第五章数据库设计和ER模型

1、第五章数据库设计和ER模型 第五章 数据库设计和ER模型 第五章数据库设计和ER模型 本章重要概念 （1）DBS生存期及其7个阶段的任务和工作， DBD过程的输入和输出。 （2）概念设计的重要性、主要步骤。逻辑设计 阶段的主要步骤。 （3）ER模型的基本元素，属性的分类，联系的 元数、连通词、基数。采用ER方法的概念设计 步骤。 （4）ER模型到关系模型的转换规则。采用ER方 法的逻辑设计步骤。 （5）ER模型的扩充：弱实体，超类和子类。 第五章数据库设计和ER模型 主要内容和学习要求 n数据库设计概述（了解） n数据库设计的全过程（领会） n ER模型 （综合应用） n ER模型到关系模型的

2、转换 （综合应用） nER模型实例分析 （理解） nER模型的扩充 （理解） n小结 第五章数据库设计和ER模型 5.1 数据库设计概论之一 n软件工程 人们认为，应该用科学知识、工程方面的纪律指导软件开发 的过程，以提高软件质量和开发效率，降低开发成本 。 n软件生存期 从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到它被 新的软件所取代而停止使用的整个期间。 n数据库工程 n数据库系统生存期 数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新 的系统取代而停止使用的整个期间。 n数据库设计的输入输出 隶属关系 第五章数据库设计和ER模型 规划 需求分析 系统设计 程序编制 调试 运行维护

3、 运行和维护 实现 物理设计 逻辑设计 概念设计 需求分析 规划 软件生存期 数据库生存期 第五章数据库设计和ER模型 处理需求 DBMS特征 总体信息需求 第5步 物理设计 第3步 概念设计 第4步 逻辑设计 第1步 规划 第2步 需求描述和分析 硬件和 OS特征 物理数据库结 构 需求说明书 信息结构 （独立于硬件、软件） 逻辑数据库结构 （DBMS能处理的） 应用程序说明书 数据库设 计的输入 输出 第五章数据库设计和ER模型 主要内容 n5.1 数据库设计概述 n5.2 5.2 数据库设计的全过程数据库设计的全过程 n5.3 ER模型 n5.4 ER模型到关系模型的转换 n5.5 ER

4、模型实例分析 n5.6 ER模型的扩充 n小结 第五章数据库设计和ER模型 5.2.1 规划阶段 n目标 n规划阶段的三个步骤 n系统调查： 对企业组织作全面的调查，画出组织层次图，以了解 企业的组织结构 n可行性分析 从技术、经济、效益、法律等族方面对建立数据库的 可行性进行分析；写出可行性分析报告；组织专家进 行讨论其可行性 n确定数据库系统的总目标和制定项目开发计划 第五章数据库设计和ER模型 5.2.2 需求分析 n目标 n需求分析工作 n分析用户活动产生，产生业务流程图业务流程图 n确定系统范围，产生系统范围图系统范围图 n分析用户活动涉及的数据，产生数据流图数据流图 n分析系统数据

5、，产生数据字典数据字典 第五章数据库设计和ER模型 5.2.3 概念设计 n目标 n为什么需要概念设计 n概念设计的主要步骤 n进行数据抽象，设计局部概念模式 n将局部概念模式综合成全局概念模式 n评审 第五章数据库设计和ER模型 图5.2 数据库的各级模式 应用1应用3应用2 概念模式 概念要求 概念要求 概念要求 应用1 应用3 应用2 逻辑模式 内模式 外模式3外模式2外模式1 综合 转换 映像 映像 第五章数据库设计和ER模型 5.2.4 逻辑设计 n目标 n逻辑设计步骤 导出初始DBMS模式说明 概念模式 子模式设计应用程序设计草图 模式评价 处 理 结 束 模式需要修 正 模式修正

6、 进入物理设计阶段 返回到前面阶段 图5.3 逻辑设计步骤 是 是 否 否 第五章数据库设计和ER模型 5.2.5 物理设计 n目标 n什么是数据库的物理结构 n物理设计的步骤 n存储记录结构设计 n确定数据存放位置 n存取方法的设计 n完整性和安全性考虑 n程序设计 第五章数据库设计和ER模型 5.2.6 数据库的实现 n目标 n实现数据库应做的主要工作 n用DDL定义数据库结构； n组织数据入库组织数据入库； n对数据量不大的小型系统（人工） 主要工作：筛选数据；转换数据格式；输入数据；校验数据。 n对大中型系统（自动） 主要工作：筛选数据；输入数据；校验数据；转换数据；综合 数据。 n编

7、制与调试应用程序； n数据库试运行。 n功能测试 n性能测试（时空代价） 第五章数据库设计和ER模型 5.2.7 数据库的运行与维护工 作 n 数据库的转储和恢复 n 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 n 数据库的重组织和重构造 第五章数据库设计和ER模型 主要内容 n5.1 数据库设计概述 n5.2 数据库设计的全过程 n5.3 ER5.3 ER模型模型 n5.4 ER模型到关系模型的转换 n5.5 ER模型实例分析 n5.6 ER模型的扩充 n小结 第五章数据库设计和ER模型 5.3.1 ER模型概述 n什么是ER模型 nER模型的历史 nER模型的基本元素 n实

8、体 n联系 n属性 n例子 实体 联系 属性 ER模型图例 老 师 学 生 教 m n 学号 姓名 专业 班级职称 性别 姓名 职号 第五章数据库设计和ER模型 5.3.2 属性的分类 n基本属性和复合属性（可否再分） n单值属性和多值属性（对一个实 体对象是否只能取一个值） n多值属性的处理 n将原来的多值属性用几个新的 单值属性来表示。 n将原来的多值属性用一个新的 实体类型表示 n导出属性 n空值 图5.4 地址属性的层次结构 邮政编码 省（市） 名 地 址 区 名 街 道 家庭地址门牌号码 图5.5 多值属性的表示 零件编码 零 件 零件名 供应商 规格 进货价格 销售价格价 格 图5

9、.8 导出属性的表示 工号 职 工 姓名 基本工资奖金 房租 实发工资 图5.6 多值属性的变换（1） 零件编码 零 件 零件名 供应商 规格进货价格 经销价格 代销价格 批发价格 零售价格 图5.7 多值属性的变换（2） 零件编码 零 件 零件名 供应商 规格 进货价格 销售性质价 格 售货价格 存在销售价格 1N 零件编码零件编码 第五章数据库设计和ER模型 5.3.3 联系的设计之一 n 联系集 联系集是n（n2）个实体集上的数学关系，这些实体集不 必互异。如果E1，E2，En为n个实体集，那么联系集 R是(e1，e2，en）|e1E1 ,e2E2，enEn 的一个子集，而（e1，e2，

10、en）是一个联系。 n联系的元数 一个联系涉及到的实体集个数 n联系的连通词 联系涉及到的实体集之间实体对应的方式 n实体的基数 有两个实体集E1和E2，E1中每个实体与E2中有联系实体 的数目的最小值min和最大值max，称为E1的基数， 用（min，max）形式表示 问题：运动员根据其得分来排定名次。 在名次排列中，排在他前面只有一个 人排在他后面也只有一个人 运动员 编号姓名性别名次 顺序 11 图5.9 一元联系中的1:1联系 职工之间的上下级联系 职工 工号姓名年龄性别 领导 1N 图5.10 一元联系中的1:N联系 工厂的零件之间存在着组合关系，一 种零件由许多种子零件组成，而一种

11、 零件也可以是其他零件的子零件 零件 零件号零件名规格 数量 组成 MN 图5.11 一元联系中的M:N联系 某商业集团中，商店、仓库、 商品之间的进货联系 图5.12 三元联系中的M:N:P联系 仓库 商品商店 仓库号仓库名地址 数量 商店号商品名商品号商店名 日期 进货 M NP 学校里规定每学期学生至少选修1门课程， 最多选修6门课程；每门课程至多有50人选 修，最少可以没人选修 图5.13 联系的连通词和实体的基数 学生 课程 选课 M （1，6） N （0，50） 第五章数据库设计和ER模型 5.3.4 ER模型的操作 包括实体类型、联系类型和属性的分裂分裂、合并合并、增删增删等等

12、教师号姓名出生日期职务工资奖金 教师 （a） 教师号姓名出生日期 教师不变信息 职务工资奖金教师号 教师变动信息 （b） 图5.15 实体类型的垂直分裂 教师 课程 主讲辅导 1M NN 图5.16 联系类型的分裂 教师 课程 主讲 M N （a）（b） 图5.17 不合法的合并 B (a) A C A-CB-C A C A-B-C (b) B 第五章数据库设计和ER模型 5.3.5 采用ER方法的数据库概念设计 之设计局部ER模式 需求分析结果 确定局部结构范围 实体定义 联系定义 属性分配 还有局部 结构待分 析 有 无进入全局ER模式设计 图5.18 局部ER模式设计 范围的划分要自然，

13、 易于管理； 范围的大小要适度。太小 了，会造成局部结构过多， 设计过程繁琐，综合困难； 太大了，则容易造成内部 结构复杂，不便分析 范围之间的界面要清晰， 相互影响要小 采用人们习惯的划分； 避免冗余，在一个局部结 构中，对一个对象只取一 种抽象形式，不要重复； 依据用户的信息处理需求 确定属性的原则： 属性应该是不可再分解的语义 单位；实体与属性之间的关系只能 是1:N的；不同实体类型的属性之间 应无直接关联关系。 属性分配的原则： 当多个实体类型用到同一属性时， 一般把属性分配给那些使用频率最高 的实体类型，或分配给实体值少的实 体类型。 有些属性不宜归属于任一实体类 型，只说明实体之间

14、联系的特性 第五章数据库设计和ER模型 局部模式 现有的教学 管理系统 初步分析系 统的对象 根据服务种 类分析教师 子模块 局部ER图 第五章数据库设计和ER模型 其他局部模式 现有的教学 管理系统 初步分析系 统的对象 根据服务种 类分析学生 子模块 导师 班级 学生 组 成 管 理 班主任 档案材料宿舍住 宿 归 档 指 导 系有 参 加 学会 1N11 1 N N N1 1 N M N1 具 有 社会关系 1 N 局部ER图 第五章数据库设计和ER模型 其它局部模式 现有的教学 管理系统 初步分析系 统的对象 根据服务种 类分析课程 子模块 局部ER图 图5.22 课程管理局部应用分E

15、-R图 1 教室 M 1 教科书教师 担任 课程系开设 N1 学生选修 NMN 上课 PN 第五章数据库设计和ER模型 5.3.5 采用ER方法的数据库概念设计 之设计全局 ER模式 无 图5.20全局ER模式设计 局部ER模式 确定公共实体类型 合并两个局部ER模式 检查并消除冲突 还有未合 并的局部 模式 有 还有冲突吗 有 属性冲突 ：如，重量单位 有的用公斤，有的用克。 结构冲突 ：同一对象在不 同应用中的不同抽象 ；同 一实体在不同局部ER图中 属性的个数或次序不同 ； 实体之间的联系在不同的 局部ER图中呈现不同的类 型 命名冲突 ：属性名、实体 名、联系名之间存在同名 异义或异名

16、同义冲突 第五章数据库设计和ER模型 5.3.5 采用ER方法的数据库概念设计 之全局ER模式的优化 n实体类型的合并 n1:1联系的两个实体类型 n具有相同键的实体类型 n冗余属性的消除 n冗余联系的消除：利用 规范化理论中函数依赖的概 念消除冗余联系 第五章数据库设计和ER模型 例子：三个局部ER图合并成一个ER图 1 1 N 1 P 1N 1 N 1N 1 M MNN N N 社会关系 具有 1 N N M 1 系 聘用 承接 项目 参加 设置 院长学院 主管 N N 1 1 1 教师 评定 职称 分配 工作量 11 1 N 档案材料 归档 参加 学会 1 宿舍 住宿 教科书 担任 指导

17、 课程 选修 教室 上课 有 1 班级 学生 组成 N 开设 N 管理 1 1 教师 管理 1 1 第五章数据库设计和ER模型 主要内容 n5.1 数据库设计概述 n5.2 数据库设计的全过程 n5.3 ER模型 n5.4 ER5.4 ER模型到关系模型的转换模型到关系模型的转换 n5.5 ER模型实例分析 n5.6 ER模型的扩充 n小结 第五章数据库设计和ER模型 5.4.1 ER图转换成关系模式集的 规则 n将每个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性即为关系模 式的属性，实体标识符即为关系模式的键 n二元联系类型的转换 n若实体间联系是1:1，可以在两个实体类型转换成的两个关系模式中任

18、意 一个关系模式的属性中加入另一个关系模式的键和联系类型的属性。 n若实体间联系是1:N，则在N端实体类型转换成的关系模式中加入1端实体 类型的键和联系类型的属性。 n若实体间联系是M:N，则将联系类型也转换成关系模式，其属性为两端实 体类型的键加上联系类型的属性，而键为两端实体键的组合 n一元联系类型的转换:同二元联系 n三元联系类型的转换 总是将三元联系类型转换成关系模式，其属性为三端实体类型的键加上联 系类型的属性，而键为三端实体键的组合。 第五章数据库设计和ER模型 ER模型到关系模型的转换实例 运动员 编号姓名性别名次 顺序 11 职工 工号姓名年龄性别 领导 1N 运动员（编号，姓

19、名，性别，名次， 上一名次编号，下一名次编号） 职工（工号，姓名，年龄，性别，经理工号） 第五章数据库设计和ER模型 ER模型到关系模型的转换实例 零件 零件号零件名规格 数量 组成 MN 仓库 商品商店 仓库号仓库名地址 数量 商店号商品名商品号商店名 日期 进货 M NP 零件（零件号，零件名，规格） 组成（零件号，子零件号，数量） 仓库（仓库号，仓库名，地址） 商店（商店号，商店名） 商品（商品号，商品名） 进货（商店号，商品名，仓库号，日期，数量） 第五章数据库设计和ER模型 5.4.2 采用ER方法的逻辑设计步骤 图5.25 关系数据库的逻辑设计 关系模式规范化 模式评价 是否需要修

20、正 从ER模式导出 初始数据库模式 处理需求ER模式 DBMS特征 用DBMS语法描述 模式修正 进入物理设计阶段 是 否 第五章数据库设计和ER模型 主要内容 n5.1 数据库设计概述 n5.2 数据库设计的全过程 n5.3 ER模型 n5.4 ER模型到关系模型的转换 n5.5 ER5.5 ER模型实例分析模型实例分析 n5.6 ER模型的扩充 n小结 第五章数据库设计和ER模型 例1 库存销售信息管理系统的 ER模型及转换 P 车 间 仓 位 产 品 客 户 销 售 员 存 储 出 库 订 单 入 库 M NM P M N P M N N 库存系统ER图 车间(车间号,车间名,主任名)

21、产品(产品号，产品名，单价) 仓位(仓位号，地址，主任名) 客户(客户号，客户名，联系人，电话， 地址，税号，账号) 销售员(销售员号,姓名,性别,学历,业绩） 实体 入库（入库单号,入库量,入库日期,经手人, 车间号,仓位号,产品名） 出库（出库单号，出库量，出库日期，经手人， 客户号，产品名，仓位号） 订单（订单号，数量，折扣，总价，订单日期， 产品号，客户号，销售员号） 存储(仓位号,产品号,核对日期,核对员,存储量) 联系 第五章数据库设计和ER模型 例2：公司车队信息系统的ER模型 图5.27 公司车队信息系统的ER模型 部门车队司机 车辆开销 维修公司 调用 报销 拥有 聘用 保险

22、2 保险1 M1N N 1N N N N 1 1 保险公司 1 N 维修 第五章数据库设计和ER模型 主要内容 n5.1 数据库设计概述 n5.2 数据库设计的全过程 n5.3 ER模型 n5.4 ER模型到关系模型的转换 n5.5 ER模型实例分析 n5.6 ER5.6 ER模型的扩充模型的扩充 n小结 第五章数据库设计和ER模型 5.6.1 弱实体 n什么是弱实体 n弱实体的表示方法 n包含弱实体的ER图转 换成关系模式 问题：问题：在人事管理系统中，亲属的存在 是以职工的存在为前提，即亲属对于职工 具有依赖联系，所以说，亲属是弱实体 职 工 社会关系 具有 1 N ER 图 职工职工（职工号，职工姓名，性别，年龄） 亲属亲属（职工号，称呼，姓名，工作单位） 关系关系 模式模式 问题问题: :商业应用系统中，顾客地址的