数据库原理与应用技术教程电子教案4

1、 知知 识识 点点 数据库、数据库设计 数据库系统 数据库安全 难难 点点 数据库系统设计分析 概念设计、逻辑设计与物理 设计方法 返 回 要要 求求熟练掌握以下内容： 系统的需求分析方法 数据库设计的模型转换方法 数据库系统的实现与维护 数据库安全控制了解以下内容： 数据库的物理设计方法 数据库的恢复3.1.1 数据库的设计过程 规划阶段 需求分析阶段 概念模型设计阶段 逻辑结构设计阶段 物理存储设计阶段 数据库设计的实施阶段，即应用程序编 码、调试、试运行阶段 数据库系统的运行与维护阶段 3.1.2 数据库设计方法简介 1基于3NF的数据库设计方法 具体设计步骤为： 设计企业模型，从3NF

2、关系模型出发画出企业模型。 设计数据库的概念模型，将企业模型转换成DBMS支持的概念模型，并根据概念模型导出各个应用的外模型。 设计数据库的存储模型，即物理模型。 对物理模型进行评价。 数据库设计的实施。 2基于实体联系（E-R）的数据库设计方法 3基于视图概念的数据库设计方法 合并时必须注意解决下列问题： 消除命名冲突。 消除实体和联系的冗余。 进行模型重构。在消除了命名冲突和冗余后，需要对整个汇总模型进行调整，使其满足全部完整性约束的条件。3.1.3 数据库设计的内容 静态特性设计：是数据模型的静态模型模型与子模型的设计，又称为数据库的结构特性设计，是根据给定的应用环境，设计出数据库的数据

3、模型（即数据结构）或数据库模型。 动态特性设计：是在模型上的动态操作应用程序设计，又称数据库行为特性设计，是指确定数据库用户的行为和动作。 静态特性设计与动态特性设计的关系：考虑到使用方便和对数据库的性能改善，结构特性必须适应行为特性，因此数据库设计强调数据库的结构设计与行为设计应该统一。数据库设计的人员应该具备多方面的知识和技术： 计算机软、硬件基础知识和程序设计技术 数据库基本知识和数据库设计技术 软件工程的原理和方法 数据库应用领域的知识 3.2.1 数据库规划 一般需要考虑的因素有以下三个方面： 一个单位要处理的数据量巨大、专用性强，但数据处理的方式简单规范。 数据库技术对数据的采集、

4、管理人员理活的动规范化以及最终用户的计算机应用水平都有较高的要求。 数据库技术对计算机系统的软、硬件要求较高，要有足够的内存空间、外存储容量以及DBMS软件，这会导致数据处理的成本增加。 3.2.2 需求分析 1调查用户的要求 信息调查主要有以下几个方面： 数据要求。从数据库中获得数据对象、类型和来源等信息的内容、性质；导出数据的要求，即在数据库中需存储哪些数据等。 处理要求。要完成什么样的数据处理，对处理功能的响应时间，处理方式是批处理还是联机处理等。 完整性和一致性的要求。 安全性和可靠性的要求。 2调查的过程 了解企、事业组织情况，调查其组织机构由哪些部门组成，各部门的职责是什么，为分析

5、信息流程做准备。 了解各部门的业务活动情况，调查各部门输入和使用什么数据，如何加工处理这些数据。输出什么信息，输出到什么部门，输出结果的格式是什么。 确定新系统的边界，确定哪些功能由计算机完成，或将来准备由计算机完成，哪些功能由人工完成，由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能。 3数据处理方法 4调查分析系统功能 5数据字典 数据字典（Data Dictionary 简称DD） 数据字典的主要内容 数据项描述。 数据结构描述。 数据流。 数据存储。 处理过程。 6编写需求分析报告 需求分析报告的主要内容 需求分析报告应包括的内容如下： 系统概况、系统的目标、范围、功能、历史背景和现状 系统

6、的依据的原理和采用的技术，对原有系统的改善 系统总体结构与子系统结构的关系说明 系统的数据流图说明和系统功能说明 数据处理概要、工程体制和各个设计阶段的划分 系统设计方案及其在经济、技术、功能和操作上的可行性分析 3.3.1 概念模型的作用 概念模型的作用是： 1提供能够识别和理解系统要求的框架。 2概念模型为数据库提供了一个说明性的结构，为设计数据库的逻辑结构打下了基础。 能充分反映现实世界中的各种数据处理要求，是现实世界的一个真实模型。 表达自然、直观，容易理解，以便和不熟悉计算机的用户进行交流，这是保证数据库设计取得成功的关键。 易于修改与扩充。 能方便、快捷地向关系等数据模型转换，是数

7、据模型的基础。由于概念模型独立于DBMS，因而转换后的数据模型也就更加稳定。 3.3.2 建立E-R模型的方法 设计E-R模型的方法有以下4种： 自顶向下。 自底向上。 由里向外。 混合策略。 3.3.3 建立局部E-R模型 调整实体及其属性的基本的原则是： 实体及其属性之间的联系只能是1:n或1:1的。 属性本身不能再有需要描述的性质或与其它事物之间具有联系。 3.3.4 全局概念E-R模型的设计 3.4 逻辑结构设计 首先，把概念型E-R模型转换成一般的关系数据模型，然后再将关系数据模型转换成特定的DBMS所支持的逻辑结构模型，如图3.4所示。 图3.6 概念模型转换示意图 3.4.1 E

8、-R模型向关系模型转换 1转换原则 一个实体型转换为一个关系框架，实体的属性就是关系的属性，并应根据该关系表达的语义确定关键字属性。 对于E-R模型中的联系，要根据其联系方式的不同，采用不同的方式使这种联系能够在关系的模型中实现。一个联系转换为一个关系框架，与该联系相连的各实体的关键字属性以及联系的属性转化为该关系的属性。 2具体做法 将一个实体转换为一个关系例如：将图3.5所示的E-R模型中的实体分别转换成相应的关系模型如下： 供应商 （姓名，地址，电话，帐号， 姓名地址，姓名电话，姓名电话）零件 （名称，规格，单价，名称规格， 名称单价）仓库 （库名，主任，电话，库名主任， 库名电话） 图

9、3.7 工厂的局部E-R模型供应商零件仓库地址单价规格库名供应库存姓名帐号供应量名称库存量电话主任 将一个联系转换为一个关系 图3.5中的E-R模型的联系“供应”，可以转换的关系模型如下： 零件供应（姓名，名称，供应量， （姓名，名称）供应量） 两个实体间的联系是1:n联系的E-R模型转换为关系模型 一个实体对多个实体的E-R模型转换为关系模型的方法有两种： 如图3.5所示的仓库与零件之间的联系是1:n联系。仓库（库名，主任，电话， 库名主任，库名电话） 仓库（库名，主任，电话， 库名主任， 库名电话）零件（名称，规格，单价，名称规格， 名称单价） 库存（名称，库名，库存量，（名称，库名） 库

10、存量） 当两个实体之间是1:n联系时，还可以将“1”方的关键字纳入“n”方实体对应的关系中作为外来关键字，同时把联系的属性也纳入“n”方对应的关系中。 转换后的关系数据模型为： 仓库（库名，主任，电话，库名主任， 库名电话）零件（名称，规格，单价，库名，库存量， 名称规格，名称单价，（名称， 库名）库存量） 将两个实体间的联系是m:n联系的E-R模型转换为关系模型 图3.5所示供应商与零件之间是m:n联系。将“供应商”和“零件”两个实体分别转换为对应的关系，为了实现两者之间的联系，将联系（“供应”）也转换成对应的关系： 供应商（姓名，地址，电话，帐号， 姓名地址，姓名电话，姓名电话）零件（名称

11、，规格，单价，名称规格， 名称单价） 供应（姓名，名称，供应量， （姓名，名称）供应量） 将一个实体内部存在m:n联系的E-R模型转换为关系模型 零部件（编号，规格，名称，编号规格， 编号名称） 组装 （编号，装配件代号，数量， （编号，装配件代号）数量） 将多个实体间存在m:n联系的E-R模型转换为关系模型 图3.6 同一实体内部存在m:n联系的E-R模型 名称零部件装配数量规格 3.4.2 关系规范化应用关系规范化应用 优化时主要考虑以下三个方面： 在数据分析阶段用数据依赖的概念分析和表示各数据项之间的联系 在设计概念结构阶段，用关系规范化去消除E-R模型中的冗余联系 在E-R模型向数据模

12、型转换的过程中，用模式分解的概念和方法指导设计 优化的具体步骤是：1确定数据之间的依赖关系2用关系来表示E-R图中的每一个实体3对实体之间的某些数据依赖进行极小化处理4用关系表示实体之间的联系 5对关系模式进行合并或分解 3.4.3 关系模式优化关系模式优化【例3.2】 设有职工关系模式TC，若经常进行人事查询操作时，应怎样进行优化？TC（编号，姓名，性别，年龄，职务，职称， 工资，工龄，住址，电话）解：因为人事查询只对职工的“编号，姓名，性别，年龄，职务，工资”感兴趣，所以对关系模式TC“垂直分解”为TC1、TC2两个关系模式，这样做既减少了每次查询所传递的数据量，又提高了查询的速度。TC1

13、（编号，姓名，性别，年龄，职务，工资）TC2（编号，职称，工龄，住址，电话）3.5.1 物理设计主要的目标与要解决的问题 数据库物理设计的主要目标是： 提高数据库的性能 节省存储空间 在数据库物理设计中要解决的问题是： 文件的组织方式和存取方法 索引项的选择，对哪些数据项建立索引，才有利于提高处理效率 哪些数据存放在一起，有利于性能的提高 数据的压缩、分块技术 缓冲区的大小及其管理方式 文件在存储介质上的分配形式 3.5.2 物理设计的内容物理设计的内容 物理设计的内容主要包括： 1确定数据存储结构 2索引与入口的设计 3确定数据存放形式 4确定系统的配置 5确保数据的安全性、完整性和一致性

14、3.6 数据库的实现数据库的实现 3.6.1 组织数据入库组织数据入库 3.6.2 数据库的试运行数据库的试运行 运行与维护阶段的主要工作是：1. 维护数据库的安全性、完整性控制以及数据库的备份与恢复2. 对数据库的性能进行性能的监测、分析和改进3. 实施数据库的重组织和重构造4. 增加新功能5. 修正错误 3.8.1 安全性控制安全性控制 1. 访问控制2. 用户标识与鉴别鉴别用户身份，常用的方法有以下三种： 用只有用户知道的特定信息鉴别用户 用只有用户具有的物品鉴别用户 用户的个人特征鉴别用户 3授权 4数据加密 5跟踪审查 3.8.2 数据库完整性控制数据库完整性控制 数据库的完整性是指

15、始终保持数据库中的数据处在正确的状态，防止不符合语义的错误数据进入和输出，同时还要使存储在不同副本中的同一个数据保持一致，数据库的结构不受破坏，具有正确性、有效性和一致性。 1完整性被破坏的原因 操作人员或终端用户的错误或疏忽； 应用程序的（操作数据）错误； 数据库中并发操作控制不当； 由于数据冗余，引起某些数据在不同 副本中的不一致； DBMS或者操作系统出错； 系统中任何硬件（如CPU、磁盘、 通道、I/O设备等）出错。 2完整性规则 什么时候使用完整性规则进行检查 （又称规则的触发条件） 规定系统要检查什么样的错误 （又称规则的约束条件） 查出错误后应该怎样处理 （又称规则的违约响应）

16、3完整性约束分类 值的约束和结构的约束 数据值的约束。即对数据取值的类型、 范围和精度等进行规定。 结构的约束。 静态约束与动态约束 静态约束是对数据库的每一个确定状态 所应满足的约束条件。 动态约束是指数据库从一种状态转变到 另一种状态时，对新、旧值之间的转换 所应满足的约束条件。 立即执行约束和延迟执行约束 立即执行约束是指用户执行完某一更新 数据操作后，系统立即对该数据进行完 整性约束条件检查，结果正确再进行下 一句的执行。 延迟执行约束是指在整个操作执行完毕 后，再对数据进行完整性约束条件的检 查，只有结果正确整个操作才被确认。 3.8.3 数据库并发控制数据库并发控制 1并发控制异地

17、操作错误的种类 丢失更新（lost update） 污读（dirty read） 不能重读（no-reread） 2封锁的基本类型 排他式封锁 保护式封锁 封锁尺度 3.8.4 数据库的恢复数据库的恢复 1数据库的备份与运行日志 2数据库受到破坏形式与恢复方法 本章概述了数据的库设计，数据库的设计过程一般分为七个阶段，要从客观分析和抽象入手，综合使用各种设计工具分阶段完成。每一个阶段完成后都要进行设计分析，评价一些重要的设计指标，将设计阶段产生的文档进行评审并与用户交流，对用户不满意之处必须进行修改。 数据库的设计是在DBMS的支持下进行的，主要包括系统的静态特性设计和动态特性设计。数据库规划

18、是数据库设计的准备阶段,该阶段的主要任务是进行建立数据库的必要性和可行性分析，并确定各个数据库之间的关系，数据库系统在企、事业单位中的地位等。需求分析是数据库设计的第一阶段，必须高度重视和慎重对待需求分析，确切而无遗漏地弄清楚用户对系统的要求，是数据库系统设计取得成功的重要前提。 概念模型设计是整个数据库设计的关键所在。概念模型是现实世界的客观反映，是从用户角度所看到的数据库。E-R模型就是概念型数据模型，又称实体-联系模型，它用简单的图形反映出现实世界中存在着的数据及其之间的相互关系。它既不依赖于具体的硬件特性，也不依赖于具体的DBMS的性能，它仅仅对应于基本的事实，可以为非计算机工作人员所理解。 数据库逻辑结构的设计，应该是选择最适合于用户的概念结构