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文档简介

第三章 数据库系统设计的步骤和方法,数据库系统设计概述,数据库设计 设计数据库结构特性,为特定应用环境构造出最优的数据模型,数据库应用系统设计 设计数据库的行为结构特性,建立能满足各种用户对数据库应用需求的功能模型,数据库系统设计概述,1)将现实世界中的事物、事物间的联系用E-R图表示 2)将各个分E-R图汇总,得出数据库的概念结构模型 3)将概念结构模型转化为数据库的逻辑结构模型表示,数据库系统设计概述,数据库用户的行为和动作是指数据查询和统计、事物处理及报表处理等,这些都要通过应用程序表达和执行。 首先要将现实世界中的数据及应用情况用数据流程图和数据字典表示,并详细描述其中的数据操作要求(即操作对象、方法、频度和实时性要求),进而得出系统的功能模块结构和数据库的子模式。,数据库系统设计概述,根据库结构的动态特性(即数据库应用处理要求),在选定的DBMS环境下,把数据库的逻辑结构模型加以物理实现,从而得出数据库的存储模式和存取方法,数据库系统设计概述,根据库结构的动态特性(即数据库应用处理要求),在选定的DBMS环境下,把数据库的逻辑结构模型加以物理实现,从而得出数据库的存储模式和存取方法,数据库系统设计概述,数据库设计过程,数据库系统设计概述,数据库系统设计概述,准确了解并分析用户对系统的需要和要求,弄清系统要达到的目标和实现的功能,对用户需求进行综合、归纳和抽象,形成一个独立于具体计算机和DBMS的概念模型。,将概念结构转换为DBMS所支持的数据模型,并将其性能进行优化。,数据库系统设计概述,为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构,包括数据存储结构和存取方法。,运用DBMS提供的数据操作语言和宿主语言,根据数据库的逻辑设计和物理设计的结果建立数据库、编制与调试应用程序、组织数据入库并进行系统试运行。,不断地对其结构性能进行评价、调整和修改。,系统需求分析,系统需求调查,数据库中的信息内容,数据安全性和完整性要求,数据处理内容,系统需求分析,系统需求分析,系统需求分析,系统需求分析方法 常用的有结构化分析方法(SA),从最上层的系统组织机构入手,采用自顶向下、逐层分解的方法分析系统。,系统需求分析,1)数据项是不可再分的数据单位 2)数据项=数据项名,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,数据存储,处理过程,1)数据结构反映了数据之间的组合关系; 2)数据结构=数据结构名,含义说明,组成,数据项或数据结构,系统需求分析,1)数据流是数据结构在系统内传输的路径 2)数据流=数据流名,说明,流出过程,组成:数据结构,平均流量,高峰期流量,数据存储,处理过程,系统需求分析,数据存储,处理过程,1)数据存储是数据及其结构停留或保存的地方,也是数据流的来源和去向之一; 2)数据存储=数据存储名,说明,编号,输入的数据流,输出的数据流,组成:数据结构,数据量,存储频度,存取方式,系统需求分析,数据存储,处理过程,1)处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述; 2)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,系统需求分析,数据库概念结构的设计,概念结构的特点 1)概念模型是现实世界的一个真实模型; 2)概念模型应当易于理解; 3)概念模型应当易于更改; 4)概念模型应易于向数据模型转换,数据库概念结构的设计,数据库概念结构的设计,数据库概念结构的设计,概念结构的设计步骤,数据库概念结构的设计,分类就是定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型,这类对象具有某些共同的特性和行为。,“成员”,数据库概念结构的设计,聚集是定义某一类型的组成部分,它抽象了对象内部类型和对象内部“组成部分”的语义。,数据库概念结构的设计,概括定义了类型之间的一种子集联系,它抽象了类型之间的“所属”的语义。,数据库概念结构的设计,数据库概念结构的设计,数据库概念结构的设计,数据库概念结构的设计,视图集成的两种方法,数据库概念结构的设计,1)属性值的类型、取值范围或取值集合不同 2)取值单位冲突,1)同名异义冲突,即不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字 2)异名同义冲突,即意义相同的对象在不同的局部应用中有不同的名字,数据库概念结构的设计,1)同一对象在不同的应用中具有不同的抽象; 2)同一实体在不同分E-R图中的属性组成不一致。此类冲突所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同; 3)实体之间的联系在不同的分E-R图中呈现不同的类型,数据库概念结构的设计,数据库概念结构的设计,数据库概念结构的设计,消除不必要的冗余,设计基本E-R图,1)用分析方法消除冗余 2)用规范化理论消除冗余,数据库概念结构的设计,数据库逻辑结构的设计,1.不同型实体集及其联系的转换规则 1)每个实体集转换成一个记录; 2)每个1:n的二元联系转换成一个系,系的方向由1方实体记录指向n方实体记录,数据库逻辑结构的设计,1.不同型实体集及其联系的转换规则 3)每个m:n的二元联系,在转换时要引入一个连结记录,并形成两个系,系的方向由实体记录方指向连结记录方;,数据库逻辑结构的设计,1.不同型实体集及其联系的转换规则 4)K(大于等于3)个实体型之间的多元联系,在转换时也引入一个连结记录,并将联系转换成K个实体记录型和连结记录型之间的K个系,系的方向均为实体型指向连结记录。,数据库逻辑结构的设计,2. 同型实体之间联系的模型转换规则 1)对于同一实体集的一对多联系,在向网状模型转换时要引入一个连结记录,并转换为两个系,系的方向不同。 2)对于同一实体集之间的m:n联系,转换时也要引入一个连结记录,所转换的两个系均由实体记录方指向连结记录方。,数据库逻辑结构的设计,1. 实体集的转换规则 概念模型中的一个实体集转换为关系模型中的一个关系,实体的属性就是关系的属性,实体的码就是关系的码,关系的结构是关系模式 2. 实体集间联系的转换规则 (1)1:1联系的转换方法 1)将1:1联系转换为一个独立的关系,与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性,且每个实体的码均是该关系的候选码 2)将1:1联系与某一端实体集所对应的关系合并,则需要在被合并关系中增加属性,其新增的属性为联系本身的属性和与联系相关的另一个实体集的码,数据库逻辑结构的设计,方案1:联系形成的关系独立存在: 职工(职工号,姓名,年龄); 产品(产品号,产品名,价格); 负责(职工号,产品号). 方案2:“负责”与“职工”两关系合并: 职工(职工号,姓名,年龄,产品号); 产品(产品号,产品名,价格); 方案3:“负责”与“产品”两关系合并: 职工(职工号,姓名,年龄); 产品(产品号,产品名,价格,职工号),数据库逻辑结构的设计,2. 实体集间联系的转换规则 (2)1:n联系的转换方法 1)一种方法是将联系转换为一个独立的关系,其关系的属性由与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性组成,而该关系的码为n端实体集的码 2)另一种方法是在n端实体集中增加新属性,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,新增属性后原关系的码不变。,数据库逻辑结构的设计,方案1:联系形成的关系独立存在。 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). 方案2:联系形成的关系与n端对象合并。 仓库(仓库号,地点,面积); 产品(产品号,产品名,价格,仓库号,数量),数据库逻辑结构的设计,方案1:转换为两个关系模式: 职工(职工号,姓名,年龄); 领导(领导工号,职工号); 方案2:转换为一个关系模式: 职工(职工号,姓名,年龄,领导工号),数据库逻辑结构的设计,2. 实体集间联系的转换规则 (3)m:n联系的转换方法 与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性,新关系的码为两个相连实体码的组合(该码为多属性构成的组合码)。,学生(学号,姓名,年龄,性别); 课程(课程号,课程名,学时数); 选修(学号,课程号,成绩).,数据库逻辑结构的设计,2. 实体集间联系的转换规则 (3)m:n联系的转换方法 与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性,新关系的码为两个相连实体码的组合(该码为多属性构成的组合码)。,零件(零件号,名称,价格); 组装(组装件号,零件号,数量);,数据库逻辑结构的设计,2. 实体集间联系的转换规则 (4)3个或3个以上实体集间的多元联系的转换方法 1)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属性加入到1端实体集中。 2)对于多对多的多元联系,转换为关系模型的方法是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以及联系本身的属性,码为各实体码的组合。,数据库逻辑结构的设计,供应商(供应商号,供应商名,地址); 零件(零件号,零件名,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).,数据库逻辑结构的设计,用户子模式的设计 1.使用更符合用户习惯的别名 2.对不同级别的用户可以定义不同的子模式 3.简化用户对系统的使用,产品(产品号,产品名,规格,单价,生产车间,生产负责人,产品成本,成品合格率,质量等级),产品1(产品号,产品名,规格,单价),产品2(产品号,产品名,规格,单价,生产车间,生产负责人),用户子模式也称为外模式,关系数据库管理系统中提供的视图是根据用户子模式设计的。,数据库逻辑结构的设计,部门:部门号,名称,领导人编号; 职工:职工号,姓名,性别,工资,职称,照片,简历; 工程:工程号,工程名,参加人数,预算,负责人; 办公室:地点,编号,电话;,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,数据库逻辑结构的设计,数据库物理结构的设计,数据库物理结构设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构。数据库物理结构设计主要包括存储记录结构设计、存储记录布局、存取方法设计三个方面。数据库物理结构设计的目的是为了在数据检索中尽量减少I/O操作的次数以提高数据检索的效率,以及在多用户共享系统中,减少多用户对磁盘的访问冲突,均衡I/O负荷,提高I/O的并行性,缩短等待时间,提高查询效率。,数据库的实施和维护,1. 数据库的实施 在数据库实施阶段,设计人员运用DBMS提供的数据语言及其宿主语言,根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库,编制与调试应用程序,组织数据入库,并进行试

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