数据库设计方法.ppt

1,第五章、数据库设计方法,5.1 概述 5.2 需求分析阶段 5.3 概念设计阶段 5.4 逻辑设计阶段 5.5 物理设计阶段 5.6 实施和维护阶段,2,5.1 概述,数据库设计的概念 数据库设计就是建立数据库及其应用系统的技术。 具体来说，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，使之能够有效存贮数据，满足各种用户的应用需求。 数据库设计的基本步骤 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理结构设计 数据库实施和维护,3,5.2 需求分析阶段,需求分析的任务 通过详细调查现实世界要处理的对象（如组织、部门、企业等），充分了解其工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。 需求分析由数据库设计人员和用户共同完成。 主要通过收集资料和分析资料，明确用户的如下具体需求： 信息要求：即数据库重要保存哪些数据； 处理要求：用来要完成什么处理功能，处理的响应和方式有什么要求； 安全性和完整性要求。,4,5.2 需求分析阶段,需求分析的步骤 调查组织机构情况。包括组织组成情况、职责等。 调查各部门的业务活动情况。包括了解各部门使用什么数据，如何输入、如何加工处理这些数据，输出什么信息，到什么部门，输出格式如何等等。 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，包括信息要求、处理要求、安全性和完整性要求等等。 确定新系统的边界。对前面的调查结果参加初步分析，确定哪些功能将由新系统完成。,5,5.2 需求分析阶段,需求分析的方法 数据流图 数据流图用来描述系统的功能，可以形象地描述数据和处理过程的关系。 数据流图将如何一个系统都抽象为如图形式。 调查了解用户需求后，可以采用结构化分析(structured analysis)方法，自顶向下，逐层分解，步步细化，形成若干层次的数据流图。,6,5.2 需求分析阶段,数据字典 数据字典是系统中各类数据描述的集合，是详细的数据收集和数据分析后的主要成果，在数据库设计中占有重要地位。 数据字典主要包括以下几个部分： 数据项：最小数据单位，包括名称、类型和长度等。 数据结构：反映数据之间的组合关系。 数据流：描述数据结构在系统中如何传输。 数据存贮：描述数据结构保存的方式和位置等。 处理过程：一般只描述处理过程的说明性信息。,7,5.3 概念设计阶段,概念结构设计 将需求分析得到的用户需求抽象为概念模型的过程就是概念结构设计。 概念结构设计要求能真实充分地反映现实世界、容易理解，并易于修改。 描述概念模型的工具一般采用e-r图方法。 e-r图方法 e-r方法是“实体联系方法”，它是描述概念世界、建立概念模型的实用工具。 数据库的设计过程一般先使用e-r图描述组织模式，再进一步转换为任何一种dbms支持的数据模型。,8,5.3 概念设计阶段,e-r图三要素 实体：用矩形框表示，框内标注实体名称。 属性：用椭圆形表示，并用连线与实体连接起来。 实体间的联系：用菱形框表示，框内标注联系名称。 联系的三种类型 一对一联系(1:1)：设a,b为两个实体集，若a中的每个实体至多和b中的一个实体有联系，反过来，b中的每个实体至多和a中的一个实体有联系，称a对b或b对a是1:1联系。 例如，学校和正校长之间就是1:1联系。,9,5.3 概念设计阶段,一对多联系(1:n)：如果a中的每个实体可以和b中的多个实体有联系，而b中的每个实体至多和a中的一个实体有联系，称a对b是1:n联系。 例如，学校和教师之间就是1:n联系；班级和学生之间也是1:n联系. 多对多联系(m:n)：如果a中的每个实体可以和b中的多个实体有联系，反过来，b中的每个实体可以和a中的多个实体有联系，称a对b是m:n联系或b对a是m:n联系。 例如，一门课程可以同时有多个学生选修；一个学生也可以同时选修多门课程，课程和学生之间是多对多联系。又如，一个项目可以由多个员工参与，员工也可以同时参与多个项目，项目和员工之间是多对多联系。,10,5.3 概念设计阶段,例：用e-r图描述图书信息管理的数据类型。 分析： 图书包括编号、书名、作者、定价和位置属性； 借书人包括姓名、借书证号和单位属性； 每个借书人可以借多本书，同一本书也可以相继被几个借书人借阅； 由分析可知，有两个实体集，即借书人和图书，它们之间是多对多关系，对应的e-r图可以表示为：,11,5.3 概念设计阶段,12,5.3 概念设计阶段,建立e-r模型 建立e-r模型可以采用自顶向下、自底向上、逐步扩张和混合策略等方法，其中最常用的方法是自底向上方法。 自底向上方法：首先定义各局部应用底概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构。,13,5.3 概念设计阶段,自底向上建立e-r模型的步骤 1. 局部应用e-r模型设计 利用需求分析阶段得到的数据流图、数据字典和系统分析报告，根据系统的具体情况，选择某些局部应用设计e-r模型。 逐一建立对应与每一个部门的局部e-r模型。 在设计e-r模型时，尽量将事物抽象为属性；如果一个对象不可再分（没有需要描述的性质），不和其他实体有联系，则可以将其作为属性。,14,5.3 概念设计阶段,2. 总体概念e-r模型设计 首先合并e-r图，解决各局部e-r图之间的冲突，生成初步e-r图。可能的冲突有： 属性冲突：属性单位和域等冲突，如学号，不同部门可能采用整数或字符；重量，可能采用克或公斤。 命名冲突：不同部门中，意义不同的对象重名；同意义的对象名称不同（如项目、工程）。 结构冲突：同一对象在不同部门中属性不一致。 消除不必要的冗余，进行修改和重构，生成基本的e-r图。,15,5.3 概念设计阶段,例：将图书信息管理e-r模型转换为关系模型。 分析： 图书是实体，则将其转换为关系，关系的属性为（编号、书名、作者、定价和位置）；其中键为编号。 借书人是实体将其转换为关系，关系的属性为（姓名、借书证号和单位）；其中键为借书证号。 “借书”为联系，也转换为关系，属性为码组合（编号，借书证号）和借书日期；其中键为（编号，借书证号) 由分析可知，转换后的关系模型为： 图书(编号、书名、作者、定价和位置) 借书人(姓名、借书证号和单位) 借书(编号，借书证号，借书日期),16,5.4 逻辑设计阶段,逻辑结构设计的任务 将概念设计阶段设计好的e-r图转换为与dbms产品所支持的数据类型相符合的逻辑结构。 e-r模型向关系模型的转化 一个实体型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。 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转换为该关系的属性。 若联系为1:1，每个实体的键均为该关系的键； 若联系为1:n，关系的键为n端实体的码； 若联系为m:n，关系的键为参加联系的诸实体键的组合；,17,5.4 逻辑设计阶段,关系模型优化 关系规范化 应用规范化理论对上述产生的关系逻辑模式参加初步优化，步骤如下： 考察关系模式的函数依赖关系，确定范式等级； 对关系模式参加合并和分解。 模式优化 为了提高对数据的存取和存取效率，对上述产生的关系模式参加优化，即修改、调整和重构模式。,18,5.5 物理设计阶段,数据库物理设计 数据库物理结构：就是数据库在物理结构上的存贮结构和存贮方法，它依赖于具体的计算机系统。 数据库物理设计：为一个给定的逻辑数据模型设计一个最适合应用要求的物理结构的过程。 数据库物理设计的步骤 确定数据库物理结构，即存取方法和存贮结构。 对上述物理结构参加评价，即时间和空间的效率如何。如果满足设计要求，则转入下一阶段，否则重