软件工程 需求分析-数据库设计

第5章数据库设计学习要点数据库设计的特点数据库设计的基本步骤51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数据库设计必备的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数据库设计的内容硬件、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（P204图）结构特性(数据分析)行为特性(功能分析)现实世界数据分析概念模型分析逻辑数据库设计物理数据库设计子模式设计数据库运行数据分析功能模型事务设计程序说明应用程序设计程序编码调试功能说明图5-1结构和行为分离和并行的设计数据库设计的目标

数据库设计的核心问题：是如何建立一个好的模型。一般而言，这个好的模型应该满足若干准则，这些准则可以分为两类：结构准则和性能准则。

结构准则：讨论如何保持数据的特性。

性能准则：主要是考虑资源合理使用、系统使用方便和效率高的数据库。具体而言，数据库设计应该达到以下的目标：1．满足用户的信息需求和处理需求。2．准确模拟现实世界3．具有DBMS的支持4．具有良好的性能数据库设计的目标四、数据库设计的基本步骤按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下六个阶段：需求分析；概念结构设计；逻辑结构设计；物理结构设计；数据库实施；数据库运行和维护。

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需求收集和分析，结果得到数据字典描述的数据需求(和数据流图描述的处理需求)对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成独立于具体DBMS的概念模型，可用E-R图表示将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型(例如关系模型)，并对其进行优化为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构(包括存储结构和存取方法)运用DBMS提供的数据语言(如SQL)及其宿主语言(如C)，建立数据库，编制调试应用程序，组织数据入库，试运行数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。但必须不断地对其进行评价、调整与修改设计过程各个阶段的设计描述：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数据库设计工具数据库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6.2.1规划6.2.2需求调查6.2.3需求分析6.2.4需求报告6.2需求分析总体需求处理需求DBMS特征硬件和OS特征输入：数据库设计步骤：工作：规划需求分析概念设计逻辑设计物理设计系统可行性研究…,专家论证；编写可行性分析报告，领导审批收集用户需求；编写需求分析报告（数据流图DFD和数据字典DD）设计概念模型（ER模型）把ER模型转换成关系模型设计DB物理结构（存储结构和存储方法）输出：完整的DB结构,应用程序的设计准则。运行和维护59页建立数据库的必要性及可行性分析，确定数据库系统在组织中和信息系统中的地位，确定各个数据库之间的联系。返回6.2.1规划阶段1、规划阶段的主要任务实例：图书馆图书管理系统需求分析内容包括：信息范围、信息来源、人力资源、设备资源、软件及支持工具资源、开发成本估算、开发进度计划、现行系统向新系统过渡计划等。返回6.2.1规划阶段2、规划阶段的工作

规划工作完成后应写出详尽的可行性分析报告数据库系统规划纲要6.2.2需求调查（第1步）需求分析的任务：调查、收集、记录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1、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)企业限制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需求分析的内容：分析用户对数据库的要求信息要求分析需存储的数据处理要求分析要完成的功能、响应时间、处理方式等安全性与完整性要求分析用户管理、数据管理、数据一致性等6.2.3需求分析（第2步）1、需求的内容2、需求分析的步骤（1）分析用户活动，产生用户活动图。（2）确定系统范围，产生系统范围图。（3）分析用户活动所涉及的数据，产生数据流图。（4）分析系统数据，产生数据字典。需求分析阶段的活动主要由以下的四个步骤组成。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3、需求分析方法4、数据流图（1）数据流图（DataFlowDiagram，DFD）是描述系统的重要工具，它力图从数据传递和处理的角度以图形的方式表示数据处理系统的工作状况，较好地抓住问题的本质，具有直观、容易理解的优点，便于一组人同时进行审查。（2）绘制数据流程图的符号数据源点或终点：指本系统之外的人或单位，他们与本系统有信息传递关系。数据存储文件：指通过数据文件、文件夹或账本等存储数据。数据处理：数据处理对进入的数据流进行特定的加工的过程，处理后将产生新的数据流

处理标识处理名称数据流：表示流动着的数据，它可以是一项数据，也可以是一组数据。数据流名称（3）数据流图分解为了很好地表达数据处理过程的数据加工情况，需要采用层次结构的数据流图。顶层图：将整个系统作为一个数据加工项，着重描述系统与外部实体的联系。明确系统的边界。第0层图：对顶层图中的数据加工进行分解，形成系统较详细的数据流程图第一层图：对顶层图中的数据加工进一步分解，形成系统更详细的数据流程图。5、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6.2.5图书管理系统需求分析1、需求调查组织机构采编组书库阅览室工具书室馆长目录厅借阅室图书管理员要为每个学生建立学生借阅账户，并给学生发放不同类别的借阅卡，账户内存储学生的个人基本信息和借阅记录信息。持有借阅卡的学生可以通过管理员（作为学生的代理人与系统交互）借阅、归还图书，不同类别的学生可借阅图书的范围、数量和期限不同。学生可通过互联网或图书馆内查询终端查询图书信息和个人借阅情况，以及进行续借图书（系统审核符合续借条件）。1、业务流程借阅图书时，先输入学生的借阅卡号，系统验证借阅卡的有效性和学生是否可继续借阅图书，无效则提示其原因，有效则显示学生的基本信息（包括照片），供管理员人工核对。然后输入要借阅的书号，系统查阅图书信息数据库，显示图书的基本信息，供管理员人工核对。最后提交借阅请求，若被系统接受则存储借阅纪录，并修改可借阅图书的数量。归还图书时，输入学生借阅卡号和图书号，系统验证是否有此借阅纪录以及是否超期借阅，无则提示，有则显示学生和图书的基本信息供管理员人工审核。如果有超期借阅或丢失情况，先转入过期罚款或图书丢失处理。然后提交还书请求，系统接受后删除借阅纪录，修改可借阅图书的数量。图书管理员定期或不定期对图书信息进行入库、修改、删除等图书信息管理以及注销（不外借），包括图书类别和出版社管理。3、数据流图根据之前的描述，建立了图书管理系统的顶层数据流程图。顶层数据流图第0层数据流图然而，顶层数据流图毕竟太抽象了，从这张图上对图书管理系统所能了解到的信息非常有限。下面再对它一步一步地分解，把基本模型细化，描述系统的主要功能。分解时要注意下层数据流必须与上层数据流图保持一致。下一层的数据流图必须有上图的所有输入/输出数据流和外部实体。

把顶层数据流图分解后得到如图5-5所示的图书管理系统第0层图。

第0层数据流图第1层数据流图接下来应该对功能级数据流图中描绘的系统主要功能进一步细化。（1）图书管理P1.1图书类别管理P1.2图书信息管理P1.3出版社管理E1图书管理员图书新类别D4出版社信息出版社信息出版社信息D5图书类别表D2图书信息表图书信息图书信息类别信息出版社信息类别信息E1图书管理员图书信息图书情况E2学生图书信息图书查询条件第1层数据流图。（2）学生管理第1层数据流图（3）借阅管理4、数据字典。

所谓数据字典就是对数据流程图中的各个数据元素做更进一步的详细说明。数据流程图配以数据字典，就可以从图形和文字两个方面对系统的逻辑模型作进一步完整地描述。数据字典的内容如下：数据项数据流数据存储处理过程4、数据字典（1）数据项。数据项是不可再分的数据单位。对数据项的描述通常包括以下内容：

数据项名称：借书证号别名：借书证编号数据项含义：唯一地标识学生借阅身份的号码定义：借书证号＝6{数字字符}6

位置：学生信息、借阅信息数据字典（2）数据流。数据流可以是数据项，也可以是数据结构，表示某一加工处理过程的输入或输出数据。对数据流的描述应该包括以下内容：数据流名称：借书信息别名：BORROW

说明：学生到图书管理员那里完成借阅图书数据流来源：图书管理员数据流去向：图书管理系统平均流量：200次/天高峰流量：280次/天数据组成：借书证号＋ISBN＋借书时间+应还时间数据字典（3）数据存储。数据存储是数据保留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一。它可以是手工文档或手工凭单，也可以是计算机文档。对数据存储的描述通常包括以下内容：数据存储名：图书信息表别名：BOOK

说明：数据库存放，记录图书的详细信息编号：D2

数据组成：ISBN+书名+作者+价格+复本数+库存量数据量：350本/天存取频率：450本/天

数据字典（4）处理过程。处理过程说明某个具体的加工处理工作。处理过程名：图书管理别名：Bookmanage

说明：图书管理员将图书基本信息录入系统，学生给定查询条件完成图书查找。编号：P1

触发条件：图书管理员送来图书信息，学生给出查询条件。输入：图书情况、图书查询条件输出：图书信息加工逻辑：图书管理的处理算法，此书不赘述。

领书单

进书通知

购书单

缺书单

6.2.6售书系统—需求分析学生教材购销系统书库保管员售书系统领书单进书通知

进书通知

购书单缺书单

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

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）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6.2.7需求分析说明书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P214图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数