数据库系统概论ppt课件第四章：数据库设计.ppt

数据库系统概论数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystem第四章第四章 数据库设计数据库设计2005-09-011第四章数据库设计4.1 数据库设计概述数据库设计概述4.2需求分析4.3概念结构设计4.4逻辑结构设计4.5数据库的物理设计4.6数据库实施4.7数据库运行与维护4.8小结2005-09-0124.1数据库设计概述4.1.1数据库和信息系统4.1.2数据库设计的特点4.1.3数据库设计方法简述4.1.4数据库设计的基本步骤2005-09-013数据库设计概述（续）n什么是数据库设计n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据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）n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。2005-09-0144.1.1数据库和信息系统n数据库是信息系统的核心和基础n把信息系统中大量的数据按一定的模型组织起来n提供存储、维护、检索数据的功能n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n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n数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分2005-09-015数据库设计人员应该具备的技术和知识n数据库的基本知识和数据库设计技术n计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧n软件工程的原理和方法n应用领域的知识2005-09-0164.1数据库设计概述4.1.1数据库和信息系统4.1.2数据库设计的特点4.1.3数据库设计方法简述4.1.4数据库设计的基本步骤2005-09-0174.1.2数据库设计的特点n数据库建设是硬件、软件和干件的结合n三分技术，七分管理，十二分基础数据n技术与管理的界面称之为“干件”n数据库设计应该与应用系统设计相结合n结构（数据）设计：设计数据库框架或数据库结构n行为（处理）设计：设计应用程序、事务处理等2005-09-018数据库设计的特点（续）n结构和行为分离的设计n传统的软件工程忽视对应用中数据语义的分析和抽象，只要有可能就尽量推迟数据结构设计的决策n早期的数据库设计致力于数据模型和建模方法研究，忽视了对行为的设计2005-09-019数据库设计的特点（续）现实世界现实世界概念模型设计概念模型设计子模式设计子模式设计物理数据库设计物理数据库设计逻辑数据库设计逻辑数据库设计建立数据库建立数据库数据分析数据分析功能分析功能分析功能模型功能模型功能说明功能说明事务设计事务设计程序说明程序说明应用程序设计应用程序设计程序编码调试程序编码调试2005-09-01104.1数据库设计概述4.1.1数据库和信息系统4.1.2数据库设计的特点4.1.3数据库设计方法简述4.1.4数据库设计的基本步骤2005-09-01114.1.3数据库设计方法简述n手工试凑法n设计质量与设计人员的经验和水平有直接关系n缺乏科学理论和工程方法的支持，工程的质量难以保证n数据库运行一段时间后常常又不同程度地发现各种问题，增加了维护代价2005-09-0112数据库设计方法简述（续）n规范设计法n手工设计方法n基本思想过程迭代和逐步求精2005-09-0113数据库设计方法简述（续）n规范设计法(续)n典型方法新奥尔良（NewOrleans）方法将数据库设计分为四个阶段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2005-09-0114数据库设计方法简述（续）n计算机辅助设计nORACLEDesigner2000nSYBASEPowerDesigner2005-09-01154.1数据库设计概述4.1.1数据库和信息系统4.1.2数据库设计的特点4.1.3数据库设计方法简述4.1.4数据库设计的基本步骤2005-09-01164.1.4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n数据库设计的核心人员n自始至终参与数据库设计n其水平决定了数据库系统的质量2005-09-01176.1.4数据库设计的基本步骤2.用户n在数据库设计中也是举足轻重的n主要参加需求分析和数据库的运行维护n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2005-09-0118数据库设计的基本步骤（续）3.程序员n在系统实施阶段参与进来，负责编制程序4.操作员n在系统实施阶段参与进来，准备软硬件环境2005-09-0119数据库设计的基本步骤（续）二、数据库设计的过程(六个阶段)需求分析阶段n准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）n是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步2005-09-0120数据库设计的基本步骤（续）概念结构设计阶段n是整个数据库设计的关键n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2005-09-0121数据库设计的基本步骤（续）逻辑结构设计阶段n将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型n对其进行优化2005-09-0122数据库设计的基本步骤（续）数据库物理设计阶段n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）2005-09-0123数据库设计的基本步骤（续）数据库实施阶段n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2005-09-0124数据库设计的基本步骤（续）数据库运行和维护阶段n数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。n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。2005-09-0125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复。P80图4.12005-09-0126设计特点n在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来n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n设计过程各个阶段的设计描述：P208图6.32005-09-0127IPO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结逻辑结构设计构设计物理物理设计设计设设 计计阶阶段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）、数数据据字字典典中处理过程的描述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表表实施阶实施阶段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、适适应应性性、改善性维护）改善性维护）2005-09-0128图4.3 数据库的各级模式应用1应用3应用2概念模式概念要求概念要求概念要求应用1应用3应用2逻辑模式内模式外模式3外模式2外模式1综合转换映像映像需求分析需求分析概念设计概念设计逻辑结逻辑结构设计构设计物理设计物理设计现实世界信息世界机器世界2005-09-0129数据库设计的基本步骤（续）n数据库各级模式的形成过程(图4.3)n需求分析阶段综合各个用户的应用需求n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(E-R图)2005-09-0130数据库设计的基本步骤（续）n逻辑设计阶段首先将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2005-09-0131数据库设计的基本步骤（续）n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2005-09-01324.2需求分析4.2.1需求分析的任务4.2.2需求分析的方法4.2.3数据字典2005-09-0133需求分析（续）n需求分析就是分析用户的需要与要求n需求分析是设计数据库的起点n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2005-09-01344.2.1需求分析的任务一、需求分析的任务二、需求分析的重点三、需求分析的难点2005-09-0135一、需求分析的任务n通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各种需求n在此基础上确定新系统的功能。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2005-09-0136二、需求分析的重点n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、安全性与完整性要求。n信息要求n用户需要从数据库中获得信息的内容与性质n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2005-09-0137需求分析的重点（续）n处理要求n对处理功能的要求n对处理的响应时间的要求n对处理方式的要求(批处理/联机处理)n新系统的功能必须能够满足用户的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。2005-09-0138三、需求分析的难点n确定用户最终需求的难点n用户缺少计算机知识，开始时无法确定计算机究竟能为自己做什么，不能做什么，因此无法一下子准确地表达自己的需求，他们所提出的需求往往不断地变化。n设计人员缺少用户的专业知识，不易理解用户的真正需求，甚至误解用户的需求。n新的硬件、软件技术的出现也会使用户需求发生变化。2005-09-0139需求分析的难点(续)n解决方法n设计人员必须采用有效的方法，与用户不断深入地进行交流，才能逐步得以确定用户的实际需求2005-09-01404.2.2需求分析的方法n调查清楚用户的实际需求并进行初步分析n与用户达成共识n进一步分析与表达这些需求2005-09-0141一、调查与初步分析用户需求调查组织机构情况n组织部门的组成情况n各部门的职责等2005-09-0142调查与初步分析用户需求（续）调查各部门的业务活动情况。调查重点之一。n各个部门输入和使用什么数据n如何加工处理这些数据n输出什么信息n输出到什么部门n输出结果的格式是什么2005-09-0143调查与初步分析用户需求（续）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。n信息要求n处理要求n完全性与完整性要求2005-09-0144调查与初步分析用户需求（续）对前面调查的结果进行初步分析n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。2005-09-0145二、常用调查方法n做需求调查时，往往需要同时采用多种方法n无论使用何种调查方法，都必须有用户的积极参与和配合n设计人员应该和用户取得共同的语言，帮助不熟悉计算机的用户建立数据库环境下的共同概念，并对设计工作的最后结果共同承担责任2005-09-0146常用调查方法（续）n常用调查方法跟班作业n通过亲身参加业务工作了解业务活动的情况n能比较准确地理解用户的需求，但比较耗时开调查会n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2005-09-0147常用调查方法（续）询问n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n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n查阅与原系统有关的数据记录2005-09-0148三、进一步分析和表达用户需求n分析和表达用户的需求的常用方法n自顶向下的结构化分析方法（StructuredAnalysis，简称SA方法）nSA方法从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解的方式分析系统，并用数据流图和数据字典描述系统。2005-09-0149进一步分析和表达用户需求（续）1首先把任何一个系统都抽象为：数据流数据流数据流数据流数据数据存储存储信息要求信息要求数据数据来源来源处理处理数据数据输出输出处理要求处理要求2005-09-0150进一步分析和表达用户需求（续）2分解处理功能和数据（1）分解处理功能将处理功能的具体内容分解为若干子功能，再将每个子功能继续分解，直到把系统的工作过程表达清楚为止。（2）分解数据在处理功能逐步分解的同时，其所用的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图数据流图表达了数据和处理过程的关系2005-09-0151进一步分析和表达用户需求（续）（3）表达方法处理过程：用判定表或判定树来描述数据：用数据字典来描述2005-09-0152进一步分析和表达用户需求（续）3将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可DFD（DataFlowDiagram）：数据流图,表达数据与处理过程的关系。标识现行系统的信息流动和加工处理等详细情况。四要素：数据源或终点，用表示数据处理或变换，用表示数据存储，用表示数据流，用表示DD：数据字典。2005-09-0153四、需求分析小结2005-09-0154需求分析小结（续）实例：假设我们要开发一个学校管理系统。1经过可行性分析和初步需求调查，抽象出该系统最高层数据流图，该系统由教师管理子系统、学生管理子系统、后勤管理子系统组成，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。其中学生管理子系统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进行学籍管理和课程管理，包括学生报到、入学、毕业的管理，学生上课情况的管理。通过详细的信息流程分析和数据收集后，他们生成了该子系统的数据流图。2005-09-01552005-09-01562005-09-01574.2.3数据字典一、数据字典的用途二、数据字典的内容2005-09-0158一、数据字典的用途n数据字典是各类数据描述的集合n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n数据字典在数据库设计中占有很重要的地位2005-09-0159二、数据字典的内容n数据字典的内容n数据项n数据结构n数据流n数据存储n处理过程n数据项是数据的最小组成单位n若干个数据项可以组成一个数据结构n数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流、数据存储的逻辑内容。2005-09-0160数据项n数据项是不可再分的数据单位n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n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2005-09-0161数据结构n数据结构反映了数据之间的组合关系。n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。n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2005-09-0162数据流n数据流是数据结构在系统内传输的路径。n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n数据流来源是说明该数据流来自哪个过程n数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去n平均流量是指在单位时间（每天、每周、每月等）里的传输次数n高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量2005-09-0163数据存储n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。n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，流出的数据流，组成:数据结构，数据量，存取方式n流入的数据流：指出数据来源n流出的数据流：指出数据去向n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n存取方法：批处理/联机处理；检索/更新；顺序检索/随机检索2005-09-0164处理过程n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n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，输入:数据流，输出:数据流，处理:简要说明2005-09-0165处理过程（续）n简要说明：主要说明该处理过程的功能及处理要求功能：该处理过程用来做什么处理要求：处理频度要求（如单位时间里处理多少事务，多少数据量）；响应时间要求等处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准2005-09-0166处理过程（续）例：学生学籍管理子系统的数据字典。数据项，以“学号”为例：数据项：学号含义说明：唯一标识每个学生别名：学生编号类型：字符型长度：8取值范围：00000000至99999999取值含义：前两位标别该学生所在年级，后六位按顺序编号与其他数据项的逻辑关系：2005-09-0167处理过程（续）数据结构以“学生”为例“学生”是该系统中的一个核心数据结构：数据结构：学生含义说明：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组成：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级2005-09-0168处理过程（续）数据流“体检结果”可如下描述：数据流：体检结果说明：学生参加体格检查的最终结果数据流来源：体检数据流去向：批准组成：平均流量：高峰期流量：2005-09-0169处理过程（续）数据存储“学生登记表”可如下描述：数据存储：学生登记表说明：记录学生的基本情况流入数据流：流出数据流：组成：数据量：每年3000张存取方式：随机存取2005-09-0170处理过程（续）处理过程“分配宿舍”可如下描述：处理过程：分配宿舍说明：为所有新生分配学生宿舍输入：学生，宿舍，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。每个学生的居住面积不小于3平方米。安排新生宿舍其处理时间应不超过15分钟。2005-09-0171学生选课管理系统需求分析一一系统功能需求系统功能需求1.对全校所开课程的基本信息的管理。对全校所开课程的基本信息的管理。a)实现对院级选修课课程基本信息的管理i)设计数据库结构详细地描述选修课课程的基本信息ii)确定此基本信息中哪些与系统中其它功能有关联以及如何关联？iii)实现对选修课基本信息的维护功能，如课程代号的维护，学时，学分的改变。b)实现对院级必修课课程基本信息的管理i)设计数据库结构详细地描述必修课课程的基本信息ii)确定此基本信息中哪些与系统中其它功能有关联以及如何关联？iii)实现对选修课基本信息的维护功能，如课程代号的维护，学时，学分的改变。2005-09-01722.实现对学生所选课课程的管理。实现对学生所选课课程的管理。a)提供一个操作简单，设计合理，美观简洁，和系统其它界面相统一的选课界面。除提供基本的信息显示外，应给出当前某门课程的限选人数和已选人数，以供学生参考。b)具有较好的容错功能，如：.判别学号的合法性。.处理错选的情况：学生选多，选少或错选了选修课程。.其它误操作，如未保存选课结果而想退出程序系统的情况。c)防止同一学号重复选课的情况。2005-09-0173d)能够打印输出选课情况的结果。.输出所有信院在校学生的选课情况，包括如下信息：表头：标出学年年度，学期，信院学生的选课情况表体：学号，姓名，专业，年级，所选课程，（该课程所对应的学分）。.按专业输出学生的选课情况，包括如下信息：表头：标出学年年度，学期，某专业学生的选课情况表体：学号，姓名，所选课程，（该课程所对应的学分）。.按年级输出学生的选课情况，包括如下信息：表头：标出学年年度，学期，某年级学生的选课情况表体：学号，姓名，所选课程，（该课程所对应的学分）。2005-09-0174e)实现查询功能:查询某一学期所提供的选修课情况（包括不同专业）查询学生所在专业所能够选择的选修课情况（包括不同年级）学生可以根据自己的学号，得到：。某学期的选修课的情况,以及每门课程是否已考试，考试是否通过等信息。到目前为止已经选择的选修课情况，以及每门课程是否已考试，考试是否通过等信息。f)能够处理降级学生的选课情况休学（转走,转入）2005-09-0175g)能够处理转换专业学生的选课情况 h)能够调整某一选修课程所限制的专业范围 i)能够调整某一选修课程所限制的年级范围 j)根据学号自动滤去该生所不应该选择的课程。k)自动将某一门课进行分班，并打印出每个班级的成绩单3.实现对学生所选课程成绩的管理实现对学生所选课程成绩的管理。l按年级打印出所有学生的某一学期的选修课情况，包括已选没过的情况l按年级打印出所有学生到目前为止的选修课情况，包括已选没过的情况l按专业打印出所有学生的某一学期的选修课情况，包括已选没过的情况l按专业打印出所有学生到目前为止的选修课情况，包括已选没过的情况4.学生可以进行选课。学生可以进行选课。2005-09-0176二系统性能需求二系统性能需求1系统能够允许同时200人同时进行选课2服务器端至少配置256M内存三系统运行要求三系统运行要求开发环境：前端（客户端）：操作系统MicrosoftWindows9x/2000开发工具PowerBuilder7.0服务器端：操作系统MicrosoftWindowsNT/2000DBMSOracle9i/SQLServer2000运行环境：前端（客户端）：操作系统MicrosoftWindows9x/2000服务器端：操作系统MicrosoftWindowsNT/2000DBMSOracle9i/SQLServer2000内存要求=256MDDR【注】：此为C/S模式开发模式，如果为B/S模式则所要说明的更多一些。2005-09-0177 下课了。休息一会儿。休息一会儿。2005-09-01784.3.1概念结构n什么是概念结构设计n需求分析阶段描述的用户应用需求是现实世界的具体需求n将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计n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于机器、更抽象，从而更加稳定。n概念结构设计是整个数据库设计的关键2005-09-0179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逻辑结构设计逻辑结构设计物理结构设计物理结构设计2005-09-0180概念结构（续）n概念结构设计的特点（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。（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，用户的积极参与是数据库的设计成功的关键。2005-09-0181概念结构（续）n概念结构设计的特点(续)（3）易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修改和扩充。（4）易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。2005-09-0182概念结构（续）n描述概念模型的工具nE-R模型2005-09-01834.3.2概念结构设计的方法与步骤n设计概念结构的四类方法n自顶向下首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化n自底向上首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构2005-09-0184概念结构设计的方法与步骤（续）n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n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。2005-09-0185概念结构设计的方法与步骤（续）自顶向下策略2005-09-0186概念结构设计的方法与步骤（续）自底向上策略2005-09-0187概念结构设计的方法与步骤（续）逐步扩张逐步扩张2005-09-0188概念结构设计的方法与步骤（续）n常用策略n自顶向下地进行需求分析自顶向下地进行需求分析n自底向上地设计概念结构自底向上地设计概念结构n自底向上设计概念结构的步骤n第1步：抽象数据并设计局部视图n第2步：集成局部视图，得到全局概念结构2005-09-01894.3.3数据抽象与局部视图设计n数据抽象n局部视图设计2005-09-0190一、数据抽象n概念结构是对现实世界的一种抽象n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n把这些特性用各种概念精确地加以描述n这些概念组成了某种模型2005-09-0191数据抽象（续）n三种常用抽象1.分类（Classification）n定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型n这些对象具有某些共同的特性和行为n它抽象了对象值和型之间的“ismemberof”的语义n在E-R模型中，实体型就是这种抽象2005-09-0192数据抽象（续）2.聚集（Aggregation）n定义某一类型的组成成分n它抽象了对象内部类型和成分之间“ispartof”的语义n在E-R模型中若干属性的聚集组成了实体型，就是这种抽象2005-09-0193数据抽象（续）3.概括（Generalization）n定义类型之间的一种子集联系n它抽象了类型之间的“issubsetof”的语义n概括有一个很重要的性质：继承性。子类继承超类上定义的所有抽象。2005-09-0194数据抽象（续）n数据抽象的用途n对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织（聚集），形成实体实体的属性，标识实体的码确定实体之间的联系类型(1:1，1:n，m:n)2005-09-0195二、局部视图设计设计分E-R图的步骤:选择局部应用逐一设计分E-R图2005-09-0196选择局部应用n需求分析阶段，已用多层数据流图和数据字典描述了整个系统。n设计分E-R图首先需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数据流图，让这组图中每一部分对应一个局部应用，然后以这一层次的数据流图为出发点，设计分E-R图。2005-09-0197选择局部应用（续）n通常以中层数据流图作为设计分E-R图的依据。原因：n高层数据流图只能反映系统的概貌n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n低层数据流图过细2005-09-0198选择局部应用（续）例：由于学籍管理、课程管理等都不太复杂，因此可以它们入手设计学生管理子系统的分E-R图。如果局部应用比较复杂，则可以从更下层的数据流图入手。2005-09-0199逐一设计分E-R图n任务n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，参照数据流图，标定各局部应用中的实体、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）2005-09-01100逐一设计分E-R图（续）n如何抽象实体和属性n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“ismemberof的关系。例：在学校环境中，可把张三、李四等对象抽象为学生实体。2005-09-01101逐一设计分E-R图（续）n属性：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“ispartof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。其中学号为标识学生实体的码。2005-09-01102逐一设计分E-R图（续）n如何区分实体和属性n实体与属性是相对而言的。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”。例：学校中的系，在某种应用环境中，它只是作为“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。2005-09-01103逐一设计分E-R图（续）n一般原则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。属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。n符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。n为了简化E-R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。2005-09-01104逐一设计分E-R图（续）n举例例1：“学生”由学号、姓名等属性进一步描述，根据准则，“学生”只能作为实体，不能作为属性。例2：职称通常作为教师实体的属性，但在涉及住房分配时，由于分房与职称有关，也就是说职称与住房实体之间有联系，根据准则，这时把职称作为实体来处理会更合适些。2005-09-01105逐一设计分E-R图（续）n设计分E-R图的步骤n（1）以数据字典为出发点定义E-R图。数据字典中的“数据结构”、“数据流”和“数据存储”等已是若干属性的有意义的聚合n（2）按上面给出的准则进行必要的调整。2005-09-01106逐一设计分E-R图（续）例：学籍管理局部应用中主要涉及的实体包括学生、宿舍、档案材料、班级、班主任。实体之间的联系：n由于一个宿舍可以住多个学生，而一个学生只能住在某一个宿舍中，因此宿舍与学生之间是1:n的联系。n由于一个班级往往有若干名学生，而一个学生只能属于一个班级，因此班级与学生之间也是1:n的联系。2005-09-01107逐一设计分E-R图（续）n由于班主任同时还要教课，因此班主任与学生之间存在指导联系，一个班主任要教多名学生，而一个学生只对应一个班主任，因此班主任与学生之间也是1:n的联系。n而学生和他自己的档案材料之间，班级与班主任之间都是1:1的联系。学籍管理局部应用的分E-R图草图：2005-09-01108逐一设计分E-R图（续）接下来需要进一步斟酌该E-R图，做适当调整。n(1)在一般情况下，性别通常作为学生实体的属性，但在本局部应用中，由于宿舍分配与学生性别有关，根据准则，应该把性别作为实体对待。n(2)数据存储“学生登记表”，由于是手工填写，供存档使用，其中有用的部分已转入学生档案材料中，因此这里就不必作为实体了。最后得到学籍管理局部应用的分E-R图：2005-09-01109学籍管理局部应用的分E-R图班主任学生宿舍性别班级教室档案材料管理管理上课上课住宿住宿拥有拥有归档归档组成组成指导指导2005-09-01110逐一设计分E-R图（续）该E-R图中省略了各个实体的属性描述：学生：学号，姓名，出生日期性别：性别档案材料：档案号，班级：班级号，学生人数班主任：职工号，姓名，性别，是否为优秀班主任宿舍：宿舍编号，地址，人数其中有下划线的属性为实体的码。2005-09-01111逐一设计分E-R图（续）同样方法可以得到课程管理局部应用的分E-R图，各实体的属性分别为：学生：姓名，学号，性别，年龄，所在系，年级，平均成绩课程：课程号，课程名，学分教师：职工号，姓名，性别，职称教科书：书号，书名，价钱教室：教室编号，地址，容量2005-09-01112课程管理局部应用分E-R图M教科书教师担任课程教室开设N1学生选修NMPN课程管理局部ER图2005-09-011134.3.4视图的集成n各个局部视图即分E-R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E-R图。2005-09-01114视图的集成（续）n视图集成的两种方式n一次集成一次集成多个分E-R图通常用于局部视图比较简单时n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）以后每次将一个新的局部视图集成进来2005-09-01115视图的集成（续）n集成局部E-R图的步骤1.合并2.修改与重构2005-09-01116视图的集成（续）2005-09-01117一、合并分E-R图，生成初步E-R图n各分图存在冲突n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E-R图之间必定会存在许多不一致的地方n合并分E-R图的主要工作与关键所在：合理消除各分E-R图的冲突2005-09-01118合并分E-R图，生成初步E-R图（续）n冲突的种类n属性冲突n命名冲突n结构冲突2005-09-01119属性冲突n两类属性冲突n属性域冲突：属性值的类型、取值范围或取值集合不同。例1，由于学号是数字，因此某些部门（即局部应用）将学号定义为整数形式，而由于学号不用参与运算，因此另一些部门（即局部应用）将学号定义为字符型形式。例2，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。2005-09-01120属性冲突（续）n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，有的以尺为单位。2005-09-01121属性冲突（续）n属性冲突的解决方法n通常用讨论、协商等行政手段加以解决2005-09-01122命名冲突n两类命名冲突n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字例，局部应用A中将教室称为房间局部应用B中将学生宿舍称为房间n异名同义（一义多名）：同一意义的对象在不同的局部应用中具有不同的名字例，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2005-09-01123命名冲突（续）n命名冲突可能发生在属性级、实体级、联系级上。其中属性的命名冲突更为常见。n命名冲突的解决方法n通过讨论、协商等行政手段加以解决2005-09-01124结构冲突n三类结构冲突n同一对象在不同应用中具有不同的抽象例，“课程”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。2005-09-01125结构冲突（续）n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。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E-R图中属性的并集，再适当设计属性的次序。2005-09-01126结构冲突（续）学生学生学号学号姓名姓名性别性别平均成绩平均成绩(a)在局部应用在局部应用A中中2005-09-01127结构冲突（续）学生学生学号学号姓名姓名出生日期出生日期年级年级(b)在局部应用在局部应用B中中所在系所在系2005-09-01128结构冲突（续）学生学生学号学号姓名姓名政治面貌政治面貌(c)在局部应用在局部应用C中中2005-09-01129结构冲突（续）学生学生政治政治面貌面貌学号学号出生出生日期日期年级年级(d)合并后合并后所在系所在系平均平均成绩成绩姓名姓名性别性别2005-09-01130结构冲突（续）n实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型例1，实体E1与E2在局部应用A中是多对多联系，而在局部应用B中是一对多联系例2，在局部应用X中E1与E2发生联系，而在局部应用Y中E1、E2、E3三者之间有联系。解决方法：根据应用语义对实体联系的类型进行综合或调整。2005-09-01131合并分E-R图，生成初步E-R图实例例：生成学校管理系统的初步E-R图以合并学籍管理局部视图,课程管理局部视图为例这两个分E-R图存在着多方面的冲突：2005-09-01132合并分E-R图，生成初步E-R图实例(1)班主任实际上也属于教师，也就是说学籍管理中的班主任实体与课程管理中的教师实体在一定程度上属于异名同义，可以应将学籍管理中的班主任实体与课程管理中的教师实体统一称为教师，统一后教师实体的属性构成为：教师：职工号，姓名，性别，职称，是否为优秀班主任2005-09-01133合并分E-R图，生成初步E-R图实例（续）(2)将班主任改为教师后，教师与学生之间的联系在两个局部视图中呈现两种不同的类型，一种是学籍管理中教师与学生之间的指导联系，一种是课程管理中教师与学生之间的教学联系，由于指导联系实际上可以包含在教学联系之中，