模型。 方法： ）定义流动信息。 ）定义存储信息。 ）确定流动信息的起点和终点。 ）对各应用定义输入信息、输出信息和应用功能（各部门输入和使用什么数据） 。 ）给出以上四则的联系。 主要方法：SA（structured Analysis） 应用领域逻辑模型的描述工具：数据流图,、数据流图 数据库设计中采用数据流图（DFD：Data Flow Diagram）来描述系统的功能。DFD一般由下面符号构成。 ：数据及其流动方向，直线上方标明数据流名称。 ：数据处理，圆圈内标明处理名称。 ：数据流的终点和源点，方框内标明相应的名称。 ：文件和数据存储，在其内标
12、明相应名 称。,实例-、假设我们要开发某学校管理系统。 1、经过可行性分析和初步需求调查，该系统由教师信息管理子系统、学生信息管理子系统、教务管理子系统、学生绞费管理等子系统组成，每个子系统分别配备一个开发小组。 2进一步细化各个子系统。 其中学生绞费管理子系统中的学生开发小组通过进行进一步的需求调查，明确了该子系统的主要功能是对学生学费、住宿费绞纳情况进行管理。其中包括：,每年新生、老生学费、住宿费基本信息的输入； 每年老生离校时学生基本信息的删除； 查询、打印学生的交费情况； 查询、打印降级生的交费情况； 进入学费管理系统的安全性条件设计。 通过信息流程分析和数据收集后，他们生成了该子系统
13、的查询处理高层数据流图如下：,学生,查询学费,学生,查询 学费,打印,交费数据,收费单,交费信息,说明： 查询学费：学号、姓名 交费信息：学号、姓名、学费标准、住宿费标准、本次交费、已交学费、已交住宿费、应交费。 交费数据：查询到的数据信息。 使用频度：每天20人次。,二、定义数据系统支持的信息与应用 应用定义目的：确定最终的数据库支持哪些应用系统。 方法： 考查数据流图中的每个数据处理应用，确定正在设计的数据库支持这些应用的可行性。,信息定义目的：确定最终的数据库需要存储哪些信息。 方法： （）考查数据流图中的每个存储信息，确定这些信息是否需要存储。 （）定义需存储的信息，信息定义表。,三、
14、定义数据库操作任务 数据库操作任务的定义是对应用定义集合中每个应用逐步求精的过程，定义其对应最终数据库系统的事务（操作语句、原子性事务、存储过程、触发器等）。 逐步求精的过程中，划分出数据库操作任务，规则： （）须是某个应用的构成部分。 （）须是一独立的计算机执行单位，具有相对独立的功能。,（）须具有原子性。 （）须具有明确的输入和输出数据项集合定义，每个数据项须是详细说明的原子数据项。定义内容及IPO图。 四、定义数据项 描述工具：数据字典。, 、数据字典（DD：Data Dictionary） 用于记载系统中的各种数据、数据元素以及它们的名字、性质、意义及各类约束条件，记录系统中用到的常量
15、、变量、数组及其他数据单位，是系统开发与维护中不可缺少的重要文件。 数据字典也是关于数据库中数据的一种描述。数据字典是在需求分析阶段建立，在数据库设计过程中不断修改、充实、完善的。,需求分析过程中：数据字典产生于数据流图，是对数据流图中的四个成分（数据流、数据项、文件和处理）描述的结果。 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,对数据项的描述： 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，与其他数据项的逻辑关系 其中取值范围、与其他数据项的逻辑关系定义了数据的完整性约束条件。,如交费信息中各数据项的说明：,如：应交
16、学费学费标准住宿费标准,对数据结构的描述 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 如：交费数据 学号 姓名 学费标准住宿费标准应交学费 已交学费 本次交款已交住宿费。 说明：学生交费情况基本信息表。,数据流是数据结构在系统内传输的路径。 对数据流的描述 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 其中数据流来源是说明该数据流来自哪个过程； 数据流去向是说明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）里的传输次数； 高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量。,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。 对数据存取的描述 数据存储描述数据存储名，说明，编号，流入的数据流 ，流出的数据流 ，
