数据库系统的设计方法PPT课件

精品课件 1 第3章数据库系统的设计方法 3 1数据库系统设计概述3 2系统需求分析3 3数据库概念结构的设计3 4数据库逻辑结构的设计 精品课件 2 3 1数据库系统设计概述 3 1 1数据库系统设计的内容 1 数据库的结构特性设计先将现实世界中的事物 事物间的联系用E R图表示 再将各个分E R图汇总 得出数据库的概念结构模型 最后将概念结构模型转化为数据库的逻辑结构模型表示 精品课件 3 2 数据库的行为特性设计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 进而得出系统的功能模块结构和数据库的子模式 精品课件 4 3 数据库的物理模式设计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 精品课件 5 3 1 2数据库系统设计方法 数据库系统设计应分6个阶段进行 这6个阶段是需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理结构设计 数据库实施和数据库运行和维护 精品课件 6 1 需求分析阶段 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 2 概念结构设计阶段 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 3 逻辑结构设计阶段 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 3 1 3数据库设计的基本步骤 精品课件 7 4 数据库物理设计阶段 为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构 包括数据存储结构和存取方法 5 数据库实施阶段 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 6 数据库运行和维护阶段 不断地对其结构性能进行评价 调整和修改 精品课件 8 CREATEDATABASEBookSysONPRIMARY NAME BookSysData1 FILENAME C DB BookSysD1 MDF SIZE 100MB LOGON NAME BookSysLog FILENAME E DB BookSysL LDF SIZE 100MB 精品课件 9 数据库系统开发过程 精品课件 10 数据库各级模式的设计 精品课件 11 3 2 1需求分析的任务和方法需求分析阶段的主要任务可以概括为 分析用户活动确定系统范围分析用户活动涉及的数据 绘制数据流图分析系统数据 确定数据字典 3 2系统需求分析 分析用户的要求 将分析结果用数据流程图和数据字典表示 精品课件 12 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 信息要求是指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 处理要求是指用户要求完成什么处理功能 对处理的响应时间有什么要求 处理方式是批处理还是联机处理 新系统的功能必须能够满足用户的信息要求 处理要求 安全性与完整性要求 精品课件 13 需求分析的方法 调查组织机构情况 包括了解该组织的部门组成情况 各部门的职能等 为分析信息流程做准备 调查各部门的业务活动情况 包括了解各个部门输入和使用什么数据 如何加工处理数据 输出什么信息 输出到什么部门 输出结果的格式等 精品课件 14 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 完全性与完整性要求 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 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 精品课件 15 常用的调查方法 跟班作业 开调查会 请专人介绍 询问 设计调查表请用户填写 查阅记录 精品课件 16 需求分析过程 精品课件 17 1 数据流图数据流图 DataFlowDiagram 简称DFD 是一种最常用的结构化分析工具 它用图形的方式来表达数据处理系统中信息的变换和传递过程 数据流图有4种基本符号 3 2 2需求分析的表示 精品课件 18 数据流符号图 精品课件 19 精品课件 20 EX1 请根据以下销售过程画出数据流程图 用户将定货单交给某企业的业务经理 经检验后 对不合格的订单要由用户重填 合格的订单交仓库保管员做出库处理 即 查阅库存台帐 如果有货则向用户开票发货 如缺货 则通知采购员采购 精品课件 21 精品课件 22 EX2 请根据以下订货过程画出数据流程图 采购员从仓库收到缺货通知单后立即进行订货处理 即 查阅订货合同单 若已订货 则向供货单位发出催货单 否则 填写订货单送供货单位 供货单位发运货物后 立即向采购员发出取货通知 精品课件 23 精品课件 24 现要开发高校图书管理系统 经过可行性分析和初步的需求调查 确定了系统的功能边界 该系统应能完成下面的功能 1 读者注册 2 读者借书 3 读者还书 4 图书查询 精品课件 25 图书管理系统顶层数据流图 精品课件 26 图书管理系统第1层数据流图 精品课件 27 图书管理系统第2层数据流图 精品课件 28 图书管理系统第2层数据流图 精品课件 29 图书管理系统第2层数据流图 精品课件 30 教材购销系统的顶层DFD 应用举例二 书库保管员 精品课件 31 购书单 缺书单 销售教材 采购教材 1 2 第一层DFD教材购销系统 教材存量表 学生 D1 缺书登记表 D2 书库保管员 进书单 教材入库信息 领书单 无效购书单 精品课件 32 1 2 第二层DFD销售子系统 1 0 无效书单 教材存量表 D1 开发票 D2 缺书登记表 学生 各班学生用书表 D3 售书登记表 D4 1 1 审查有效性 1 3 登记并开领书单 学生 1 5 补售教材 1 4 登记缺书 购书单 发票 领书单 有效购书单 教材入库信息 精品课件 33 按书号汇总缺书 2 1 2 3 第二层DFD采购子系统 2 0 待购教材表 D5 教材一览表 D6 书库保管员 进书单 教材存量表 D1 2 2 按出版社统计缺书 修改教材库存和待购量 D2 缺书登记表 缺书单 教材入库信息 精品课件 34 2 数据字典 DataDictoryDD 是各类数据描述的集合 数据字典通常包括数据项 数据结构 数据流 数据存储和处理过程五个部分 至少应该包含每个字段的数据类型和在每个表内的主外键 精品课件 35 读者信息字典 精品课件 36 1 数据项 数据项是不可再分的数据单位数据项描述 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 精品课件 37 2 数据结构 数据结构反映了数据之间的组合关系 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 精品课件 38 3 数据流 数据流是数据结构在系统内传输的路径 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 精品课件 39 精品课件 40 4 数据存储 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 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 精品课件 41 精品课件 42 5 处理过程 用判定表或判定树来描述 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 精品课件 43 精品课件 44 例 某工厂对工人的超产奖励政策为 该厂生产两种产品A和B 凡工人每月的实际生产量超过计划指标者均有奖励 奖励政策为 对于产品A的生产者 超产数N小于或等于100件时 每超产1件奖励2元 N大于100件小于等于150件时 大于100件的部分每件奖励2 5元 其余的每件奖励金额不变 N大于150件时 超过150件的部分每件奖励3元 其余按超产150件以内的方案处理 对于产品B的生产者 超产数N小于或等于50件时 每超产1件奖励3元 N大于50件小于等于100件时 大于50件的部分每件奖励4元 其余的每件奖励金额不变 N大于100件时 超过100件的部分每件奖励5元 其余按超产100件以内的方案处理 精品课件 45 精品课件 46 例 以学生的奖学金评定为例 说明判定表的应用 奖励的目的在于鼓励学生的品学兼优 此处理功能是要合理确定奖学金评定等级 决定受奖的条件为 成绩优秀占70 或50 以上 成绩为中或中以下占15 或20 以下 团结纪律为优良或一般者 奖励方案为一等奖 二等奖 三等奖 鼓励奖四种 因为受奖条件有些是相容的 相互组合的项较多 描述此学生奖励政策的判定表如下图所示 精品课件 47 精品课件 48 3 3概念结构的设计 3 3 1概念结构的特点及设计方法 1 自顶向下设计法首先定义全局概念结构的框架 然后逐步细化为完整的全局概念结构 2 自底向上设计法首先定义各局部应用的概念结构 然后将它们集成起来 得到全局概念结构的设计方法 精品课件 49 4 混合策略设计法即自顶向下地进行需求分析 然后再自底向上地设计概念结构 3 由里向外设计法首先定义最重要的核心概念结构 然后向外扩充 生成其他概念结构 直至完成总体概念结构 精品课件 50 自顶向下分析需求与自底向上设计概念结构 精品课件 51 概念结构设计的步骤 精品课件 52 3 3 2局部视图设计 局部视图设计是根据系统的具体情况 根据需求分析的结果 数据流图 数据字典等 对现实世界的数据进行抽象 设计各个局部视图即分E R图 局部E R图的设计分为如下的几个步骤 如图所示 精品课件 53 局部ER模型设计 精品课件 54 1 确定实体类型和属性实体和属性之间没有严格的区别界限 但对于属性来讲 可以用下面的两条准则作为依据 1 作为属性必须是不可再分的数据项 也就是属性中不能再包含其他的属性 2 属性不能与其他实体之间具有联系 精品课件 55 职称由属性上升为实体示意图 精品课件 56 病人 住院号 姓名 病房 病人 住院号 姓名 住在 病房 负责 医生 病房号 精品课件 57 精品课件 58 2 确定实体间的联系依据需求分析结果 考察任意两个实体类型之间是否存在联系 若有 则确定其类型 一对一 一对多或多对多 接下来要确定哪些联系是有意义的 哪些联系是冗余的 并消除冗余的联系 所谓冗余的联系是指无意义的或可以从其他联系导出的联系 精品课件 59 教室 开设 课程 上课 班级 隶属 学生 选修 精品课件 60 3 画出局部E R图确定了实体及实体间的联系后 可用E R图描述出来 形成局部E R图之后 还必须返回去征求用户意见 使之如实地反映现实世界 同时还要进一步规范化 以求改进和完善 每个局部视图必须满足 1 对用户需求是完整的 2 所有实体 属性 联系都有唯一的名字 3 不允许有异名同义 同名异义的现象 4 无冗余的联系 精品课件 61 3 3 3视图的集成 各个局部视图建立好后 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 集成局部E R图型 设计全局E R模型的步骤如图所示 精品课件 62 精品课件 63 1 合并分E R图 生成初步E R图 1 属性冲突1 属性域冲突 即属性值的类型 取值范围或取值集合不同 学号整型或字符型出生日期表示年龄或整数形式表示年龄 2 属性取值单位冲突 身高米厘米 解决方法 通过讨论 协商等手段解决 精品课件 64 2 命名冲突1 同名异义冲突 不同的对象在不同的局部应用中具有相同的名字 局部应用A中将教室称为房间局部应用B中将学生宿舍称为房间2 异名同义冲突 意义相同的对象在不同的应用中有不同的名字 有的部门把教科书称为课本有部门则把教科书称为教材解决方法 通过讨论 协商等手段解决 精品课件 65 3 结构冲突1 同一对象在不同的应用中具有不同的抽象 例如 课程 在某一局部应用中被当做实体 在另一局部应用中则被当做属性解决方法 通常把属性变换成实体或把实体变换为属性 使同一对象具有相同的抽象 精品课件 66 2 同一实体在不同分E R图中的属性组成不一致 产生原因 不同局部应用关心的是该实体的不同侧面 解决方法 使该实体的属性取各分ER图中的属性并集 再适当设计属性的次序 精品课件 67 精品课件 68 精品课件 69 3 实体之间的联系在不同的分E R图中呈现不同的类型 例1 实体E1与E2在局部应用A中时多对多联系 而在局部应用B中是一对多联系例2 在局部应用X中E1与E2发生联系 而在局部应用Y中E1 E2 E3三者之间有联系 解决方法 根据应用语义对实体联系的类型进行综合或调整 2 消除不必要的冗余 设计基本E R图 精品课件 70 精品课件 71 精品课件 72 精品课件 73 精品课件 74 例 在简单的教务管理系统中 有如下语义约束 一个学生可选修多门课程 一门课程可被多个学生选修 因此学生和课程之间是多对多的联系 一个教师可讲授多门课程 一门课程可以由多个教师讲授 因此教师和课程之间也是多对多的联系 一个系可有多个教师 一个教师只能属于一个系 因此系和教师是之间一对多的联系 同样系和学生之间也是一对多的联系 精品课件 75 n m 名称 系 开课 拥有 m 学生 m 选修 课程 教师号 课程名 成绩 性别 年龄 平均成绩 课程号 学号 姓名 学生选课局部ER图 精品课件 76 教师任课局部E R图 1 m 教师号 姓名 性别 职称 课程号 教师 讲授 课程 n 属于 单位 单位名 电话 m 精品课件 77 m n 1 系 属于 教师 拥有 学生 开课 讲授 选修 课程 m m n m 1 m 1 学号 姓名 性别 年龄 平均成绩 成绩 教师号 课程号 课程名 教师号 姓名 性别 职称 系名 电话 教务管理系统的初步ER图 精品课件 78 n 1 系 属于 教师 拥有 学生 讲授 选修 课程 m m n m 1 m 学号 姓名 性别 年龄 成绩 课程号 课程名 教师号 姓名 性别 职称 系名 电话 教务管理系统的基本ER图 精品课件 79 概念结构设计图书管理实例 1 标识图书管理系统中的实体和属性参照数据字典中对数据存储的描述 可初步确定三个实体的属性为 读者 卡号 姓名 性别 部门 类别 办卡日期 卡状态 图书 书号 书名 作者 价格 出版社 库存数量 借还记录 卡号 书名 借书日期 还书日期 其中有下划线的属性为实体的码 精品课件 80 2 确定实体间的联系 读者与读者类别ER图 精品课件 81 读者与图书ER图 精品课件 82 读者管理系统ER图 精品课件 83 3 4数据库逻辑结构的设计 概念模型向关系模型的转换1 实体集的转换规则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 精品课件 84 2 实体集间联系的转换规则 1 1 1联系的转换方法1 转换为一个独立的关系模型 联系名为关系模型名 与该联系相连的两个实体的码及联系本身的属性为关系模型的属性 其中每个实体的码均是该关系模型的码 2 与任意一端的关系模型合并 可将相关的两个实体分别转换为两个关系 并在任意一个关系的属性中加入另一个关系的码 精品课件 85 例 将图中E R图转换为关系模型 精品课件 86 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 精品课件 87 注意 从理论上讲 1 1联系可以与任意一端对应的关系模式合并 但在一些情况下 与不同的关系模式合并效率会大不一样 因此究竟应该与哪端的关系模式合并需要依应用的具体情况而定 由于连接操作是最费时的操作 所以一般应以尽量减少连接操作为目标 精品课件 88 2 1 n联系的转换方法 方法一 将1 n关系转换为一个独立的关系模型 联系名为关系模型名 与该联系相连的各实体的码及联系本身的属性为关系模型的属性 关系模型的码为n端实体的码 另一种方法是将1 n联系与n端关系合并 1端的码及联系的属性并入n端的关系模型即可 第二种方法可以减少系统中的关系个数 一般情况下更倾向于采用这种方法 精品课件 89 例 将含有1 n联系的E R图转换为关系模型 精品课件 90 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 精品课件 91 3 m n联系的转换方法 在向关系模型转换时 一个m n联系转换为一个关系 转换方法为 关系模型名为关系名 与该关系相连的各实体的码及关系本身的属性为关系模型的属性 关系模型的码为关系中各实体码的并集 精品课件 92 例 将图中含有m n二元联系的E R图 转换为关系模型 课程 课程号 课程名 学时数 精品课件 93 转换的关系模型为 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 精品课件 94 4 三个或三个以上实体集间的多元联系的转换方法 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 精品课件 95 例 将图中含有多实体集间的多对多联系的E R图转换为关系模型 供应商 供应商号 供应商名 地址 零件 零件号 零件名 单价 产品 产品号 产品名 型号 精品课件 96 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 精品课件 97 5 自反联系转换例如职工实体集内部存在领导与被领导的1 n自联系 则将该联系与职工实体合并 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 职工 职工号 姓名 年龄 职称 主任 精品课件 98 3 关系合并 在关系模型中 具有相同码的关系 可根据情况合并为一个关系 目的是减少系统中的关系个数 合并方法是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 精品课件 99 物理设计 选择合适的物理结构 包括存储结构和存取方法 实施阶段 根据逻辑结构设计和物理结构设计建立数据库 编制和调试应用程序试运行 数据库运行和维护阶段 根据运行记录对数据库进行评价 根据评价对数据库进行调整和修改 精品课件 100 小结 数据库各级模式的形成数据库的各级模式是在设计过程中逐步形成的需求分析阶段综合各个用户的应用需求 现实世界的需求 概念设计阶段形成独立于机器特点 独立于各个DBMS产品的概念模式 信息世界模型 用E R图来描述 精品课件 101 在逻辑设计阶段将E R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型如关系模型 形成数据库逻辑模式 然后根据用户处理的要求 安全性的考虑 在基本表的基础上再建立必要的视图 VIEW 形成数据的外模式在物理设计阶段根据DBMS特点和处理的需要 进行物理存储安排 设计索引 形成数据库内模式 精品课件 102 习题 精品课件 103 精品课件 104 精品课件 105 精品课件 106 建立一个关于学校开课情况的关系数据库 其中包括信息 1 系 系号 系名称 系办公电话 2 教研室 室号 室名 所属系 3 教师 编号 姓名 性别 职称 所在教研室 所在系 4 课程 课程号 课程名 学时 开课系 任课教师 如果规定 一个系有若干个教研室 一个教研室仅属于一个系 一