安徽农业大学数据库原理课件 第三章 数据库设计8

1、第三章第三章 数据库设计数据库设计 2021-12-301一、数据库设计的内容一、数据库设计的内容 1、结构特性的设计、结构特性的设计 结构设计就是设计各级数据库模式。 2、行为特性的设计、行为特性的设计 它决定数据库系统的功能，是事务处理等应用程序的设计。第一节第一节 数据库系统设计概述数据库系统设计概述2021-12-302二、数据库设计过程二、数据库设计过程 （一）数据库系统的分析和设计阶段（一）数据库系统的分析和设计阶段1、需求分析、需求分析2、概念结构设计、概念结构设计3、逻辑结构设计、逻辑结构设计4、物理结构设计、物理结构设计5、应用程序设计及调试、应用程序设计及调试6、性能测试与

2、确认、性能测试与确认 2021-12-303（二）数据库系统实现和运行（二）数据库系统实现和运行 7、数据库实施、数据库实施 8、数据库运行、数据库运行 9、数据库维护、数据库维护 10、数据库重组、数据库重组 下图分别是结构设计和行为设计下图分别是结构设计和行为设计分离的分离的数据库设计数据库设计图和数据库设计和使用图图和数据库设计和使用图:2021-12-3042021-12-305一、收集资料一、收集资料 首先，确定企业组织的目标，从这些目标导首先，确定企业组织的目标，从这些目标导出对数据库的总体要求。出对数据库的总体要求。 其次，了解用户需求。其次，了解用户需求。 （1 1）信息需求，

3、用户要从数据库获得的信息内）信息需求，用户要从数据库获得的信息内容。容。 第二节第二节 需求分析需求分析 2021-12-306 （2）处理需求，即完成什么处理功能及处理需求，即完成什么处理功能及处理方式。处理方式。 （3）安全性和完整性要求。安全性和完整性要求。二、分析整理二、分析整理 分析的过程是对所收集到的数据进行抽分析的过程是对所收集到的数据进行抽象的过程。抽象是对实际事物或事件的人为象的过程。抽象是对实际事物或事件的人为处理，抽取共同的本质特性，忽略细微末节处理，抽取共同的本质特性，忽略细微末节，并用各种概念精确地加以描述，这些概念，并用各种概念精确地加以描述，这些概念组成某种模型。

4、组成某种模型。 2021-12-307三、数据流图三、数据流图 一般采用数据流图一般采用数据流图(Data Flow Diagram)来描述系统的功能。来描述系统的功能。DFD可以形象地描述可以形象地描述事务处理与所需数据的关联，便于用结构事务处理与所需数据的关联，便于用结构化化系统分析方法，自顶向下，逐层分解，步系统分析方法，自顶向下，逐层分解，步步细化。步细化。 在数据流图中，用命名的箭头表示数在数据流图中，用命名的箭头表示数据据流，用圆圈表示处理，用矩形表示外部实流，用圆圈表示处理，用矩形表示外部实体体, ,其它形状表示数据存储。其它形状表示数据存储。 2021-12-308报销人审查分

5、录报销登记报销单付款凭证记账凭证2021-12-309四、数据字典四、数据字典 1、数据元素。、数据元素。名称、同义词、性质、取值名称、同义词、性质、取值范围、提供者范围、提供者(来源来源)、使用者、使用者(去向去向)、控制、控制权限、保密要求、使用频率。权限、保密要求、使用频率。2、数据量。、数据量。3、数据之间联系的语义说明。、数据之间联系的语义说明。4、各个部门对数据的要求及数据处理要求。、各个部门对数据的要求及数据处理要求。五、用户确认五、用户确认 2021-12-3010第三节第三节 概念结构设计概念结构设计 概念结构设计的目标：概念结构设计的目标： 产生反映全组织信息需求的整体数据

6、产生反映全组织信息需求的整体数据库库概念结构，即概念模式。概念结构，即概念模式。 概念结构设计的工具概念结构设计的工具: : E-R图图2021-12-30112021-12-3012 概念结构设计概念结构设计的基本步骤：的基本步骤： 1、设计局部、设计局部E-R图图 2、 综合成初步综合成初步E-R图图 3、优化成基本、优化成基本E-R图图2021-12-3013一、基本一、基本E-R模型和模型扩充模型和模型扩充 实体：矩形实体：矩形 联系：菱形联系：菱形 属性：椭圆形属性：椭圆形 实体子类实体子类:所谓子类是指实体中有一定共所谓子类是指实体中有一定共同特点的子集。同特点的子集。 实体超类：

7、相对于子类而言的实体。实体超类：相对于子类而言的实体。 例如，学生实体中包含本科生、研究生、大专例如，学生实体中包含本科生、研究生、大专生三个子类，学生实体可以称为超类。生三个子类，学生实体可以称为超类。 2021-12-3014二、设计局部二、设计局部E-R图图 1、确定实体和属性、确定实体和属性 2、确定联系类型、确定联系类型 3、画出局部、画出局部E-R图图 2021-12-30152021-12-30162021-12-3017 局部视图设计完成之后，下一步是视图集局部视图设计完成之后，下一步是视图集成，视图集成又包括综合和优化两个步骤。成，视图集成又包括综合和优化两个步骤。三、综合成

8、初步三、综合成初步E-R图图 综合的过程即局部综合的过程即局部E-R图的合并过程。图的合并过程。 合并从公共对象开始，最后再加入独立的合并从公共对象开始，最后再加入独立的局部结构。对象包括实体、联系、属性。局部结构。对象包括实体、联系、属性。2021-12-3018四、优化成基本四、优化成基本E-R图图1、解决命名冲突，统一对象名称、解决命名冲突，统一对象名称 包括属性名、实体名、联系名之间的同名包括属性名、实体名、联系名之间的同名异义或者异名同义问题异义或者异名同义问题。2、解决、解决属性冲突，属性冲突，消除冗余属性消除冗余属性 如属性域的冲突、属性取值精度、属性单如属性域的冲突、属性取值精

9、度、属性单位的冲突等。位的冲突等。 2021-12-30193 3、解决结构冲突，消除冗余联系、解决结构冲突，消除冗余联系 同一个对象在不同的局部同一个对象在不同的局部E-R图中有不同图中有不同的表示。如，在一个图中是属性，在另一个图的表示。如，在一个图中是属性，在另一个图中是实体中是实体;在一个图中是实体，在另一个图中在一个图中是实体，在另一个图中是联系是联系;在一个图中是在一个图中是1:m联系，在另一个图中联系，在另一个图中是是n:m联系等。联系等。 第第16页中图页中图a,b,c综合并优化后如下图所示：综合并优化后如下图所示：2021-12-30202021-12-3021第四节第四节

10、逻辑结构设计逻辑结构设计 把经过优化的基本把经过优化的基本E-R图转换成为图转换成为关系模型。关系模型。 2021-12-3022一、设计初始关系模式一、设计初始关系模式 从概念结构设计阶段得到的基本从概念结构设计阶段得到的基本E-R图图及有关说明出发，导出初始关系模式。及有关说明出发，导出初始关系模式。 1、转换原则、转换原则 总则：每个实体转换为一个关系模式，总则：每个实体转换为一个关系模式，实体的属性为关系属性。实体的属性为关系属性。 分则：具体见第分则：具体见第2点点5种情况。种情况。2021-12-30232、分则包括的分则包括的5种情况种情况（1）两实体间）两实体间1:n联系联系

11、将将1方实体的主键纳入方实体的主键纳入n方实体对应的方实体对应的关系中作为外部键，同时把联系的属性也关系中作为外部键，同时把联系的属性也一并纳入一并纳入n方对应的关系模式中。方对应的关系模式中。2021-12-3024仓库号地点面积仓库仓储商品货号品名价格数量1n2021-12-3025转换的关系模型为：转换的关系模型为： 仓库（仓库（仓库号仓库号，地点，面积），地点，面积） 商品（商品（货号货号，品名，价格，仓库号，数量），品名，价格，仓库号，数量）2021-12-3026（2）同一实体内部个体间）同一实体内部个体间1:n联系联系 在这个实体所对应的关系中多设一个在这个实体所对应的关系中多设

12、一个属性，用来作为与该个体相联系的另一个属性，用来作为与该个体相联系的另一个体的主键，联系属性也加入。体的主键，联系属性也加入。2021-12-3027职工工号姓名年龄职称工资领导民意测验1n2021-12-3028转换的关系模型为：转换的关系模型为：职工（职工（工号工号，姓名，年龄，职称，工资，姓名，年龄，职称，工资， 领导者工号，民意测验）领导者工号，民意测验）2021-12-3029（3）两实体间）两实体间m:n联系联系 对联系单独建立一个关系模式，用来对联系单独建立一个关系模式，用来联系双方实体，该关系模式中的属性至少联系双方实体，该关系模式中的属性至少包括被它所联系的双方实体的主键，

13、并且包括被它所联系的双方实体的主键，并且如果联系有属性，也要归入这个关系模式如果联系有属性，也要归入这个关系模式中。中。2021-12-3030银行名地址电话帐号姓名单位余额银行储户存取款日期金额经办人银行号mn2021-12-3031转换的关系模型为：转换的关系模型为：银行（银行（银行号银行号，银行名，地址，电话），银行名，地址，电话）储户（储户（帐号帐号，姓名，单位，余额），姓名，单位，余额）存取款（存取款（银行号，帐号银行号，帐号，日期，金额，经办人），日期，金额，经办人）2021-12-3032（4）同一实体内部个体间）同一实体内部个体间m:n联系联系 需要为这个联系单独建立一个关系模

14、需要为这个联系单独建立一个关系模式，该关系模式中至少应包括被它联系的式，该关系模式中至少应包括被它联系的双方个体的主键，如果联系有属性，也要双方个体的主键，如果联系有属性，也要归入这个关系模式中。归入这个关系模式中。2021-12-3033零部件组装数量价格名称代号mn2021-12-3034转换的关系模型为：转换的关系模型为： 零部件（零部件（代号代号，名称，价格），名称，价格） 组装（组装（代号，组装件代号代号，组装件代号，数量），数量）2021-12-3035（5）两实体间）两实体间1:1联系联系 将任一实体的主键纳入另一实体的关将任一实体的主键纳入另一实体的关系模式中系模式中,联系的属

15、性也归入其中。联系的属性也归入其中。2021-12-3036姓名厂长号年龄厂号厂名地点厂长工厂管理效益112021-12-3037转换的关系模型为：转换的关系模型为：工厂（工厂（厂号厂号，厂名，地点，厂长号，厂名，地点，厂长号,效益）效益）厂长（厂长（厂长号厂长号，姓名，年龄），姓名，年龄）2021-12-3038二、规范化处理二、规范化处理 一般到3NF的要求就足够. 三、模式评价与修正三、模式评价与修正 2021-12-3039第五节第五节 物理设计与实施物理设计与实施 一、物理结构设计物理结构设计 对于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，称为数据库物理设计。物理设计

16、的任务是为了有效地实现逻辑模式，确定所采取的存储策略。 此阶段以逻辑设计的结果作为输入，结合具体DBMS的特点与存储设备特性进行设计，选定数据库在物理设备上的存储结构和存取方法。 2021-12-30401、索引选择 存储记录是属性值的集合，主关键字(及其它候选关键字)唯一确定一个记录，而其它属性的一个具体值不能唯一确定是哪个记录。在主关键字上应该建立唯一索引，这样除了能改善查询性能外，还能保证数据的完整性，杜绝关键字重复值的录入。建立索引文件可以缩短存取时间，但是增加了索引文件所占的存储空间及索引维护的开销。因此，应该根据实际需求综合考虑，进行权衡。 2021-12-30412、记录聚簇 聚

17、簇是改进系统性能的另一种技术。不改变逻辑数据库的模式结构，但可以对存储记录进行分割。根据对数据访问的频繁程度将数据分出主次。 记录聚簇是指根据不同的使用要求，将属性、记录或文件集中存放在不同的位置。聚簇有三种情况： 2021-12-3042(1)分段 把文件按垂直方向分解，即按属性分组。将经常使用的属性与较少存取的属性分开，以便分配到不同的存储设备或存储区域上。这属于在一个文件中同类属性的聚簇存放。(2)分区 把文件按水平方向分解，即按照记录存取的频率分组。将访问频率高的记录与访问频率低的记录分开，以便分配到不同的存储设备或存储区域上。这属于在一个文件中按记录分组的聚簇存放。 2021-12-3043(3)聚簇 从不同的关系中取出某些属性物理地存放在一起，因而可以改进联接查询的效率。这属于在不同文件间中有关属性的聚簇存放。 以上三种聚簇技术无论哪种情况，其存放原则都是存取频率高的放到高速设备上，并且尽量放在中间位置;存取频率