大学数据库课件第7章数据库设计DataBa.ppt

数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystem第六章 数据库设计第六章 数据库设计6.1 数据库设计概述6.2 需求分析6.3 概念结构设计6.4 逻辑结构设计6.5 数据库的物理设计6.6 数据库实施6.7 数据库运行与维护6.8 小结6.1 数据库设计概述6.1.1 数据库和信息系统6.1.2 数据库设计的特点6.1.3 数据库设计方法简述6.1.4 数据库设计的基本步骤数据库设计概述（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。6.1.1 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6.1 数据库设计概述6.1.1 数据库和信息系统6.1.2 数据库设计的特点6.1.3 数据库设计方法简述6.1.4 数据库设计的基本步骤6.1.2 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数据库设计的特点（续）现实世界概念模型设计子模式设计物理数据库设计逻辑数据库设计建立数据库数据分析 功能分析功能模型 功能说明事务设计程序说明应用程序设计程序编码调试6.1 数据库设计概述6.1.1 数据库和信息系统6.1.2 数据库设计的特点6.1.3 数据库设计方法简述6.1.4 数据库设计的基本步骤6.1.3 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n 过程迭代和逐步求精数据库设计方法简述（续）n 规范设计法(续)n 典型方法n 新奥尔良（New Orleans）方法n 将数据库设计分为四个阶段n 方法n将数据库设计分为五个步骤n 方法n把数据库设计当成一步接一步的过程数据库设计方法简述（续）n 计算机辅助设计n ORACLE Designer 2000n SYBASE PowerDesigner6.1 数据库设计概述6.1.1 数据库和信息系统6.1.2 数据库设计的特点6.1.3 数据库设计方法简述6.1.4 数据库设计的基本步骤6.1.4 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6.1.4 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n加速数据库设计n提高数据库设计的质量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）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n 建立数据库n 编制与调试应用程序n 组织数据入库n 并进行试运行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。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。如下图所示设计特点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：如下图所示IPO 表输入：输出：处理：CreatLoadMain()ifthenend分区1分区2概念结构设计逻辑结构设计物理设计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表实施阶段编写模式装入数据数据库试运行程序编码、编译联结、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）数据库设计的基本步骤（续）n 数据库各级模式的形成过程.n 需求分析阶段n 综合各个用户的应用需求n 概念设计阶段n 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)数据库设计的基本步骤（续）n 逻辑设计阶段n 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n 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)，形成数据的外模式数据库设计的基本步骤（续）n 物理设计阶段n 根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引，形成数据库内模式第六章 数据库设计6.1 数据库设计概述6.2 需求分析6.3 概念结构设计6.4 逻辑结构设计6.5 数据库的物理设计6.6 数据库实施6.7 数据库运行与维护6.8 小结6.2 需求分析6.2.1 需求分析的任务6.2.2 需求分析的方法6.2.3 数据字典需求分析（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6.2 需求分析6.2.1 需求分析的任务6.2.2 需求分析的方法6.2.3 数据字典6.2.1 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。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。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6.2 需求分析6.2.1 需求分析的任务6.2.2 需求分析的方法6.2.3 数据字典6.2.2 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n 确定哪些功能由计算机完成或将来准备让计算机完成n 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。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（Structured Analysis，简称SA方法）n SA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。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 数据流数据存储信息要求数据来源处理 数据输出处理要求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n 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n 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n 数据流图表达了数据和处理过程的关系进一步分析和表达用户需求（续）（3）表达方法n 处理过程：用判定表或判定树来描述n 数据：用数据字典来描述 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，征得用户的认可四、需求分析小结需求分析小结（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。学校管理高层数据流图主层分解后的数据流图n 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。售书系统（）领书单 进书通知 购书单 缺书单 学生教材购销系统书库保管员实例：假设要开发一个售书系统售书系统领书单进书通知 进书通知 购书单缺书单 1销售2采购书库保 管员学生F1 教材存量表 F2 缺书登记表 顾客P1销售P2采购供应商F1 配件库存P3会计付款付款收据应付款通知收款通知到货通知订货单订货单发货单 发货单例子：销售采购管理系统第1层数据流程图F2 配件目录顾客P1.1编辑订货单业务员P1.3确定订货P1.5产生暂存订货单P1.2登录新顾客F3 顾客P1.4开发货单修改库存P1.6对照暂存订货单采购F4 暂存订货单P1.8编制销售、库存报表P1.7检索库存F1 配件库存经理F5 销售历史 F10 应收款明细帐第2层数据流程图之一（销售）发货单订货单不合格合格新顾客不满足的订货可发的订货到货通知F4 暂存订货单P2.1按配件汇总P2.2确定订货的配件P2.5修改库存、待订数量F6 待订货的配件P2.6编制到货通知P2.4核对发货单F1 配件库存P2.3按供应商汇总F8 向供应商的订货单F9 应付款明细帐销售供应商订货单发货单错误发货单正确发货单第2层数据流程图之二（采购）顾客P3.1开收据并修改明细帐P3.5编制会计报表经理P3.4修改总帐F10 应收款明细帐F11 总帐P3.3付款并修改明细帐P3.2核对付款单F9 应付款明细帐供应商第2层数据流程图之三（会计）应付款通知付款收据6.2 需求分析6.2.1 需求分析的任务6.2.2 需求分析的方法6.2.3 数据字典6.2.3 数据字典一、数据字典的用途二、数据字典的内容一、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。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 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 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 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 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n 功能：该处理过程用来做什么n 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n 处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准n 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。数据本身将存放在物理数据库中，由数据库管理系统管理。数据字典有助于这些数据的进一步管理和控制，为设计人员和数据库管理员在数据库设计、实现和运行阶段控制有关数据提供依据。n 我们以学生学籍管理子系统为例，简要说明如何定义数据字典。处理过程（续）例：学生学籍管理子系统的数据字典。该子系统涉及很多数据项，其中“学号”数据项可以如下述：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：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：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 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。