数据库设计ppt课件

关系数据库设计,本章重点本章要求了解数据库设计的方法、特点和步骤，掌握需求分析、概念结构、逻辑结构、物理结构、数据库实施、数据库运行和维护六个阶段设计的目标、方法和应注意的事项，重点掌握概念结构和逻辑结构设计这二个阶段。,2,1数据库设计概述数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术，是信息系统开发和建设中的核心技术。具体说，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(信息要求和处理要求)。在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。下面介绍数据库设计的方法、特点和步骤。,3,1.1数据库设计的任务,数据库设计的任务，有广义和狭义两种定义一是数据库，二是以数据库为基础的应用系统。数据库，不包括应用系统,4,评判数据库设计结果好坏的主要准则有：,1.完备性数据库应能表示应用领域所需的所有信息，数据是可用的、准确的、安全的2.一致性信息是一致的，减少数据的冗余，保证数据的一致性3.优化规范化和高效率，易于操作，满足用户的性能需求易维护维护时改动比较少而且方便，扩充性好，不影响数据库的完备性和一致性，也不影响数据库性能。,5,1.1数据库设计的步骤我们按规范设计的方法将数据库设计分为以下六个阶段：,6,需求分析阶段第1步：了解和分析用户的应用需求（包括数据与处理），进行需求收集和分析。概念结构设计阶段第2步：对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体RDBMS的概念模型。逻辑结构设计阶段第3步：按照一组转换规则，将概念模型转换为某个RDBMS支持的关系模型；第10步：根据规范化理论，对关系模型进行优化。若对逻辑结构设计不满意，则转第3步进行。,7,物理结构设计阶段第5步：为关系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）；第6步：对此物理结构进行评价设计和性能预测。若对物理结构设计不满意，则转第3或第5步进行。数据库实施阶段第7步：运用RDBMS提供的数据语言，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，并组织数据入库；第8步：系统的试验性运行。若对数据库实施不满意，则转第5步进行。数据库运行和维护阶段第9步：数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统的运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。,8,2需求分析2.1需求分析的任务和方法需求分析阶段的任务是通过详细调查现实世界要处理的对象(组织、部门、企业等)，充分了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变。调查的重点是“数据”和“处理”，通过调查要从中获得每个用户对数据库的如下要求：1.信息要求2处理要求3.安全性和完整性的要求为了很好地完成调查的任务，设计人员必须不断地与用户交流，与用户达成共识，以便逐步确定用户的实际需求，然后分析与表达这些需求。,9,需求收集的方法:访谈、问卷调查、查阅历史纪录等等；需求分析的过程和结果：通过自顶向下或自底向上的分析方法，用数据流图和数据字典描述系统，再次与用户交互，征得用户的认可。,10,2.2数据流图如何分析和表达用户的需求，这是一个重要的问题。在众多的分析方法中，结构化分析是一个简单实用的方法。该方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。用数据流图，数据字典描述系统。任何一个系统都可以抽象为如图5.2所示的情况。图5.2系统高层抽象图数据流图表达了数据和处理过程的关系。,11,2.3数据字典数据字典是对系统中数据的详尽描述，是各类数据属性的清单。对数据库设计来讲，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。数据字典是各类数据描述的集合，它通常包括以下五个部分：数据项，是数据的最小单位（名，数据类型，取值范围）。数据结构，是若干数据项有意义的集合（队列、堆栈，表）。数据流，可以是数据项，也可以是数据结构。表示某一处理过程的输入或输出。数据存储，处理过程中存取的数据数据量、数据流，存取方式等等；处理过程：处理简要说明。,12,3概念结构设计概念结构独立于数据库逻辑结构，独立于支持数据库的DBMS，其主要特点是：1能充分地反映现实世界，包括实体和实体之间的联系，能满足用户对数据处理的要求，是现实世界的一个真实模型。2.易于理解。从而可以和不熟悉计算机的用户交换意见，用户的积极参与是数据库设计成功与否的关键。3.易于更动。当现实世界改变时容易修改和扩充。易于向关系、网状或层次等各种数据模型转换。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。,13,3.1概念结构设计的方法与步骤设计概念结构的方法有四种：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，得到全局概念结构。由里向外: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。混合策略:自顶向下和自底向上相结合的方法，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。,14,自底向上设计概念结构的方法。按照这种方法，概念.结构的设计可按下面步骤进行，见图5.3所示。图3概念结构设计步骤,15,3.2数据抽象与局部ER图设计1、数据抽象E-R模型是对现实世界的一种抽象。所谓抽象是对实际的人、物、事和概念的进行人为处理，抽取人们关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以描述，这些概念组成了某种模型。一般有如下三种抽象：（1）分类定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。这些对象具有某些共同的特性和行为，在E-R模型中，实体型就是这种抽象，如图6.10所示。,16,图5.10分类（2）聚集定义某一类型的组成成分。它抽象了对象内部类型和成分之间“ispartof”的语义，在E-R模型中，若干属性的聚集所组成的实体型就是这种抽象，如图6.5所示。图5.5聚集,17,（3）概括定义类型之间的一种子集联系。它抽象了类型之间的“issubsetof”的语义。例如学生是一个实体型，本科生、研究生也是实体型。本科生、研究生均是学生的子集。把学生称为超类，本科生、研究生称为学生的子类。图5.7概括,18,2、局部视图设计概念结构设计的第一步就是利用上面介绍的抽象机制对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织(聚集)，形成实体、实体的属性，标识实体的码，确定实体之间的联系类型(1:1，1:n，n:m)，设计局部视图（也称分E-R图）。具体做法是：（1）选择局部应用图5.8设计分E-R图的出发点,19,（2）逐一设计分E-R图每个局部应用对应一组数据流图，局部应用涉及的数据已收集在数据字典中，将这些数据从数据字典中抽取出来，参照数据流图，标定该应用中的实体、属性和实体之间的联系及其类型。在给定的应用环境中，能够作为属性对待的，应尽量作为属性对待，目的在于简化E-R图的处置。在实体和属性的调整中，要遵循的二条基本准则是：作为“属性”，不能再具有需要描述的性质。属性不能与其他实体具有联系。即E-R图中的联系是实体之间的联系。符合上述两条的“事物”一般作为属性来对待，否则作为实体对待。,20,3.3视图的集成视图集成就是把上一步得到的各个分E-R图综合成一个总E-R图。视图集成可以有两种方式：多个分E-R图一次集成。逐步集成，用累加的方式一次集成两个分E-R图。第一种方式比较复杂，第二种方式每次只集成两个分E-R图，可降低复杂度。无论哪种方式，每次集成可分两步走。第一步是合并，解决各分E-R图之间的冲突问题，生成初步E-R图。第二步是修改和重构，清除不必要的冗余，生成基本E-R图。,21,1、清除冲突，合并分E-R图由于各类应用不同,不同的应用通常又由不同的设计人员进行概念结构的设计，因此分E-R图之间不可避免地会有很多不一致，我们称之为冲突。冲突的类型有：（1）属性冲突。属性域冲突、属性取值单位冲突。（2）结构冲突。同一对象在不同应用中的不同抽象、同一实体在不同分E-R图中属性组成不同、实体之间的联系在不同分E-R图中呈现不同的类型。（3）命名冲突包括属性名、实体名、联系名之间的冲突：同名异义、异名同义。,22,2、消除不必要的冗余，设计基本E-R图在初步E-R图中可能存在冗余的数据和实体间冗余的联系，消除了冗余的初步E-R图被称为基本E-R图。,23,4逻辑结构设计概念结构是独立于任何一种数据模型的信息结构。逻辑结构设计的任务就是把概念结构设计阶段设计好的E-R图转换为与选用DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构关系模型。图5.18逻辑结构设计过程,24,1E-R图向关系模型的转换原则1.每一个实体集转换为一个关系模式，实体集的属性就是关系模式的属性，实体集的键码就是关系模式的键码。2.两个实体之间的联系，则有三种情况：若联系为1:1，独立或合并,则每个实体集的键码均为该关系模式的键码。若联系为1:n，独立或合并,则关系模式的键码是n端实体集的键码。若联系为n:m,各自生成关系模式，实体间的联系衍生的关系模式的键码为诸实体集键码的组合。,25,3而每一个子类实体集应该转换为一个关系模式，此子类所属超类实体集的键码和子类本身拥有的属性就是关系模式的属性，此子类所属超类实体集的键码就是关系模式的键码。三个或三个以上实体集间的一个多元联系可以转换为一个关系模式，与该多元联系相连的各实体集的键码和联系本身的属性都转换为关系模式的属性，而关系模式的键码为各实体集键码的组合。4具有相同键码的非子类关系模式可以合并。,26,同一实体内部,实体间联系,学生和学生干部强实体和弱实体如建筑与房间实体和子实体如教师和教授、讲师合并具有相同码的关系模式,27,2关系模型的优化数据库逻辑设计的结果不是唯一的。对数据模型的优化是指适当地修改、调整数据模型的结构，以提高数据库应用系统的性能。规范化理论是数据库逻辑设计的指南和工具。具体地讲可应用在下面几个方面：第一，在需求分析阶段，用数据依赖的概念来分析和表示各数据项之间的联系。第二，在概念结构设计阶段，以规范化理论为工具来消除初步E-R图中冗余的联系。第三，在E-R图向关系模型转换过程中，用模式分解的规则和方法来指导设计。,28,关系数据模型的优化通常以规范化理论为指导，其方法为：1、确定数据依赖。2、对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，消除冗余的联系。3、逐一分析这组关系模式，考查部分函数依赖、传递函数依赖、多值依赖等，确定范式。4、按照数据分析阶段得到的处理要求，分析这些模式对于这样的应用环境是否合适，确定是否要对它们进行合并或分解。必须注意的是，并非规范化程度越高的关系就越好。5对关系模式进行必要的分解，提高数据操作的效率和存储空间的利用率。,29,5数据库的物理设计所谓数据库的物理结构主要是指数据库在物理设备上的存储结构和存取方法。对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，称为数据库的物理设计。物理设计可分两步：第一步先确定数据库的物理结构，在关系数据库中主要指存取方法和存储结构；第二步对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间的效率。5.1数据库物理设计的内容,30,数据库物理设计的内容通常对于关系数据库物理设计的内容主要包括：（1）为关系模式选择存取方法；（2）设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。,31,5.2数据库存储结构的确定确定数据库物理结构主要是指确定数据的存放位置和存储结构，包括确定关系、索引、日志等的存储安排和存储结构；确定系统配置等。确定数据的存放位置和存储结构要综合考虑存取时间、存储空间利用率和维护代价三方面的因素。这三个方面常常是相互矛盾的，因此需要进行权衡，选择一个折中方案。1确定数据的存放位置为了提高系统性能，应该根据应用情况将数据的易变部分与稳定部分、经常存取部分和存取频率较低部分分开存放。,32,2确定系统配置系统配置变量很多，例如：同时使用数据库的用户数，同时打开的数据库对象数，内存分配参数，存储分配参数，物理块的大小，时间片大小，数据库的大小，锁的数目等。这些参数值影响存取时间和存储空间的分配，在物理设计时就要根据应用环境确定这些参数值，以使系统性能最佳。,33,6数据库的实施、运行和维护6.1数据库的实施对数据库的物理设计初步评价完成后就可建立数据库了，数据库的实施相应于软件工程的编码、调试阶段。然后组织数据入库，组织数据入库是数据库实施阶段最主要的工作。,34,在完成上述工作之后，便可进入数据库的试运行阶段，或者称联合调试阶段。这阶段的主要工作是：1、实际运行应用程序，执行对数据库的各种操作，测试应用程序的功能。2.测量系统的性能指标，分析是否符合设计目标。我们必须在试运行阶段进行实际测量和评价，若实际结果不符合设计目标，则需返回到物理设计阶段,有时甚至还需要返回到逻辑设计阶段,进行调整和修改。最后还须指出两点：第一，如果运行调试后又要修改数据库设计，则又要重新组织数据入库，因此应分批分期输入数据。第二，数据库的实施和调试不是一朝一夕能完成的，因此必须做好数据库的转储和恢复工作。一旦故障发生，能使数据尽快恢复，尽量减少对数据库的破坏。,35,6.2数据库的运行和维护数据库投入运行标志着开发任务的基本完成和维护工作的开始，但并不意味着设计过程已经结束