数据库系统设计——计算机系课程培训模板演示文档.pptx

本章学习要点本章学习要点:（1）掌握数据库设计的基本步骤。）掌握数据库设计的基本步骤。（2）熟悉需求分析过程。）熟悉需求分析过程。（3）掌握数据库设计的概念结构设计。）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。）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。）了解数据库的物理设计。（6）掌握）掌握E-R图设计、图设计、E-R图向关系模式图向关系模式的转换、及优化方法。的转换、及优化方法。第1页/共111页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：本章内容：第2页/共111页10.110.1数据库设计概述数据库设计概述 （P204P204）什么是什么是数据库设计数据库设计？数据库设计是指对于一个数据库设计是指对于一个给定给定的的应用应用环境，环境，构造构造最优的数据库模式最优的数据库模式，建立建立数据库及其应用系统数据库及其应用系统，使之能够，使之能够有效地存储数据有效地存储数据，满足各种满足各种用户的用户的应用需应用需求求（信息要求和处理要求）。（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应用系统。第3页/共111页数据库数据库是信息系统的是信息系统的核心核心和和基础基础。把信息系统中大量的数据按把信息系统中大量的数据按一定的模型组织起来一定的模型组织起来；提供存储、维护、检索数据的功能；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。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。所在。数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分。数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分。第4页/共111页数据库设计问题数据库设计问题一、数据库设计的一、数据库设计的目标目标是为用户和各种应用系是为用户和各种应用系统统提供提供一个一个高效率高效率的的运行环境运行环境。（1 1）数据库的）数据库的存取存取效率。效率。（2 2）存储）存储空间空间的的利用率利用率。第5页/共111页数据库系统数据库系统设计内容设计内容数据库设计包含两方面的内容：数据库设计包含两方面的内容：1 1、结构特性设计结构特性设计 结构特性设计通常是指结构特性设计通常是指数据库模式或数据库结构设计数据库模式或数据库结构设计，它应该具有最小冗余，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。静态的，应留有扩充余地，使系统容易改变。2 2、行为特性设计行为特性设计 行为特性设计是指行为特性设计是指应用程序、事物处理应用程序、事物处理的设计。的设计。第6页/共111页数据库设计数据库设计特点特点 数据库设计是一项综合性技术。数据库设计是一项综合性技术。“三分技术，七分管理，十二分基础数据三分技术，七分管理，十二分基础数据”是数据库是数据库建设的基本规律。建设的基本规律。数据库设计的数据库设计的特点是：特点是：1 1、硬件、软件和干件相结合。、硬件、软件和干件相结合。技术与管理的界面称之为技术与管理的界面称之为“干件干件”2 2、数据库设计与应用系统设计相结合。、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。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。第7页/共111页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早期的数据库设计结构和行为分离的设计第8页/共111页数据库设计方法数据库设计方法 常用常用的数据库的数据库设计方法设计方法如下：如下：新奥尔良（新奥尔良（New OrleansNew Orleans）方法）方法 将数据库设计分为四个阶段：将数据库设计分为四个阶段：需求分析：分析用户需求；需求分析：分析用户需求；概念设计：信息分析与定义；概念设计：信息分析与定义；逻辑设计：设计实现；逻辑设计：设计实现；物理设计：物理数据库设计。物理设计：物理数据库设计。方法方法将数据库设计分为五个步骤。将数据库设计分为五个步骤。第9页/共111页方法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。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：方法来分：基于基于E-R模型的设计方法；模型的设计方法；基于基于3NF的设计方法；的设计方法；基于抽象语法规范的设计方法；基于抽象语法规范的设计方法；计算机辅助设计工具计算机辅助设计工具Designer 2000PowerDesigner第10页/共111页数据库设计的数据库设计的基本步骤基本步骤一、数据库设计的一、数据库设计的准备工作准备工作选定参加设计的人员选定参加设计的人员:1、数据库、数据库分析设计分析设计人员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。2、用户用户举足轻重；举足轻重；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。第11页/共111页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。4 4、操作员操作员在系统实施阶段参与进来，准备软硬件环境。在系统实施阶段参与进来，准备软硬件环境。二、数据库设计的过程二、数据库设计的过程(六个阶段六个阶段)（重要重要）1 1、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）；是整个设计过程的基础，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、最耗费时间的一步。是最困难、最耗费时间的一步。综合各个用户的应用需求。综合各个用户的应用需求。简单实例简单实例第12页/共111页2 2、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是整个数据库设计的关键关键。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、独立于各具体立于各具体DBMSDBMS产品的产品的概念模型（图）概念模型（图）。3 3、逻辑结构设计阶段逻辑结构设计阶段将概念结构将概念结构转换为某个转换为某个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。简单实例简单实例第13页/共111页基本步骤：基本步骤：首先将首先将E-RE-R图转换成具体的数据库产品支图转换成具体的数据库产品支持的数据模型，如关系模型，形成数据库持的数据模型，如关系模型，形成数据库逻辑逻辑模式模式。然后根据用户处理的要求、安全性的考虑，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在基本表的基础上再建立必要的视图建立必要的视图(View)(View)，形成数据的外模式，形成数据的外模式。第14页/共111页4 4、数据库、数据库物理设计阶段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（包括存储结构存储结构和存取和存取方法）。方法）。根据根据DBMSDBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引建立索引，形成数据库，形成数据库内内模式模式。5 5、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工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果：果：建立数据库及表、存储过程、触发器等建立数据库及表、存储过程、触发器等；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。第15页/共111页、数据库、数据库运行和维护阶段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。设计一个完善的数据库应用系统往往是上述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六个阶段的不断反复。第16页/共111页三三、数数据据库库设设计计步步骤骤图图（P206）第17页/共111页设计阶 段设计描述数据处理需求分析数据字典、全系统中数据项、数据流、数据存储的描述数据流图和判定表（判定树）、数据字典中处理过程的描述概念模型（E-R图）数据字典系统说明书包括：新系统要求、方案和概图反映新系统信息流的数据流图某种数据模型关系非关系系统结构图（模块结构）存储安排方法选择存取路径建立模块设计IPO表实施阶段此同时创建库与模式装入数据数据库试运行程序编码、编译连接、测试运 行、维护性能监测、转储/恢复数据库重组和重构新旧系统转换、运行、维护（修正性、适应性、改善性维护）IPO表输入：输出：处理：CreatMain()ifthenend分区1分区2概念结构设计逻辑结构设计物理设计四、设计过程各个阶段的设计描述图(p208)第18页/共111页小结：小结：在设计过程中把在设计过程中把数据库结构的设计数据库结构的设计和对数据库中和对数据库中数据处理的设计数据处理的设计紧密紧密结合结合起来起来。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。参照，相互补充，以完善两方面的设计。第19页/共111页10.210.2需求分析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）。细定义等）。需求分析是设计数据库的需求分析是设计数据库的起点起点。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。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需求分析阶段的主要文档文档：需求分析说明书。需求分析说明书。第20页/共111页需求分析的需求分析的任务任务从多面对整个组织进行调查，收集和分从多面对整个组织进行调查，收集和分析各项应用对信息和处理两方面的需求。析各项应用对信息和处理两方面的需求。1 1、收集需求信息收集需求信息一般来讲，一般来讲，用户用户对数据库的对数据库的要求要求如下：如下：（1 1）信息需求：信息需求：数据库中数据库中需要存储哪些数据。需要存储哪些数据。（2 2）处理需求：处理需求：要要实现什么样的功能实现什么样的功能，响应，响应时间的要求等。时间的要求等。（3 3）安全性与完整性要求。安全性与完整性要求。第21页/共111页2 2、分析整理分析整理 分析的过程是对所收集到的数据进行抽象的过程。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，用结构化系统方法，自顶向下，逐层分解，逐步细化自顶向下，逐层分解，逐步细化。、写出数据字典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。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。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。第22页/共111页数据库设计需求分析的主要步骤数据库设计需求分析的主要步骤:（1 1）应用领域的调查分析。）应用领域的调查分析。（2 2）定义数据库支持的信息与应用。）定义数据库支持的信息与应用。（3 3）定义数据库）定义数据库操作任务操作任务。（4 4）定义数据信息。）定义数据信息。（5 5）预测预测现行系统的现行系统的未来改变未来改变。第23页/共111页一、应用领域的调查分析一、应用领域的调查分析两阶段两阶段：（）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（）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。功能。方法：方法：）从组织结构中获得）从组织结构中获得各职能部门各职能部门及其相互关系。及其相互关系。）与各职能）与各职能部门专业人员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。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。）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。第24页/共111页（）在（）基础上对应用领域进行分析，（）在（）基础上对应用领域进行分析，抽象出逻辑模型抽象出逻辑模型。方法：方法：）定义）定义流动信息流动信息。）定义）定义存储信息存储信息。）确定流动信息的）确定流动信息的起点和终点起点和终点。）对各应用定义）对各应用定义输入信息输入信息、输出信息输出信息和应用功能（和应用功能（各部门输入和使用什么数各部门输入和使用什么数据）据）。）给出以上四则的）给出以上四则的联系联系。主要方法：主要方法：SASA（structured Analysisstructured Analysis）应用领域逻辑模型的描述工具：应用领域逻辑模型的描述工具：数据流图数据流图第25页/共111页、数据流图数据流图数据库设计中采用数据流图（数据库设计中采用数据流图（DFDDFD：Data Flow DiagramData Flow Diagram）来描述系统的功能。）来描述系统的功能。DFDDFD一般由下面符号构成。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。：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，在其内标明相应名：文件和数据存储，在其内标明相应名称。称。第26页/共111页实例实例-、假设我们要开发某学校管理系统。、假设我们要开发某学校管理系统。1 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、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。一个开发小组。2 2进一步细化各个子系统。进一步细化各个子系统。其其中学生绞费管理子系统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：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：第27页/共111页每年新生、老生学费、住宿费基本信息的输入；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；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、打印学生的交费情况；查询、打印降级生的交费情况；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。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的通过信息流程分析和数据收集后，他们生成了该子系统的查询处理高层数据流查询处理高层数据流图如下：图如下：第28页/共111页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：说明：查询学费：学号、姓名查询学费：学号、姓名交费信息：学号、姓名、学费标准、住宿交费信息：学号、姓名、学费标准、住宿费标准、本次交费、已交学费、已交住宿费标准、本次交费、已交学费、已交住宿费、应交费。费、应交费。交费数据：查询到的数据信息。交费数据：查询到的数据信息。使用频度：每天使用频度：每天2020人次。人次。第29页/共111页二、定义数据系统支持的信息与应用二、定义数据系统支持的信息与应用应用定义目的：确定最终的数据库应用定义目的：确定最终的数据库支持哪些支持哪些应用系统。应用系统。方法：方法：考查考查数据流图中的每个数据流图中的每个数据处理数据处理应用，应用，确定确定正在正在设计的数据库设计的数据库支持这些支持这些应用的可行应用的可行性性。第30页/共111页信息定义信息定义目的：目的：确定确定最终的数据库需要最终的数据库需要存储存储哪些信息哪些信息。方法：方法：（）考查数据流图中的每个存储信息，确（）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。定这些信息是否需要存储。（）（）定义定义需需存储的信息存储的信息，信息定义表。，信息定义表。第31页/共111页三、三、定义数据库操作任务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，定义其中每个应用逐步求精的过程，定义其对应最终对应最终数据库系统的事务（操作语句、原子性事务、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）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逐步求精的过程中，划分出数据库操作任务，规则：务，规则：（）须是某个应用的构成部分。（）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（）须是一独立的计算机执行单位，具有相对独立的功能。对独立的功能。数据库系统应用属于nm第32页/共111页（）须具有（）须具有原子性原子性。（）须具有明确的输入和输出数据项集合（）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定义，每个数据项须是详细说明的原子数据项。定义内容及项。定义内容及IPOIPO图。图。四、定义四、定义数据项数据项描述工具描述工具：数据字典数据字典。第33页/共111页、数据字典（数据字典（DDDD：Data DictionaryData Dictionary）用于记载系统中的各种数据、数据元素以及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，它们的名字、性质、意义及各类约束条件，记记录系统中录系统中用到的用到的常量、变量、数组及其他数据常量、变量、数组及其他数据单位，单位，是系统开发与维护中不可缺少的重要文是系统开发与维护中不可缺少的重要文件。件。数据字典也是数据字典也是关于数据库中数据关于数据库中数据的一种描述。的一种描述。数据字典是在需求分析阶段建立，在数据库设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。计过程中不断修改、充实、完善的。第34页/共111页需求分析过程中：需求分析过程中：数据字典产生于数据字典产生于数据流图数据流图，是对数据流图中的四个成分（数据，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。流、数据项、文件和处理）描述的结果。数据字典数据字典的的内容内容：（）数据项（）数据项（）数据结构（）数据结构（）数据流（）数据流（）数据存储（）数据存储（）处理过程（）处理过程第35页/共111页对对数据项的描述数据项的描述：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，围，取值含义，与其他数据项的逻辑关系取值含义，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。件。第36页/共111页数据项名称数据项名称类型类型长度（字节）长度（字节）范围范围学号字符8年份数字姓名字符8任何字母学费标准正整数50-99999住宿费标准正整数50-99999应交学费正整数50-99999本次交费正整数50-99999如交费信息中各数据项的说明：如交费信息中各数据项的说明：如：应交学费学费标准住宿费标准第37页/共111页对对数据结构的描述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:数据项或数据结构数据项或数据结构如：如：交费数据交费数据 学号学号 姓名姓名 学费标准住宿费标准应交学费学费标准住宿费标准应交学费 已交已交学费学费 本次交款已交住宿费。本次交款已交住宿费。说明：学生交费情况基本信息说明：学生交费情况基本信息表表。第38页/共111页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，组成数据流描述数据流名，说明，数据流来源，数据流去向，组成:数据数据结构，结构，平均流量，高峰期流量平均流量，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；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；数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去；平均流量是指在平均流量是指在单位时间（每天、每周、每月等）单位时间（每天、每周、每月等）里的传输次数；里的传输次数；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。第39页/共111页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之一。对数据存取的描述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，流出的数据流流 ，组成组成:数据结构，数据量，存取方式数据结构，数据量，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）存取几次等信息。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。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 /随机检索等。随机检索等。第40页/共111页处理过程的具体处理逻辑一般用处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述判定表或判定树来描述。数据字典中只需要描。数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息。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:数数据流，输出据流，输出:数据流，数据流，处理处理:简要说明简要说明注：还要说明数据处理的触发条件、错误处理等问题。注：还要说明数据处理的触发条件、错误处理等问题。第41页/共111页简要说明：主要说明该处理过程的功能及处理要求。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。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。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。处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准。第42页/共111页教师学生信息处理分配宿舍学生登记表学生登记表住宿登记表住宿登记表宿舍信息宿舍信息图、学生信息管理子系统某高层数据流图例学生信息学生信息结果信息结果信息返回第43页/共111页则有学生信息管理子系统的数据字典部分信息如下：）数据项，以“学号”为例（卡片式）：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 8取值范围：19501950至99999999+0000+0000至99999999取值含义：前四位表示入学年份，后四位按顺序编号。空值：不充许为空。与其他数据项的逻辑关系：实例第44页/共111页（）数据结构（）数据结构 以以“学生学生”为例为例：（卡片式）：（卡片式）“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：是信息管理子系统的主体数据结含义说明：是信息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：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级。组成：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级。（用前例描述方法也可）（用前例描述方法也可）实例第45页/共111页（）数据流“结果信息”可如下描述：数据流：结果信息说明：教师提交学生基本信息后，系统处理后所获得最终的信息。数据流来源：信息处理数据流去向：分配宿舍组成：平均流量：高峰期流量：实例第46页/共111页（）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：登记学生情况，流出数据流：学生基本信息 组成：数据量：每年30003000张 存取方式：随机存取实例第47页/共111页（）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：学生信息，宿舍信息，输入：学生信息，宿舍信息，输出：宿舍安排输出：宿舍安排处理：在新生报到后，为所有新生分配学处理：在新生报到后，为所有新生分配学 生宿舍。要生宿舍。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；每个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；每个学生的居住面积不小于学生的居住面积不小于3 3平方米。安排新生宿舍其处理时间应不超过平方米。安排新生宿舍其处理时间应不超过1515分钟。分钟。实例第48页/共111页五、预测现行系统的未来改变五、预测现行系统的未来改变以设计人员应充分考虑到以设计人员应充分考虑到可能的扩充和可能的扩充和改变改变。实例第49页/共111页概念设计概念设计特点特点（1 1）能真实、充分地反映现实世界能真实、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，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。对数据的处理要求。是对现实世界的一个真实模型。（2 2）易于理解易于理解，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，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。与是数据库的设计成功的关键。（3 3）易于易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型模型修改和扩充修改和扩充。（4 4）易于易于向关系、网状、层次等各种数据模型向关系、网状、层次等各种数据模型转换转换。10.310.3概念（结构）设计概念（结构）设计第50页/共111页概念结构设计的概念结构设计的方法与步骤方法与步骤设计概念结构的四类方法：坚持设计概念结构的四类方法：坚持“逐步求精逐步求精”原则。原则。自顶向下自顶向下 首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化。首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化。自顶向下策略第51页/共111页自底向上自底向上 首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概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。念结构。自底向上策略第52页/共111页逐步扩张逐步扩张 首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚雪球的方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。式逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构。逐步扩张逐步扩张第53页/共111页混合策略混合策略 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。概念结构。第54页/共111页常用策略常用策略自顶向下地进行需求分析自顶向下地进行需求分析自底向上地设计概念结构自底向上地设计概念结构自底向上自底向上设计概念结构的步骤：设计概念结构的步骤：第第1 1步：步：抽象抽象数据并数据并设计局部概念模型设计局部概念模型。第第2 2步：步：集成局部集成局部概念模型，概念模型，得到全局得到全局概概念结构。念结构。第55页/共111页数据抽象数据抽象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），形成实体、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。实体的属性、标识实体的码。、确定、确定实体实体之之间间的的联系类型联系类型(1:1(1:1，1:n1:n，m:n)m:n)第56页/共111页三种常用抽象三种常用抽象(符号表示方法不唯一符号表示方法不唯一)1.分类分类（Classification）定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。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性和行为这些对象具有某些共同的特性和行为它抽象了对象它抽象了对象值和型值和型之间的之间的“is member of”的语义。的语义。在在E-R模型中，实体就是这种抽象。模型中，实体就是这种抽象。第57页/共111页学生分类分类“is number of”张英张英王平王平刘勇刘勇赵斌赵斌实体实体实体实体实例实例例如：例如：“张英张英”是是“学生学生”实体中的一员。实体中的一员。第58页/共111页2、聚集聚集（Aggregation）定义某一类型的组成成分。定义某一类型的组成成分。它抽象了对象内部类型和成分之间它抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义。的语义。在在E-R模型中模型中若干属性的聚集组成了实若干属性的聚集组成了实体体型，就是这种抽象。型，就是这种抽象。学生学号姓名专业班级“is part of”联系联系实体型实体型属性属性聚集第59页/共111页3、概括（、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。它抽象了类型之间的它抽象了类型之间的“is subset of”的的语义。语义。概括有一个很重要的性质：概括有一个很重要的性质：继承性继承性。子。子类继承超类上定义的所有属性，其本身还类继承超类上定义的所有属性，其本身还可以包含其他属性。可以包含其他属性。学生本科生研究生硕士生博士生“is subset of”概括超类超类superclasssuperclass子类子类subclass或或“is a”is a”联系联系第60页/共111页原原E-RE-R模型不具有概括。模型不具有概括。扩充扩充E-RE-R模型模型允许定义超类实体型和子类实体型：允许定义超类实体型和子类实体型：用用双竖边的矩形框双竖边的矩形框表示表示子类子类；用用直线加小圆圈直线加小圆圈表示表示超类超类-子类子类的的联系联系。第61页/共111页描述概念模型的工具描述概念模型的工具E-RE-R模型（实体模型（实体-联系模型）的元素：联系模型）的元素：实体、属性、主码、联系。实体、属性、主码、联系。（1 1）实体：）实体：E-RE-R模型的基本对象，是现实世界中各种事物的抽象。模型的基本对象，是现实世界中各种事物的抽象。实体是可以从用户的工作环境中标识出的事物，是用户想要跟踪的某些事实体是可以从用户的工作环境中标识出的事物，是用户想要跟踪的某些事物。物。实体类实体类与与实体实例实体实例的区别：的区别：1 1）实体类是实体的集合，且是由实体实例的结构来描述的。）实体类是实体的集合，且是由实体实例的结构来描述的。2 2）实体实例是特殊实体的代表，是由实体的属性值来描述的。如：学生：）实体实例是特殊实体的代表，是由实体的属性值来描述的。如：学生：张三、李虹。张三、李虹。第62页/共111页（2 2）属性：用来描述实体的特征；是数据库中主要存储的数据。）属性：用来描述实体的特征；是数据库中主要存储的数据。E-RE-R模型中的属性可以是模型中的属性可以是组合的或多值的组合的或多值的。相关新术语：相关新术语：1 1）组合属性（复合属性）组合属性（复合属性）：某些属性可以划分为多个独立意义的子属性，并具有层：某些属性可以划分为多个独立意义的子属性，并具有层次结构。次结构。如：如：地址地址=省名省名+市名市名+区名区名+街道街道+邮政篇码。邮政篇码。街道街道=街道名街道名+门牌号。门牌号。第63页/共111页省名省名市名市名区名区名地址地址地址地址=省名省名+市名市名+区名区名+街道街道+邮政篇码。邮政篇码。街道街道=街道名街道名+门牌号。门牌号。邮政篇码邮政篇码街道街道街道名街道名门牌号门牌号第64页/共111页2 2）多值属性）多值属性：对一实体其属性值取值不唯一。：对一实体其属性值取值不唯一。如：学生的如：学生的“学位学位”属性。属性。工程师的工程师的“资格证资格证”属性。属性。学位学位学士学士硕士硕士第65页/共111页3）单值属性：同一个实体只能取一个值。）单值属性：同一个实体只能取一个值。如：学生的如：学生的“出生年月出生年月”属性。属性。4）导出属性：可以由其它属性或实体实例计算或统计出来的属性。）导出属性：可以由其它属性或实体实例计算或统计出来的属性。如：学生的年龄可以由出生年月计算出来。如：学生的年龄可以由出生年月计算出来。学生考试的总成绩、最高成绩等。学生考试的总成绩、最高成绩等。5）允许取空值的属性：如）允许取空值的属性：如“学位学位”，存在未获得任何学位的情况。，存在未获得任何学位的情况。第66页/共111页（3 3）主码）主码/键：能唯一标识实体实例的属性或属性组。键：能唯一标识实体实例的属性或属性组。简单键：由一个属性构成的键。简单键：由一个属性构成的键。复合键：由多个属性构成的键。复合键：由多个属性构成的键。（4 4）联系：实体通过联系相互关联。）联系：实体通过联系相互关联。E-RE-R模型包含联系实体和联系实例。模型包含联系实体和联系实例。联系可拥有属性。联系可拥有属性。联系可以是多个实体间的联系，相关联的实体数量是联系的元。联系可以是多个实体间的联系，相关联的实体数量是联系的元。如：如：二元联系、三元联系。二元联系、三元联系。第67页/共111页三种类型的联系三种类型的联系：（回顾）：（回顾）1 1、一对一（、一对一（1 1：1 1）如：假设一雇员只能分配到一辆汽车，而一辆如：