10-数据设计机房

1,数据库设计初步,第18讲数据库设计,数据库模型,2,数据模型是数据库系统的核心和基础概念模型，也称信息模型是按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计逻辑模型，包括网状模型、层次模型和关系模型按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现。,实体,具有某种共同属性的对象的总称，如：学生；老师；图书；借书证；订单；,实体的属性,实体具有的某方面的特性的描述，一个实体可以拥有多个属性，如：学生实体的：姓名；学号；年龄；身高；体重；实体属性的特征原子性；无序性；不可重复性。,4,属性域和码,属性取值在一定的范围，称为该属性的值域/域（Domain）唯一标识实体的属性集称为码(Key),5,实体间的联系,3联系（Relationship）实体集合间存在的相互关系为了建立现实世界的完整模型，常常需要对联系分类，根据一个实体集合的实体可以和多少个另一类实体集合的实体相联系，可将联系分为如下几种：(1)一对一联系（1：1）系系主任(2)一对多联系（1：n）班级学生(3)多对多联系（m：n）课程学生,6.4ER方法,7,4实体-联系图（1）确定所有实体集合用矩形方框表示实体集合，方框内标明实体集合名称；（2）选择实体集应包含的属性用椭圆框表示属性，通过无向边连接到实体集。只有一个属性的实体集可用属性代替，附加到它参加的联系上；（3）确定实体集之间的联系用菱形框表示，框内标明联系的名称，通过无向边（或有向边）连接到参加联系的每个实体集合；,ER方法,8,（4）确定实体集的关键字用下划线在属性上标明关键字的属性集合；（5）确定联系的类型在用无向边连接联系到实体集时，在边上注明1或n（多）来知名联系的类型。（在用有向边连接联系到实体集时，让边的箭头指向1的实体集的一方，多对多因为都是多方，故无箭头）,学生实体及属性,9,学生,学号,姓名,出生日期,年级,所在系,教务处学生选课,10,课堂习题,试题：一个简单的图书管理数据库，涉及如下数据：图书BOOK：总编号BNO、书名Title、作者Author、出版社Publisher和单价Price读者READER：借书证号LNO、姓名Name、单位Unit一位读者可以借多本图书，每本图书在不同的时间可以借给多位读者，要求能描述读者借阅图书的借书日期Date等信息。1）设计简单图书管理系统的E/R图；,11,12,Book,Loan,Reader,Date,Title,Price,Author,Publisher,BNO,LNO,Name,Unit,课堂习题,试题:一个简单的大学选课数据库，涉及如下数据：学生Student：学号SNo、姓名Sname、年龄Age、性别Ssex、系别Dept；课程Course：课程号Cno、课程名CName、课程学分Credit；教师Teacher：教师姓名Tname、教师性别Tsex、职称Post；一个学生可以选修多门课，每门课可以由多个学生选修；一位教师可讲授多门课程，每门课程可由多位教师讲授，学生在选课的同时可以选老师，学生选修课程会有成绩Score。1）设计简单大学选课系统的E/R图；,13,14,Student,Teacher,Course,STC,SNO,SName,Age,Sex,Dept,TName,TSex,Post,CName,Credit,CNO,Score,实体与属性的划分,实体和属性之间并没有可以截然划分的界限，但可以给出两条准则：属性必须是不可分的数据项，不能再包含其他属性；属性不能与其他实体联系,15,11.4逻辑设计,数据库逻辑设计的任务是把数据库概念设计阶段产生的数据库概念模式变换为数据库逻辑模式。数据库逻辑设计依赖于逻辑数据模型和数据库管理系统。,16,11.4.1E/R图到关系模式的转换,进行数据库的逻辑设计，首先需将概念设计中所得的E/R图转换成等价的关系模式。E/R图中的属性也可以转换为关系的属性。,17,1.实体集的转换,对于数据库概念模式中的每个实体集，需要建立一个关系与之对应。该关系包含实体集所有简单属性和复合属性的简单子属性，用下划线表示关系的键码。,18,将学生实体集和课程实体集转换成关系S和T：,S（姓名,出生日期,学号,性别,系名,班号）C（教师,课程名,学分,课程号）,19,学生,姓名,出生日期,学号,性别,系别,系名,班号,课程,课程号,课程名,教师,学分,2.联系的转换,（1）1:1联系,20,若E1是全参与，则可转换成：S（a，b，c，s）（c是外键码）T（c，d）若E1不是全参与，则可转换成：R（a，b）S（c，d）T（a，c，s）（c是候选键码）,2.联系的转换,21,在上述的班长联系中，班是全参与的，学生是部分参与的，故转换为如下关系模式：S（学号，姓名，性别，出生日期）T（班号，名称，地点，学号，任期）在关系模式T中，学号是外键码，表示班长的学号。,学号,班号,出生日期,名称,班长,学生,班,地点,姓名,性别,任期,1,1,（2）1:N联系若E2是全参与的，可转换为：S（a，b）T（c，d，a，s）（a是外键码）若E2是部分参与的，则可转换为：R（a，b）S（c，d）T（c，a，s）（a是外键码）,22,以下的关系可以转换为关系模式S和T：T（教师号,姓名,性别,出生日期,教龄,编号)S（编号，名称，地点）T中，编号是外键码，表示教师所在系的编号。,23,（3）M:N联系必须用两个实体集的键码才能标识一个联系，应转换为如下的关系模式：R（a，b）S（C，d）T（a，c，s）（a，c组成复合键码，分别是外键码）,24,例如，下面的E/R图可转换为关系模式R，S和T：R（学号,出生日期,性别,姓名,系别）S(课程号,课程名,学分,教师）T（学号,课程号,成绩）T中，学号，课程号组成复合键码，且均为外键码）,25,课堂练习,商店销售商品的数据库，涉及如下数据：商店号、商店名、地址商品号、商品名、生产商、单价。某商店销售某商品的数量和日期。1）设计E/R图（属性名用中、英文均可）；2）转换成关系模型（注明键码和函数依赖）。,26,解：,27,2）,商店（商店号，商店名，地址）商店号商店名，地址商品（商品号，商品名，生产商）商品号商品名，生产商销售（商店号，商品号，数量，单价，日期）商店号，商品号数量，日期,28,数据库设计三范式,29,习题讲解,学校有若干系，每个系统有若干班级和教研室，每个教研室有若干教员，其中教授和副教授每人各带若干研究生，每个班有若干学生，每个学生选修若干课程，每门课程可以由若干学生选修。请用E-R图画出此学校的概念模型；请此概念模型转化为逻辑模型（数据库为oracle10g）；,30,参考答案P154.9,31,习题P154.10,某工厂生产若干产品，每种产品由不同的零件组成，有的零件可以用在不同的产品上，这些零件由不同的原材料制成，不同零件所用的材料可以相同。这些零件按所属的不同产品分别放在仓库中，原材料参照类别放在若干仓库中。请用E-R图画出此工厂产品、零件、原材料和仓库的概念模型；请此概念模型转化为逻辑模型（数据库为oracle10g）；,32,参考答案P154.9,33,课堂习题,试题:一个简单的大学选课数据库，涉及如下数据：学生Student：学号SNo、姓名Sname、年龄Age、性别Ssex、系别Dept；课程Course：课程号Cno、课程名CName、课程学分Credit；教师Teacher：教师姓名Tname、教师性别Tsex、职称Post；一个学生可以选修多门课，每门课可以由多个学生选修；一位教师可讲授多门课程，每门课程可由多位教师讲授，学生在选课的同时可以选老师，学生选修课程会有成绩Score。1）设计简单大学选课系统的E/R图；（6分）2）转换成关系模型（请注明每个关系的键码）（6分）,34,习题,设有一商务数据库用以处理销售记帐，它涉及的信息包括：顾客姓名，所在单位及电话号码；商品名称，型号及单价，某顾客购买某商品的数量和日期；假设无同名顾客，无同名商品，电话公用（指同一单位的顾客使用同一电话），顾客可在不同日期购买同一商品。完成该数据库的E-R图要求完成该数据库的逻辑设计,36,11.4.2逻辑模式的规范化和优化,从E-R图转换而来的关系模式还只是逻辑模式的雏形，要成为逻辑模式，还需要进行下列几步的处理：(1)规范化；(2)适应限制条件的修改；(3)对性能、存储空间等的优化；(4)用提供的定义逻辑模式。,37,11.4.2逻辑模式的规范化和优化,数据库性能的优化减少连接运算连接是开销较大的运算，参与连接的关系越多开销也就越大。对于一些常用的、性能要求比较高的数据库查询，最好是一元操作。有时为了保证性能，不得不牺牲规范化的要求，把数据库中规范化的关系再连接起来，这就是所谓逆规范化。,38,11.4.2逻辑模式的规范化和优化,减小关系的大小和数据量关系的大小对查询的速度影响很大。有时为了提高查询速度，把一个大关系分成多个小关系是有利的。例如关于学生的数据，可以把全校学生的数据放在一个关系中，也可以按系建立学生关系。后者可以显著提高一个系范围内的查询速度。若按系查询是主要的，则按系建立学生关系可以提高性能。,39,11.5物理设计,数据库物理设计的任务是，为每个关系模式选择合适的存储结构和存取路径。数据库物理设计的目标：一是提高数据库的性能，特别是满足主要应用的性能要求；二是有效地利用存储空间。,40,11.5物理设计,数据库的物理设计分为如下三个步骤：(1)分析影响数据库物理设计的因素；(2)为关系模式选择存取方法；(3)设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。,41,给定一个数据库模式和一个数据库管理系统，有大量的数据库设计策略可供选择。我们希望选择优化的数据库设计策略，使得各种事务的响应时间最小，事务吞吐率最大。要做出这样的选择，我们必须在选择存储结构和存取方法之前，对数据库系统支持的事务进行详细分析，获得选择优化数据库物理设计策略所需要的参数。,42,11.5.1影响物理设计的因素,对于数据库查询事务，我们需要得到如下信息：(1)要查询的关系；(2)查询条件（即选择条件）所涉及的属性；(3)连接条件所涉及的属性；(4)查询的投影属性。,43,11.5.1影响物理设计的因素,对于数据更新事务，我们需要得到如下信息；(1)要更新的关系；(2)每个关系上的更新操作的类型；(3)删除和修改操作条件所涉及的属性；(4)修改操作要更改的属性值。,44,11.5.1影响物理设计的因素,11.5.2选择存取方法,为关系模式选择存取方法的目的是，使事务能快速存取数据库中的数据。任何数据库管理系统都提供多种存取方法。其中最常用的是索引方法。,45,选择索引的一般步骤,满足下列条件之一，不宜建立索引：很少出现在查询条件中的属性；属性值很少的属性。属性值分布严重不均的属性。经常更新的属性或表，因为更新时有关的索引需要做相应的修改；过长的属性。太小的表。,46,选择索引的一般步骤,凡符合下列条件之一，可以考虑在有关属性上建立索引：主键码和外键码上一般都建有索引，这有利于主键码唯一性检查和引用完整性约束检查；主键码和外键码通常都是连接条件中的公共属性，建立索引，可显著提高连接查询的效率。对于以读为主或只读的表，只要需要，存储空间又允许，可以多建索引；,47,选择索引的一般步骤,对于等值查询，如果满足条件的元组是少量的，例如小