CIMS系统导论_chapter3_1,2.ppt

第3章基于web的数据库系统 CIMS中的数据库系统 CIMS中的数据库系统是两大支撑系统之一 覆盖企业全部信息 以实现企业的数据共享和信息集成CIMS中的数据库系统必须与计算机网络技术相适应 基于Web的数据库系统 中小型企业CIMS的结构和组成 四层结构模型 温度 压力 开关量等 工艺参数设计参数等 工厂生产计划 车间作业计划等 原材料检验结果 产品检测结果 质量统计分析结果等 原材料消耗量 用电水量 价格 工资等 3 1数据库系统概述 什么是数据库四个基本概念数据管理技术的产生与发展数据库系统的特点数据库常用的数据模型常用数据库系统简介 1 什么是数据库 数据库 DataBase DB 是按照数据结构来组织 存储和管理数据的仓库 记录 Record 一行称为一条记录 它标明一个实体字段 Field 一列称为一个字段 反映实体的某一属性 2 四个基本概念 数据 Data 数据库 Database DB 数据库管理系统 DatabaseManagementSystem DBMS 数据库系统 DBS 数据 数据 Data 是数据库中存储的基本对象数据的定义描述事物的符号记录数据的种类文字 图形 图象 声音 数据库 人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后 应将其保存起来以供进一步加工处理 进一步抽取有用信息数据库的定义数据库是长期储存在计算机内 有组织的 可共享的大量数据集合 数据库管理系统DBMS 什么是DBMS位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 DBMS的主要功能建立数据库对数据库进行操作 查询 插入 删除和修改 其他管理功能保证数据的安全性 完整性 多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复 数据库系统 什么是数据库系统数据库系统 DBS 是指采用了数据库技术的计算机系统数据库系统的构成数据库数据库管理系统应用程序系统数据库管理员和用户 数据集合1 数据集合2 数据库 DBMS 数据库系统DBS 3 数据管理技术的产生与发展 人工管理阶段 40年代中 50年代中 文件系统阶段 50年代末 60年代中 数据库系统阶段 60年代末 现在 人工管理阶段 数据的管理靠人工进行 计算机只能对数据进行计算 得出结果由人工保存 数据 程序 计算机 结果 文件系统阶段 数据统一存放在数据文件中 用户通过对文件的访问实现对记录的存取 数据在文件中的存放没有相互的联系和结构化的组织 数据文件也不能脱离建立其数据文件的程序 文件管理系统 文件系统的缺点应用程序的编写维护不方便一般不支持对文件的并发访问在数据的结构 编码 表示格式等诸多方面不标准 不规范 数据管理混乱针对这些缺点 逐步发展了以统一管理数据和共享数据为主要特征的数据库系统 数据库系统阶段 数据的管理者DBMS数据的独立性数据的结构化数据的共享程度高减少数据冗余度 DBMS 应用程序A 应用程序B 应用程序C 4 数据库系统的特点 数据库系统向用户提供高级的接口用户只要提出需要什么数据 而不必关心如何获得这些数据 对数据的管理完全由DBMS来实现 查询的处理和优化用户的查询请求由DBMS完成 查询的优化处理就成了DBMS的重要任务 并发控制多个用户可以同时访问数据库 甚至可以同时访问同一个表中的不同记录 极大地提高了计算机系统资源的使用效率数据的完整性约束数据的完整性是指数据的正确性和相容性 数据完整性是由各种各样的完整性约束来保证 例如定义数据类型成整型的数据就不能是浮点数 5 数据库常用的数据模型 层次模型适宜于反映实体之间1 n的关系网状模型适宜于反映实体之间m n的关系关系模型用二维表格来表示实体间的联系最重要的一种数据模型 也是目前主要采用的数据模型 6 常用数据库系统简介 SQLServer 是在WindowsNT上使用的 支持Web技术的数据库管理系统 适合建立中小型数据库Oracle 是第一个商品化DBMS 用于管理大型数据库 IBM的DB2 是一个基于SQL的关系型数据库产品 适用于大型主机平台上 在金融系统中应用较多 Sybase 较早采用了客户 服务器技术 Informix 是为Unix等开放操作系统提供的专业关系型数据库产品 3 2数据库系统的设计方法 3 2 1数据库设计概述 数据库是信息系统的核心和基础把信息系统中大量数据按一定的模型组织起来提供存储 维护 检索数据的功能使信息系统可以方便 及时 准确地从数据库中获得所需的信息什么是数据库设计数据库设计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 使之能够有效地存储数据 满足各种用户的应用需求数据库设计的特点硬件 软件 技术与管理的界面的互相结合数据库设计应该与应用系统设计相结合结构 数据 设计 设计数据库框架或数据库结构行为 处理 设计 设计应用程序 事务处理等 3 2 2数据库设计步骤 需求分析阶段了解与分析用户需求 包括数据与处理 概念结构设计阶段对用户需求进行综合 归纳与抽象 形成一个独立于具体DBMS的概念模型 逻辑结构设计阶段将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型 并对其进行优化 物理设计阶段为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构 包括存储结构和存取方法 数据库实施阶段运用DBMS提供的数据语言 工具及宿主语言 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 并进行试运行 数据库运行与维护阶段数据库系统的评价 调整与修改 需求收集和分析 设计概念结构 设计逻辑结构 数据模型优化 设计物理结构 评价设计 性能预测 物理实现 试验性运行 使用 维护数据库 不满意 不满意 应用需求 数据 处理 需求分析阶段 概念设计阶段 逻辑设计阶段 物理设计阶段 数据库实施阶段 数据库运行 维护阶段 转换规则DBMS功能优化方法 应用要求 DBMS详细特征 1 需求分析 需求分析就是分析用户的需要与要求需求分析是设计数据库的起点需求分析的结果是否准确地反映了用户的实际要求 将直接影响到后面各个阶段的设计 并影响到设计结果是否合理和实用 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 充分了解原系统工作概况 明确用户各种需求 在此基础上确定新系统的功能 需求分析的重点 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 需求分析的难点 用户对需求表达不准确 需求不断变化 设计人员不易理解甚至误解用户需求 新的硬件 软件技术的出现也会使用户需求发生变化 解决方法 设计人员必须采用有效的方法 与用户不断深入地进行交流 才能逐步得以确定用户的实际需求 需求分析的方法 调查清楚用户的实际需求并进行初步分析 与用户达成共识 进一步分析与表达这些需求 具体做法 了解组织机构情况了解各部门的业务活动情况确定新系统的边界 确定哪些功能由计算机完成 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 在熟悉了业务活动的基础上 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 安全性与完整性要求 常用调查方法 做需求调查时 往往需要同时采用多种方法无论使用何种调查方法 都必须有用户的积极参与和配合设计人员应该和用户取得共同的语言 帮助不熟悉计算机的用户建立数据库环境下的共同概念 并对设计工作的最后结果共同承担责任常用调查方法跟班作业 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 通过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 如果调查表设计合理 则很有效 且易于为用户接受查阅记录 查阅与原系统有关的数据记录 进一步分析和表达用户需求 分析和表达用户需求的常用方法自顶向下的结构化分析方法 StructuredAnalysis 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 DFD DataFlowDiagram 和数据字典 DD DataDictionary 描述系统 需求分析小结 用户 2 概念结构设计 什么是概念结构设计需求分析阶段描述的用户应用需求是现实世界的具体需求将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计概念结构是各种数据模型的共同基础 它比数据模型更独立于机器 更抽象 从而更加稳定 概念结构设计是整个数据库设计的关键 描述概念模型的工具 E R模型 E R模型 Entity Relationship 实体 联系模型 提供了表示实体型 属性和联系的方法 用来描述现实世界的概念模型 实体型用矩形表示 矩形框内写明实体名 属性用椭圆形表示 并用无向边将其与相应的实体连接起来联系用菱形表示 菱形框内写明联系名 并用无向边分别与有关实体连接起来 同时在无向边旁标上联系的类型 1 1 1 n或m n 联系本身也是一种实体型 也可以有属性 如果一个联系具有属性 则这些属性也要用无向边与该联系连接起来 概念结构设计的方法 自顶向下首先定义全局概念结构的框架 然后逐步细化自底向上首先定义各局部应用的概念结构 然后将它们集成起来 得到全局概念结构逐步扩张首先定义最重要的核心概念结构 然后向外扩充 以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构 直至总体概念结构混合策略将自顶向下和自底向上相结合 用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架 以它为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构 常用策略 自顶向下地进行需求分析自底向上地设计概念结构 自底向上设计概念结构的步骤 第1步 抽象数据并设计局部视图第2步 集成局部视图 得到全局概念结构 数据抽象 局部视图的设计 视图集成 DFD DD 分E R图 总E R图 需求分析 返回用户征求意见直到满意为止 设计分E R图的出发点 中层为设计分图的出发点 某工厂管理信息系统 3 逻辑结构设计 逻辑结构设计的任务将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型 并对其进行优化逻辑结构设计的步骤将概念结构 E R图 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 E R图向关系模型的转换 转换规则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 实体的码就是关系的码 一个联系转换为一个关系模式与该联系相连的各实体的码以及联系的属性转换为关系的属性 要确定该关系的码 有三种情况 书P43 具有相同码的关系模式可合并 关系模型实体 学生 对应的关系模式 学生 学号 姓名 性别 年龄 课程 成绩 联系 选修 对应的关系模式 选修 学号 课程 成绩 E R图 关系的码 关系的属性 4 数据库的物理设计 什么是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 为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程 就是数据库的物理设计 4 数据库的物理设计 数据库物理设计的主要内容确定数据库的存储结构存取时间 存储空间利用率和维护代价存取路径的选择和调整根据任务需要建立多条存取路径 例如 把哪些数据项作为次码建立次索引 建立单码索引还是组合索引 建立多少个为合适 确定数据存放位置根据数据的应用情况确定相应存放位置 如 经常存取或存取时间要求高的记录应存放在高速存储器上 确定存储分配例如 溢出空间的大小和分布参数 块的长度 块因子的大小 装填因子 缓冲区的大小和个数等等 它们都要在物理设计中确定 这些参数的大小影响存取时间和存储空间的分配 逻辑模型 5 数据库的实施 6 数据库运行与维护阶段 数据库试运行结果符合设计目标后 数据库就可以真正投入运行了 数据库投入运行标着开发任务的基本完成和维护工作的开始对数据库设计进行评价 调整 修改等维护工作是一个长期的任务 也是设计工作的继续和提高 应用环境在不断变化数据库运行过程中物理存储会不断变化 维护阶段的主要工作 数据库的转储和恢复 数据库的安全性 完整性控制 数据库性能的监督 分析和改进 数据库的重组织和重构造 实例 开发一个学校管理系统 1 需求分析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 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 他们生成了该子系统的数据流图 学生选课申请的数据流图 数据字典 数据字典的用途数据字典是各类数据描述的集合数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果数据字典在数据库设计中占有很重要的地位 数据字典的内容 1 数据项 2 数据结构 3 数据流 4 数据存储 5 处理过程数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流 数据存储的逻辑内容 1 数据项 数据项是不可再分的数据单位对数据项的描述数据项描述 数据项名 数据项含义说明 别名 数据类型 长度 取值范围 取值含义 与其他数据项的逻辑关系 取值范围 与其他数据项的逻辑关系定义了数据的完整性约束条件 2 数据结构 数据结构反映了数据之间的组合关系 一个数据结构可以由若干个数据项组成 也可以由若干个数据结构组成 或由若干个数据项和数据结构混合组成 对数据结构的描述数据结构描述 数据结构名 含义说明 组成 数据项或数据结构 3 数据流 数据流是数据结构在系统内传输的路径 对数据流的描述数据流描述 数据流名 说明 数据流来源 数据流去向 组成 数据结构 平均流量 高峰期流量 数据流来源是说明该数据流来自哪个过程数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去平均流量是指在单位时间 每天 每周 每月等 里的传输次数高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量 4 数据存储 数据存储是数据结构停留或保存的地方 也是数据流的来源和去向之一 对数据存储的描述数据存储描述 数据存储名 说明 编号 流入的数据流 流出的数据流 组成 数据结构 数据量 存取方式 流入的数据流 指出数据来源流出的数据流 指出数据去向数据量 每次存取多少数据 每天 或每小时 每周等 存取几次等信息存取方法 批处理 联机处理 检索 更新 顺序检索 随机检索 5 处理过程 处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述 数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息处理过程说明性信息的描述处理过程描述 处理过程名 说明 输入 数据流 输出 数据流 处理 简要说明 简要说明 主要说明该处理过程的功能及处理要求功能 该处理过程用来做什么处理要求 处理频度要求 如单位时间里处理多少事务 多少数据量 响应时间要求等处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准 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 数值型长度 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 数据结构 以 学生 为例 学生 是该系统中的一个核心数据结构 数据结构名 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 数据流 体检结果 可如下描述 数据流名 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 数据存储 学生登记表 可如下描述 数据存储名 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 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 2 概念结构设计 以数据字典为出发点定义E R图数据字典中的 数据结构 数据流 和 数据存储 等已是若干属性的有意义的聚合 数据结构名 学生组成 学号 姓名 性别 年龄 E R图 3 逻辑结构设计 将概念结构 E R图 转化为一般的关系模型 然后向特定DBMS支持下的数据模型转换 最后对数据模型进行优化 关系模型实体 学生 对应的关系模式 学生 学号 姓名 性别 年龄 课程 成绩 联系 选修 对应的关系模式 选修 学号 课程 成绩 E R图 课后思考 什么是数据库 它有哪些特征目前有哪些较为流行的典型数据库管理系统 数据库系统的设计步