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文档简介
数据库分析重要第1页,课件共53页,创作于2023年2月学习要点数据库设计的特点数据库设计的基本步骤第2页,课件共53页,创作于2023年2月6.1数据库设计概述数据库设计对于一个给定的应用环境构造最优的数据库模式数据库应用系统使用数据库的各类系统信息系统信息系统是提供信息,辅助人们对应用环境进行控制和进行决策的系统数据库是信息系统的核心和基础第3页,课件共53页,创作于2023年2月数据库设计所需技术知识数据库基本知识和设计技术计算机科学基础知识、程序设计的方法和技巧软件工程的原理和方法应用领域的知识补充知识第4页,课件共53页,创作于2023年2月数据库设计的特点硬件、软件、技术与管理的综合体“三分技术,七分管理,十二分基础数据”数据库设计与应用系统相结合过去的结构化设计和逐步求精设计方法着重于处理过程的特性,而推迟数据结构的设计早期的数据库设计致力于对数据建模法,而忽视行为设计结构特性(数据分析)行为特性(功能分析)第5页,课件共53页,创作于2023年2月数据库设计方法简述手工试凑法和技术人员水平和经验有关规范设计法将数据库设计分阶段进行E-R模型、关系范式理论等方法应用于设计的不同阶段本质上还是手工设计法,基本思想是设计过程迭代、逐步求精自动数据库设计工具Design2000(ORACLE),PowerDesigner(SYBASE)数据设计和应用设计同时进行很多计算机辅助软件工程(CASE,ComputerAidedSoftwareEngineering)工具第6页,课件共53页,创作于2023年2月Sybase建模工具:PowerDesigner10.0满足企业对所有业务、数据和对象建模的需求建模工具集数据建模、UML建模和业务流程建模将商业需求与应用技术紧密结合,不论终端用户的技术水平如何保证了所有企业所用来开发软件服务的一种语言或多种语言、组件及应用都能够被全面支持对UML的全面支持扩大了现有的Java,C++,CorbaIDL,PowerBuilder和XML的编码生成增加了对Microsoft.Net平台上的最流行语言的支持第7页,课件共53页,创作于2023年2月数据库设计的基本步骤需求收集和分析设计概念结构设计逻辑结构数据模型优化设计物理结构设计评价,性能预测物理实现试验性运行使用、维护数据库需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段数据库实施阶段数据库运行维护阶段应用需求(数据、处理)转换规则、DBMS功能、优化方法应用要求DBMS详细特征不满意不满意需求文档数据字典数据流图等用E-R图描述的概念模型某种数据模型并优化存储安排方法选择存取路径建立编写模式数据装入数据库试运行性能检测、转储/恢复数据库重组和重构按照规范化设计的方法过程迭代、逐步求精的设计思想第8页,课件共53页,创作于2023年2月数据库结构设计阶段数据库的设计必须与数据处理的设计在每一各设计步骤中紧密结合,相互参照,相互补充设计阶段设计描述数据处理需求分析数据字典、数据项、数据流、数据存储的描述数据流图和判定树、数据字典中处理过程的描述概念结构设计概念模型(E-R图)、数据字典系统说明书(系统要求、方案、概图、数据流图)逻辑结构设计某种数据模型(如关系)系统结构图(模块结构)物理设计存储安排、方法选择、存取路径建立模块设计实施阶段编写模式、装入数据、数据库试运行程序编码、编译联结、测试运行维护性能监测、转储/恢复、数据库重组和重构新旧系统转换、运行、维护第9页,课件共53页,创作于2023年2月设计过程中形成的数据库各级模式概念模式逻辑模式内模式应用要求应用要求应用要求应用要求外模式外模式外模式外模式综合转换映象映象应用1应用2应用3应用4应用1应用2应用3应用4需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段第10页,课件共53页,创作于2023年2月6.2需求分析需求分析的任务:调查、收集、分析用户对数据库的要求信息要求需存储的数据处理要求要完成的功能、响应时间、处理方式等安全性与完整性要求用户管理、数据管理、数据一致性等第11页,课件共53页,创作于2023年2月调查用户需求的步骤调查组织机构情况调查各部门的业务活动情况熟悉业务活动,明确新系统的各种要求确定新系统的边界(需计算机化的部分)第12页,课件共53页,创作于2023年2月调查用户需求的方法跟班作业开调查会请专人介绍询问填写调查表查阅原系统的工作记录第13页,课件共53页,创作于2023年2月抽象需求分析的方法结构化分析(SA)方法自顶向下、逐层分解形成需求文档、数据字典(DD)及多层数据流图(DFD)数据来源数据存储数据输出处理某一层次的抽象图第14页,课件共53页,创作于2023年2月需求分析的过程调查组织机构总体情况明确用户需求熟悉业务活动概念设计确定系统边界DFDDD用户设计员第15页,课件共53页,创作于2023年2月领书单
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示意:售书系统学生教材购销系统书库保管员第16页,课件共53页,创作于2023年2月售书系统领书单进书通知
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1销售
2采购书库保管员学生F1教材存量表
F2缺书登记表
第17页,课件共53页,创作于2023年2月顾客P1销售P2采购供应商F1配件库存P3会计付款付款收据应付款通知收款通知到货通知订货单订货单发货单发货单例子:销售采购管理系统第1层数据流程图第18页,课件共53页,创作于2023年2月F2配件目录顾客P1.1编辑订货单业务员P1.3确定订货P1.5产生暂存订货单P1.2登录新顾客F3顾客P1.4开发货单修改库存P1.6对照暂存订货单采购F4暂存订货单P1.8编制销售、库存报表P1.7检索库存F1配件库存经理F5销售历史F10应收款明细帐第2层数据流程图之一(销售)发货单订货单不合格合格新顾客不满足的订货可发的订货到货通知第19页,课件共53页,创作于2023年2月F4暂存订货单P2.1按配件汇总P2.2确定订货的配件P2.5修改库存、待订数量F6待订货的配件P2.6编制到货通知P2.4核对发货单F1配件库存P2.3按供应商汇总F8向供应商的订货单F9应付款明细帐销售供应商订货单发货单错误发货单正确发货单第2层数据流程图之二(采购)第20页,课件共53页,创作于2023年2月顾客P3.1开收据并修改明细帐P3.5编制会计报表经理P3.4修改总帐F10应收款明细帐F11总帐P3.3付款并修改明细帐P3.2核对付款单F9应付款明细帐供应商第2层数据流程图之三(会计)应付款通知付款收据第21页,课件共53页,创作于2023年2月数据字典描述系统中的数据,包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程数据项描述
={数据项名,数据项含义说明,别名,数据类型,长度,取值范围,取值含义,与其它数据项的逻辑关系,数据项之间的联系}数据结构描述
={数据结构名,含义说明,组成:{数据项或数据结构}}数据流描述
={数据流名,说明,数据流来源,数据流去向,组成:{数据结构},平均流量,高峰期流量}数据存储描述
={数据存储名,说明,编号,输入的数据流,输出的数据流,组成:{数据结构},数据量,存取频度,存取方式}处理过程描述
={处理过程名,说明,输入:{数据流},输出:{数据流},处理:{简要说明}}数据依赖数据完整性约束数据完整性约束第22页,课件共53页,创作于2023年2月需求分析需求分析的结果反馈给用户审定需求分析需要考虑需求变更和扩充,强调用户参与第23页,课件共53页,创作于2023年2月6.3概念结构设计概念结构将在需求分析阶段得到的应用需求抽象为信息世界的结构,常用E-R模型来描述独立于机器概念结构的特点真实充分地反映客观世界易于理解易于更改易于转换成为数据模型第24页,课件共53页,创作于2023年2月概念结构设计的方法自顶向下首先定义全局概念结构的框架,然后逐步细化自底向上首先定义各局部应用的概念结构,然后集成逐步扩张首先定义最重要的核心概念结构,然后向外扩充混合策略首先用自顶向下策略设计全局概念结构的框架,再集成用自底向上策略设计的各局部概念结构第25页,课件共53页,创作于2023年2月概念结构设计的步骤需求分析逻辑结构设计数据抽象局部视图设计视图集成用户反馈直至满意DDDFD局部E-R图总E-R图第26页,课件共53页,创作于2023年2月数据抽象数据抽象抽象出对客观世界中的概念、对象的本质特性用于在需求分析阶段将收集到的数据进行分类、组织(聚集),从而形成实体、实体的属性,标识实体的码,确定实体间的联系类型,以便设计相应的E-R图三类数据抽象机制分类聚集概括第27页,课件共53页,创作于2023年2月数据抽象机制之一分类将一类具有共同特性和行为的对象定义为一种某类型,在E-R模型中的实体型就是这种抽象,如学生,课程抽象了对象的值和型之间“ismemberof”语义学生“ismemberof”张英王平赵斌实体型课程“ismemberof”C语言数据库操作系统实体型第28页,课件共53页,创作于2023年2月数据抽象机制之二聚集定义某类型的组成成分,对应E-R模型中实体的属性抽象了对象类型和其成分之间的“ispartof”语义学生学号姓名专业班级仓库号面积主任仓库姓名年龄性别工资“ispartof”实体型属性第29页,课件共53页,创作于2023年2月数据抽象机制之三概括定义类型之间的子集联系,形成超(父)类、子类抽象了类型之间“issubsetof”语义概括的重要性质:继承,即子类集成超类的所有抽象是E-R模型的抽象机制的扩充学生本科生研究生概括的E-R表示“issubsetof”超类子类学号,姓名,性别,年龄专业,综合排名导师,研究方向第30页,课件共53页,创作于2023年2月概念设计的第一步利用抽象机制,对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织(聚集)形成实体,实体的属性,标识实体的码,确定实体间的联系类型设计局部E-R图第31页,课件共53页,创作于2023年2月局部E-R图设计方法选择局部应用:中层数据流图为依据如物资管理、人事管理、销售管理等逐一设计局部E-R图根据数据抽象后所的得DD,并参照DFD,标定局部应用中的实体、实体属性、实体码,确定实体间的联系及类型设计准则(某事物作为实体还是作为属性更恰当?)能作为属性对待的事物尽量作为属性对待能作为属性的事物必须不能再具有需要描述的性质不能与其他实体具有联系(E-R图中的联系是实体之间的联系)第32页,课件共53页,创作于2023年2月职工职工号姓名年龄职称职工职工号姓名年龄职称职称代号号工资住房标准附加福利聘任当职称没有需进一步描述的特性时,作属性当职称有需进一步描述的特性时,作实体如:第33页,课件共53页,创作于2023年2月如销售管理子系统的局部E-R图顾客应收帐订单订单细则折扣规则产品描述组成参照1参照2订货支付1nn1n1n1n1顾客号,顾客名,地址,电话,…顾客号,订单号,发票号,应收金额,支付日期,…订单号,顾客号,订货日期,…订单号,细则号,零件号,订货数,金额,…产品号,产品名,单价,…产品号,订货量,折扣第34页,课件共53页,创作于2023年2月如公司部门管理系统的E-R图部门项目职工电话包括承担n1n1房间号,面积项目号,预算费参与mn办公室包含1n包括n1职务承担11部门号,预算费,领导人职工号电话号码,说明职工号,姓名,办公电话工资情况第35页,课件共53页,创作于2023年2月E-R图集成集成方式多个局部E-R图一次集成,或以累加方式逐步集成集成步骤合并局部E-R图,生成初步E-R图依靠协商或应用语义消除各局部E-R图之间的属性冲突:如属性的类型、取值范围冲突,或属性取值单位冲突命名冲突:如同名异义,或一义多名结构冲突:如不同应用中,同一对象有不同的抽象或同一实体包含的属性不完全相同修改和重构,生成基本E-R图依据分析和规范化理论来消除冗余第36页,课件共53页,创作于2023年2月6.4逻辑结构设计逻辑结构设计的任务将基本E-R图转换为与选用DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构逻辑结构设计的步骤概念模型基本E-R图一般数据模型关系、网状、层次特定DBMS支持的数据模型优化的数据模型转换规则DBMS的特点和限制优化方法第37页,课件共53页,创作于2023年2月E-R图向关系模型的转换任务将实体和实体的属性及实体间的联系转换为关系模式确定关系模式的属性和码第38页,课件共53页,创作于2023年2月E-R图向关系模型的转换原则一个实体转换为一个关系模式,实体的属性就是关系的属性,实体的码就是关系的码对实体间的联系一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与任意对应的关系模式合并一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与n端对应的关系模式合并一个m:n联系转换为一个关系模式三个或三个以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关系模式具有相同码的关系模式可以合并第39页,课件共53页,创作于2023年2月如公司部门管理系统的E-R图及其转换成的关系模式部门项目职工电话包括承担n1n1办公室号,面积项目号,预算费参与mn办公室包含1n包括n1职务承担11部门号,预算费,领导人职工号电话号码,说明职工号,姓名,办公电话担任时期,工资分担任务部门(部门号,部门预算费,领导人职工号)职工(职工号,姓名,办公电话,部门号)办公室(办公室号,面积,部门号)项目(项目号,项目预算费,部门号)电话(电话号码,说明,办公室号)项目承担情况(职工号,项目号,分担任务)工资历史(职工号,职务,担任时期,工资)部门(D#,Buget,MgrE#)职工(E#,D#,J#,Phone#)项目(J#,D#,JBuget)办公室(O#,D#,Area)电话(Phone#,O#,Owner)工资史(E#,职务,工资)第40页,课件共53页,创作于2023年2月数据模型的优化优化通常以规范化理论为指导优化方法确定数据依赖对各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理,消除冗余按照数据依赖的理论对关系模式逐一分析,确定各关系模式属于第几范式按用户需求分析这些模式是否合适,是否需合并或分解对关系模式进行必要的分解,提高数据操作效率和存储空间利用率第41页,课件共53页,创作于2023年2月设计用户子模式根据局部应用需求设计用户子模式设计用户子模式的目的保证系统安全性简化用户对系统的使用DBMS中一般采用视图(View)机制第42页,课件共53页,创作于2023年2月6.5数据库的物理设计数据库的物理设计为一个给定的逻辑数据模型选定一个最合适应用要求的物理结构的过程数据库的物理设计的依据应用环境对所需处理的事务、所涉及到的数据,各种操作的运行频率及响应时间等性能要求数据库的物理设计的目标事务响应时间小、存储空间利用率高、事物吞吐率大第43页,课件共53页,创作于2023年2月数据库的物理设计数据库的物理结构数据库在物理设备上的存储结构与存取方法依赖于给定的计算机系统关系数据库的物理设计内容设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构为关系模式选择存取方法数据库的物理设计步骤确定数据库的物理结构对物理结构进行评价第44页,课件共53页,创作于2023年2月数据库的物理设计步骤(一)确定数据库的物理结构确定需要存储的数据对象如关系、索引、聚簇、日志、备份等确定数据的存放位置如区分稳定数据和易变数据、经常存取部分和不常存取部分、机密数据和普通数据等,分开存放确定数据的存储结构如顺序结构、随机结构、链表结构、树状结构等确定数据的存取方法如索引(如B树、B+树、R树等)、聚簇、HASH法等确定系统配置如同时使用数据库的最大用户数、同时打开的数据库对象数、内存分配参数、缓冲区分配参数、存储分配参数、物理块大小、物理块装填因子、时间片大小、数据库大小、锁的数目等第45页,课件共53页,创作于2023年2月对物理结构进行评价分析时间效率、空间效率、维护代价及用户要求等数据库的物理设计步骤(二)第46页,课件共53页,创作于2023年2月关系模式存取方法选择一般对同一关系建立多条存取路径以满足多用户系统的不同应用的数据存取要求常用的存取方法索引法为加快按某个属性(组)进行存取的效率,根据该属性(组)建立索引,如B+树索引建立在单个关系上第47页,课件共53页,创作于2023年2月关系模式存取方法选择(续)聚簇(Cluster)法为提高按聚簇码进行查询的效率,将聚簇码上具有相同值的元组存放在连续物理块一个数据库可以建立多个聚簇,但一个关系只能由一个聚簇聚簇可以建立在单表上,也可建立在进行连接操作的多个表上SQL中与聚簇有关的操作如ORDERBY,GROUPBY,UNION,DISTINCT等HASH法设计合理的HASH函数,根据关键字值计算得到存储地址对可能出现的地址冲突现象设计合理的解决方案当某属性(组)主要出现在等连接条件或相等比较条件中,而且关系的大小可以预知,或关系大小动态变化而DBMS提供了HASH存取方法时,可考虑选用第48页,课件共53页,创作于2023年2月6.6数据库的实施和维护数据库实施阶段的任务模式定义使用选定DBMS支持的DDL语言数据载入手工逐条录入数据转换工具应用程序编码和调试数据库试运行用实验数据测试系统功能和性能第49页,课件共53页,创作于2023年2月数据库的实施和维护数据库的运行和维护主要由DBA完成进行数据库转储和恢复,数据库安全、完整性控制,数据库性能监督、分析和改造,数据库重组和重构数据库重组:不改变原设计中的逻辑和物理结构,而对部分表重新组织其存储情况,如重新安排存储位置、回收垃圾等,以提高系统性能数据库重构:部分调整或修改数据库的逻辑和物理结构,以满足新的应用需求。第50页,课件共53页,创作于2023年2月设计订货系统的数据库,包括顾客、货物和订货单信息初模式:顾客(顾客号,收货地址,赊购限额,余额,折扣) 货物(货物号,制造厂商,实际存货量,
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