数据库原理及应用技术教程 教学课件 ppt 作者 佟勇臣 数据库原理与应用技术教程电子教案4

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1、第 3 章 关系数据库的设计与安全保护, 知 识 点 数据库、数据库设计 数据库系统 数据库安全 难 点 数据库系统设计分析 概念设计、逻辑设计与物理 设计方法,返 回, 要 求 熟练掌握以下内容： 系统的需求分析方法 数据库设计的模型转换方法 数据库系统的实现与维护 数据库安全控制 了解以下内容： 数据库的物理设计方法 数据库的恢复,3.1 数据库设计概述,3.1.1 数据库的设计过程 规划阶段 需求分析阶段 概念模型设计阶段 逻辑结构设计阶段 物理存储设计阶段 数据库设计的实施阶段，即应用程序编 码、调试、试运行阶段 数据库系统的运行与维护阶段,图3.1 数据库的设计过程,3.1.2 数据

2、库设计方法简介 1基于3NF的数据库设计方法 具体设计步骤为： 设计企业模型，从3NF关系模型出发画 出企业模型。 设计数据库的概念模型，将企业模型转 换成DBMS支持的概念模型，并根据概念模 型导出各个应用的外模型。 设计数据库的存储模型，即物理模型。 对物理模型进行评价。 数据库设计的实施。,2基于实体联系（E-R）的数据库设计 方法 3基于视图概念的数据库设计方法 合并时必须注意解决下列问题： 消除命名冲突。 消除实体和联系的冗余。 进行模型重构。在消除了命名冲突和冗 余后，需要对整个汇总模型进行调整，使其 满足全部完整性约束的条件。,3.1.3 数据库设计的内容 静态特性设计：是数据模

3、型的静态模型 模型与子模型的设计，又称为数据库的 结构特性设计，是根据给定的应用环境，设 计出数据库的数据模型（即数据结构）或数 据库模型。 动态特性设计：是在模型上的动态操作 应用程序设计，又称数据库行为特性设 计，是指确定数据库用户的行为和动作。, 静态特性设计与动态特性设计的关系： 考虑到使用方便和对数据库的性能改善，结 构特性必须适应行为特性，因此数据库设计 强调数据库的结构设计与行为设计应该统一。 数据库设计的人员应该具备多方面的知识和 技术： 计算机软、硬件基础知识和程序设计技 术 数据库基本知识和数据库设计技术 软件工程的原理和方法 数据库应用领域的知识,3. 2 数据库规划与需

4、求分析,3.2.1 数据库规划 一般需要考虑的因素有以下三个方面： 一个单位要处理的数据量巨大、专用 性强，但数据处理的方式简单规范。 数据库技术对数据的采集、管理人员 理活的动规范化以及最终用户的计算机应用 水平都有较高的要求。 数据库技术对计算机系统的软、硬件 要求较高，要有足够的内存空间、外存储容 量以及DBMS软件，这会导致数据处理的成 本增加。,3.2.2 需求分析 1调查用户的要求 信息调查主要有以下几个方面： 数据要求。从数据库中获得数据对象、 类型和来源等信息的内容、性质；导出数据 的要求，即在数据库中需存储哪些数据等。 处理要求。要完成什么样的数据处理， 对处理功能的响应时间

5、，处理方式是批处理 还是联机处理等。 完整性和一致性的要求。 安全性和可靠性的要求。,2调查的过程 了解企、事业组织情况，调查其组织 机构由哪些部门组成，各部门的职责是什么， 为分析信息流程做准备。 了解各部门的业务活动情况，调查各 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。 确定新系统的边界，确定哪些功能由 计算机完成，或将来准备由计算机完成，哪 些功能由人工完成，由计算机完成的功能就 是新系统应该实现的功能。,3数据处理方法 4调查分析系统功能 5数据字典 数据字典（Data Dictionary 简称DD） 数据字典的主要内容

6、数据项描述。 数据结构描述。 数据流。 数据存储。 处理过程。,6编写需求分析报告 需求分析报告的主要内容 需求分析报告应包括的内容如下： 系统概况、系统的目标、范围、功能、 历史背景和现状 系统的依据的原理和采用的技术，对 原有系统的改善 系统总体结构与子系统结构的关系说 明 系统的数据流图说明和系统功能说明 数据处理概要、工程体制和各个设计 阶段的划分 系统设计方案及其在经济、技术、功 能和操作上的可行性分析,3.3 概念模型设计,3.3.1 概念模型的作用 概念模型的作用是： 1提供能够识别和理解系统要求的框架。 2概念模型为数据库提供了一个说明性 的结构，为设计数据库的逻辑结构打下了基

7、 础。 能充分反映现实世界中的各种数据处 理要求，是现实世界的一个真实模型。, 表达自然、直观，容易理解，以 便和不熟悉计算机的用户进行交流，这是 保证数据库设计取得成功的关键。 易于修改与扩充。 能方便、快捷地向关系等数据模型 转换，是数据模型的基础。由于概念模型 独立于DBMS，因而转换后的数据模型也 就更加稳定。,3.3.2 建立E-R模型的方法 设计E-R模型的方法有以下4种： 自顶向下。 自底向上。 由里向外。 混合策略。 3.3.3 建立局部E-R模型 调整实体及其属性的基本的原则是： 实体及其属性之间的联系只能是1:n 或1:1的。 属性本身不能再有需要描述的性质或 与其它事物之

8、间具有联系。,3.3.4 全局概念E-R模型的设计 3.4 逻辑结构设计 首先，把概念型E-R模型转换成一般的关 系数据模型，然后再将关系数据模型转换成 特定的DBMS所支持的逻辑结构模型，如图 3.4所示。 图3.6 概念模型转换示意图,3.4.1 E-R模型向关系模型转换 1转换原则 一个实体型转换为一个关系框架，实 体的属性就是关系的属性，并应根据该关 系表达的语义确定关键字属性。 对于E-R模型中的联系，要根据其联系 方式的不同，采用不同的方式使这种联系能 够在关系的模型中实现。一个联系转换为一 个关系框架，与该联系相连的各实体的关键 字属性以及联系的属性转化为该关系的属性。,2具体做

9、法 将一个实体转换为一个关系 例如：将图3.5所示的E-R模型中的实体分别 转换成相应的关系模型如下： 供应商 （姓名，地址，电话，帐号， 姓名地址，姓名电话，姓名电话） 零件 （名称，规格，单价，名称规格， 名称单价） 仓库 （库名，主任，电话，库名主任， 库名电话）,图3.7 工厂的局部E-R模型,供应商,零件,仓库,地址,单价,规格,库名,供应,库存,姓名,帐号,供应量,名称,库存量,电话,主任,电话,m,n,m,1, 将一个联系转换为一个关系 图3.5中的E-R模型的联系“供应”，可以转 换的关系模型如下： 零件供应（姓名，名称，供应量， （姓名，名称）供应量） 两个实体间的联系是1:

10、n联系的E-R 模型转换为关系模型 一个实体对多个实体的E-R模型转换为关 系模型的方法有两种： 如图3.5所示的仓库与零件之间的联系 是1:n联系。仓库（库名，主任，电话， 库名主任，库名电话）,仓库（库名，主任，电话， 库名主任， 库名电话） 零件（名称，规格，单价，名称规格， 名称单价） 库存（名称，库名，库存量，（名称，库名） 库存量） 当两个实体之间是1:n联系时，还可以 将“1”方的关键字纳入“n”方实体对应的关系中 作为外来关键字，同时把联系的属性也纳入 “n”方对应的关系中。,转换后的关系数据模型为： 仓库（库名，主任，电话，库名主任， 库名电话） 零件（名称，规格，单价，库名

11、，库存量， 名称规格，名称单价，（名称， 库名）库存量） 将两个实体间的联系是m:n联系的 E-R模型转换为关系模型 图3.5所示供应商与零件之间是m:n联系。 将“供应商”和“零件”两个实体分别转换为对,应的关系，为了实现两者之间的联系，将联 系（“供应”）也转换成对应的关系： 供应商（姓名，地址，电话，帐号， 姓名地址，姓名电话，姓名电话） 零件（名称，规格，单价，名称规格， 名称单价） 供应（姓名，名称，供应量， （姓名，名称）供应量） 将一个实体内部存在m:n联系的E-R模 型转换为关系模型,零部件（编号，规格，名称，编号规格， 编号名称） 组装 （编号，装配件代号，数量， （编号，装

12、配件代号）数量） 将多个实体间存在m:n联系的E-R模型 转换为关系模型,图3.6 同一实体内部存在m:n联系的E-R模型,编号,名称,零部件,装配,数量,规格,m,n,3.4.2 关系规范化应用 优化时主要考虑以下三个方面： 在数据分析阶段用数据依赖的概念分析 和表示各数据项之间的联系 在设计概念结构阶段，用关系规范化去 消除E-R模型中的冗余联系 在E-R模型向数据模型转换的过程中， 用模式分解的概念和方法指导设计,优化的具体步骤是： 1确定数据之间的依赖关系 2用关系来表示E-R图中的每一个实体 3对实体之间的某些数据依赖进行极小化 处理 4用关系表示实体之间的联系 5对关系模式进行合并

13、或分解,3.4.3 关系模式优化 【例3.2】 设有职工关系模式TC，若经常进 行人事查询操作时，应怎样进行优化？ TC（编号，姓名，性别，年龄，职务，职称， 工资，工龄，住址，电话） 解：因为人事查询只对职工的“编号，姓名， 性别，年龄，职务，工资”感兴趣，所以对关 系模式TC“垂直分解”为TC1、TC2两个关系 模式，这样做既减少了每次查询所传递的数 据量，又提高了查询的速度。 TC1（编号，姓名，性别，年龄，职务，工 资）TC2（编号，职称，工龄，住址，电话）,3.5 数据库物理设计,3.5.1 物理设计主要的目标与要解决的问题 数据库物理设计的主要目标是： 提高数据库的性能 节省存储空

14、间 在数据库物理设计中要解决的问题是： 文件的组织方式和存取方法 索引项的选择，对哪些数据项建立索引， 才有利于提高处理效率 哪些数据存放在一起，有利于性能的提高 数据的压缩、分块技术 缓冲区的大小及其管理方式 文件在存储介质上的分配形式,3.5.2 物理设计的内容 物理设计的内容主要包括： 1确定数据存储结构 2索引与入口的设计 3确定数据存放形式 4确定系统的配置 5确保数据的安全性、完整性和一致性 3.6 数据库的实现 3.6.1 组织数据入库 3.6.2 数据库的试运行,3.7 数据库的运行与维护,运行与维护阶段的主要工作是： 1. 维护数据库的安全性、完整性控制以及数 据库的备份与恢

15、复 2. 对数据库的性能进行性能的监测、分析和 改进 3. 实施数据库的重组织和重构造 4. 增加新功能 5. 修正错误,3.8 数据库安全与保护,3.8.1 安全性控制 1. 访问控制 2. 用户标识与鉴别 鉴别用户身份，常用的方法有以下三种： 用只有用户知道的特定信息鉴别用户 用只有用户具有的物品鉴别用户 用户的个人特征鉴别用户 3授权 4数据加密 5跟踪审查,3.8.2 数据库完整性控制 数据库的完整性是指始终保持数据库中 的数据处在正确的状态，防止不符合语义的 错误数据进入和输出，同时还要使存储在不 同副本中的同一个数据保持一致，数据库的 结构不受破坏，具有正确性、有效性和一致 性。,1完整性被破坏的原因 操作人员或终端用户的错误或疏忽； 应用程序的（操作数据）错误； 数据库中并发操作控制不当； 由于数据冗余，引起某些数据在不同 副本中的不一致； DBMS或者操作系统出错； 系统中任何硬件（如CPU、磁盘、 通道、I/O设备等）出错。,2完整性规则 什么时候使用完整性规则进行检查 （又称规则的触发条件） 规定系统要检查什么样的错误 （又称规则的约束条件） 查出错误后