数据库技术与应用 教学课件 ppt 作者 第14章数据库设计

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1、第14章 数据库设计,本章学习目标,了解数据库系统的设计流程 理解数据库设计的基本概念、特点和方法。 掌握需求分析的主要任务和建立需求分析的方法。 理解概念结构设计的含义，掌握概念结构设计的方法与步骤。 理解逻辑结构设计的概念，掌握概念模型向关系模型转换的方法。 理解物理结构设计的目标和主要内容。 了解数据库实施、运行和维护的基本内容和方法。,本章概述,数据库设计是数据库应用系统开发中的关键问题，包括数据库结构设计和应用软件设计。数据库结构设计目的是设计一个优化的数据库逻辑结构和物理结构，既能满足用户的应用要求，又能提供一个简洁、高效、规范合理的数据库。数据库应用软件设计主要解决应用系统的用户

2、界面、输入/输出接口、数据库处理功能的设计与实现。本章重点关注数据库结构设计的方法与技术。为简化表述，后续章节中的数据库设计指的就是数据库结构设计。 本章详细介绍数据库设计需要经历的6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、数据库实施和数据库的运行及维护。,主要内容,14.1 数据库设计概述,14.3 概念结构设计,14.4 逻辑结构设计,14.2 需求分析,14.5 物理结构设计,14.6 数据库的实施,14.1 数据库设计概述,PowerDesigner版本较多。2008年11月，Sybase PowerDesigner 15正式上市，它是一款企业级一体化的建模和设计解

3、决方案，可快速、稳定地构建和简化业务流程。本章主要介绍PowerDesigner 15.1。,数据库设计是根据某一特定的用户需求及一定的计算机软硬环件境，设计并优化数据库的逻辑结构和物理结构，建立高效、安全的数据库，为数据库应用系统的开发和运行提供良好的平台。目前，一个国家的数据库建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量这个国家信息化程度的重要标志之一。 广义的讲，数据库设计是数据库及其应用系统的设计，即设计整个数据库应用系统；狭义的讲就是设计数据库的各级模式并建立数据库，这是数据库应用系统设计的一部分。本章的重点是讲解狭义的数据库设计。数据库设计的一般定义：数据库设计是指对于一个给定

4、的应用环境，构造(设计)优化的数据库逻辑结构和物理结构，并据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储和管理数据，满足各种用户的应用需求，包括信息管理要求和数据操作要求。 在数据库系统中，其基础和核心是数据库，因此开发好一个数据库系统，关键的问题在于数据库的设计和构造。,14.1.1 数据库设计的特点,数据库设计的特点主要表现在设计过程中的两个“结合”方面。 硬件、软件和干件的结合 “干件”是技术和管理的界面。数据库设计既是一项涉及多学科的综台性技术，又是一项庞大的工程项目。“三分技术，七分管理，十二分基础数据”是数据库设计的特点之一。在数据库建设中不仅涉及硬件平台、软件技术，还涉及管理。要

5、建设一个大型的数据库应用系统，好的平台及开发技术固然重要，但是相比之下管理更加重要。这里的管理不仅仅包括数据库设计作为一个大型的工程项目本身的管理，而且还包括该企业的业务管理。 结构设计和行为处理的结合。 结构设计是指数据库的模式结构设计，包括概念结构、逻辑结构和存储结构；行为处理是指应用程序设计，包括功能组织、流程控制等方面的设计。在早期传统的数据库应用系统开发过程中，常常把结构设计和行为处理分离开来，重视行为处理，忽视结构设计，只要有可能就尽量推迟结构设计，这种方法对于数据库设计显然是不妥的。 数据库设计应该和应用系统设计相结合，也就是说，整个设计过程中要把结构(数据)设计和行为(处理)设

6、计密切结合起来，两者相互参照进行。,14.1.2 数据库设计的方法,大型数据库的设计是一项庞大的工程项目，需要科学理论和工程方法作为指导，否则，工程的质量就难以保证。因此，人们一直在探索合理、有效的数据库设计方法。归纳起来可分为三类：直观设计法、规范设计法和计算机辅助设计法。 1.直观设计法 该方法是最早使用的数据库设计方法。这种方法主要采用手工和经验，设计的质量往往与设计人员的经验和水平有直接关系。数据库设计成为一种技艺，缺乏科学理论和工程方法的支持，工程的质量难以保证，常常是数据库运行一段时问后又不同程度地发现各种问题，增加了系统维护的代价。这种方法带有很大的主观性和非规范性，难以适应信息

7、系统发展的需要。,14.1.2 数据库设计的方法,2.规范设计法 规范设计法将数据库设计划分为若干阶段，明确规定各阶段的任务，采用“自顶向下，分层实现、逐步求精”的设计原则，结合数据库理论和软件工程设计方法，控制设计过程的每一细节，实现规范化数据库设计。常见的方法有： (1) 新奥尔良方法 该方法将数据库设计分为四个阶段：需求分析(分析用户要求)、概念结构设计(信息分析和定义)、逻辑结构设计(设计实现)和物理结构设计(物理数据库设计)，如图14-1所示。,图14-1 新奥尔良方法的数据库设计步骤,14.1.2 数据库设计的方法,(2) 基于E-R模型的数据库设计方法 其基本思想是在需求分析的基

8、础之上，用E-R图构造一个反映现实世界实体之间联系的企业模式，然后再将此模式转换成某一特定DBMS的概念模式。该方法是数据库概念结构设计阶段广泛采用的方法。 (3) 基于3NF(第三范式)的设计方法 该方法用关系数据理论来指导设计数据库的逻辑模型，其基本思想是在需求分析的基础之上，确定数据库模式中的全部属性及其属性间的依赖关系，将它们组织在一个单一的关系模式中，然后将其投影分解，消除其中不符合3NF的约束条件，规范成若干个3NF关系模式的集合。在数据库的逻辑结构设计阶段，该方法是一种有效的方法。 (4) ODL设计方法 ODL(Object Definition Language)方法是面向对

9、象的数据库设计方法。该方法用面向对象的概念和术语说明数据库结构。ODL可以描述面向对象数据库结构设计，可以直接转换为面向对象的数据库。,14.1.2 数据库设计的方法,3.计算机辅助设计法 计算机辅助数据库设计通过人机交互的方式帮助设计者更好地进行数据库设计。一方面能充分利用计算机的速度快、容量大、自动化程度高的特点，来完成比较规则、重复性大的设计工作；另一方面又能充分发挥设计者的技术和经验，做出一些重大的决策。目前许多计算机辅助设计工程(Computer Aided Software Engineering，CASE)工具可以用来帮助设计人员完成数据库设计的一些工作。如Oracle公司的Or

10、acle Designer，Sybase公司的PowerDesigner，Rational公司的Rational Rose，CA公司的Erwin和Bpwin等。这些工具软件可以自动地完成或辅助设计人员完成数据库设计过程中的很多任务。,14.1.3 数据库设计的步骤,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(如图14-2所示)：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、数据库运行和维护。,图14-2数据库设计的6个阶段,14.1.3 数据库设计的步骤,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对系统的信息需求和处理需

11、求，并建立系统说明文档。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步，但也是最重要的一步。需求分析做得是否充分与准确，决定了数据库设计的速度与质量。需求分析做得不好，甚至会导致整个数据库设计返工重做。 需求说明书是需求分析阶段的成果，也是后续阶段设计的依据。 2.概念结构设计阶段 概念结构设计是整个数据库设计的关键，它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。一般使用E-R图来表示数据与数据之间的联系。,14.1.3 数据库设计的步骤,3.逻辑结构设计阶段 逻辑结构设计是将概念模型转换为某个DBMS所支持的数据模型，并对其进行优化。 4.物理结构设计

12、阶段 数据库物理结构设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构，主要包括数据的存储结构和存取方法。 5.数据库实施阶段 在数据库实施阶段，设计人员运用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。 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。投入运行后由DBA来承担数据库系统的日常维护。,14.1.4 数据库设计过程中的各级模式,在数据库的设计过程中，数据库结构设计的不同阶段形成数据库的各级模式，如图14-3所示。需求分

13、析阶段，综合各个用户的应用需求；在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，在本章中就是E-R图；在逻辑设计阶段将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；在物理设计阶段，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。,14.2 需求分析,数据定义,图14-3 数据库设计中的各级模式,需求分析是整个数据库设计中的最重要的步骤之一，是后续各阶段的基础。简单地说就是从各方面对整个组织进行调查，分析用户的要求。

14、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。,14.2.1 需求分析的任务,数据定义,需求分析阶段由计算机工作人员也就是系统分析员和用户双方共同完成，通过收集数据库所需要的信息内容和用户对数据处理的需求，与用户达成共识，然后再分析和表达这些需求，为完成需求说明书进行必要的准备工作。需求分析阶段的主要内容和形成的结果文件分别可以描述如下。 1.搜集资料，进行用户活动分析，完成业务流程图 了解用户当前业务活动和职能，理解相关业务流程。当一个处理过程比较复杂时，需要将相应处理分解为若干个子处理，使每一个子处

15、理的功能确定、界面清楚，在此基础上产生业务流程图。 在收集信息的过程中，需要具体定义所设计的数据库系统用到的所有信息，确定用户将要向数据库输入什么样的数据以及将要从数据库获得哪些输出信息，即确定在数据库中需要存储的数据、对这些数据做出的处理和数据之间的联系。 对每一个处理过程，需要定义用户要完成的处理功能，对处理的响应时间的要求以及处理的方式是批处理还是联机处理。,14.2.1 需求分析的任务,数据定义,2.进行系统范围分析，完成系统关联图 确定整个需求的数据范围。了解系统所需要考虑的数据边界和不属于系统考虑的数据范围，由此建立整个系统的数据边界。数据边界确立了整个系统所注释的目标与对象，建立

16、了整个数据领域所涉及的范围。在确定数据领域范围时，涉及到了安全性和完整性两个需求，安全性要求描述系统中不同用户对数据库的使用和操作情况；完整性要求描述数据之间的关联关系以及数据的取值范围要求，即数据边界。 3.进行所涉及数据的分析，完成数据流程图 深入分析用户业务处理过程，以数据流图(Data Flow Diagram, DFD)形式表示数据走向和对数据进行的加工。DFD作为从“数据”和“数据加工”两方面表达数据处理系统工作的一种图形表示方法，具有直观、易于理解等优势。,14.2.1 需求分析的任务,数据定义,4.进行系统数据分析，完成数据字典 数据字典(Data Dictionary，DD)提供了对各类数据描述的集中管理，是一种数据分析、系统设计和管理的有力工具。完成数据字典能完整地反映系统需求。 5.用户确认 需求分析得到的数据流图和数据字典要返回给用户，通过反复完善，最终要获得用户的认可。确定用户的最终需求是一件很困难的事，其困难之处不在于技术上，而在于要了解、分析、表达客观世界并非易事，需要设计人员不断深入地与用户交流，才能逐步确定用户的