数据库设计步骤和方法-06-yh.ppt

,数据库基础与应用,首师大教育技术系,杨卉,06,06,本章主要内容,数据库设计的步骤 和方法, 数据库的需求分析 数据库的概念设计 数据库的逻辑结构设计 数据库的物理设计 数据库的实施 数据库的运行合维护,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,1、 需求分析的任务,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）工作概况和业务流程，明确用户的各种需求 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,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,2、 需求分析的重点,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。 信息要求：用户需要从数据库中获得信息的内容与性质。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 处理要求： 对处理功能的要求 对处理的响应时间的要求 对处理方式的要求(批处理 / 联机处理),06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,3、需求分析的难点确定用户最终要求,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； 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； 新的硬件、软件技术的出现也会使用户需求发生变化；,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,4、需求分析方法, 调查组织机构情况 组织部门的组成情况 各部门的职责等 调查各部门的业务活动情况。调查重点之一。 各个部门输入和使用什么数据 如何加工处理这些数据 输出什么信息 输出到什么部门 输出结果的格式是什么,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,4、 需求分析方法, 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。 信息要求、 处理要求、 完全性与完整性要求 对前面调查的结果进行初步分析 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。,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,5、需求分析常用的调查方法,跟班作业 通过亲身参加业务工作了解业务活动的情况 能比较准确地理解用户的需求，但比较耗时 开调查会 与用户座谈来了解业务活动情况及用户需求 请专人介绍 询问 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 查阅记录 查阅与原系统有关的数据记录,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,6、需求分析的结果的进一步表达方法,自顶向下的结构化分析方法（Structured Analysis，简称SA方法） 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。,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,6、需求分析的结果的进一步表达方法SA,1首先把任何一个系统都抽象为4部分：,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,6、 需求分析的结果的进一步表达方法SA,2分解处理功能和分解数据 （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,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,6、 需求分析的结果的进一步表达方法SA,3、需求分析结果的表达方法 处理过程：用判定表或判定树来描述 数据：用数据字典和数据流图来描述,4将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,需求分析过程,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,数据流图是从数据传递和加工的角度，以图形方式描述数据流从哪里输入、如何在处理过程之间流动并输出。 数据流图的表示方法：用命名箭头表示数据流，用圆圈表示处理，用矩形或其他形状表示存储。,数据源点或终点,数据存储,数据处理,速据流,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,例1：画出图书预定系统的DFD图,现有一图书预定系统，接收顾客发来的订单，并对订单进行验证，验证过程是根据图书目录检查订单的正确性，同时根据顾客档案确定是新顾客还是老顾客，是否有信誉。经过验证的正确订单，暂存放在待处理的订单文件中。对订单进行成批处理，根据出版社档案，将订单按照出版社进行分类汇总，并保存订单存根，然后将汇总订单发往各出版社。,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,例1：画出图书预定系统的DFD图,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,分层DFD图的方法：,如果系统规模较大，仅用一个DFD图难以描述，使系统复杂难以理解，为了降低系统的复杂性，采取“逐层分解”的技术，画分层DFD. 原则：先全局后局部，先整体后细节，先抽象后具体。 步骤： （1）先确定系统范围，画出顶层的DFD图； （2）逐层分解顶层DFD图，获得若干中间层DFD; （3）画出底层DFD图,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,分层DFD图的方法：,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,例2：医院病房监护系统的分层DFD,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,例2：医院病房监护系统的分层DFD,需求分析，系统主要功能： （1）监视病员的病症（血压，脉搏和体温）； （2）定时更新病历； （3）病员出现异常情况时报警； （4）根据医生的要求，随机地产生某一病员的病情报告；,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,例2：医院病房监护系统的分层DFD,病房监护系统的顶层DFD图,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,例2：医院病房监护系统的分层DFD,病房监护系统的一层DFD图,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,例2：医院病房监护系统的分层DFD,病房监护系统的二层DFD图之“中央监视”加工,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,例3：销售管理子系统,销售管理子系统开发小组经过需求调查，明确了该子系统的主要功能： （1）本系统处理顾客和销售人员送来的订单； （2）工厂是根据订货安排生产的； （3）交出货物同时开出发票； （4）收到顾客付款后，根据发票存根和信贷情况进行应收款处理。,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,系统业务流程,（1）系统接收顾客订单： 系统接收“订单”后，查阅数据库中产品属性，顾客帐目状况，并将核对数据送主管部门（系统边界外），主管部门返回系统给系统，接收主管部门“批准/不批准”数据，系统将审批结果返回给顾客，并将已批准订单送“订单处理”模块。 （2）订单处理 接收已批准的顾客订单后，系统将订单细节存入数据库，并送“通知单”给工厂（系统边界外），工厂根据定货安排生产，并提供“发货单”（发货细节）,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,系统业务流程,（3）开发票 当接收工厂的“发货单”后，系统开发票，加入顾客“应收帐款”数据库，送顾客“通知单” （4）支付过帐 接收顾客付款，调整“应收帐款”的“未付差额”； （5）应收帐处理： 接收顾客“未付差额”，将其打印输出报表送主管部门（系统边界外），并将“未付差额”变动打印给顾客。,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,销售管理系统第一层数据流图,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,销售管理系统第二层数据流图接收订单,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,销售管理系统第二层数据流图处理订单,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,销售管理系统第二层数据流图开发票,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,销售管理系统第二层数据流图支付过帐,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,销售管理系统第二层数据流图提供应收帐款,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,7、 数据流图DFD,思考题：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，请生成了该子系统的数据流图。,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,8、 数据字典,数据字典（易称系统目录）是对系统中各类数据描述的集合。是DBMS运行管理的基本依据,数据字典的内容 数据项 数据结构 数据流 数据存储 处理过程,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,数据字典具体内容,数据项=数据项名，数据项含义说明，别名，类型，长度，取值范围，与其他数据项的逻辑关系,数据结构=数据结构名，含义说明，组成，数据项或数据结构,数据流=数据流名，说明，流出过程，流入过程，组成：数据结构，平均流量，高峰期流量。,数据存储=数据存储名，编号，说明，输入数据流，输出数据流，组成：数据项或数据结构，数据量，存取频度，存取方式,处理过程=处理过程名，说明，输入：数据流，输出：数据流，处理，简要说明,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,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：,8、 数据字典,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,例：学生学籍管理子系统的数据字典。 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,8、 数据字典,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,例：学生学籍管理子系统的数据字典。 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：,8、 数据字典,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,例：学生学籍管理子系统的数据字典。 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,8、 数据字典,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,例：学生学籍管理子系统的数据字典。 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。,8、 数据字典,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,例：“确定能否供货”的加工逻辑结构化语言描述 IF 订单项目的数量该项目库存量的临界值 THEN 可供货处理 ELSE 此订货缺货，登记，待进货后再处理 ENDIF,8、 数据字典,例:对商店每天的营业额所收税率描述判定表描述,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,例：图书销售系统的判定树描述,8、 数据字典,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法,数据字典的组织方法,数据字典部分组织示意图,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法, 数据库的需求分析 数据库的概念设计 数据库的逻辑结构设计 数据库的物理设计 数据库的实施 数据库的运行合维护,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,1、什么是数据库的概念设计,将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构的过程。,概念模型特点 概念模型是现实世界的一个真实模型 概念模型易于被用户理解 概念模型易于更改和扩充 概念模型易于向数据模型转换,概念模型工具：E-R模型（Entity relation）,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,2、数据库的概念设计方法,自顶向下设计方法 自底向上设计方法 逐步扩张的设计方法 混合策略设计方法,自顶向下策略,自底向上策略,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,2、数据库的概念设计方法,自顶向下设计方法 自底向上设计方法 逐步扩张的设计方法 混合策略设计方法,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,2、数据库的概念设计方法,自顶向下设计方法 自底向上设计方法 逐步扩张的设计方法 混合策略设计方法,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,进行数据抽象，设计局部E-R模型 集成各局部E-R模型，形成全局E-R模型 返回用户征求意见直到满意为止,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（1）数据抽象三种方法：,抽象实体：将一组具有某种共同特性和行为的对象抽象为一个实体（型） 实体另一角度定义：现实世界中客观存在并能相互区别的事物,抽象实体属性：将对象类型的组成成份抽象为实体属性。,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（1）数据抽象（三种方法）,抽象实体间联系：定义了实体类型之间的一种联系。(例如，右图为超类实体和子集实体之间的子集关系),结论：概念结构设计的第一步就是利用抽象机制对需求分析阶段收集的数据进行“实体抽象”“实体属于抽取”和“确定实体之间的联系”,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计,选择局部应用 在设计E-R图前，在多层数据流图中选择适当层次的数据流图，作为E-R图出发点,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计,逐一设计局部E-R图 选定某一层DFD后，我们需参照数据流图和数据字典，标定局部应用中的实体、实体属性、实体的码，确定实体与实体之间的联系及其联系的类型。 正确划分实体和属性。遵循两个原则： a、实体具有描述信息，而属性没有。即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成。 b、属性不能与其他实体具有联系，联系只能发生在实体之间。 c、为了简化E-R图，现实世界的事物能作为属性对待的，尽量作为属性对待。,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计,例：同一数据项，由于环境要求不同，有时为属性，有时为实体,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法,教务管理子系统语义约束如下。 一个学生可选修多门课程，一门课程可为多个学生选修，因此学生和课程是多对多的联系；一个学生只属于一个系。 一个系可以开设多门课程，一个课程只由一个系开,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法,例1：教务子系统数据流图,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法,例1：教务子系统有如下语义约束：,实体有： 学生 课程 系 选课记录,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法,例2：假定一个部门的数据库包括一下信息： 职工的信息：职工号，姓名，住址和所在部门； 部门的信息：部门所职工，经理和销售的产品； 产品的信息：产品名，制造商，价格，型号及产品内部编号； 制造商的信息：制造商名称，地址，生产的产品名和价格； 试画出这个数据库的E-R图,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法,思考题：学籍管理局部应用主要涉及的实体有：学生、宿舍、档案材料、班级、班主任。 实体之间的联系： 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。 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。,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法, 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。 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,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法, 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。 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。 请画出学籍管理局部应用的分E-R图,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（2）局部E-R图的设计方法,课程管理局部应用的分E-R图,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法,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。,集成的两种方式： 一次集成（多元集成法）：一次集成多个分E-R图。通常用于局部视图比较简单时； 逐步累积式（二元集成法）：先集成两个局部ER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；,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法,一次集成（多元集成法）,逐步累积式（二元集成法）,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法,集成各局部E-R模型，形成全局E-R模型步骤： 合并：消除各局部E-R图之间冲突，生成初步E-R图 优化，消除不必要的冗余，生成基本E-R图。,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法,合并局部ER图，生成初步ER图 关键：消除各局部E-R图中的冲突,属性冲突：即属性值的类型、取值范围或取值集合不同。分为属性值域冲突和属性取值单位冲突 命名冲突：实体名、属性名和联系名冲突。表现为同名异义或异名同义 结构冲突：表现三种情况： 同一对象在不同应用中有不同抽象； 同一实体在不同应用中属性组成不同 . 同一联系在不同应用中呈现不同的类型,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法,合并局部ER图，生成初步ER图 关键：消除各局部E-R图中的冲突,同一联系在不同应用中呈现不同的类型,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法,合并局部ER图，生成初步ER图 关键：消除各局部E-R图中的冲突,结论：合并局部E-R图不能简单合并，必须消除各局部E-R图的不一致，以形成一个能为全系统中所有用户共同接受的统一概念模型。,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法,例：,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法, 消除不必要的冗余，生成基本E-R图优化,冗余：指冗余的数据和实体之间冗余的联系。 “冗余的联系”是可由其他的联系导出的联系。 “冗余的数据”是指可由基本的数据导出的数据,结论：冗余的数据和冗余的联系易破坏数据库的完整性，给数据库维护增加困难。消除了冗余后的初步E-R图称为基本E-R图,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法, 消除不必要的冗余，生成基本E-R图优化,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库的概念设计步骤,（3）全局E-R图的设计方法,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,例：工厂管理信息系统的视图集成。该系统分别包含物资、销售和人事管理子系统。它们简化的分E-R图如下：,（3）全局E-R图的设计方法,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,例：工厂管理信息系统的视图集成。该系统分别包含物资、销售和人事管理子系统。它们简化的分E-R图如下：,（3）全局E-R图的设计方法,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,概念结构设计小结,1、概念结构设计的步骤 1）抽象数据并设计局部视图（抽象方法：分类，聚集和概括） 2）集成局部视图，得到全局概念结构 3）验证整体概念结构,2、设计局部视图 ） 选择局部应用 ） 逐一设计分E-R图标定局部应用中的实体、属性、码，实体间的联系；用E-R图描述出来；,06,数据库的概念设计,数据库设计的步骤 和方法,概念结构设计小结,3、集成局部视图 1）合并分E-R图，生成初步E-R图 消除冲突 属性冲突 命名冲突 结构冲突 2） 修改与重构 消除不必要的冗余，设计生成基本E-R图分析方法 规范化理论,06,数据库的需求分析,数据库设计的步骤 和方法, 数据库的需求分析 数据库的概念设计 数据库的逻辑结构设计 数据库的物理设计 数据库的实施 数据库的运行合维护,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,1、逻辑结构设计的任务 概念结构是各种数据模型的共同基础 为了能够用某一DBMS实现用户需求，还必须将概念结构进一步转化为相应的数据模型，这正是数据库逻辑结构设计所要完成的任务。,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,2、逻辑结构设计的步骤 (1) 将概念结构转换为一般的关系、网状或层次模型； (2) 将转换来的关系、网状或层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换 (3) 对数据模型进行优化 (4) 设计用户子模式（视图）,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,2、逻辑结构设计的步骤,逻辑 模型,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,2、逻辑结构设计的步骤,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,原则1：一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的键就是关系的键。 原则2：一个联系转换为一个关系模式，与该联系相连的各实体的键以及联系的属性均转换为该关系的属性。 该关系的键有三种情况：如下页,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,原则2：三种情况： 情况1： 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。 转换为一个独立的关系模式 关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性;关系的候选码：每个实体的码均是该关系的候选码； 与某一端对应的关系模式合并 合并后关系的属性：加入对应关系的码和联系本身的属性合并后关系的码：不变；,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,原则2：三种情况： 情况2：一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。 转换为一个独立的关系模式 关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的码：n端实体的码 2) 与n端对应的关系模式合并 合并后关系的属性：在n端关系中加入1端关系的码和联系本身的属性； 合并后关系的码：不变,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,原则2：三种情况： 情况3：一个m:n联系转换为一个关系模式。 关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的码：各实体码的组合 例，“选修”联系是一个m:n联系，可以将它转换为如下关系模式，其中学号与课程号为关系的组合码： 选修（学号，课程号，成绩）,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,原则3：三个或三个以上实体集间的多元联系的转换为关系模式，分两种情况： a、对于一对多的多元联系，转换为关系模型的方法是，修改1端实体集对应的关系，即将与联系相关的其他实体集的码和联系自身的属性作为新的属性加入到1端实体集中。 b、对于多对多的多元联系，转换为关系模型时需新建一个独立的关系，该关系的属性为多元联系相连的各实体的码和联系自身的属性，码为各实体码的组合。,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,原则4： 具有相同码的关系模式可以合并 目的：减少系统中的关系个数。 合并方法：将其中一个关系模式的全部属性加入到另一个关系模式中，然后去掉其中的同义属性（可能同名也可能不同名），并适当调整属性的次序。,例：“拥有”关系模式： 拥有（学号，性别）与学生关系模式：学生（学号，姓名，出生日期，所在系，年级， 班级号，平均成绩）,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,原则5： 同一实体集的实体间的联系，即自联系，也可按上述1:1、1:n和m:n三种情况分别处理。 例，如果教师实体集内部存在领导与被领导的1:n自联系，我们可以将该联系与教师实体合并，这时主码职工号将多次出现，但作用不同，可用不同的属性名加以区分： 教师：职工号，姓名，性别，职称，系主任,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,例1：联系为1:1，则每个实体的键都是关系的候选键,职工（职工号，姓名，年龄）， 产品（产品号，产品名，价格） 之间的联系转换为关系： 负责（职工号，产品号）,关系简化：1:1联系也可以与某一端实体集所对应的关系合并，则需在被合并关系中增加属性，其新增属性为联系本身的属性和联系相关的另一个实体集的码。,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,例2：联系为1: n ，则n端实体的键是关系的键,关系简化：实体间1:n的联系可以在n端增加新的属性，新属性由联系对应的1端实体集的码和联系自身的属性构成，原关系的码不变,仓库（仓库号，地点，面积） 产品（产品号，产品名，价格）； 仓储（仓库号，产品号，数量）,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,例3：含有同实体集，联系为1: n转换为关系模型,关系简化：合为一个关系模式 职工（职工号，姓名，年龄，领导工号）,职工（职工号，姓名，年龄） 领导（领导工号，职工号） 注意：同一关系不能有同名属性,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,例4：联系为n : m，则各实体键的组合是关系的键,学生（学号，姓名，年龄，性别） 课程（课程号，课程名，学时数） 选课（学号，课程号，成绩）,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,例5：三个或三个以上实体集间多元联系转换为关系模型,供应商（供应商号，供应商名，地址） 零件（零件号，名称，单价） 产品（产品号，产品名，型号） 供应（供应商号，零件号，产品号，数量）,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,例6：假设为某基层单位建立一个“基层单位”数据库。通过调查得出相关语义 每个部门有多个职工，每个职工只能在一个部门工作； 每个部门只有一个领导人，领导人不能兼职； 每个部门可以同时承担若干工程项目，数据库中应记录每个职工参加项目的日期； 一个部门可有多个办公室； 每个办公室只有一部电话； 数据库中还应存放每个职工在所参加工程项目中承担的具体职务，一个职工可参加多个项目，一个项目可由多人参加。 一个项目由一个人负责，一个职工可对一个项目负责,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,主要实体： 部门：部门号，名称，领导编号； 职工：职工号，姓名，性别，工资，职称，照片，简历； 项目：项目号，项目名，参加人数，预算，负责人； 办公室：地点，编号，电话； 根据上述条件，建立概念模型,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,3、E-R图向关系模型转换原则,关系模型的设计（下划线为码）,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,4、 关系数据模型优化 目的：应用规范化理论对上述产生的关系的逻辑模式进行优化，以减少乃至消除关系模式中存在的异常，改善完整性、一致性和存储效率。 规范化过程：规范化过程可分为以下步骤： （1）确定规范式级别： 考查关系模式的函数依赖关系（数据依赖表示数据项之间联系），确定范式等级，逐一分析各关系模式 （2）实施规范化处理： 利用规范化方法和理论将关系模式规范化，对某些挂系模式进行合并或分解,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,5、 用户子模式的设计,将概念模型转换为全局逻辑模型后，还应根据局部应用需求，结合具体DBMS特点，设计用户外模式。一般关系数据库管理系统提供了视图（View）概念，可以设计符合用户需求的外模式。 定义用户外模式需注意： 使用符合用户习惯的别名，在view机制中允许重新定义某些属性名。 可以对不同级别的用户定义不同的view，以保证系统安全。 如果局部应用中经常使用复杂查询，为了方便用户，可将这些复杂查询定义为视图，用户每次只对定义好的视图进行查询，节约时间,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,5、 用户子模式的设计,例：教师关系模式中包括职工号、姓名、性别、出生日期、婚姻状况、学历、学位、政治面貌、职称、职务、工资、工龄、教学效果等属性。 学籍管理应用只能查询教师的职工号、姓名、性别、职称数据； 课程管理应用只能查询教师的职工号、姓名、性别、学历、学位、职称、教学效果数据； 教师管理应用则可以查询教师的全部数据。,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,5、 用户子模式的设计,定义两个外模式： 教师_学籍管理(职工号，姓名，性别，职称) 教师_课程管理(工号，姓名，性别，学历， 学位，职称，教学效果) 授权学籍管理应用只能访问教师_学籍管理视图 授权课程管理应用只能访问教师_课程管理视图 授权教师管理应用能访问教师表 这样就可以防止用户非法访问本来不允许他们查询的数据，保证了系统的安全性。,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,小结逻辑结构设计,1、任务 将概念结构转化为具体的数据模型 2、逻辑结构设计的步骤 将概念结构转化为一般的关系、网状、层次模型 将转化来的关系、网状、层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换 对数据模型进行优化 设计用户子模式,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,小结逻辑结构设计,3、 E-R图向关系模型的转换内容 将E-R图转换为关系模型：将实体、实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式。 E-R图向关系模型的转换原则 ） 一个实体型转换为一个关系模式。 ） 一个m:n联系转换为一个关系模式。 ） 一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。 ） 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,小结逻辑结构设计,3、 E-R图向关系模型的转换内容 将E-R图转换为关系模型：将实体、实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式。 E-R图向关系模型的转换原则： ） 三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式。 ） 同一实体集的实体间的联系，即自联系，也可按上述1:1、1:n和m:n三种情况分别处理。 ） 具有相同码的关系模式可合并。,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,小结逻辑结构设计,4、优化数据模型的方法 ） 确定数据依赖 ） 对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，消除冗余的联系。 ） 确定各关系模式分别属于第几范式。 ） 分析对于应用环境这些模式是否合适，确定是否要对它们进行合并或分解。 ） 对关系模式进行必要的分解或合并,06,数据库的逻辑结构设计,数据库设计的步骤 和方法,小结逻辑结构设计,5、设计用户子模式 1） 使用更符合用户习惯的别名 2） 针对不同级别的用户定义不同的外模式，以满足系统对安全性的要求。 3） 简化用户对系统的使用,06,本章主要内容,数据库设计的步骤 和方法, 数据库的需求分析 数据库的概念设计 数据库的逻辑结构设计 数据库的物理设计 数据库的实施 数据库的运行和维护,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,1、数据库的物理设计,数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构，它依赖于给定的计算机系统。,物理设计目标：所设计的物理数据库结构能够满足事务在数据库上运行时响应时间少，存储空间利用率高和事务吞吐率大要求。,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,2、数据库物理设计的步骤 1）确定数据库的物理结构 2）对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率 3）如果评价结果满足原设计要求则可进入到物理实施阶段，否则，就需要重新设计或修改物理结构，有时甚至要返回逻辑设计阶段修改数据模型。,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,2、数据库物理设计的步骤,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法； 2）确定数据库存储结构，即确定关系、索引表、聚簇、日志和备份等数据存储结构 3)确定数据的存放位置 4) 确定系统配置；,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法 存取方法：指访问一个逻辑单位（如一个记录），根据逻辑记录号，如何定位到物理设备上的相应的记录块上 。关系数据库常采用的存取方法有：索引、聚簇索引和HASH方法,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）. 为关系模式选择存取方法 选择索引存取方法的主要内容 根据应用要求确定： 对哪些属性列建立索引 对哪些属性列建立组合索引 对哪些索引要设计为唯一索引,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法 选择索引存取方法的主要内容 选择索引存取方法的一般规则 如果一个(或一组)属性经常在查询条件中出现，则考虑 在这个(或这组)属性上建立索引(或组合索引) 如果一个属性经常作为最大值和最小值等聚集函数的参数，则考虑在这个属性上建立索引 如果一个(或一组)属性经常在连接操作的连接条件中出现，则考虑在这个(或这组)属性上建立索引,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法 聚簇存取方法的选择 什么是聚簇？ 为了提高某个属性（或属性组）的查询速度，把这个或这些属性（称为聚簇码）上具有相同值的元组集中存放在连续的物理块称为聚簇。如果一个物理块存放不下，可以存放在相邻的物理块中。其中，这个（或这组）属性称为聚簇码。 许多关系型DBMS都提供了聚簇功能,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法 聚簇存取方法的选择 聚蔟索引 建立聚簇索引后，基表中数据也需要按指定的聚簇属性值的升序或降序存放。也即聚簇索引的索引项顺序与表中元组的物理顺序一致。 例：CREATE CLUSTER INDEX Stusname ON Student(Sname)； 注：在Student表的Sname（姓名）列上建立一个聚簇索引，而且Student表中的记录将按照Sname值的升序存放,在一个基本表上最多只能建立一个聚簇索引，且在已有关系上建聚簇索引将导致原索引无效。,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法 聚蔟索引的好处 （1）对于某些类型的查询，可以提高查询效率 （2）节省空间（聚簇码相同元组集中存储，不必每个元组重现，只要第一个元组出现聚蔟码即可） （3）既适用于单个关系独立聚簇，也适用于多个关系组合聚簇 （4）当SQL语句中包含有与聚簇码有关的ORDER BY，GROUP BY，UNION，DISTINCT等子句或短语时，使用聚簇省去对结果集的排序操作,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法 聚簇索引的适用范围 聚蔟码相对稳定，很少对聚蔟码值修改，以减少修改聚蔟码值造成的维护开销； 对应每个聚蔟码值的平均元组数既不能太少，也不能太多，太少了聚簇效益不高，太多了要采用多个链接块，系统性能降低； 当通过聚簇码进行访问或链接是该关系的主要应用，与聚簇码无关的其他访问很少或者是次要的时，可以使用聚簇。,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法 聚簇存取方法的选择 设计侯选聚簇：对经常在一起进行连接操作的关系建立聚簇；如果一个关系的一组属性经常出现在相等、比较条件中，则该单个关系可建立聚簇；如果一个关系的一个（或一组）属性上的值重复率很高，则此单个关系可建立聚簇； 从侯选聚簇中去除不必要的关系 ： 删除经常进行全表扫描的关系； 删除更新操作远多于连接操作的关系；,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 1）为关系模式选择存取方法 HASH方法： 是用HASH函数存储和存取关系记录的方法。即指定某个关系上的一个（组）属性A作为HASH码，对该HASH码定义一个函数（称为HASH函数），关系记录的存储地址由HASH（a）决定，a为A上的值。,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 2）数据库的存储结构,“存储记录”结构的设计 存储记录(物理块)：在物理结构中，数据的基本存取单位是存储记录。一个存储记录可以和一个或多个逻辑记录相对应。存储记录结构包括记录的组成、数据项的类型和长度，以及逻辑记录到存储记录的映射。,数据库存储结构主要存储的数据： 数据描述（数据字典中）、数据本身（数据文件中）、数据之间的关系（体现在存储结构中）、存取路径（索引结构）、日志（日志文件中）；,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 2）数据库的存储结构,数据文件中记录的组织,堆文件组织 通常是一个关系就是一个单独的文件，一条记录可以放在文件中任何地方； 顺序文件组织 逻辑记录与记录的物理存储顺序一样。 散列文件（hash）的组织 对文件中每个记录的同一属性需要计算一个散列函数，散列函数结果确定了记录应该存储到文件哪个物理块中 聚簇文件组织 就是把有关的记录按聚簇码值集中在一个物理块内或物理块相邻的区域内，以提高某些数据访问速度；,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 2）数据库的存储结构,数据字典的存储,数据字典：存储数据的数据元数据的存储问题，即关系模式的存储。也称系统目录、系统表。 数据字典内容： 关系的元数据：关系名、关系属性名、属性域、完整性约束等； 用户元数据：授权用户名、用户帐户信息、； 关系的统计数据和描述信息：每个关系记录大小、记录总数、记录占用物理块个数等.； 索引元数据：索引名、被索引关系名、在其上定义的索引属性、索引类型等；,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 3）确定数据存储位置,基本原则,根据应用情况将易变部分与稳定部分、存取频率较高部分与存取频率较低部分分开存放，以提高系统性能。,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,3、数据库物理设计的主要内容 4）确定系统配置,DBMS产品一般都提供了一些存储分配参数 同时使用数据库的用户数 同时打开的数据库对象数 使用的缓冲区长度、个数 时间片大小 数据库的大小 锁的数目 等等,06,数据库的物理设计,数据库设计的步骤 和方法,4、评价物理结构,评价方法 定量估算各种方案 存储空间 存取时间 维护代价 对估算结果进行权衡、比较，选择出一个较优的合理的物理结构 如果该结构不符合用户需求，则需要修改设计,06,本章主要内容,数据库设计的步骤 和方法, 数据库的需求分析 数据库的概念设计 数据库的逻辑结构设计 数据库的物理设计 数据库的实施 数据库的运行和维护,06,数据库实施,数据库设计的步骤 和方法,数