计算机软件及应用数据库系统设计课件

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1、数据库原理及应用数据库原理及应用王飞 主编 曾俊国 陈永彬 蔡方凯 副主编荣智涛 主审 中国水利水电出版社主讲：计算机软件及应用 数据库系统设计第六章 数据库设计6.1 6.1 数据库设计概述数据库设计概述6.2 6.2 需求分析需求分析6.3 6.3 概念结构设计概念结构设计6.4 6.4 逻辑结构设计逻辑结构设计6.5 6.5 数据库的物理设计数据库的物理设计6.6 6.6 数据库实施和维护数据库实施和维护6.7 6.7 疑难问题解答疑难问题解答 6.8 6.8 小结小结计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计概述 在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为在数据库领域内，常常把使

2、用数据库的各类系统统称为数据库数据库应用系统应用系统。例如：各种管理信息系统，电子政务系统例如：各种管理信息系统，电子政务系统 什么是数据库设计什么是数据库设计 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，使之能够有效地存储数库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，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作要求计算机软件及应用 数据库系统设计6.1.1数据库设计的任务、内容和特数据库设计的任务、内容和特点点 三分技术，七分

3、管理，十二分基础数据三分技术，七分管理，十二分基础数据 管理管理 数据库建设项目本身的项目管理数据库建设项目本身的项目管理 企业（即应用部门）的业务管理企业（即应用部门）的业务管理 基础数据基础数据 数据的收集、整理、组织和不断更新数据的收集、整理、组织和不断更新 结构（数据）设计和行为（处理）设计相结合结构（数据）设计和行为（处理）设计相结合 结构（数据）设计：设计数据库框架或数据库结构结构（数据）设计：设计数据库框架或数据库结构 行为（处理）设计：设计应用程序、事务处理等行为（处理）设计：设计应用程序、事务处理等计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计的任务数据库设计的任务数据库设计是对

4、于给定的应用环境，构造一个性能良好的，能满足用户使用需求的、有能被特定的DBMS所接受的数据库模式。按照该数据库模式建立的数据库系统，应当能够完整地反映现实世界中事物及事物间的联系；能够有效地进行数据存储；能够方便地进行各种数据检索和处理操作；并且有利于进行数据维护和数据控制管理工作。 计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计的内容数据库设计的内容（1）数据库的结构特性设计（2）数据库的行为特性设计（3）数据库的物理模式设计计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计的特点数据库设计的特点（1）数据库建设是硬件、软件和干件的结合（2）数据库设计应该和应用系统设计相结合计算机软件及应用 数据库系

5、统设计6.1数据库系统设计方法数据库系统设计方法直观设计法（手工试凑法）直观设计法（手工试凑法）规规范设计法范设计法计算机辅助设计法计算机辅助设计法计算机软件及应用 数据库系统设计6.1.3 数据库设计的基本步骤一、数据库设计的准备工作一、数据库设计的准备工作 选定参加设计的人员选定参加设计的人员1. 1. 系统分析和数据库设计人员系统分析和数据库设计人员数据库设计的核心人员数据库设计的核心人员自始至终参与数据库设计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其水平决定了数据库系统的质量计算机软件及应用 数据库系统设计6.1.3数据库设计的基本步骤2. 2. 用户和数据库管理员用户和数据

6、库管理员在数据库设计中也是举足轻重的在数据库设计中也是举足轻重的主要参加需求分析和数据库的运行维护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用户积极参与带来的好处 加速数据库设计加速数据库设计 提高数据库设计的质量提高数据库设计的质量3. 3. 程序员程序员在系统实施阶段参与进来，负责编制程序在系统实施阶段参与进来，负责编制程序计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计的基本步骤（续）二、数据库设计的过程二、数据库设计的过程( (六个阶段六个阶段) ) 需求分析阶段需求分析阶段准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）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

7、最困难、最耗费时间的一步是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步概念结构设计阶段概念结构设计阶段是整个数据库设计的关键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，形成一个独立于具体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DBMSDBMS的概念模型的概念模型计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计的基本步骤（续） 逻辑结构设计阶段逻辑结构设计阶段将概念结构转换为某个将概念结构转换为某个DBMSDBMS所支持的数据模型所支持的数据模型对其进行优化对其进行优化数据库物理设计阶段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为逻辑数据模型选取一个

8、最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）（包括存储结构和存取方法）计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计的基本步骤（续）数据库实施阶段数据库实施阶段运用运用DBMSDBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果物理设计的结果 建立数据库建立数据库 编制与调试应用程序编制与调试应用程序 组织数据入库组织数据入库 并进行试运行并进行试运行数据库运行和维护阶段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。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

9、改。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。计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计的基本步骤（续） 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。复。需要指出的是，这个设计步骤既是需要指出的是，这个设计步骤既是数据库设计数据库设计的过程，也包括的过程，也包括了了数据库应用系统数据库应用系统的设计过程。的设计过程。 计算机软件及应用 数据库系统设计IPO表输入：输出：处理：CreatLoadMain()ifthenend分区1分区2概念结概念结构设计构设计逻辑逻辑结构结构设计设计物理物理设计设计设设计计阶阶段

10、段设设计计描描述述数数据据处处理理需需 求求分分析析数据字典、全系统中数据项、数据字典、全系统中数据项、数据流、数据存储的描述数据流、数据存储的描述数数据据流流图图和和判判定定表表（判判定定树树）、数数据据字典中处理过程的描述字典中处理过程的描述概念模型（概念模型（E-R图）图）数据字典数据字典系统说明书包括：系统说明书包括：新系统要求、新系统要求、方案和概图方案和概图反映新系统信息反映新系统信息流的数据流图流的数据流图某种数据模型某种数据模型关系关系非关系非关系系统结构图系统结构图（模块结构）（模块结构）存储安排存储安排方法选择方法选择存取路径建立存取路径建立模块设计模块设计IPO表表实施实

11、施阶段阶段编写模式编写模式装入数据装入数据数据库试运行数据库试运行程序编码、程序编码、编译联结、编译联结、测试测试运运行行、维护维护性能监测、转储性能监测、转储/恢复恢复数据库重组和重构数据库重组和重构新新旧旧系系统统转转换换、运运行行、维维护护（修修正正性性、适适应应性、改善性维护）性、改善性维护）计算机软件及应用 数据库系统设计数据库设计过程中的各级模式数据库设计不同阶段形成的数据库各级模式数据库设计不同阶段形成的数据库各级模式计算机软件及应用 数据库系统设计第六章 数据库设计6.1 6.1 数据库设计概述数据库设计概述6.2 6.2 需求分析需求分析6.3 6.3 概念结构设计概念结构设

12、计6.4 6.4 逻辑结构设计逻辑结构设计6.5 6.5 数据库的物理设计数据库的物理设计6.6 6.6 数据库实施和维护数据库实施和维护6.7 6.7 疑难问题解答疑难问题解答 6.8 6.8 小结小结计算机软件及应用 数据库系统设计需求分析 需求分析就是分析用户的需要与要求需求分析就是分析用户的需要与要求 需求分析是设计数据库的起点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计算机软件及应用

13、数据库系统设计6.2.1 需求分析的任务一、需求分析的任务 通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分分了解原系统了解原系统（手工系统或计算机系统）（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各工作概况，明确用户的各种需求种需求 在此基础上在此基础上确定新系统的功能确定新系统的功能。新系统必须充分考虑今后可能的扩。新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变，不能仅仅按当前应用需求来设计数据库充和改变，不能仅仅按当前应用需求来设计数据库计算机软件及应用 数据库系统设计6.2.1 需求分析的任务一、需求分析的任务一、需求分析的

14、任务 需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数据管理中的需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完信息要求、处理要求、安全性与完整性要求整性要求。 信息要求信息要求用户需要从数据库中获得信息的内容与性质用户需要从数据库中获得信息的内容与性质由用户的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由用户的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 处理要求处理要求要完成什么处理功能要完成什么处理功能对处理的响应时间的要求对处理的响应时间的要求对处理方式的要求对处理方式的要求( (批处理批处理 / / 联机处理联机处理) ) 安全性与完整性要

15、求。安全性与完整性要求。计算机软件及应用 数据库系统设计6.2.2 需求分析的方法 进行需求分析首先是调查清楚用户的实际需求，与用户达成共识。进行需求分析首先是调查清楚用户的实际需求，与用户达成共识。 然后进一步分析与表达这些需求。然后进一步分析与表达这些需求。 调查组织机构情况调查组织机构情况 了解该组织的部门组成情况了解该组织的部门组成情况 各部门的职责等各部门的职责等 调查各部门的业务活动情况。调查重点之一。调查各部门的业务活动情况。调查重点之一。 各个部门输入和使用什么数据各个部门输入和使用什么数据 如何加工处理这些数据如何加工处理这些数据 输出什么信息输出什么信息 输出到什么部门输出

16、到什么部门 输出结果的格式是什么输出结果的格式是什么计算机软件及应用 数据库系统设计6.2.2 需求分析的方法 在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求。调在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求。调查重点之二。查重点之二。 信息要求信息要求 处理要求处理要求 完全性与完整性要求完全性与完整性要求 对前面调查的结果进行初步分析对前面调查的结果进行初步分析确定新系统的边界确定新系统的边界 确定哪些功能由计算机完成或将来准备让计算机完成确定哪些功能由计算机完成或将来准备让计算机完成 确定哪些活动由人工完成确定哪些活动由人工完成 由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能

17、。由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能。计算机软件及应用 数据库系统设计6.2.2 需求分析的方法二、常用调查方法二、常用调查方法 跟班作业跟班作业通过亲身参加业务工作了解业务活动的情况通过亲身参加业务工作了解业务活动的情况能比较准确地理解用户的需求，但比较耗时能比较准确地理解用户的需求，但比较耗时开调查会开调查会通过与用户座谈来了解业务活动情况及用户需求通过与用户座谈来了解业务活动情况及用户需求请专人介绍请专人介绍计算机软件及应用 数据库系统设计常用调查方法（续）询问询问 对某些调查中的问题，可以找专人询问对某些调查中的问题，可以找专人询问设计调查表请用户填写设计调查表请用户填写 如果

18、调查表设计合理，则很有效，且易于为用户接受如果调查表设计合理，则很有效，且易于为用户接受查阅记录查阅记录 查阅与原系统有关的数据记录查阅与原系统有关的数据记录 做需求调查时，往往需要同时采用上述多种方法，无论使用何种调查方做需求调查时，往往需要同时采用上述多种方法，无论使用何种调查方法，都必须有用户的积极参与和配合法，都必须有用户的积极参与和配合计算机软件及应用 数据库系统设计6.2.2 需求分析的方法三、进一步分析和表达用户需求 分析和表达用户的需求分析和表达用户的需求常用的方法为：常用的方法为：结构化分析方法结构化分析方法（Structured AnalysisStructured Ana

19、lysis，简称，简称SASA方法）方法） 从最上层的系统组织机构入手从最上层的系统组织机构入手 自顶向下、逐层分解分析系统自顶向下、逐层分解分析系统计算机软件及应用 数据库系统设计进一步分析和表达用户需求（续）1 1首先把任何一个系统都抽象为：首先把任何一个系统都抽象为：数据流数据流数据存储数据来源处理数据输出计算机软件及应用 数据库系统设计进一步分析和表达用户需求（续）2 2分解处理功能和数据分解处理功能和数据 (1)(1)分解处理功能分解处理功能将处理功能的具体内容分解为若干子功能将处理功能的具体内容分解为若干子功能 (2)(2)分解数据分解数据处理功能逐步分解同时，逐级分解所用数据，形

20、成若干层次的处理功能逐步分解同时，逐级分解所用数据，形成若干层次的数据数据流图流图 (3)(3)表达方法表达方法 处理逻辑：用判定表或判定树来描述处理逻辑：用判定表或判定树来描述 数据：用数据字典来描述数据：用数据字典来描述3 3将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可计算机软件及应用 数据库系统设计需分析过程需求分析过程计算机软件及应用 数据库系统设计6.2.3 需求分析文档需求分析文档1.1.数据流程图数据流程图数据流程图数据流程图数数数数据据据据流流流流程程程程图图图图（DFD DFD ,Data ,Data Flow Flow DiagramDi

21、agram）是是是是一一一一种种种种描描描描述述述述系系系系统统统统逻逻逻逻辑辑辑辑模模模模型型型型的的的的工工工工具具具具，用用用用来来来来表表表表示示示示系系系系统统统统中中中中数数数数据据据据的的的的流流流流动动动动、变变变变换换换换和存储，表达数据和处理过程的关系。和存储，表达数据和处理过程的关系。和存储，表达数据和处理过程的关系。和存储，表达数据和处理过程的关系。计算机软件及应用 数据库系统设计数据字典数据字典数据流图表达了数据和处理的关系，数据字典则是系统中各类数据描述的集合，是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要成果。数据字典是关于数据库中数据的描述，即元数据而不是数据本身。

22、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 计算机软件及应用 数据库系统设计数据字典的用途 数据字典是各类数据描述的集合数据字典是各类数据描述的集合 数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果主要结果 数据字典在数据库设计中占有很重要的地位数据字典在数据库设计中占有很重要的地位计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容 数据字典的内容数据字典的内容数据字典的内容数据字典的内容 数据项数据项数据项数据项 数据结构数据结构数据结构数据结构 数据流数据流数据流数据流 数据存储数据存储数据存储数据存储 处理过程

23、处理过程处理过程处理过程计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容 数据项数据项 数据项是不可再分的数据单位数据项是不可再分的数据单位 对数据项的描述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，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长度，取值范围，取值含义，与其他数据项的逻辑关系 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 数据结构数据结构 数据结构反映了数据之间的组合关系。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

24、若干个数据项组成，也可以由若干个数据结构组成，或由一个数据结构可以由若干个数据项组成，也可以由若干个数据结构组成，或由若干个数据项和数据结构混合组成。若干个数据项和数据结构混合组成。 对数据结构的描述对数据结构的描述数据结构描述数据结构名，含义说明，组成数据结构描述数据结构名，含义说明，组成: :数据项或数据结数据项或数据结 构构计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容 数据流数据流 数据流是数据结构在系统内传输的路径。数据流是数据结构在系统内传输的路径。 对数据流的描述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，数据流描述数据流名，说明，数据流来源，数据流去向，

25、 组成组成: :数据结构，平均流量，高峰期流量数据结构，平均流量，高峰期流量数据流来源是说明该数据流来自哪个过程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）里的传输次平均流量是指在单位时间（每天、每周、每月等）里的传输次数数高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容 数据存储数据存储 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。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

26、之一。 对数据存储的描述对数据存储的描述数据存储描述数据存储名，说明，编号，流入的数据流数据存储描述数据存储名，说明，编号，流入的数据流 ， 流出的数据流流出的数据流 ， 组成：数据结构，数据量，存取频度，存取方式组成：数据结构，数据量，存取频度，存取方式流入的数据流：指出数据来源流入的数据流：指出数据来源流出的数据流：指出数据去向流出的数据流：指出数据去向数据量：每次存取多少数据，每天（或每小时、每周等）存取几次等数据量：每次存取多少数据，每天（或每小时、每周等）存取几次等信息信息存取方法：批处理存取方法：批处理 / / 联机处理；检索联机处理；检索 / / 更新；顺序检索更新；顺序检索 /

27、 / 随机检随机检索索计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容 处理过程处理过程 处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息中只需要描述处理过程的说明性信息 处理过程说明性信息的描述处理过程说明性信息的描述处理过程描述处理过程名，说明，处理过程描述处理过程名，说明， 输入输入: :数据流，输出数据流，输出: :数据流，数据流， 处理处理: :简要说明简要说明计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容例：学生学籍管理子系统的数据字典。例：学生学籍管理子系统的数据字典。 数据

28、项数据项，以，以“ “学号学号” ”为例：为例： 数据项：学号数据项：学号 含义说明：唯一标识每个学生含义说明：唯一标识每个学生 别名：学生编号别名：学生编号 类型：字符型类型：字符型 长度：长度：8 8 取值范围：至取值范围：至 取值含义：前两位标别该学生所在年级，取值含义：前两位标别该学生所在年级， 后六位按顺序编号后六位按顺序编号计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容数据结构数据结构 以以“ “学生学生” ”为例为例 “ “学生学生” ”是该系统中的一个核心数据结构：是该系统中的一个核心数据结构： 数据结构：学生数据结构：学生 含义说明：是学籍管理子系统的主体数据结含义说明：

29、是学籍管理子系统的主体数据结 构，定义了一个学生的有关信息构，定义了一个学生的有关信息 组成：组成： 学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容数据流数据流“ “体检结果体检结果” ”可如下描述：可如下描述： 数据流：体检结果数据流：体检结果 说明：学生参加体格检查的最终结果说明：学生参加体格检查的最终结果 数据流来源：体检数据流来源：体检 数据流去向：批准数据流去向：批准 组成：体检的各项结果和总结果组成：体检的各项结果和总结果 平均流量：平均流量：5050次次/ /天天 高峰期流量：高峰期流量：200200次次

30、/ /天天计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容数据存储数据存储 “ “学生登记表学生登记表” ”可如下描述：可如下描述： 数据存储：学生登记表数据存储：学生登记表 说明：记录学生的基本情况说明：记录学生的基本情况 输入的数据流：学生基本信息输入的数据流：学生基本信息 输出的数据流：学生基本信息输出的数据流：学生基本信息 组成：需要统计的各项学生信息组成：需要统计的各项学生信息 数据量：每年数据量：每年30003000张张 存取方式：随机存取存取方式：随机存取 计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据字典的内容处理过程处理过程“ “分配宿舍分配宿舍” ”可如下描述：可如下描述：处理

31、过程：分配宿舍处理过程：分配宿舍说明：为所有新生分配学生宿舍说明：为所有新生分配学生宿舍输入：学生，宿舍，输入：学生，宿舍，输出：宿舍安排输出：宿舍安排处理：在新生报到后，为所有新生分配学生宿舍。要求同一间处理：在新生报到后，为所有新生分配学生宿舍。要求同一间 宿舍只能安排同一性别的学生，同一个学生只能安排在一个宿舍只能安排同一性别的学生，同一个学生只能安排在一个 宿舍中。宿舍中。每个学生的居住面积不小于每个学生的居住面积不小于3 3平方米。安排新生宿平方米。安排新生宿 舍其处理时间应舍其处理时间应不超过不超过1515分钟。分钟。 计算机软件及应用 数据库系统设计第四章 数据库设计6.1 6.

32、1 数据库设计概述数据库设计概述6.2 6.2 需求分析需求分析6.3 6.3 概念结构设计概念结构设计6.4 6.4 逻辑结构设计逻辑结构设计6.5 6.5 数据库的物理设计数据库的物理设计6.6 6.6 数据库实施和维护数据库实施和维护6.7 6.7 疑难问题解答疑难问题解答 6.7 6.7 小结小结计算机软件及应用 数据库系统设计6.3.1 概念结构 什么是概念结构设计什么是概念结构设计 将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型概念模型的过的过程就是概念结构设计程就是概念结构设计 概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更独立概念结构

33、是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定。于机器、更抽象，从而更加稳定。 概念结构设计是整个数据库设计的关键概念结构设计是整个数据库设计的关键计算机软件及应用 数据库系统设计概念结构（续）现实世界现实世界机器世界机器世界信息世界信息世界需求分析需求分析概念结构设计概念结构设计描述概念模型的工具：E-R模型计算机软件及应用 数据库系统设计概念结构的特点概念结构的特点 (1) (1) 能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物之间的联系，能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物之间的联系，能满足用户对数据的处理要求。是对现实世界的一个真实模型。能满足用户对数据的处

34、理要求。是对现实世界的一个真实模型。 (2) (2) 易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机的用户交换意见，用易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机的用户交换意见，用户的户的 积极参与是数据库的设计成功的关键。积极参与是数据库的设计成功的关键。 (3) (3) 易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修改和扩充。改和扩充。 (4) (4) 易于向数据模型转换。易于向数据模型转换。 计算机软件及应用 数据库系统设计概念结构设计策略概念结构设计策略设计概念结构的四类方法（1 1）自顶向下）自顶向下 首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细

35、化首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化（2 2）自底向上）自底向上 首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构起来，得到全局概念结构计算机软件及应用 数据库系统设计概念结构设计策略概念结构设计策略（3 3）逐步扩张）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，直至总体概念结构方式逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构（4 4）混合策略）混合策略 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将自顶向下和自底向上相结

36、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。部概念结构。计算机软件及应用 数据库系统设计基于基于E-R模型方法的概念结构设模型方法的概念结构设计步骤计步骤计算机软件及应用 数据库系统设计一、数据抽象 什么是数据抽象什么是数据抽象 概念结构是对现实世界的一种抽象。概念结构是对现实世界的一种抽象。 抽象抽象是从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特是从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节，把这些特性用各种概念精确地加性，忽略非本质的细节，把这些特性用各种概念精确

37、地加以描述，这些概念组成了某种模型以描述，这些概念组成了某种模型计算机软件及应用 数据库系统设计数据抽象（续）三种常用抽象1. 分类（Classification）定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。这些对定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。这些对象具有某些共同的特征和行为。象具有某些共同的特征和行为。抽象了对象抽象了对象值和型值和型之间的之间的“ “is member ofis member of” ”的语义的语义计算机软件及应用 数据库系统设计数据抽象（续）计算机软件及应用 数据库系统设计数据抽象（续）2. 聚集（Aggregation）定义某一类型的组成成分定义某一类型的

38、组成成分抽象了对象内部类型和成分之间抽象了对象内部类型和成分之间“ “is part ofis part of” ”的语义的语义计算机软件及应用 数据库系统设计数据抽象（续）聚集计算机软件及应用 数据库系统设计数据抽象（续）3. 概括（Generalization）定义类型之间的一种子集联系定义类型之间的一种子集联系抽象了类型之间的抽象了类型之间的“ “is subset ofis subset of” ”的语义的语义 计算机软件及应用 数据库系统设计数据抽象（续）计算机软件及应用 数据库系统设计数据抽象（续） 数据抽象的用途数据抽象的用途对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织（聚集），形对

39、需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织（聚集），形成成 实体实体 实体的属性，标识实体的码实体的属性，标识实体的码 确定实体之间的联系类型确定实体之间的联系类型(1:1(1:1，1:n1:n，m:n)m:n)计算机软件及应用 数据库系统设计二、局部视图设计设计分E-R图的步骤:1、选择局部应用2、逐一设计分E-R图计算机软件及应用 数据库系统设计1 1选择局部应用 根据某个系统的具体情况，在多层的数据流图中选择一个适当层次根据某个系统的具体情况，在多层的数据流图中选择一个适当层次的数据流图，作为设计分的数据流图，作为设计分E-RE-R图的触发点图的触发点 通常以中层数据流图作为设计分通常以中层

40、数据流图作为设计分E-RE-R图的依据。原因：图的依据。原因：高层数据流图只能反映系统的概貌高层数据流图只能反映系统的概貌中层数据流图能较好地反映系统中各局部应用的子系统组成中层数据流图能较好地反映系统中各局部应用的子系统组成低层数据流图过细低层数据流图过细计算机软件及应用 数据库系统设计 逐一设计分E-R图设计分E-R图的任务标定局部应用中的实体、属性、码，实体间的联系标定局部应用中的实体、属性、码，实体间的联系 将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取出来，将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取出来，参照数据流图，标定各局部应用中的实体、实体的属参照数据流图，标定各局部应用中的实体、

41、实体的属性、标识实体的码，确定实体之间的联系及其类型性、标识实体的码，确定实体之间的联系及其类型（1:11:1，1:n1:n，m:nm:n）计算机软件及应用 数据库系统设计逐一设计分E-R图（续） 如何抽象实体和属性如何抽象实体和属性实体实体：现实世界中一组具有某些共同特性和行为的对象就可：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。对象和实体之间是以抽象为一个实体。对象和实体之间是“ “is member ofis member of的关的关系。系。 例：在学校环境中，可把张三、李四等对象抽象为学生实体。例：在学校环境中，可把张三、李四等对象抽象为学生实体。计算机软件及应

42、用 数据库系统设计逐一设计分E-R图（续）属性属性：对象类型的组成成分可以抽象为实体的属性。组成：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成分与对象类型之间是“ “is part ofis part of的关系。的关系。例：学号、姓名、专业、年级等可以抽象为学生实体的属性。例：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。其中学号为标识学生实体的码。计算机软件及应用 数据库系统设计逐一设计分E-R图（续） 如何区分实体和属性如何区分实体和属性实体与属性是相对而言的实体与属性是相对而言的。同一事物，在一种应用环境中作。同一事物，在一种应用环

43、境中作为为“ “属性属性” ”，在另一种应用环境中就必须作为，在另一种应用环境中就必须作为“ “实体实体” ”。例：学校中的系，在某种应用环境中，它只是作为例：学校中的系，在某种应用环境中，它只是作为“ “学生学生” ”实体的一个属性，表明一个学生属于哪个系；而在另一种环实体的一个属性，表明一个学生属于哪个系；而在另一种环境中，由于需要考虑一个系的系主任、教师人数、学生人数、境中，由于需要考虑一个系的系主任、教师人数、学生人数、办公地点等，这时它就需要作为实体了。办公地点等，这时它就需要作为实体了。计算机软件及应用 数据库系统设计逐一设计分E-R图（续）一般原则一般原则 属性不能再具有需要描述

44、的性质。即属性必须是不可分的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，不能再由另一些属性组成。数据项，不能再由另一些属性组成。 属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。为了简化为了简化E-RE-R图的处置，现实世界中的事物凡能够作为属性对待的，图的处置，现实世界中的事物凡能够作为属性对待的，应尽量作为属性应尽量作为属性。计算机软件及应用 数据库系统设计例如：病人是一个实体，住院号、姓名、年龄是病人的属性，当病房没有需要进一步描述的特性时病房

45、也可以是病人的一个属性，但是当病房要与医生实体集发生联系，即一个医生负责几个病房时，病房就应该作为一个实体 计算机软件及应用 数据库系统设计计算机软件及应用 数据库系统设计 例例例例6.1 6.1 设有如下实体。设有如下实体。 学生：学号、姓名、性别、年龄、籍贯。学生：学号、姓名、性别、年龄、籍贯。 课程：课号、课名、学分、学时、开课系、任课教师号。课程：课号、课名、学分、学时、开课系、任课教师号。 教师：教师号、姓名、性别、职称、所在系。教师：教师号、姓名、性别、职称、所在系。 系：系号、系名、电话。系：系号、系名、电话。 上述实体有如下的联系：上述实体有如下的联系： （1 1）一个学生可选

46、修多门课程，一门课程可被多个人选修；）一个学生可选修多门课程，一门课程可被多个人选修； （2 2）一个系有多个学生，一个学生只在一个系学习；）一个系有多个学生，一个学生只在一个系学习； （3 3）一个教师可以讲授多门课程，一门课程可被多个教师讲授；）一个教师可以讲授多门课程，一门课程可被多个教师讲授； （4 4）一个系有多名教师，一个教师只在一个系任职；）一个系有多名教师，一个教师只在一个系任职； （5 5）一个系可以开设多门课程，一个课程可以被多个系开设）一个系可以开设多门课程，一个课程可以被多个系开设 。 根据以上描述可以得到课程开设局部根据以上描述可以得到课程开设局部E-RE-R图、学生

47、选课局部图、学生选课局部E-RE-R图图和教师授课局部和教师授课局部E-RE-R图三个局部视图，图三个局部视图， 计算机软件及应用 数据库系统设计计算机软件及应用 数据库系统设计计算机软件及应用 数据库系统设计计算机软件及应用 数据库系统设计6.3.3全局视图设计全局视图设计 各个局部视图即分各个局部视图即分E-RE-R图建立好后，还需要对它们进行合并，集成为一图建立好后，还需要对它们进行合并，集成为一个整体的数据概念结构即总个整体的数据概念结构即总E-RE-R图。图。 视图集成的两种方式视图集成的两种方式一次集成一次集成 一次集成多个分一次集成多个分E-RE-R图图 通常用于局部视图比较简单

48、时通常用于局部视图比较简单时逐步累积式逐步累积式 首先集成两个局部视图（通常是比较关键的两个局部视图）首先集成两个局部视图（通常是比较关键的两个局部视图） 以后每次将一个新的局部视图集成进来以后每次将一个新的局部视图集成进来计算机软件及应用 数据库系统设计6.3.3全局视图设计全局视图设计（续） 无论采用哪种方式，每次集成局部无论采用哪种方式，每次集成局部E-RE-R图时都需要分两步图时都需要分两步走：走：1. 1. 合并。将各分合并。将各分E-RE-R图合并起来生成初步图合并起来生成初步E-RE-R图。图。2. 2. 修改与重构。消除不必要的冗余，生成基本修改与重构。消除不必要的冗余，生成基

49、本E-RE-R图。图。计算机软件及应用 数据库系统设计一、合并分E-R图，生成初步E-R图 各分各分- -图存在冲突图存在冲突各个局部应用所面向的问题不同，由不同的设计人员各个局部应用所面向的问题不同，由不同的设计人员进行设计，各个分进行设计，各个分E-RE-R图之间必定会存在许多不一致的图之间必定会存在许多不一致的地方，称之为地方，称之为冲突冲突。合并分合并分E-RE-R图的主要工作与关键所在：合理消除各分图的主要工作与关键所在：合理消除各分E-E-R R图的冲突图的冲突计算机软件及应用 数据库系统设计一、合并分E-R图，生成初步E-R图冲突的种类 属性冲突属性冲突 命名冲突命名冲突 结构冲

50、突结构冲突计算机软件及应用 数据库系统设计 属性冲突两类属性冲突两类属性冲突 属性域冲突属性域冲突：属性值的类型、取值范围或取值集合不同。：属性值的类型、取值范围或取值集合不同。例：某些部门（即局部应用）以出生日期形式表示学生的年龄，而例：某些部门（即局部应用）以出生日期形式表示学生的年龄，而另一些部门（即局部应用）用整数形式表示学生的年龄。另一些部门（即局部应用）用整数形式表示学生的年龄。 属性取值单位冲突属性取值单位冲突。 例：学生的身高，有的以米为单位，有的以厘米为单位，有的以尺例：学生的身高，有的以米为单位，有的以厘米为单位，有的以尺为单位。为单位。计算机软件及应用 数据库系统设计 命

51、名冲突 两类命名冲突两类命名冲突同名异义同名异义：不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名：不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字字 例：局部应用例：局部应用A A中将教室称为房间中将教室称为房间 局部应用局部应用B B中将学生宿舍称为房间中将学生宿舍称为房间异名同义（一义多名）异名同义（一义多名）：同一意义的对象在不同的局部应用中：同一意义的对象在不同的局部应用中具有不同的名字具有不同的名字 例，有的部门把教科书称为课本例，有的部门把教科书称为课本 有的部门则把教科书称为教材有的部门则把教科书称为教材计算机软件及应用 数据库系统设计命名冲突（续）属性冲突和命名冲突的解决方法 通过

52、讨论、协商等行政手段加以解决通过讨论、协商等行政手段加以解决计算机软件及应用 数据库系统设计 结构冲突三类结构冲突同一对象在不同应用中具有不同的抽象同一对象在不同应用中具有不同的抽象 例，例，“ “课程课程” ”在某一局部应用中被当作实体在某一局部应用中被当作实体 在另一局部应用中则被当作属性在另一局部应用中则被当作属性解决方法：通常是把属性变换为实体或把实体变换为属性，解决方法：通常是把属性变换为实体或把实体变换为属性，使同一对象具有相同的抽象。变换时要遵循两个准则。使同一对象具有相同的抽象。变换时要遵循两个准则。计算机软件及应用 数据库系统设计结构冲突（续） 同一实体在不同局部视图中所包含

53、的属性不完全相同，同一实体在不同局部视图中所包含的属性不完全相同，或者属性的排列次序不完全相同或者属性的排列次序不完全相同。产生原因：不同的局部应用关心的是该实体的不同侧面。产生原因：不同的局部应用关心的是该实体的不同侧面。解决方法：使该实体的属性取各分解决方法：使该实体的属性取各分E-RE-R图中属性的并集，再图中属性的并集，再适当设计属性的次序。适当设计属性的次序。计算机软件及应用 数据库系统设计 例例6.16.1中的三个局部视图为例，说明如何消除冲突，中的三个局部视图为例，说明如何消除冲突，进行局部视图的合并生成初步进行局部视图的合并生成初步E-RE-R图。这三个局部视图。这三个局部视图

54、存在着命名冲突，在学生选课局部视图和教师授课图存在着命名冲突，在学生选课局部视图和教师授课局部视图对局部视图对“ “课程名课程名” ”和和“ “课名课名” ”都是指课程的名称，都是指课程的名称，但有不同的命名。合并后统一改成但有不同的命名。合并后统一改成“ “课名课名” ”。另外还。另外还存在着结构冲突，课程实体在学生选课局部视图和教存在着结构冲突，课程实体在学生选课局部视图和教师授课局部视图有着不同的属性组成，合并后可以取师授课局部视图有着不同的属性组成，合并后可以取它们属性组成的并集。再有，在学生选课局部视图中它们属性组成的并集。再有，在学生选课局部视图中系被作为一个属性，而在其他两个局部

55、视图中系被作系被作为一个属性，而在其他两个局部视图中系被作为实体看待，存在着结构冲突。解决上述冲突后，合为实体看待，存在着结构冲突。解决上述冲突后，合并三个局部视图，得到初步并三个局部视图，得到初步E-RE-R图如图图如图4-114-11所示。所示。 计算机软件及应用 数据库系统设计计算机软件及应用 数据库系统设计二、修改与重构基本任务消除不必要的冗余，设计生成基本消除不必要的冗余，设计生成基本E-RE-R图图合并合并初步初步E-R图图分分E-R图图可能存在冗余的数据可能存在冗余的数据和冗余的实体间联系和冗余的实体间联系基本基本E-R图图消除不必要的冗余消除不必要的冗余计算机软件及应用 数据库

56、系统设计修改与重构（续）1冗余2消除冗余的方法计算机软件及应用 数据库系统设计1冗余 冗余的数据冗余的数据是指可由基本数据导出的数据，是指可由基本数据导出的数据，冗余的联系冗余的联系是指可由其他联系导出的联系。是指可由其他联系导出的联系。 冗余数据和冗余联系容易破坏数据库的完整性，给数冗余数据和冗余联系容易破坏数据库的完整性，给数据库维护增加困难据库维护增加困难 并不是所有的冗余数据与冗余联系都必须加以消除，并不是所有的冗余数据与冗余联系都必须加以消除，有时为了提高某些应用的效率，不得不以冗余信息作有时为了提高某些应用的效率，不得不以冗余信息作为代价。为代价。 计算机软件及应用 数据库系统设计

57、冗余（续） 设计数据库概念结构时，哪些冗余信息必须消除，哪设计数据库概念结构时，哪些冗余信息必须消除，哪些冗余信息允许存在，需要根据用户的整体需求来确些冗余信息允许存在，需要根据用户的整体需求来确定。定。 消除不必要的冗余后的初步消除不必要的冗余后的初步E-RE-R图称为基本图称为基本E-RE-R图。图。计算机软件及应用 数据库系统设计2消除冗余的方法分析方法以数据字典和数据流图为依据，根据数据字典中关以数据字典和数据流图为依据，根据数据字典中关于数据项之间逻辑关系的说明来消除冗余。于数据项之间逻辑关系的说明来消除冗余。规范化理论函数依赖的概念提供了消除冗余联系的形式化工具函数依赖的概念提供了

58、消除冗余联系的形式化工具计算机软件及应用 数据库系统设计教师实体的属性“所在系”可以通过 “任职”联系导出；系与课程之间的开设联系可以由教师与系之间的“任职”联系和教师与课程之间的“讲授”联系导出，所以图4-11中的初步E-R图存在着不不要的数据冗余，消除这些冗余得到如图4-12所示的基本E-R图 计算机软件及应用 数据库系统设计计算机软件及应用 数据库系统设计第四章 数据库设计6.1 6.1 数据库设计概述数据库设计概述6.2 6.2 需求分析需求分析6.3 6.3 概念结构设计概念结构设计6.4 6.4 逻辑结构设计逻辑结构设计6.5 6.5 数据库的物理设计数据库的物理设计6.6 6.6

59、 数据库实施和维护数据库实施和维护6.7 6.7 疑难问题解答疑难问题解答 6.7 6.7 小结小结计算机软件及应用 数据库系统设计6.4 逻辑结构设计逻辑结构设计的任务概念结构是各种数据模型的共同基础概念结构是各种数据模型的共同基础为了能够用某一为了能够用某一DBMSDBMS实现用户需求，还必须将概念实现用户需求，还必须将概念结构进一步转化为相应的数据模型，这正是数据库结构进一步转化为相应的数据模型，这正是数据库逻辑结构设计所要完成的任务。逻辑结构设计所要完成的任务。计算机软件及应用 数据库系统设计6.4 逻辑结构设计逻辑结构设计的步骤逻辑结构设计的步骤（1 1）将概念结构转化为一般的关系、

60、网状、层次模型）将概念结构转化为一般的关系、网状、层次模型（2 2）将将转转化化来来的的关关系系、网网状状、层层次次模模型型向向特特定定DBMSDBMS支支持持下下的的数数据模型转换据模型转换（3 3）对数据模型进行优化）对数据模型进行优化计算机软件及应用 数据库系统设计6.6.1 E-R图向关系模型的转换转换内容转换原则计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续）转换内容E-RE-R图由实体、实体的属性和实体之间的联系三个要图由实体、实体的属性和实体之间的联系三个要素组成素组成关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合将将E-RE-R图转换

61、为关系模型：将实体、实体的属性和实图转换为关系模型：将实体、实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式。体之间的联系转化为关系模式。计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续）转换原则 一个一个实体型实体型转换为一个关系模式。转换为一个关系模式。关系的属性关系的属性：实体型的属性：实体型的属性关系的码关系的码：实体型的码：实体型的码计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续） 一个一个m:nm:n联系联系转换为一个关系模式。转换为一个关系模式。关系的属性关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性本身的属性关系的码关

62、系的码：各实体码的组合：各实体码的组合例例 “选修选修”联系是一个联系是一个m:nm:n联系，可以将它转换为如下关系模联系，可以将它转换为如下关系模式，其中学号与课程号为关系的组合码：式，其中学号与课程号为关系的组合码：选修（选修（学号，课程号学号，课程号，成绩），成绩）计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续） 一个一个1:n1:n联系联系可以转换为一个独立的关系模式，也可可以转换为一个独立的关系模式，也可以与以与n n端对应的关系模式合并。端对应的关系模式合并。1) 1) 转换为一个独立的关系模式转换为一个独立的关系模式关系的属性关系的属性：与该联系相连的各实体的码以：

63、与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性及联系本身的属性关系的码关系的码：n n端实体的码端实体的码计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续） 一个一个1:n1:n联系联系可以转换为一个独立的关系模式，也可可以转换为一个独立的关系模式，也可以与以与n n端对应的关系模式合并。端对应的关系模式合并。2) 2) 与与n n端对应的关系模式合并端对应的关系模式合并合并后关系的属性合并后关系的属性：在：在n n端关系中加入端关系中加入1 1端关端关系的码和联系本身的属性系的码和联系本身的属性合并后关系的码合并后关系的码：不变：不变可以减少系统中的关系个数，一般情况下更倾向于可以减

64、少系统中的关系个数，一般情况下更倾向于采用这种方法采用这种方法计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续）例例 班级和学生之间的班级和学生之间的“ “组成组成” ”联系为联系为1:n1:n联系。联系。将其转换为关系模式的两种方法：将其转换为关系模式的两种方法： 1)1)使其成为一个独立的关系模式：使其成为一个独立的关系模式：组成（组成（学号学号，班级号），班级号） 2)2)将其学生关系模式合并：将其学生关系模式合并： 学生（学生（学号学号，姓名，出生日期，所在系，年级，姓名，出生日期，所在系，年级，班级号班级号）计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续）

65、一个一个1:11:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。与任意一端对应的关系模式合并。1) 1) 转换为一个独立的关系模式转换为一个独立的关系模式关系的属性关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性联系本身的属性关系的候选码关系的候选码：每个实体的码均是该关系的候：每个实体的码均是该关系的候选码选码计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续） 一个一个1:11:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系

66、模式合并。与任意一端对应的关系模式合并。2) 2) 与某一端对应的关系模式合并与某一端对应的关系模式合并合并后关系的属性合并后关系的属性：加入对应关系的码和联系：加入对应关系的码和联系本身的属性本身的属性合并后关系的码合并后关系的码：不变：不变计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续）例：教师与班级的例：教师与班级的“ “管理管理” ”联系为联系为1:11:1联系，可以有三种转换方法：联系，可以有三种转换方法：（1 1）转换为一个独立的关系模式：）转换为一个独立的关系模式： 管理（管理（职工号职工号，班级号），班级号） 或或管理（职工号，管理（职工号，班级号班级号）（2 2

67、）“ “管理管理” ”联系与班级关系模式合并，则只需在班级关系中加入教师关系的联系与班级关系模式合并，则只需在班级关系中加入教师关系的码，即职工号：码，即职工号：班级：（班级：（班级号班级号，学生人数，学生人数，职工号职工号）（3 3）“ “管理管理” ”联系与教师关系模式合并，则只需在教师关系中加入班级关系的联系与教师关系模式合并，则只需在教师关系中加入班级关系的码，即班级号：码，即班级号：教师：（教师：（职工号职工号，姓名，性别，职称，姓名，性别，职称，班级号班级号）计算机软件及应用 数据库系统设计E-R图向关系模型的转换（续）注意：注意：uu从理论上讲，从理论上讲，1:11:1联系可以与

68、任意一端对应的关系模式合并。联系可以与任意一端对应的关系模式合并。uu但在一些情况下，与不同的关系模式合并效率会大不一样。因此究竟应但在一些情况下，与不同的关系模式合并效率会大不一样。因此究竟应该与哪端的关系模式合并需要依应用的具体情况而定。该与哪端的关系模式合并需要依应用的具体情况而定。uu由于连接操作是最费时的操作，所以一般应以尽量减少连接操作为目标。由于连接操作是最费时的操作，所以一般应以尽量减少连接操作为目标。 例如，如果经常要查询某个班级的班主任姓名，则将管理联系与教师例如，如果经常要查询某个班级的班主任姓名，则将管理联系与教师关系合并更好些。关系合并更好些。计算机软件及应用 数据库

69、系统设计E-R图向关系模型的转换（续） 三个或三个以上实体间的一个三个或三个以上实体间的一个多元联系多元联系转换为一个关转换为一个关系模式。系模式。关系的属性关系的属性：与该多元联系相连的各实体的码以及：与该多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性联系本身的属性关系的码关系的码：各实体码的组合：各实体码的组合例，例，“ “讲授讲授” ”联系是一个三元联系，可以将它转换为如下关系模式，联系是一个三元联系，可以将它转换为如下关系模式，其中课程号、职工号和书号为关系的组合码：其中课程号、职工号和书号为关系的组合码：讲授（讲授（课程号，职工号，书号课程号，职工号，书号）计算机软件及应用 数据库系统设

70、计E-R图向关系模型的转换（续） 具有相同码的关系模式可合并。具有相同码的关系模式可合并。目的：减少系统中的关系个数。目的：减少系统中的关系个数。合并方法：将其中一个关系模式的全部属性加入到另一个合并方法：将其中一个关系模式的全部属性加入到另一个关系模式中，然后去掉其中的同义属性（可能同名也可能关系模式中，然后去掉其中的同义属性（可能同名也可能不同名），并适当调整属性的次序。不同名），并适当调整属性的次序。计算机软件及应用 数据库系统设计6.6.2 数据模型的优化 数据库逻辑设计的结果不是唯一的。数据库逻辑设计的结果不是唯一的。 得到初步数据模型后，还应该适当地修改、调整数据得到初步数据模型后

71、，还应该适当地修改、调整数据模型的结构，以进一步提高数据库应用系统的性能，模型的结构，以进一步提高数据库应用系统的性能，这就是数据模型的优化。这就是数据模型的优化。 关系数据模型的优化通常以规范化理论为指导。关系数据模型的优化通常以规范化理论为指导。计算机软件及应用 数据库系统设计6.6.3 设计用户子模式 定义数据库全局模式主要是从系统的时间效率、空间效率、易维护等角定义数据库全局模式主要是从系统的时间效率、空间效率、易维护等角度出发。度出发。 定义用户外模式时应该更注重考虑用户的习惯与方便。包括三个方面：定义用户外模式时应该更注重考虑用户的习惯与方便。包括三个方面：(1) (1) 使用更符

72、合用户习惯的别名使用更符合用户习惯的别名(2) (2) 针对不同级别的用户定义不同的针对不同级别的用户定义不同的ViewView，以满足系统对安全性的要求。，以满足系统对安全性的要求。(3) (3) 简化用户对系统的使用简化用户对系统的使用如果某些局部应用中经常要使用某些很复杂的查询如果某些局部应用中经常要使用某些很复杂的查询为了方便用户，可以将这些复杂查询定义为视图。为了方便用户，可以将这些复杂查询定义为视图。计算机软件及应用 数据库系统设计第四章 数据库设计6.1 6.1 数据库设计概述数据库设计概述6.2 6.2 需求分析需求分析6.3 6.3 概念结构设计概念结构设计6.4 6.4 逻

73、辑结构设计逻辑结构设计6.5 6.5 数据库的物理设计数据库的物理设计6.6 6.6 数据库实施和维护数据库实施和维护6.7 6.7 疑难问题解答疑难问题解答 6.7 6.7 小结小结计算机软件及应用 数据库系统设计6.5 数据库的物理设计什么是数据库的物理设计什么是数据库的物理设计 数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构物理结构，它依赖于给定的计算机系统。，它依赖于给定的计算机系统。 为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，就是理结构的过程，就是数据

74、库的物理设计数据库的物理设计。计算机软件及应用 数据库系统设计6.5 数据库的物理设计 数据库物理设计通常分为两步数据库物理设计通常分为两步：（1 1）确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和）确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构。存储结构。（2 2）对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率）对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率 如果评价结果满足原设计要求则可进入到物理实施阶段，否则，如果评价结果满足原设计要求则可进入到物理实施阶段，否则，就需要重新设计或修改物理结构，有时甚至要返回逻辑设计阶就需要重新设计或修改物理结构，有时甚至要返回逻辑设

75、计阶段修改数据模型。段修改数据模型。计算机软件及应用 数据库系统设计6.5.1 6.5.1 数据库物理设计的内容和方数据库物理设计的内容和方法法 设计数据库物理结构的准备工作设计数据库物理结构的准备工作对要运行的事务进行详细分析，获得选择物理数据库设计对要运行的事务进行详细分析，获得选择物理数据库设计所需参数所需参数充分了解所用充分了解所用RDBMSRDBMS的内部特征，特别是系统提供的存取方的内部特征，特别是系统提供的存取方法和存储结构法和存储结构计算机软件及应用 数据库系统设计数据库的物理设计的内容和方法（续）选择物理数据库设计所需参数 数据库查询事务，需要得到如下信息：数据库查询事务，需

76、要得到如下信息： 查询的关系查询的关系 查询条件所涉及的属性查询条件所涉及的属性 连接条件所涉及的属性连接条件所涉及的属性 查询的投影属性查询的投影属性计算机软件及应用 数据库系统设计数据库的物理设计的内容和方法（续） 选择物理数据库设计所需参数选择物理数据库设计所需参数( (续续) )数据更新事务，需要得到如下信息数据更新事务，需要得到如下信息 被更新的关系被更新的关系 每个关系上的更新操作条件所涉及的属性每个关系上的更新操作条件所涉及的属性 修改操作要改变的属性值修改操作要改变的属性值 每个事务在各关系上运行的频率和性能要求每个事务在各关系上运行的频率和性能要求 例如，事务例如，事务T T

77、必须在必须在1010秒钟内结束，这对于存取方法的选择秒钟内结束，这对于存取方法的选择具有更大影响。具有更大影响。计算机软件及应用 数据库系统设计数据库的物理设计的内容和方法（续）关系数据库物理设计的内容 为关系模式选择为关系模式选择存取方法存取方法( (建立存取路径建立存取路径) ) 设计关系、索引等数据库文件的设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构物理存储结构计算机软件及应用 数据库系统设计6.5.2 关系模式存取方法选择 数据库系统是多用户共享的系统，对同一个关系要建立多条存数据库系统是多用户共享的系统，对同一个关系要建立多条存取路径才能满足多用户的多种应用要求。取路径才能满足多用户的多

78、种应用要求。 物理设计的第一个任务就是要确定选择哪些存取方法，即建立物理设计的第一个任务就是要确定选择哪些存取方法，即建立哪些存取路径。哪些存取路径。 存取方法存取方法是快速存取数据库中数据的技术。是快速存取数据库中数据的技术。计算机软件及应用 数据库系统设计关系模式存取方法选择（续）DBMS常用的三类存取方法一、索一、索引存取方法，目前主要是引存取方法，目前主要是B+B+树索引方法树索引方法所谓选择索引存取方法实际上就是根据应用要求确定对关系所谓选择索引存取方法实际上就是根据应用要求确定对关系的哪些属性列建立索引、哪些属性列建立组合索引、哪些索的哪些属性列建立索引、哪些属性列建立组合索引、哪

79、些索引要设计为唯一索引等。引要设计为唯一索引等。计算机软件及应用 数据库系统设计关系模式存取方法选择（续）二、聚簇存取（二、聚簇存取（ClusterCluster）方法）方法为了提高某个属性（或属性组）的查询速度，把这个或这些为了提高某个属性（或属性组）的查询速度，把这个或这些属性（称为聚簇码）上具有相同值的元组集中存放在连续的属性（称为聚簇码）上具有相同值的元组集中存放在连续的物理块称为物理块称为聚簇聚簇。聚簇功能可以大大提高按聚簇码进行查询的效率。聚簇功能可以大大提高按聚簇码进行查询的效率。计算机软件及应用 数据库系统设计关系模式存取方法选择（续） 三、三、HASHHASH存取方法存取方法

80、当一个关系满足下列两个条件时，可以选择当一个关系满足下列两个条件时，可以选择HASHHASH存取方法存取方法该关系的属性主要出现在该关系的属性主要出现在等值连接等值连接条件中或主要出现在条件中或主要出现在相等比较相等比较选择条件中选择条件中该关系的大小可预知，而且不变；该关系的大小可预知，而且不变； 或或 该关系的大小动态改变，但所选用的该关系的大小动态改变，但所选用的DBMSDBMS提供了动态提供了动态HASHHASH存取方法存取方法计算机软件及应用 数据库系统设计6.5.3 确定数据库的存储结构确定数据库物理结构的内容确定数据库物理结构的内容1. 1. 确定数据的存放位置和存储结构确定数据

81、的存放位置和存储结构 关系关系 索引索引 聚簇聚簇 日志日志 备份备份2. 2. 确定系统配置确定系统配置计算机软件及应用 数据库系统设计1. 确定数据的存放位置 确定数据存放位置和存储结构的因素确定数据存放位置和存储结构的因素存取时间存取时间存储空间利用率存储空间利用率维护代价维护代价 这三个方面常常是相互矛盾的这三个方面常常是相互矛盾的 例：消除一切冗余数据虽能够节约存储空间和减少维护代价，例：消除一切冗余数据虽能够节约存储空间和减少维护代价，但往往会导致检索代价的增加但往往会导致检索代价的增加 必须进行权衡，选择一个折中方案必须进行权衡，选择一个折中方案计算机软件及应用 数据库系统设计确

82、定数据的存放位置（续）基本原则 根据应用情况将根据应用情况将易变易变部分与部分与稳定稳定部分分开存放部分分开存放存取频率较高存取频率较高部分与部分与存取频率较低存取频率较低部分，分开存放部分，分开存放计算机软件及应用 数据库系统设计确定数据的存放位置（续）例：数据库数据备份、日志文件备份等由于只在故障恢复时才使数据库数据备份、日志文件备份等由于只在故障恢复时才使用，而且数据量很大，可以考虑存放在磁带上用，而且数据量很大，可以考虑存放在磁带上如果计算机有多个磁盘或磁盘阵列如果计算机有多个磁盘或磁盘阵列 ，可以考虑将表和索引分，可以考虑将表和索引分别放在不同的磁盘上，在查询时，由于磁盘驱动器并行工

83、作，别放在不同的磁盘上，在查询时，由于磁盘驱动器并行工作，可以提高物理可以提高物理I/OI/O读写的效率读写的效率 计算机软件及应用 数据库系统设计确定数据的存放位置（续）例（续）：例（续）：可以将比较大的表分别放在两个磁盘上，以加快存取速度，可以将比较大的表分别放在两个磁盘上，以加快存取速度，这在多用户环境下特别有效这在多用户环境下特别有效可以将日志文件与数据库对象（表、索引等）放在不同的可以将日志文件与数据库对象（表、索引等）放在不同的磁盘以改进系统的性能磁盘以改进系统的性能计算机软件及应用 数据库系统设计2. 确定系统配置DBMS产品一般都提供了一些存储分配参数 同时使用数据库的用户数同

84、时使用数据库的用户数 同时打开的数据库对象数同时打开的数据库对象数 内存分配参数内存分配参数 使用的缓冲区长度、个数使用的缓冲区长度、个数 存储分配参数存储分配参数 物理块的大小物理块的大小 等等计算机软件及应用 数据库系统设计6.5.4 评价物理结构评价内容 对数据库物理设计过程中产生的多种方案进行细致对数据库物理设计过程中产生的多种方案进行细致的评价，从中选择一个较优的方案作为数据库的物的评价，从中选择一个较优的方案作为数据库的物理结构理结构计算机软件及应用 数据库系统设计评价物理结构(续)评价方法（完全依赖于所选用的DBMS）定量估算各种方案定量估算各种方案 存储空间存储空间 存取时间存

85、取时间 维护代价维护代价对估算结果进行权衡、比较，选择出一个较优的合理的物理结对估算结果进行权衡、比较，选择出一个较优的合理的物理结构构如果该结构不符合用户需求，则需要修改设计如果该结构不符合用户需求，则需要修改设计计算机软件及应用 数据库系统设计第四章 数据库设计6.1 6.1 数据库设计概述数据库设计概述6.2 6.2 需求分析需求分析6.3 6.3 概念结构设计概念结构设计6.4 6.4 逻辑结构设计逻辑结构设计6.5 6.5 数据库的物理设计数据库的物理设计6.6 6.6 数据库实施和维护数据库实施和维护6.7 6.7 疑难问题解答疑难问题解答 6.7 6.7 小结小结计算机软件及应用

86、 数据库系统设计6.6 数据库的实施数据库实施的工作内容用用DDLDDL定义数据库结构定义数据库结构组织数据入库组织数据入库编制与调试应用程序编制与调试应用程序数据库试运行数据库试运行计算机软件及应用 数据库系统设计一、定义数据库结构确定了数据库的逻辑结构与物理结构后，就可以用所选用的DBMS提供的数据定义语言（DDL）来严格描述数据库结构。计算机软件及应用 数据库系统设计二、数据装载 数据库结构建立好后，就可以向数据库中装载数据了。数据库结构建立好后，就可以向数据库中装载数据了。组织数据入库是数据库实施阶段最主要的工作。组织数据入库是数据库实施阶段最主要的工作。 数据装载方法数据装载方法 人

87、工方法人工方法 计算机辅助数据入库计算机辅助数据入库计算机软件及应用 数据库系统设计三、编制与调试应用程序 数据库应用程序的设计应该与数据设计并行进行。数据库应用程序的设计应该与数据设计并行进行。 在数据库实施阶段，当数据库结构建立好后，就在数据库实施阶段，当数据库结构建立好后，就可以开始编制与调试数据库的应用程序。调试应可以开始编制与调试数据库的应用程序。调试应用程序时由于数据入库尚未完成，可先使用模拟用程序时由于数据入库尚未完成，可先使用模拟数据。数据。计算机软件及应用 数据库系统设计四、数据库试运行 应用程序调试完成，并且已有一小部分数据入库后，就可应用程序调试完成，并且已有一小部分数据

88、入库后，就可以开始数据库的试运行。以开始数据库的试运行。 数据库试运行也称为联合调试，其主要工作包括：数据库试运行也称为联合调试，其主要工作包括：1 1）功能测试功能测试：实际运行应用程序，执行对数据库的各种操作，：实际运行应用程序，执行对数据库的各种操作，测试应用程序的各种功能。测试应用程序的各种功能。2 2）性能测试性能测试：测量系统的性能指标，分析是否符合设计目标。：测量系统的性能指标，分析是否符合设计目标。计算机软件及应用 数据库系统设计数据库试运行（续） 数据的分期入库数据的分期入库 如果试运行后还要修改数据库的设计，会导致数据重新入库。如果试运行后还要修改数据库的设计，会导致数据重

89、新入库。 由于数据入库工作量实在太大，所以可以采用分期输入数据的由于数据入库工作量实在太大，所以可以采用分期输入数据的方法方法 先输入小批量数据供先期联合调试使用先输入小批量数据供先期联合调试使用 待试运行基本合格后再输入大批量数据待试运行基本合格后再输入大批量数据 逐步增加数据量，逐步完成运行评价逐步增加数据量，逐步完成运行评价计算机软件及应用 数据库系统设计数据库试运行（续） 数据库的转储和恢复数据库的转储和恢复 在数据库试运行阶段，系统还不稳定，硬、软件故在数据库试运行阶段，系统还不稳定，硬、软件故障随时都可能发生障随时都可能发生 系统的操作人员对新系统还不熟悉，误操作也不可系统的操作人员对新系统还不熟悉，误操作也不可避免避免 因此必须做好数据库的转储和恢复工作，尽量减少因此必须做好数据库的转储和恢复工作，尽量减少对数据库的破坏。对数据库的破坏。计算机软件及应用 数据库系统设计数据库运行与维护（续） 在数据库运行阶段，对数据库经常性的维护工作主要是在数据库运行阶段，对数据库经常性的维护工作主要是由由DBADBA完成的，包括：完成的，包括： 数据库的转储和恢复数据库的转储和恢复 数据库的安全性、完整性控制数据库的安全性、完整性控制 数据库性能的监督、分析和改进数据库性能的监督、分析和改进 数据库的重组织和重构造数据库的重组织和重构造计算机软件及应用 数据库系统设计