信息科学与技术学院计算机系.ppt

信息科学与技术学院计信息科学与技术学院计算机系算机系第七章 数据库设计7.1 数据库设计概述7.2 需求分析7.3 概念结构设计7.4 逻辑结构设计7.5 数据库的物理设计7.6 数据库实施和维护7.7 小结An Introduction to Database System7.1.1 数据库设计的特点p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”p 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An Introduction to Database System数据库设计的特点（续）p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An Introduction to Database System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An Introduction to Database System7.1 数据库设计概述7.1.1 数据库设计的特点7.1.2 数据库设计方法7.1.3 数据库设计的基本步骤7.1.4 数据库设计过程中的各级模式An Introduction to Database System7.1.2 数据库设计方法p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An Introduction to Database System7.1.2 数据库设计方法p数据库设计方法简述p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An Introduction to Database System数据库设计方法简述（续）p规范设计法n基本思想p过程迭代和逐步求精n典型方法p新奥尔良（New Orleans）方法 将数据库设计分为若干阶段和步骤,并采用一些辅助手段实现每一过程.pS.B.Yao方法将数据库设计分为五个步骤pI.R.Palmer方法把数据库设计当成一步接一步的过程An Introduction to Database System数据库设计方法简述（续）p基于E-R模型的数据库设计方法n概念设计，是目前广泛使用的方法p3NF的设计方法n采用关系数据库理论的方法来指导逻辑模型设计pODL(Object Definition Language)方法n面向对象的数据库设计方法n直接转换为面向对象的数据库An Introduction to Database System数据库设计方法简述（续）p计算机辅助设计nORACLE Designer 2000nSYBASE PowerDesignerAn Introduction to Database System7.1 数据库设计概述7.1.1 数据库设计的特点7.1.2 数据库设计方法7.1.3 数据库设计的基本步骤7.1.4 数据库设计过程中的各级模式An Introduction to Database System7.1.3 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An Introduction to Database System6.1.4 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p加速数据库设计p提高数据库设计的质量An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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）An Introduction to Database System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p建立数据库p编制与调试应用程序p组织数据入库p并进行试运行An Introduction to Database System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。An Introduction to Database System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。P202图7.2An Introduction to Database System强调：设计特点p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p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p设计过程各个阶段的设计描述：P204图7.3An Introduction to Database SystemIPO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）、数数据字典中处理过程的描述据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、适应性、改善性维护）适应性、改善性维护）An Introduction to Database System7.1 数据库设计概述7.1.1 数据库设计的特点7.1.2 数据库设计方法7.1.3 数据库设计的基本步骤7.1.4 数据库设计过程中的各级模式An Introduction to Database System7.1.4 数据库设计过程中的级模式p数据库各级模式的形成过程(P205图7.4)n需求分析阶段p 综合各个用户的应用需求n概念设计阶段p 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)An Introduction to Database System7.1.4 数据库设计过程中的级模式n逻辑设计阶段p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p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An Introduction to Database System7.1.4 数据库设计过程中的级模式n物理设计阶段p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An Introduction to Database System第七章 数据库设计7.1 数据库设计概述7.2 需求分析7.3 概念结构设计7.4 逻辑结构设计7.5 数据库的物理设计7.6 数据库实施和维护7.7 小结An Introduction to Database System7.2 需求分析7.2.1 需求分析的任务7.2.2 需求分析的方法7.2.3 数据字典An Introduction to Database System需求分析（续）p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An Introduction to Database System错误的理解了用户需求的结果An Introduction to Database System7.2 需求分析7.2.1 需求分析的任务7.2.2 需求分析的方法7.2.3 数据字典An Introduction to Database System7.2.1 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An Introduction to Database System一、需求分析的任务p 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p 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An Introduction to Database System软件的各种需求业 务 需求用 户 需求功 能 需求软件需求规格非功能性需求质 量 特性约束和假设系 统 需求An Introduction to Database System二、需求分析的重点p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。p 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An Introduction to Database System需求分析的重点（续）p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)p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。An Introduction to Database System三、需求分析的难点p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。An Introduction to Database System需求分析的难点(续)p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An Introduction to Database System7.2 需求分析7.2.1 需求分析的任务7.2.2 需求分析的方法7.2.3 数据字典An Introduction to Database System7.2.2 需求分析的方法p调查清楚用户的实际需求并进行初步分析p 与用户达成共识p 进一步分析与表达这些需求An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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p确定哪些功能由计算机完成或将来准备让计算机完成p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。An Introduction to Database System二、常用调查方法p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An Introduction to Database System常用调查方法（续）p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An Introduction to Database System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An Introduction to Database System三、进一步分析和表达用户需求p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（Structured Analysis，简称SA方法）pSA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。An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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p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p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p 数据流图表达了数据和处理过程的关系An Introduction to Database System进一步分析和表达用户需求（续）（3）表达方法p 处理过程：用判定表或判定树来描述p 数据：用数据字典来描述 An Introduction to Database System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An Introduction to Database System四、需求分析小结pP207图7.6An Introduction to Database System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。An Introduction to Database System7.2 需求分析7.2.1 需求分析的任务7.2.2 需求分析的方法7.2.3 数据字典An Introduction to Database System7.2.3 数据字典一、数据字典的用途二、数据字典的内容An Introduction to Database System一、数据字典的用途p数据字典是各类数据描述的集合p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p数据字典在数据库设计中占有很重要的地位An Introduction to Database System二、数据字典的内容p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p 数据项是数据的最小组成单位p 若干个数据项可以组成一个数据结构p 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。An Introduction to Database System 数据项p数据项是不可再分的数据单位p 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An Introduction to Database System 数据结构p数据结构反映了数据之间的组合关系。p 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。p 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An Introduction to Database System 数据流p 数据流是数据结构在系统内传输的路径。p 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An Introduction to Database System 数据存储p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。p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An Introduction to Database System 处理过程p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p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An Introduction to Database System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p功能：该处理过程用来做什么p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p处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准An Introduction to Database System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：An Introduction to Database System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An Introduction to Database System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：An Introduction to Database System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 An Introduction to Database System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。An Introduction to Database System 下课了。休息一会儿。休息一会儿。An Introduction to Database System结束结束