第5章数据库设计和ER模型ppt课件

1、1第第5章章 数据库设计数据库设计和和er模型模型 2本章重要概念本章重要概念 （1）dbs生存期及其生存期及其7个阶段的任务和工作，个阶段的任务和工作，dbd过程的输入和输出。过程的输入和输出。（2）概念设计的重要性、主要步骤。逻辑设）概念设计的重要性、主要步骤。逻辑设计阶段的主要步骤。计阶段的主要步骤。（3）er模型的基本元素，属性的分类，联系模型的基本元素，属性的分类，联系的元数、连通词、基数。采用的元数、连通词、基数。采用er方法的方法的概念设计步骤。概念设计步骤。（4）er模型到关系模型的转换规则。采用模型到关系模型的转换规则。采用er方法的逻辑设计步骤。方法的逻辑设计步骤。（5）e

2、r模型的扩充：弱实体，超类和子类。模型的扩充：弱实体，超类和子类。 3主要内容和学习要求主要内容和学习要求n数据库设计概述（了解）数据库设计概述（了解）n数据库设计的全过程（领会）数据库设计的全过程（领会）n er模型模型 （综合应用）（综合应用）n er模型到关系模型的转换（综合应用）模型到关系模型的转换（综合应用）ner模型实例分析模型实例分析 （理解）（理解）ner模型的扩充模型的扩充 （理解）（理解）n小结小结 45.1 数据库设计概论之一数据库设计概论之一n软件工程软件工程 人们认为，应该用科学知识、工程方面的纪律指导软件开发的过人们认为，应该用科学知识、工程方面的纪律指导软件开发的

3、过程，以提高软件质量和开发效率，降低开发成本程，以提高软件质量和开发效率，降低开发成本 。n软件生存期软件生存期从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到它被新的从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到它被新的软件所取代而停止使用的整个期间软件所取代而停止使用的整个期间。n数据库工程数据库工程 n数据库系统生存期数据库系统生存期数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间统取代而停止使用的整个期间。 n数据库设计的输入输出数据库设计的输入输出隶属关系5规划规划需求分析需求分析系统设计系统

4、设计 程序编制程序编制 调试调试 运行维护运行维护 运行和维护运行和维护 实现实现 物理设计物理设计逻辑设计逻辑设计概念设计概念设计需求分析需求分析规划规划软件生存期软件生存期数据库生存期数据库生存期6dbmsdbms特征特征 处理需求处理需求 数据库设计数据库设计的输入输出的输入输出第第1步步 规划规划 第第2步步需求分析需求分析 第第3步步概念设计概念设计 第第4步步逻辑设计逻辑设计 第第5步步物理设计物理设计 总体信息需求总体信息需求 硬件和硬件和osos特征特征 信息结构信息结构（独立于硬件、软件）（独立于硬件、软件） 需求说明书需求说明书 逻辑数据库结构逻辑数据库结构(dbms(db

5、ms能处理的能处理的) )应用程序说明书应用程序说明书物理数据库结构物理数据库结构 7主要内容主要内容n5.1 数据库设计概述数据库设计概述n5.2 5.2 数据库设计的全过程数据库设计的全过程n5.3 er模型模型n5.4 er模型到关系模型的转换模型到关系模型的转换n5.5 er模型实例分析模型实例分析n5.6 er模型的扩充模型的扩充n小结小结 8规划阶段规划阶段n目标目标n规划阶段的三个步骤规划阶段的三个步骤n系统调查：对企业组织作全面的调查，画系统调查：对企业组织作全面的调查，画出组织层次图，以了解企业的组织结构。出组织层次图，以了解企业的组织结构。n可行性分析：从技术、经济、效益、

6、法律可行性分析：从技术、经济、效益、法律等诸方面对建立数据库的可行性进行分析；等诸方面对建立数据库的可行性进行分析；写出可行性分析报告；组织专家进行讨论写出可行性分析报告；组织专家进行讨论其可行性。其可行性。n确定数据库系统的总目标和制定项目开发确定数据库系统的总目标和制定项目开发计划。计划。9需求分析需求分析n目标目标n需求分析工作（四步）需求分析工作（四步）n分析用户活动产生，产生分析用户活动产生，产生业务流程图。业务流程图。n确定系统范围，产生确定系统范围，产生系统范围图。系统范围图。n分析用户活动涉及的数据，分析用户活动涉及的数据， 产生产生数据流图。数据流图。n分析系统数据，产生分析

7、系统数据，产生数据字典。数据字典。10概念设计概念设计n目标目标n为什么需要概念设计为什么需要概念设计n概念设计的主要步骤概念设计的主要步骤n进行数据抽象，设计局部概念模式进行数据抽象，设计局部概念模式n将局部概念模式综合成全局概念模式将局部概念模式综合成全局概念模式n评审评审11概念模式概念模式概念要求概念要求1概念要求概念要求2概念要求概念要求3应用应用1应用应用1应用应用1映象映象映象映象转换转换综合综合应用应用3应用应用2应用应用1外模式外模式2内模式内模式逻辑模式逻辑模式外模式外模式1外模式外模式3db12逻辑设计逻辑设计n目标目标n逻辑设计步骤逻辑设计步骤导出初始导出初始dbms模

8、式说明模式说明概念模式概念模式子模式设计子模式设计应用程序设计草图应用程序设计草图模式评价模式评价处 理 结处 理 结束束模式需要修模式需要修正正模式修正模式修正进入物理设计阶段进入物理设计阶段返回到前面阶段返回到前面阶段图图5.3 5.3 逻辑设计步骤逻辑设计步骤是是 是是 否否否否13物理设计物理设计n目标目标n什么是数据库的物理结构什么是数据库的物理结构n物理设计的步骤物理设计的步骤n存储记录结构设计存储记录结构设计 n确定数据存放位置确定数据存放位置 n存取方法的设计存取方法的设计 n完整性和安全性考虑完整性和安全性考虑 n程序设计程序设计 14数据库的实现数据库的实现n目标目标n实现

9、数据库应做的主要工作实现数据库应做的主要工作n用用ddlddl定义数据库结构；定义数据库结构；n组织数据入库组织数据入库；n对数据量不大的小型系统（人工）：对数据量不大的小型系统（人工）：筛选数筛选数据；转换数据格式；输入数据；校验数据。据；转换数据格式；输入数据；校验数据。n对大中型系统（自动）：对大中型系统（自动）：筛选数据；输入数筛选数据；输入数据；校验数据；转换数据；综合数据。据；校验数据；转换数据；综合数据。n编制与调试应用程序；编制与调试应用程序；n数据库试运行。数据库试运行。n功能测试功能测试n性能测试（时空代价）性能测试（时空代价） 15数据库的运行与维护工作数据库的运行与维护

10、工作n 数据库的转储和恢复数据库的转储和恢复 n 数据库安全性、完整性控制数据库安全性、完整性控制 n 数据库性能的监督、分析和改进数据库性能的监督、分析和改进n 数据库的重组织和重构造数据库的重组织和重构造 16主要内容主要内容n5.1 数据库设计概述数据库设计概述n5.2 数据库设计的全过程数据库设计的全过程n5.3 er5.3 er模型模型n5.4 er模型到关系模型的转换模型到关系模型的转换n5.5 er模型实例分析模型实例分析n5.6 er模型的扩充模型的扩充n小结小结 17er模型概述模型概述n什么是什么是er模型模型ner模型的历史模型的历史ner模型的基本元素模型的基本元素n实

11、体实体n联系联系n属性属性n例子例子实体实体联系联系属性属性er模型图例模型图例老师学生教mn学号姓名专业班级职称性别姓名职号18属性的分类属性的分类n基本属性和复合属性基本属性和复合属性n单值属性和多值属性单值属性和多值属性n多值属性的处理多值属性的处理n将原来的多值属性将原来的多值属性用几个新的单值属用几个新的单值属性来表示。性来表示。 n将原来的多值属性将原来的多值属性用一个新的实体类用一个新的实体类型表示型表示 n导出属性导出属性n空值空值图5.4 地址属性的层次结构邮政编码省（市）名地 址区 名街 道家庭地址门牌号码图5.5 多值属性的表示零件编码零 件零件名供应商规格进货价格销售价

12、格价格图5.8 导出属性的表示工号职 工姓名基本工资奖金房租实发工资图5.6 多值属性的变换（1）零件编码零 件零件名供应商规格进货价格经销价格代销价格批发价格零售价格图5.7 多值属性的变换（2）零件编码零 件零件名供应商规格进货价格销售性质价格售货价格存在销售价格1n零件编码零件编码19联系的设计之一联系的设计之一n 联系集 联系集是n（n2）个实体集上的数学关系，这些实体集不必互异。如果e1，e2，en为n个实体集，那么联系集r是(e1，e2，en）|e1e1 ,e2e2，enen的一个子集，而（e1，e2，en）是一个联系。 n联系的元数 一个联系涉及到的实体集个数 n联系的连通词 联

13、系涉及到的实体集之间实体对应的方式 n实体的基数 有两个实体集e1和e2，e1中每个实体与e2中有联系实体的数目的最小值min和最大值max，称为e1的基数，用（min，max）形式表示 问题：运动员根据其得分来排定名次。在名次排列中，排在他前面只有一个人排在他后面也只有一个人 运动员编号姓名性别名次顺序11图5.9 一元联系中的1:1联系 职工之间的上下级联系 职工工号姓名年龄性别领导1n图5.10 一元联系中的1:n联系 工厂的零件之间存在着组合关系，一种零件由许多种子零件组成，而一种零件也可以是其他零件的子零件 零件零件号零件名规格数量组成mn图5.11 一元联系中的m:n联系 某商业集

14、团中，商店、仓库、商品之间的进货联系 图5.12 三元联系中的m:n:p联系 仓库商品商店仓库号仓库名地址数量商店号商品名商品号商店名日期进货mnp学校里规定每学期学生至少选修1门课程，最多选修6门课程；每门课程至多有50人选修，最少可以没人选修 图5.13 联系的连通词和实体的基数学生课程选课m （1，6）n （0，50）20er模型的操作模型的操作 包括实体类型、联系类型和属性的包括实体类型、联系类型和属性的分裂分裂、合并合并、增删增删等等等等 教师号姓名出生日期职务工资奖金教师（a）教师号姓名出生日期教师不变信息职务工资奖金教师号教师变动信息（b）图5.15 实体类型的垂直分裂21教师课

15、程主讲辅导1mnn图5.16 联系类型的分裂教师课程主讲mn（a） （b）22图5.17 不合法的合并b(a)aca -cb -caca-b-c(b)b23采用采用er方法的数据库概念设计方法的数据库概念设计 之之设计局部设计局部erer模式模式 需求分析结果需求分析结果确定局部结构范围确定局部结构范围实体定义实体定义联系定义联系定义属性分配属性分配还有局部还有局部结构待分结构待分析析有有无无进入全局进入全局er模式设计模式设计图图5.18 5.18 局部局部erer模式设计模式设计范围的划分要自然，范围的划分要自然，易于管理；易于管理；范围的大小要适度。太小范围的大小要适度。太小了，会造成局

16、部结构过多，了，会造成局部结构过多，设计过程繁琐，综合困难；设计过程繁琐，综合困难；太大了，则容易造成内部太大了，则容易造成内部结构复杂，不便分析结构复杂，不便分析 范围之间的界面要清晰，相互影响要小采用人们习惯的划分；采用人们习惯的划分；避免冗余，在一个局部结避免冗余，在一个局部结构中，对一个对象只取一构中，对一个对象只取一种抽象形式，不要重复；种抽象形式，不要重复；依据用户的信息处理需求依据用户的信息处理需求 确定属性的原则：确定属性的原则： 属性应该是不可再分解的语义属性应该是不可再分解的语义单位；实体与属性之间的关系只能单位；实体与属性之间的关系只能是是1:n1:n的；不同实体类型的属

17、性之间的；不同实体类型的属性之间应无直接关联关系。应无直接关联关系。 属性分配的原则：属性分配的原则： 当多个实体类型用到同一属性时，当多个实体类型用到同一属性时， 一般把属性分配给那些使用频率最高一般把属性分配给那些使用频率最高的实体类型，或分配给实体值少的实的实体类型，或分配给实体值少的实体类型。体类型。 有些属性不宜归属于任一实体类有些属性不宜归属于任一实体类型，只说明实体之间联系的特性型，只说明实体之间联系的特性 24局部模式局部模式现有的教学现有的教学管理系统管理系统初步分析系初步分析系统的对象统的对象根据服务种根据服务种类分析教师类分析教师子模块子模块局部er图25其他局部模式其他

18、局部模式现有的教学现有的教学管理系统管理系统初步分析系初步分析系统的对象统的对象根据服务种根据服务种类分析学生类分析学生子模块子模块导师班级学生组成管理班主任档案材料宿舍住宿归档指导系有参加学会1n111nnn11nmn1具有社会关系1n局部局部er图图26其它局部模式其它局部模式现有的教学现有的教学管理系统管理系统初步分析系初步分析系统的对象统的对象根据服务种根据服务种类分析课程类分析课程子模块子模块局部局部er图图图5.22 课程管理局部应用分e-r图1教室m1教科书教师担任课程系系开设n1学生选修nmn上课pn27采用采用er方法的数据库概念设计方法的数据库概念设计 之之设计全局设计全局

19、 erer模式模式无无图图5.205.20全局全局erer模式设计模式设计 局部局部er模式模式确定公共实体类型确定公共实体类型合并两个局部合并两个局部er模式模式检查并消除冲突检查并消除冲突还有未合还有未合并的局部并的局部模式模式有有还有冲突吗还有冲突吗有有属性冲突属性冲突 ：如，重量单位如，重量单位有的用公斤，有的用克。有的用公斤，有的用克。 结构冲突结构冲突 ：同一对象在不同一对象在不同应用中的不同抽象同应用中的不同抽象 ；同同一实体在不同局部一实体在不同局部erer图中图中属性的个数或次序不同属性的个数或次序不同 ；实体之间的联系在不同的实体之间的联系在不同的局部局部erer图中呈现不

20、同的类图中呈现不同的类型型 命名冲突命名冲突 ：属性名、实体属性名、实体名、联系名之间存在同名名、联系名之间存在同名异义或异名同义冲突异义或异名同义冲突28采用采用er方法的数据库概念设计方法的数据库概念设计 之全局之全局er模式的优化模式的优化n实体类型的合并实体类型的合并n1:11:1联系的两个实体联系的两个实体类型类型 n具有相同键的实体类具有相同键的实体类型型 n冗余属性的消除冗余属性的消除 n冗余联系的消除：冗余联系的消除：利用利用规范化理论中函数依赖规范化理论中函数依赖的概念消除冗余联系的概念消除冗余联系 29例子：三个局部例子：三个局部er图合并成一个图合并成一个er图图11n1

21、p1n1n1n1mmnnnn社会关系具有1nnm1系聘用承接项目参加设置院长学院主管nn111教师评定职称分配工作量111n档案材料归档参加学会1宿舍住宿教科书担任指导课程选修教室上课有1班级学生组成n开设n管理11教师管理1 130主要内容主要内容n5.1 数据库设计概述数据库设计概述n5.2 数据库设计的全过程数据库设计的全过程n5.3 er模型模型n5.4 er5.4 er模型到关系模型的转换模型到关系模型的转换n5.5 er模型实例分析模型实例分析n5.6 er模型的扩充模型的扩充n小结小结 31er图转换成关系模式集的规则图转换成关系模式集的规则(1)n将每个实体类型转换成一个关系模

22、式，实体的将每个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性即为关系模式的属性，实体标识符即为关属性即为关系模式的属性，实体标识符即为关系模式的键。系模式的键。n二元联系类型的转换：二元联系类型的转换：n若实体间联系是若实体间联系是1:11:1，可以在两个实体类型，可以在两个实体类型转换成的两个关系模式中任意一个关系模式转换成的两个关系模式中任意一个关系模式的属性中加入另一个关系模式的键和联系类的属性中加入另一个关系模式的键和联系类型的属性。型的属性。 n若实体间联系是若实体间联系是1:n1:n，则在，则在n n端实体类型转换端实体类型转换成的关系模式中加入成的关系模式中加入1 1端实体类型的键和联

23、端实体类型的键和联系类型的属性。系类型的属性。 32er图转换成关系模式集的规则图转换成关系模式集的规则(2)n若实体间联系是若实体间联系是m:nm:n，则将联系类型也转，则将联系类型也转换成关系模式，其属性为两端实体类型的换成关系模式，其属性为两端实体类型的键加上联系类型的属性，而键为两端实体键加上联系类型的属性，而键为两端实体键的组合键的组合。 n一元联系类型的转换一元联系类型的转换: :同二元联系。同二元联系。 n三元联系类型的转换三元联系类型的转换： 总是将三元联系类型转换成关系模式，其属总是将三元联系类型转换成关系模式，其属性为三端实体类型的键加上联系类型的属性，性为三端实体类型的键

24、加上联系类型的属性，而键为三端实体键的组合。而键为三端实体键的组合。33er模型到关系模型的转换实例模型到关系模型的转换实例运动员编号姓名性别名次顺序11职工工号姓名年龄性别领导1n运动员（编号，姓名，性别，名次，上一名次编号，下一名次编号） 职工（工号，姓名，年龄，性别，经理工号） 34er模型到关系模型的转换实例模型到关系模型的转换实例零件零件号零件名规格数量组成mn仓库商品商店仓库号仓库名地址数量商店号商品名商品号商店名日期进货mnp零件（零件号，零件名，规格）组成（零件号，子零件号，数量） 仓库（仓库号，仓库名，地址）商店（商店号，商店名）商品（商品号，商品名）进货（商店号，商品名，仓

25、库号，日期，数量） 35采用采用er方法的逻辑设计步骤方法的逻辑设计步骤图图5.25 5.25 关系数据库的逻辑设计关系数据库的逻辑设计关系模式规范化关系模式规范化模式评价模式评价是否需要修正是否需要修正从从er模式导出模式导出初始数据库模式初始数据库模式处理需求处理需求er模式模式 dbms特征特征用用dbms语法描述语法描述模式修正模式修正进入物理设计阶段进入物理设计阶段是是否否36主要内容主要内容n5.1 数据库设计概述数据库设计概述n5.2 数据库设计的全过程数据库设计的全过程n5.3 er模型模型n5.4 er模型到关系模型的转换模型到关系模型的转换n5.5 er5.5 er模型实例

26、分析模型实例分析n5.6 er模型的扩充模型的扩充n小结小结 37例例1 库存销售系统的库存销售系统的er模型及转换模型及转换p车车间间仓仓位位产产品品客客户户销销售售员员存存储储出出库库订订单单入入库库mnmpmnpmnn库存系统库存系统er图图车间车间( (车间号车间号, ,车间名车间名, ,主任名主任名) ) 产品产品( (产品号产品号，产品名，单价，产品名，单价) ) 仓位仓位( (仓位号仓位号，地址，主任名，地址，主任名) ) 客户客户( (客户号客户号，客户名，联系人，电话，客户名，联系人，电话， 地址，税号，账号地址，税号，账号) )销售员销售员( (销售员号销售员号, ,姓名姓

27、名, ,性别性别, ,学历学历, ,业绩）业绩）实体实体入库（入库（入库单号入库单号, ,入库量入库量, ,入库日期入库日期, ,经手人经手人, , 车间号车间号, ,仓位号仓位号, ,产品名）产品名）出库（出库（出库单号出库单号，出库量，出库日期，经手人，出库量，出库日期，经手人，客户号，产品名，仓位号）客户号，产品名，仓位号）订单（订单（订单号订单号，数量，折扣，总价，订单日期，数量，折扣，总价，订单日期，产品号，客户号，销售员号）产品号，客户号，销售员号） 存储存储( (仓位号仓位号, ,产品号产品号, ,核对日期核对日期, ,核对员核对员, ,存储量存储量) )联系联系38例例2 公司

28、车队信息系统的公司车队信息系统的erer模型模型 图图5.275.27 公司车队信息系统的公司车队信息系统的er模型模型部门部门车队车队司机司机车辆车辆开销开销维修公司维修公司调用调用报销报销拥有拥有聘用聘用保险保险2保险保险1m1nn1nnnn11保险公司保险公司1n维修维修139例例3 人事管理信息系统人事管理信息系统的的erer模型模型奖惩奖惩工资工资技能技能接受接受享有享有1n1m部门部门属于属于nn11n聘任聘任岗位岗位设置设置 mn职工职工培训课程培训课程选课选课mn考核考核m图图5.28 5.28 人事管理信息系统的人事管理信息系统的erer图图40例例4 旅游管理旅游管理信息系

29、统的信息系统的erer模型模型保险单保险单开设开设组成组成有有参加参加食宿食宿交通交通陪同陪同旅游线路旅游线路旅游班次旅游班次交通工具交通工具旅游团旅游团宾馆宾馆游客游客导游导游nmm1111111nnnn图图5.29 5.29 旅游管理信息系统的旅游管理信息系统的erer图图41主要内容主要内容n5.1 数据库设计概述数据库设计概述n5.2 数据库设计的全过程数据库设计的全过程n5.3 er模型模型n5.4 er模型到关系模型的转换模型到关系模型的转换n5.5 er模型实例分析模型实例分析n5.6 er5.6 er模型的扩充模型的扩充n小结小结42弱实体弱实体n什么是弱实体什么是弱实体n弱实

30、体的表示方法弱实体的表示方法n包含弱实体的包含弱实体的er图转换成关系模式图转换成关系模式问题：问题：在人事管理系统中，亲属的存在是以职工的存在为前提，即亲属对于职工具有依赖联系，所以说，亲属是弱实体 职 工社会关系具有1ner图职工职工（职工号，职工姓名，性别，年龄） 亲属亲属（职工号，称呼，姓名，工作单位） 关系关系模式模式问题问题: :商业应用系统中，顾客地址的存在依赖于顾客的存在（一般顾客可以有若干个联系地址） er图顾 客地 址通讯n143子类实体与超类实体子类实体与超类实体n什么是子类和超类什么是子类和超类n子类和超类的性质子类和超类的性质n子类与超类之间具子类与超类之间具有继承性

31、，但子类有继承性，但子类本身还能包含比超本身还能包含比超类更多的属性。类更多的属性。n子类和超类有相同子类和超类有相同的标识符的标识符 人员教师本科生学生研究生学校人事系统学校人事系统中实体之间的中实体之间的联系联系 人员（人员（身份证号身份证号，姓名，年龄，性别），姓名，年龄，性别）教师（教师（身份证号身份证号，教师编号，职称），教师编号，职称）学生（学生（身份证号身份证号，学号，系别，专业），学号，系别，专业）本科生（本科生（身份证号身份证号，入学年份），入学年份）研究生（研究生（身份证号身份证号，研究方向，导师姓名），研究方向，导师姓名）对应的关系模式44主要内容主要内容n5.1 数据库设计概述数据库设计概述n5.2 数