第二章 数据库设计和ER模型.ppt

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1、第2章 数据库设计与ER模型主要内容p数据库设计的优劣直接影响信息系统的质量和数据库设计的优劣直接影响信息系统的质量和运行效果运行效果p数据库设计概念数据库设计概念P29p主要内容主要内容n2.1 数据库系统生存期数据库系统生存期n2.2 ER模型的基本概念模型的基本概念n2.3 关系模型的基本概念关系模型的基本概念n2.4 ER模型到关系模型的转换模型到关系模型的转换n2.5 ER模型实例分析模型实例分析n2.6 增强的增强的ER模型模型2.1 数据库系统生存期p软件危机及其表现软件危机及其表现 P29p“软件工程软件工程”概念的提出概念的提出p软件开发和运营的全过程称为软件开发和运营的全过

2、程称为“软件生存期软件生存期”p以数据库为基础的信息系统为数据库应用系统以数据库为基础的信息系统为数据库应用系统n具有信息的采集、组织、加工、抽取、综合、传播功能具有信息的采集、组织、加工、抽取、综合、传播功能n其开发是有自己特点的软件工程：数据库工程其开发是有自己特点的软件工程：数据库工程p数据库系统生存期（依照软件生存期）数据库系统生存期（依照软件生存期）P292.1 数据库系统生存期p规划阶段规划阶段p需求分析阶段p概念设计阶段p逻辑设计阶段p物理设计阶段p实现阶段实现阶段p运行和维护阶段运行和维护阶段2.1.1规划阶段p规划阶段的三个步骤规划阶段的三个步骤 P30n系统调查系统调查n可

3、行性分析可行性分析n确定数据库系统的总目标，并对应用单位的工作流程确定数据库系统的总目标，并对应用单位的工作流程进行优化和制定项目开发计划进行优化和制定项目开发计划2.1.2需求分析阶段p计算机人员和用户双方共同收集数据库所需要的计算机人员和用户双方共同收集数据库所需要的信息内容和用户对处理的需求信息内容和用户对处理的需求n收集基础数据及其处理要求收集基础数据及其处理要求n确定新系统的功能确定新系统的功能p目标目标n把用户的信息要求和处理要求写成用户的数据库设计把用户的信息要求和处理要求写成用户的数据库设计者都能理解和接受的文档，作为者都能理解和接受的文档，作为系统开发的依据。2.1.2需求分

4、析阶段p需求分析的四个步骤需求分析的四个步骤n分析用户活动，产生业务流程图分析用户活动，产生业务流程图n确定系统范围，产生系统关联图：确定人机界面确定系统范围，产生系统关联图：确定人机界面n分系统户活动涉及的数据，产生数据流图分系统户活动涉及的数据，产生数据流图n分析系统数据，产生数据字典分析系统数据，产生数据字典p进行数据收集和数据分析所获得的主要成果进行数据收集和数据分析所获得的主要成果p包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程2.1.2需求分析阶段p需求分析阶段的输入输出需求分析阶段的输入输出2.1.2需求分析阶段p需求分析的结构化

5、技术需求分析的结构化技术n结构化分析方法是一种面向数据流进行需求分析的方结构化分析方法是一种面向数据流进行需求分析的方法，它用抽象模型的概念，按照软件内部数据传递、法，它用抽象模型的概念，按照软件内部数据传递、变换的关系定义系统需求。变换的关系定义系统需求。n结构化需求分析大多数采用自顶向下的策略，逐层分结构化需求分析大多数采用自顶向下的策略，逐层分解系统需求，直到每一个基本处理都非常明确为止。解系统需求，直到每一个基本处理都非常明确为止。2.1.2需求分析阶段p结构化需求分析一般包括如下工具结构化需求分析一般包括如下工具n数据流图数据流图n数据字典数据字典n结构化英语（或结构化语言）结构化英

6、语（或结构化语言）n判定表判定表n判定树判定树n以及状态转移图等以及状态转移图等2.1.2需求分析阶段p数据流图从数据传递和加工的角度，以图形的方式刻画数数据流图从数据传递和加工的角度，以图形的方式刻画数据流从输入到输出的移动变换过程，以便帮助人们理解问据流从输入到输出的移动变换过程，以便帮助人们理解问题，对问题进行分析。题，对问题进行分析。p数据流图的基本图形元素数据流图的基本图形元素 表示数据流，箭头的始点和终点分别代表数据流的源和目标。表示数据流，箭头的始点和终点分别代表数据流的源和目标。表示数据源或数据终点。表示数据源或数据终点。表示对数据的加工（处理）。表示对数据的加工（处理）。（或

7、（或 ）表示数据存储。）表示数据存储。数据流图的例子数据字典p数据字典的概念数据字典的概念n数据字典是关于数据信息的集合。在数据字典中给出数据字典是关于数据信息的集合。在数据字典中给出数据流图中所有元素的严格定义。数据流图中所有元素的严格定义。p数据字典的作用数据字典的作用n在数据流图中出现的图形元素在数据字典中作为一个在数据流图中出现的图形元素在数据字典中作为一个词条加以定义，使得每一个图形元素都有一个确切的词条加以定义，使得每一个图形元素都有一个确切的解释。解释。数据字典p数据字典中的条目种类数据字典中的条目种类n数据流数据流n数据加工数据加工n数据存储数据存储n数据元素（是数据流和数据存

8、储的组成部分）数据元素（是数据流和数据存储的组成部分）n其它信息其它信息2.1.3概念设计阶段p目标是产生反映用户单位信息需求的数据库概念目标是产生反映用户单位信息需求的数据库概念结构：概念模型结构：概念模型p1、概念设计的重要性、概念设计的重要性n仅从用户角度看待数据、处理需求和约束仅从用户角度看待数据、处理需求和约束n任务相对单一化，可有效控制复杂程度，便于管理任务相对单一化，可有效控制复杂程度，便于管理p2、概念设计的步骤、概念设计的步骤 -ER模型模型n进行数据抽象，设计局部概念模型：聚集和概括进行数据抽象，设计局部概念模型：聚集和概括 P31n将局部概念模型综合成全局概念模型将局部概

9、念模型综合成全局概念模型n评审评审2.1.4逻辑设计阶段p目的是把概念模型转化为逻辑结构（逻辑模型、目的是把概念模型转化为逻辑结构（逻辑模型、外模型）外模型）p逻辑设计的步骤逻辑设计的步骤 -关系模型关系模型n把概念模型转换成逻辑模型把概念模型转换成逻辑模型n设计外模型设计外模型n设计应用程序与数据库的接口设计应用程序与数据库的接口n评价模型评价模型n修正模型修正模型2.1.5物理设计阶段p物理设计是根据给定的基本数据模型选取一个最物理设计是根据给定的基本数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程适合应用环境的物理结构的过程n物理结构指存储记录格式、存储记录安排和存取方法物理结构指存储记录

10、格式、存储记录安排和存取方法n物理设计完全依赖于硬件环境和数据库产品物理设计完全依赖于硬件环境和数据库产品p物理设计步骤物理设计步骤n存储记录结构设计存储记录结构设计n确定数据存放位置确定数据存放位置n存取方法的设计存取方法的设计n完整性和安全性考虑完整性和安全性考虑n程序设计程序设计2.1.6数据库的实现p对物理设计初步评价完成后开始建立数据库对物理设计初步评价完成后开始建立数据库p数据库实现包括以下工作数据库实现包括以下工作n用用DDL定义数据库结构定义数据库结构n组织数据入库组织数据入库p小型系统使用人工方法完成小型系统使用人工方法完成p大型系统应设计数据输入子系统大型系统应设计数据输入

11、子系统n编制与调试应用程序编制与调试应用程序n数据库试运行：联合调试数据库试运行：联合调试 P34p功能调试功能调试p性能调试性能调试2.1.7运行和维护阶段p数据库投入运行的标志开发任务的基本完成和维数据库投入运行的标志开发任务的基本完成和维护工作的开始，但设计工作仍将继续。护工作的开始，但设计工作仍将继续。P35p运行阶段，有运行阶段，有DBA完成维护工作完成维护工作n数据库的转储和恢复数据库的转储和恢复n数据库安全性、完整性控制数据库安全性、完整性控制n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n数据库的重组织和重构造数据库的重组织和重构造2.2 ER模型的基本概念p提出：

12、提出：Peter Chen于于1976年在论文年在论文“实体联实体联系模型：将来的数据模型系模型：将来的数据模型”中提出中提出p本节内容本节内容n2.2.1 ER模型的基本元素模型的基本元素n2.2.2 属性的分类属性的分类n2.2.3 联系的设计联系的设计n2.2.4 ER模型的操作模型的操作n2.2.5 采用采用ER模型的数据库概念设计步骤模型的数据库概念设计步骤2.2.1 ER模型的基本元素p实体、联系、属性实体、联系、属性p1、实体、实体 P36n实体、实体集、实体类型：统称为实体实体、实体集、实体类型：统称为实体nER模型中提到的实体为实体集模型中提到的实体为实体集n实体用有实体命名

13、（名词）的方框表示实体用有实体命名（名词）的方框表示p2、联系、联系n联系、联系集、联系类型：统称为联系联系、联系集、联系类型：统称为联系nER模型中的联系为联系集模型中的联系为联系集n联系用有联系命名（动名词）菱形框表示，并用线段联系用有联系命名（动名词）菱形框表示，并用线段连接相关实体连接相关实体n同一实体在不同的联系中有不同的角色同一实体在不同的联系中有不同的角色 P372.2.1 ER模型的基本元素p3、属性、属性 P38n实体的某一特性为属性，用椭圆表示实体的某一特性为属性，用椭圆表示n实体标示符（主键）：唯一表示实体的属性或属性集实体标示符（主键）：唯一表示实体的属性或属性集n一个

14、实体只有一个标示符，带下划线一个实体只有一个标示符，带下划线n属性域（值域）是属性的可能取值范围属性域（值域）是属性的可能取值范围n实体若干属性的一组特定值确定一个实体实体若干属性的一组特定值确定一个实体n实体属性值是数据库的主要数据实体属性值是数据库的主要数据2.2.2 属性的分类p1、简单属性和复合属性：根据属性类别、简单属性和复合属性：根据属性类别 P38p2、单值属性和多值属性：根据属性取值特点、单值属性和多值属性：根据属性取值特点n多值属性用双椭圆表示多值属性用双椭圆表示 P39n多值属性会造成数据异常、数据不一致和完整性缺陷多值属性会造成数据异常、数据不一致和完整性缺陷p（1）将原

15、来的多值属性用多个新的单值属性表示）将原来的多值属性用多个新的单值属性表示p（2）原来的多值属性转换为一个新的实体（弱实体）原来的多值属性转换为一个新的实体（弱实体）P39p3、存储属性和派生属性、存储属性和派生属性 P39p4、允许为空值的属性、允许为空值的属性2.2.3 联系的设计三p1、联系的元数、联系的元数 P40 n一元联系（递归联系）、二元联系、三元联系一元联系（递归联系）、二元联系、三元联系p2、联系类型的约束：限制参与联系的实体数目、联系类型的约束：限制参与联系的实体数目n（1）基数约束）基数约束 P41p参与一个联系中的实体数目为映射基数参与一个联系中的实体数目为映射基数p二

16、元联系中映射基数有：二元联系中映射基数有：1:1、1:N、M:N、M:1四种四种 P41n（2）参与约束：完全参与、部分参与）参与约束：完全参与、部分参与 P45p完全参与用双线便表示，部分参与用单线边表示完全参与用双线便表示，部分参与用单线边表示p为了简化，都用单线边表示联系为了简化，都用单线边表示联系2.2.4 ER模型的操作pER模型的操作是对模型的操作是对ER图进行变化图进行变化pER模型的操作包括实体类型、联系类型和属性的模型的操作包括实体类型、联系类型和属性的分裂、合并、增删等等。分裂、合并、增删等等。n属性分裂方式：水平分裂、垂直分裂属性分裂方式：水平分裂、垂直分裂 P45n联系

17、分裂：联系分裂：P46n合并是分裂操作的逆过程合并是分裂操作的逆过程p合并的联系类型必须是定义在相同实体类型组合中合并的联系类型必须是定义在相同实体类型组合中2.2.5 采用ER模型的概念设计步骤p1、设计局部、设计局部ER模型模型n目标：分而治之，更好的模拟现实世界目标：分而治之，更好的模拟现实世界n步骤步骤p确定局部结构范围确定局部结构范围依据用户自然划分、按用户需要的服务分类划分依据用户自然划分、按用户需要的服务分类划分需要考虑的因素需要考虑的因素 P47p定义实体定义实体确定实体的属性和键确定实体的属性和键实体、属性、联系无截然的区分界线实体、属性、联系无截然的区分界线，划分依据：，划

18、分依据：P47p定义联系：避免冗余定义联系：避免冗余 P47p分配属性分配属性任务：确定属性并分派到实体和联系中任务：确定属性并分派到实体和联系中确定属性的原则确定属性的原则 P482.2.5 采用ER模型的概念设计步骤p2、设计全局、设计全局ER模型模型n任务：将局部任务：将局部ER模型综合成完整、一致的全局概念结构模型综合成完整、一致的全局概念结构n综合综合ER模型的步骤模型的步骤 P48p确定公共实体类型：合并的基础确定公共实体类型：合并的基础p合并局部合并局部ER模型：合并原则模型：合并原则p消除冲突（属性冲突、结构冲突、命名冲突）消除冲突（属性冲突、结构冲突、命名冲突）2.2.5 采

19、用ER模型的概念设计步骤p3、全局、全局ER模型优化模型优化n好的全局好的全局ER模型的判别条件模型的判别条件n全局全局ER模型的优化原则模型的优化原则 P49p合并实体类型合并实体类型p消除冗余属性消除冗余属性p消除冗余联系消除冗余联系2.3 关系模型的基本概念p2.3.1关系模型的基本术语关系模型的基本术语p2.3.2关系的定义和性质关系的定义和性质p2.3.3三类完整性规则三类完整性规则2.3 关系模型的基本概念2.3.1关系模型的基本术语p用二维表表示实体集，用关键码表示实体之间联用二维表表示实体集，用关键码表示实体之间联系的数据模型为关系模型系的数据模型为关系模型(Relationa

20、l Model)。n二维表格二维表格 P52n基本术语：字段、字段值、记录、元数、基数基本术语：字段、字段值、记录、元数、基数n术语的对照关系术语的对照关系P52p关键码（键）有一个或多个属性组成关键码（键）有一个或多个属性组成P52 n超键超键n候选键候选键n主键主键n外键外键2.3.2关系的定义和性质p关系是一个属性数目相同的元组的集合。关系是一个属性数目相同的元组的集合。p有限关系和无限关系有限关系和无限关系 P53p关系与二维表格、传统数据文件区别关系与二维表格、传统数据文件区别n关系中每一个属性值都不可分解关系中每一个属性值都不可分解n关系中不允许出现重复元组关系中不允许出现重复元组

21、n关系是一个集合，不考虑元组间的顺序，即没有行序关系是一个集合，不考虑元组间的顺序，即没有行序n元组中的属性是无序的，按习惯考虑列的顺序元组中的属性是无序的，按习惯考虑列的顺序2.3.3三类完整性规则p为了维护数据库中数据与现实世界的一致性，关为了维护数据库中数据与现实世界的一致性，关系模型提供了数据的语义限制：完整性规则系模型提供了数据的语义限制：完整性规则p三类完整性规则三类完整性规则 P53n1、实体完整性规则、实体完整性规则p主属性不能为空主属性不能为空n2、参照完整性规则、参照完整性规则p“不引用不存在的实体不引用不存在的实体”，即外部健所引用的实体存在，即外部健所引用的实体存在p具

22、体使用时的变通具体使用时的变通n3、用户定义完整性规则、用户定义完整性规则p用户定义的针对某一个具体数据的约束条件用户定义的针对某一个具体数据的约束条件n完整性规则的形式定义完整性规则的形式定义2.4 ER模型到关系模型的转换p2.4.1 ER图转换成关系模式集的算法图转换成关系模式集的算法p2.4.2 采用采用ER模型的逻辑设计步骤模型的逻辑设计步骤2.4.1 ER图转换成关系模式集的算法p将实体类型、联系类型转换成关系模式将实体类型、联系类型转换成关系模式n实体类型的转换实体类型的转换p每个实体类型转换为一个关系模式每个实体类型转换为一个关系模式实体的属性就是关系模式的属性实体的属性就是关

23、系模式的属性实体标识符就是关系模式的键实体标识符就是关系模式的键n联系类型的转换：分情况处理联系类型的转换：分情况处理p二元联系类型的转换二元联系类型的转换p一元联系类型的转换一元联系类型的转换p三元联系类型的转换三元联系类型的转换2.4.1 ER图转换成关系模式集的算法p二元联系类型的转换二元联系类型的转换n（1）实体之间的联系是）实体之间的联系是1:1的的p先将两个实体分别转换成关系模式先将两个实体分别转换成关系模式p可以在两个实体类型转换成的关系模式中的任意一个关系模式可以在两个实体类型转换成的关系模式中的任意一个关系模式加入另一了关系模式的键和联系的属性作为联系类型的属性加入另一了关系

24、模式的键和联系的属性作为联系类型的属性转换成关系模式转换成关系模式校长（校长（姓名姓名，年龄，电话，任职年月，学校名），年龄，电话，任职年月，学校名）学校（学校（学校名学校名，地址），地址）2.4.1 ER图转换成关系模式集的算法p二元联系类型的转换二元联系类型的转换n（2）实体之间的联系是）实体之间的联系是1:n的的p先将两个实体分别转换成关系模式先将两个实体分别转换成关系模式p在在n端实体的关系模式中加入端实体的关系模式中加入1端实体的主键以及联系类型的端实体的主键以及联系类型的属性属性n（3）实体之间的联系是）实体之间的联系是m:n的的p先将两个实体分别转换成关系模式先将两个实体分别转换

25、成关系模式p联系也转换称关系模式，其属性为两端实体类型的键加上联系联系也转换称关系模式，其属性为两端实体类型的键加上联系类型的属性类型的属性2.4.1 ER图转换成关系模式集的算法p二元联系类型的转换二元联系类型的转换n关系模式关系模式1：作者（：作者（作者姓名作者姓名，作者地址），作者地址）n关系模式关系模式2：稿件（：稿件（稿件编号稿件编号，稿件名称），稿件名称）n关系模式关系模式3：投稿（：投稿（作者姓名，稿件编号作者姓名，稿件编号，投稿日期），投稿日期）n关系模式关系模式4：编委（：编委（编委姓名编委姓名，联系方式），联系方式）n关系模式关系模式5：审稿（：审稿（编委姓名，稿件编号编委

26、姓名，稿件编号，投稿日期），投稿日期）2.4.1 ER图转换成关系模式集的算法p一元联系类型的转换：类似于二元的转换一元联系类型的转换：类似于二元的转换p三元联系类型的转换三元联系类型的转换n1:1:1 转换为三个关系模式，在任意一个中加入另两转换为三个关系模式，在任意一个中加入另两个关系模式的键（外键）和联系类型的属性个关系模式的键（外键）和联系类型的属性n1:1:N 在在N端关系模式中加入另两个关系模式的键端关系模式中加入另两个关系模式的键（外键）和联系类型的属性（外键）和联系类型的属性n1:M:N 联系类型转换为关系模式，其属性为联系类型转换为关系模式，其属性为M端和端和N端实体类型的键

27、，加上联系类型的属性端实体类型的键，加上联系类型的属性nM:N:P联系类型转换为关系模式，其属性为三端实体联系类型转换为关系模式，其属性为三端实体类型的键，加上联系类型的属性类型的键，加上联系类型的属性2.4.2 采用ER模型的逻辑设计步骤p1、导出初始关系模式集、导出初始关系模式集p2、规范化处理、规范化处理p3、模式评价、模式评价p4、模式修正、模式修正p5、设计子模式、设计子模式2.5 ER模型实例分析p2.5.1库存管理信息系统库存管理信息系统p2.5.2人事管理信息系统人事管理信息系统p2.5.3住院管理信息系统住院管理信息系统p2.5.4公司车队信息系统公司车队信息系统2.6 增强

28、的ER模型p为了更准确的模拟现实世界，需要扩展基本为了更准确的模拟现实世界，需要扩展基本ER模模型概念型概念-增强增强ER模型（模型（Enhanced-ER模型）模型）p内容内容n2.6.1弱实体与强实体弱实体与强实体n2.6.2子类实体与超类实体子类实体与超类实体2.6.1弱实体与强实体p一个一个实体实体的存在以另一个的存在以另一个实体实体的存在为前提的存在为前提弱实体弱实体强实体强实体p定义：一个实体对另一个实体（强实体）具有很定义：一个实体对另一个实体（强实体）具有很强的依赖联系，而且该实体主键的全部或部分从强的依赖联系，而且该实体主键的全部或部分从其强实体中获得，则称该实体为弱实体。其

29、强实体中获得，则称该实体为弱实体。P63n弱实体用双线矩形框表示弱实体用双线矩形框表示n与弱实体的联系用双线菱形框表示与弱实体的联系用双线菱形框表示n强实体与弱实体的联系是强实体与弱实体的联系是1:1或或1:Nn弱实体参与联系时为弱实体参与联系时为“完全参与完全参与”，用双线边连接，用双线边连接2.6.2子类实体与超类实体p超类型与子类型、概化与特化超类型与子类型、概化与特化 P63p子类与超类的性质子类与超类的性质 例例P64n子类与超类之间具有继承性的特点子类与超类之间具有继承性的特点n通过字类实体和超类实体有相同的实体表示符来实现通过字类实体和超类实体有相同的实体表示符来实现继承性继承性p特化过程的两种约束特化过程的两种约束n不相交约束：不相交、重叠不相交约束：不相交、重叠n完备性约束：整体特化、部分特化完备性约束：整体特化、部分特化p对子类和超类的插入、删除操作原则对子类和超类的插入、删除操作原则P65