第23～25讲 数据库设计(需求分析、概念结构设计)

第6章数据库设计，6.1数据库设计的步骤。什么是数据库设计是指为给定的应用环境构建一个最优的数据库模式，建立一个数据库及其应用系统，使其能够有效地存储数据并满足各种用户的应用需求(信息需求和处理需求)。在数据库领域，使用数据库的各种系统通常统称为数据库应用系统。数据库是信息系统的核心，基础数据库是信息系统各部分能否以及如何紧密结合的关键。数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分。根据应用和工作环境的要求，在数据库管理系统的支持下，进行结构(数据)设计和行为(处理)设计，设计一个结构合理、使用方便、效率高的数据库及其应用系统。数据库设计目标，数据库设计内容，数据库结构设计(静态)1)逻辑数据库设计局部逻辑结构全局逻辑结构2)物理数据库设计存储结构数据库行为设计(动态)1)数据加载2)应用程序设计，参与者设计，1。数据库分析设计人员数据库设计的核心人员自始至终参与数据库设计，他们的水平决定了数据库系统的质量。用户在数据库设计中也非常重要。他们主要参与需求分析和数据库操作维护。用户积极参与带来的好处加速了数据库设计，提高了数据库设计的质量。3.程序员参与系统实现阶段，并负责编程。4.操作员参与系统实施阶段。准备软件和硬件环境，参与设计的人员(续)，数据库分析和设计人员应具备的知识，计算机技术应用领域的知识，数据库技术，软件工程知识，数据库设计过程(六个阶段)，需求分析阶段概念结构设计阶段逻辑结构设计阶段数据库物理设计阶段数据库实现阶段数据库操作和维护阶段一个完善的数据库应用系统的设计经常在上述六个阶段重复。(1)需求分析阶段综合了每个用户的应用需求，是整个设计过程的基本需求分析，可能导致整个数据库设计的失败。(2)概念结构设计阶段是整个数据库设计的关键。通过对用户需求的综合、归纳和抽象，形成了独立于特定数据库管理系统的概念模型。(3)逻辑结构设计阶段将概念结构转换为特定数据库产品支持的数据模型，并优化其模型以形成数据库逻辑模型。根据用户的处理要求和安全考虑，在基本表上建立必要的视图，以形成外部数据模型。数据库的物理设计阶段为逻辑数据模型选择合适的物理结构。根据数据库管理系统的特点和处理的需要，进行物理存储布局，建立索引，形成数据库内部模式。(5)在数据库实现阶段，利用数据库管理系统提供的数据语言、工具和宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果，建立数据库编译调试应用程序，组织数据存储和试运行。(6)数据库运行维护阶段正式运行，并持续评估、调整和修改。系统需求分析，6，数据库操作和维护阶段，5，数据库实施阶段，4，数据库物理结构设计阶段，3，逻辑结构设计阶段，1，系统需求分析阶段，2，概念结构设计阶段，数据库设计步骤，创建.负荷.main().如果.然后.6.2需求分析，需求分析就是分析用户的需求和要求。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需求，将直接影响到后续阶段的设计，以及设计结果是否合理、实用。6.2.1需求分析任务，需求分析任务，需求分析重点，需求分析难点新系统必须充分考虑未来可能的扩展和变化，不能只根据当前的应用需求来设计数据库。需求分析的重点是调查、收集和分析数据管理中用户的信息需求、处理需求、安全和完整性需求。信息要求用户从数据库中获取信息的内容和性质。数据要求可以从信息要求中得出，即哪些数据处理要求需要存储在数据库中、对处理功能的要求、对处理响应时间的要求以及对处理方法(批处理/在线处理)的要求。新系统的功能必须能够满足用户的信息要求、处理要求、安全和完整性要求。(3)需求分析的困难，确定用户最终需求的困难。用户缺乏计算机知识，一开始就不能确定计算机能为自己做什么和不能为自己做什么。因此，他们不能立刻准确地表达他们的需求。他们的要求经常在不断变化。设计师缺乏用户的专业知识，不容易理解用户的真实需求，甚至误解用户的需求。新的硬件和软件技术的出现也将改变需求。解决方案设计者必须采用有效的方法，与用户进行持续深入的沟通，以逐步确定用户的实际需求。6.2.2需求分析方法：调查用户的实际需求并进行初步分析；与用户达成共识；进一步分析和表达这些需求。1)调查组织结构(1)组织由哪些部门组成(2)每个部门的职责和任务(2)调查每个部门的业务活动(1)每个部门输入和输出的数据和格式(2)每个部门所需的表格和卡片(3)如何处理这些数据(4)输入和输出这些数据的部门(1)调查和初步分析用户需求。3)协助用户阐明新系统的各种要求(1)信息要求(2)处理要求(3)安全要求(4)完整性要求(4)确定新系统的边界(1)哪些功能由计算机执行(2)哪些活动是手动执行的(5)分析系统功能(1)系统应该具有哪些功能，应该完成哪些任务(2)设计者与用户协商、确认和归档(3)尽力满足用户的要求(4)不要随便答应用户不合理或不可能的要求(5)注意功能和功能之间的协调6)分析系统数据(1)哪些数据需要存储1。实体集2。实体属性集3。实体集之间的关系2。数据1中是否有矛盾。基本数据2。导出数据3。用户对数据处理的要求1。应该完成哪种处理2。响应时间3。安全要求4。完整性要求4。绘制数据流程图5。编译数据字典。7)准备系统分析报告(1)提交给用户决策部门进行审核(2)报告内容(1)系统概述(2)系统功能描述(3)设计阶段划分(4)可行性分析(5)系统软件和硬件环境要求(1)计算机配置；(2)操作系统；(3)汉字平台(4)数据库管理系统；(5)网络环境6。结构图(1)组织结构图；(2)组织联系图；(3)各机构功能和业务图7。数据图表(1)数据流程图；(2)功能框图；(3)数据字典，8)后续工作(1)组织专家评估报告(2)项目双方签字(3)协议签署(2)共同调查方法。在进行需求调查时，通常需要同时采用多种方法。无论使用哪种调查方法，用户都必须积极参与并与设计师合作。设计者应该获得与用户的共同语言，以帮助不熟悉计算机的用户在数据库环境下建立共同的概念。它还共同负责设计工作的最终结果。常用的调查方法：(1)服务员作业可以通过参与业务工作来了解业务活动，从而更准确地了解用户的需求，但比较耗时；(2)有必要召开调查会议，通过与用户讨论了解业务活动和用户需求；(3)请指定专人首先，任何系统都被抽象为：2。分解处理功能和数据(1)分解处理功能将处理功能的具体内容分解成几个子功能，然后每个子功能继续分解，直到系统的工作过程被清晰地表达出来。(2)对分解后的数据进行逐步分解，同时对处理函数进行逐步分解，分解后的数据所使用的数据也进行逐步分解，形成多级数据流图。数据流图表达了数据和处理过程之间的关系。(3)表达方法处理过程：用决策表或决策树来描述数据：用数据字典来描述数据。3.将分析结果再次提交给用户审批和补充：数据流图，数据流图(DFD，数据流程图)描述了系统中的数据流和转换过程，表达了数据和处理过程之间的关系。从数据传输和处理的角度来看，图形化描述数据从输入到输出的流程是系统分析人员和用户之间的主要沟通手段之一，也是系统设计的基础。数据流图基本组成。1)外部项目(外部实体)描述系统数据源和目的地的各种实体或工作链接。2)数据处理逻辑描述系统处理信息的逻辑功能。3)逻辑意义上的数据存储。4)数据流是与系统信息处理功能相关的各种信息的载体，是各处理环节处理输出的数据集。数据流图绘制方法，数据流代表数据流；处理(process)是指对数据的处理。它的名字应该能够清楚而简洁地表明什么处理完成了。数据存储在数据流图的数据存储中起着重要的作用。指向数据存储的数据流可以理解为写数据，来自数据存储的数据流可以理解为读数据，双向数据流可以理解为修改数据。数据源点或终点表示图形中出现的数据的起点或终点。它在图中的出现只是一个符号，不需要以软件的形式设计和实现。一个例子：开发学校管理系统。1.通过可行性分析和初步需求调查，抽象出系统最高层的数据流图。该系统由教师管理子系统、学生管理子系统和后勤管理子系统组成。每个子系统分别配备一个开发团队。2.包括学生管理子系统开发团队在内的各个子系统的进一步细化，通过进一步的需求调查，已经明确了这个子系统的主要功能是管理学生身份和课程，包括学生注册、录取和毕业的管理，以及学生出勤的管理。参见01030110P188，6.2.3数据字典，数据字典的使用，数据字典的内容，数据字典的使用，数据字典是一套数据描述，是详细的数据收集和数据分析的主要结果。数据字典在数据库设计中起着重要的作用。内容数据字典内容数据项数据结构数据流数据存储过程数据项是数据的最小组成单元几个数据项可以通过定义数据项和数据结构形成一个数据结构数据字典来描述数据流和数据存储的逻辑内容。(1)数据项，数据项是一个不可分割的数据单元。数据项描述=数据项名称、数据项含义描述、别名、数据类型、长度、值域、值含义、与其他数据项的逻辑关系值域和与其他数据项的逻辑关系定义数据完整性约束；(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几个数据项、几个数据结构或者几个数据项和数据结构的混合组成。数据结构描述数据结构描述=数据结构名称，含义描述，组成： 数据项或数据结构，(3)数据流，它是系统中数据结构传输的路径。数据流描述数据流描述=数据流名称、描述、数据流来源、数据流目的地、组成： 数据结构、平均流量、峰值流量数据流来源解释数据流来自哪个进程以及数据流将去往哪个进程。平均流量是指单位时间内的传输次数。高峰流量是指高峰期间的数据流量。(4)数据存储，即数据结构保留或存储的地方，也是数据流的来源和目的地之一。数据存储描述：数据存储描述=数据存储名称、描述、编号、传入数据流、传出数据流，形成： 数据结构、数据量、访问方法。传入数据流：来自数据源的数据流：数据目的地：数据量：每次访问多少数据，每天访问多少次(或每小时、每周等)。)。信息获取方式：批量处理/在线处理；搜索/更新；顺序搜索/随机搜索，(5)过程，过程的具体处理逻辑一般由决策表或决策树来描述。在数据字典中，只需要描述处理过程的描述性信息。描述处理过程的描述信息描述处理过程的描述信息=处理过程名称、描述、输入： 数据流、输出： 数据流、处理： 简要描述、处理过程(续)。简要说明：主要描述处理过程的功能和处理需求功能；处理过程的处理需求是什么；处理频率需求(如每单位时间处理多少事务和处理多少数据)；响应时间要求和其他处理要求是后续物理设计的输入和性能评估标准。数据字典是数据库中数据的描述，即元数据，而不是数据本身。数据本身将存储在物理数据库中，并由数据库管理系统管理。数据字典有助于进一步管理和控制这些数据，并为设计人员和数据库管理员在数据库的设计、实施和操作阶段控制相关数据提供了基础。学籍管理子系统的数据项、数据字典。数据项，以“学生人数”为例：例：数据结构，以“学生”为例“学生”是系统中的核心数据结构：例：数据流，数据流“体检结果”可描述如下：例：数据存储，数据存储“学生登记表”可描述如下，例：处理过程，处理过程“宿舍分配”可描述如下，需求分析阶段总结，将需求收集和分析作为数据库设计的第一阶段是非常重要的。该阶段收集的基本数据(用数据字典表示)和一组数据流程图是下一步概念设计的基础。特别强调收集未来应用中涉及的数据。设计人员应充分考虑可能的扩展和更改，使设计易于更改，系统易于扩展。强调用户参与是数据库应用系统设计的一个特点。熟悉业务活动，定义用户需求，确定系统边界，分析系统功能，分析系统数据，编写分析报告，调查机构情况，数据字典DD，DFD数据流图，数据库设计者，用户，6.3概念结构设计，概念结构设计的需求分析阶段描述的用户应用需求是什么，是现实世界的具体需求。将从需求分析中获得的用户需求抽象成信息结构(即概念模型)的过程是概念结构设计概念结构是各种数据模型的共同基础。它更独立于机器，更抽象，因此比数据模型更稳定。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有E-R模型和概念结构设计的特点。(1)能够真实、全面地反映现实世界，包括事物之间的关系，能够满足用户的数据处理需求。这是真实世界的真实模型。(2)它易于理解，因此可以用来与不熟悉计算机的用户交换意见。用户的积极参与是数据库成功的关键6.3.1概念结构设计的方法和步骤，概念结构设计的四种方法首先从上到下定义全局概念结构的框架，然后从下到上逐渐细化，首先定义每个局部应用的概念结构，然后将它们集成以获得全局概念结构的逐渐扩展，首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩展，并以滚雪球的方式逐渐生成其他概念结构。直到整体概念结构的混合策略将自上而下和自下而上策略结合起来，才由自上而下策略设计出