数据库建模技术(数据库设计)5-10ppt课件

1、.,1,重庆理工大学计算机科学与技术学院 刘加伶,Power Designer 数据库建模技术,.,2,第一部分 数据库设计,.,3,本章内容提要 设计一个数据库应用系统需要经历六个阶段： 需求分析 概念设计 逻辑结构设计 物理设计 实施 运行维护 设计过程中往往还会有许多反复。,第七章 数据库设计,.,4,本章重点： 数据库设计的方法和步骤 需求分析 概念结构的设计 逻辑结构的设计 本章难点： 需求分析 概念结构的设计 逻辑结构的设计,第七章 数据库设计,.,5,第七章 数据库设计,7.1 数据库设计概述 7.2 需求分析 7.3 概念结构设计 7.4 逻辑结构设计 7.5 数据库的物理设计

2、 7.6 数据库实施和维护 7.7 小结,.,6,7.1 数据库设计概述,7.1.1 数据库设计的特点 7.1.2 数据库设计方法 7.1.3 数据库设计的基本步骤 7.1.4 数据库设计过程中的各级模式,.,7,7.1 数据库设计概述,什么是数据库设计 是数据库及其应用系统的设计(广义) 是设计数据库本身，是数据库应用系统设计的重要组成部分。 (狭义) 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储和管理数据，满足各种用户的应用需求（信息管理要求和数据操作要求）。 在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。,.,8

3、,7.1 数据库设计概述,7.1.1 数据库设计的特点 7.1.2 数据库设计方法简述 7.1.3 数据库设计的基本步骤 7.1.4 数据库设计过程中的各级模式,.,9,7.1.1 数据库设计的特点,数据库建设是硬件、软件和干件的结合 三分技术，七分管理，十二分基础数据 技术与管理的界面称之为“干件” 数据库设计应该与应用系统设计相结合 结构（数据）设计就是设计各级数据库模式，决定数据库系统的信息内容。 行为（处理）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。,.,10,7.1.1 数据库设计的特点（续）,结构和行为分离的设计 传统的软件工程忽视对应用中数据语义的分析和抽象，只要有

4、可能就尽量推迟数据结构设计的决策 早期的数据库设计致力于数据模型和建模方法研究，忽视了对行为的设计,.,11,结构和行为分离的设计（图示）,.,12,结构和行为结合的设计（图示）,.,13,7.1 数据库设计概述,7.1.1 数据库设计的特点 7.1.2 数据库设计方法 7.1.3 数据库设计的基本步骤 7.1.4 数据库设计过程中的各级模式,.,14,7.1.2 数据库设计方法,数据库设计人员应该具备的技术和知识: 计算机科学的基础知识 软件工程的原理和方法 程序设计的方法和技巧 数据库的基本知识 数据库设计技术 应用领域的知识,.,15,数据库设计的困难: 懂得计算机知识与数据库设计的人员

5、一般都缺乏对应用对象的业务知识的了解和实际经验。 数据库系统目标是什么往往并不明确，因此，应用对象的需求是什么也难以明确 缺乏完善的设计工具和方法 应用对象千差万别，难以找到一种适合所有应用对象的工具和方法,7.1.2 数据库设计方法,.,16,7.1.2 数据库设计方法,手工试凑法 设计质量与设计人员的经验和水平有直接关系 缺乏科学理论和工程方法的支持，工程的质量难以保证 数据库运行一段时间后常常又不同程度地发现各种问题，增加了维护代价 规范设计法 手工设计方法 基本思想 过程迭代和逐步求精,.,17,7.1.2 数据库设计方法,典型方法: 新奥尔良（New Orleans）方法 将数据库设

6、计分为若干阶段和步骤 基于E-R模型的数据库设计方法 是数据库概念设计阶段广泛采用的方法 3NF的设计方法 是数据库逻辑设计阶段采用的有效方法 ODL方法 是面向对象的数据库设计方法,.,18,7.1.2 数据库设计方法,计算机辅助设计工具: ORACLE Designer 2000 SYBASE PowerDesigner,.,19,7.1 数据库设计概述,7.1.1 数据库设计的特点 7.1.2 数据库设计方法 7.1.3 数据库设计的基本步骤 7.1.4 数据库设计过程中的各级模式,.,20,7.1.3 数据库设计的基本步骤,一、数据库设计的准备工作 选定参加设计的人员 系统分析人员 数

7、据库设计人员 应用开发人员(程序员和操作员) 数据库管理员 用户代表,.,21,7.1.3 数据库设计的基本步骤,各类人员的作用: 1.系统分析和数据库设计人员 数据库设计的核心人员 自始至终参与数据库设计 其水平决定了数据库系统的质量,.,22,7.1.3 数据库设计的基本步骤,各类人员的作用: 2. 用户和数据库管理员 在数据库设计中也是举足轻重的 主要参加需求分析和数据库的运行维护 用户积极参与带来的好处 加速数据库设计 提高数据库设计的质量,.,23,7.1.3 数据库设计的基本步骤,各类人员的作用: 3.应用开发人员 程序员 在系统实施阶段参与进来，负责编制程序 操作员 在系统实施阶

8、段参与进来，准备软硬件环境,.,24,7.1.3 数据库设计的基本步骤,二、数据库设计的过程(六个阶段),.,25,7.1.3 数据库设计的基本步骤,二、数据库设计的过程(六个阶段) 需求分析阶段 准确了解与分析用户需求（包括数据与处理） 是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步,.,26,7.1.3 数据库设计的基本步骤,概念结构设计阶段 是整个数据库设计的关键 通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型,.,27,7.1.3 数据库设计的基本步骤,逻辑结构设计阶段 将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型 对其进行优化,.,28,7.1.3 数据库

9、设计的基本步骤,数据库物理设计阶段 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）,.,29,7.1.3 数据库设计的基本步骤,数据库实施阶段 运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果 建立数据库 编制与调试应用程序 组织数据入库 进行试运行,.,30,7.1.3 数据库设计的基本步骤,数据库运行和维护阶段 数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。 在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。,.,31,7.1.3 数据库设计的基本步骤,特别强调: 1.设计一个完善的数据库应用系统往往是上述六个阶段的不断反复。 2.数

10、据库设计的过程,也是数据库应用系统的设计过程。如果不了解应用环境对数据的处理要求，不考虑如何去实现处理要求，是不可能设计一个良好的数据库结构的。,.,32,设计特点,在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来，将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完善两方面的设计。,.,33,Creat Load,Main( ) if then end,逻辑结构设计,概念结构设计,物理设计,图7.3 数据库设计各个阶段的设计描述,.,34,7.1 数据库设计概述,7.1.1 数据库设计的特点 7.1.2 数据库设计方法 7.1.3 数据库设计的

11、基本步骤 7.1.4 数据库设计过程中的各级模式,.,35,7.1.4 数据库设计过程中的各级模式,数据库各级模式的形成过程 需求分析阶段 综合和分析各个用户的应用需求 概念设计阶段 形成独立于机器特点，独立于各个DBMS产品的概念模式(E-R图) 逻辑设计阶段 首先将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型，如关系模型，形成数据库逻辑模式 然后根据用户处理的要求、安全性的考虑，在基本表的基础上再建立必要的视图(View)，形成数据的外模式 物理设计阶段 根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引，形成数据库内模式,.,36,数据库结构设计的不同阶段形成了数据库的各级模式（P

12、205 图7.4),内模式,转换,映象,映象,.,37,第七章 数据库设计,7.1 数据库设计概述 7.2 需求分析 7.3 概念结构设计 7.4 逻辑结构设计 7.5 数据库的物理设计 7.6 数据库实施和维护 7.7 小结,.,38,7.2 需求分析,需求分析就是分析用户的需要与要求 需求分析是设计数据库的起点 需求分析的结果是否准确地反映了用户的实际要求，将直接影响到后面各个阶段的设计，并影响到设计结果是否合理和实用。,.,39,7.2 需求分析,7.2.1 需求分析的任务 7.2.2 需求分析的方法 7.2.3 数据字典 7.2.4 需求分析注意点,.,40,7.2.1 需求分析的任务

13、,一、需求分析的任务 二、需求分析的重点 三、需求分析的难点,.,41,一、需求分析的任务,通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各种需求 在此基础上确定新系统的功能。新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变，不能仅仅按当前应用需求来设计数据库,.,42,二、需求分析的重点,需求分析的重点: 是调查、收集与分析用户在数据管理中的要求 信息要求 处理要求 安全性与完整性要求,.,43,二、需求分析的重点,（1） 信息要求 用户需要从数据库中获得信息的内容与性质 由用户的信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据

14、 （2）处理要求 对处理功能的要求 对处理的响应时间的要求 对处理方式的要求(批处理 / 联机处理) （3）新系统的功能必须能够满足用户的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。,.,44,三、需求分析的难点,确定用户最终需求的难点 用户缺少计算机知识，开始时无法确定计算机究竟能为自己做什么，不能做什么，因此无法一下子准确地表达自己的需求，他们所提出的需求往往不断地变化。 设计人员缺少用户的专业知识，不易理解用户的真正需求，甚至误解用户的需求。 新的硬件、软件技术的出现也会使用户需求发生变化。,.,45,三、需求分析的难点,解决方法 设计人员必须采用有效的方法，与用户不断深入地进行交流，才能逐

15、步得以确定用户的实际需求,.,46,7.2 需求分析,7.2.1 需求分析的任务 7.2.2 需求分析的方法 7.2.3 数据字典 7.2.4 需求分析注意点,.,47,7.2.2 需求分析的方法,调查用户的实际需求并进行初步分析 与用户达成共识 分析与表达需求,.,48,一、 调查用户需求的具体步骤, 调查组织机构情况 调查各部门的管理业务活动情况。（调查重点之一） 在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求。（调查重点之二） (4) 确定新系统的边界,.,49,一、 调查用户需求的具体步骤, 调查组织机构情况 组织部门的组成情况 各部门的职责等,.,50,图： 某服装进销存管理

16、的组织结构图,组织结构调查,组织结构图：反映组织内部之间隶属关系的树状结构图。,.,51,一、 调查用户需求的具体步骤, 调查各部门的管理业务活动情况。（调查重点之一） 各个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,.,52,补充介绍：业务流程调查分析,管理业务流程调查：在管理功能的基础上将其细化，利用系统调查的资料将业务处理过程中的每一个步骤用一些简明的符号将其串联起来。 管理业务流程调查的作用： 可以帮助我们了解该业务的具体处理过程； 发现和处理系统调查工作中的错误和疏漏； 修改和删除原系统的不合理部分； 在新系统基础上优化业务处理流

17、程。 描述管理业务流程的图表有两种： 管理业务流程图/BPM（业务处理模型） 表格分配图,.,53,业务流程调查分析,二、业务流程的描述工具 1、业务流程图简介 业务流程图（transaction flow diagram，简称TFD)，就是用一些规定的符号及连线来表示某个具体业务处理过程。业务流程图的绘制基本上按照业务的实际处理步骤和过程绘制。换句话说，就是“文本”用图形方式来反映实际业务处理过程的“流水账”。 2、业务流程图图例及画法 业务流程图图例没有统一标准，但在同一系统开发过程中所使用理应是一致的。 画法如下：,.,54,业务流程调查分析,业务处理单位,业务处理功能描述,报表表格制作

18、,数据文件存档,收集/统计数据,信息传递过程,.,55,采购员从仓库收到缺货通知单以后，查阅定货合同单，若已订货，向供货单位发出催货请求，否则，填写订货单交供货单位。供货单位发出货物后，立即向采购员发出取货通知。,例1：根据以下业务调查文字材料绘制业务流程图,5.3 业务流程调查分析,.,56,供应商送来发货单及货物，供应科作如下处理： 审核发货单：经查询并核对合同文件，将不合格的发货单及货物退回供应商，将合格的发货单及货物送到库房，交给库管员。 处理到货：库房管理员对货物进行质量检验处理；若货物不合格则进行退货处理，开具退货单，将不合格货物退给供应商；货物检查合格则进行入库处理，填写入库单，

19、将货物入库，并向财务科发出付款通知。,例2：根据以下业务调查文字材料绘制业务流程图,5.3 业务流程调查分析,.,57,5.3 业务流程调查分析,例3：某领料业务流程图,.,58,业务流程调查分析,3、业务流程图的特点 按业务部门划分的横式图 图中描述的主体是票据、帐单 票据、帐单的流程路线与实际业务处理过程一一对应 4、业务流程图的作用 业务流程图是系统分析员作进一步系统分析的依据 业务流程是系统分析员，管理人员相互交流的思想工具 系统分析员可以直接在业务流程图上拟出计算机要处理部分 利用业务流程图分析业务流程是否合理,.,59,业务流程调查分析,三、业务流程分析 1、分析的目的 分析原有系

20、统中存在的问题是为了在新系统建设中予以克服或改进。系统中存在的问题可能是管理思想和方法落后，业务流程不尽合理，也可能是因为计算机信息系统的建设为优化原业务流程提供的新的可能性，这时，就需要在对现有业务流程进行分析的基础上进行业务流程重组，产生新的更为合理的业务流程。 2、分析的内容 业务流程分析过程包括以下内容: 原有流程的分析。分析原有的业务流程的各处理过程是否具有存在的价值，其中哪些过程可以删除或合并，原有业务流程中哪些过程不尽合理，可以进行改进或优化,.,60,业务流程调查分析,业务流程的优化。原有业务流程中哪些过程存在冗余信息处理，可以按计算机信息处理的要求进行优化，流程的优化可以带来

21、什么好处。 确定新的业务流程。画出新系统的业务流程图 新系统的人机界面。 四、业务流程的重组 调查和分析的重点是： 不合理的业务流程有哪些？ 不合理的业务流程产生的历史原因是什么？ 改进措施有哪些？以及改进会涉及到哪些方面（包括涉及面以及技术支持）？ 改进前后对组织的目标的影响有多大？,.,61,调查与初步分析用户需求（续）, 在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求。（调查重点之二） 信息要求 处理要求 安全性与完整性要求,.,62,调查与初步分析用户需求（续）, 对前面调查的结果进行初步分析 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让计算机完成 确定哪些活动由人工

22、完成 由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能。,.,63,二、常用调查方法,做需求调查时，往往需要同时采用多种方法 无论使用何种调查方法，都必须有用户的积极参与和配合 设计人员应该和用户取得共同的语言，帮助不熟悉计算机的用户建立数据库环境下的共同概念，并对设计工作的最后结果共同承担责任,.,64,常用的调查方法有： 跟班作业 开调查会 请专人介绍。 询问 设计调查表请用户填写 查阅记录,.,65,三、进一步分析和表达用户需求,分析和表达用户需求的常用方法: 自顶向下的结构化分析方法 （Structured Analysis，简称SA方法） SA方法从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解的

23、方式分析系统，并用数据流图和数据字典描述系统。 SA方法的中心问题是把功能逐层分解为多个子功能，并在功能分解的同时进行相应的数据分析与分解-形成若干层次的数据流图 （Data Flow Diagram，简称DFD)和相应的数据字典（Data Dictionary，简称DD）。,.,66,补充:数据、数据流程调查与分析,一、数据、数据流程调查 1、数据流程 数据流程指数据在系统中产生、传输、加工处理、使用、存储的过程。 2、数据、数据流程调查的内容 ： 收集原系统全部输入单据（如入库单、收据、凭证）、输出报表和数据存储介质（如账本、清单）的典型格式。 在上述各种单据、报表、账本的典型样品上或用附

24、页注明制作单位、报送单位、存放地点、发生频度（如每月制作几张）、发生的高峰时间及发生量等。 在上述各种单据、报表、账册的典型样品上注明各项数据的类型（数字、字符）、长度、取值范围（指最大值和最小值）。,.,67,数据、数据流程调查与分析,二、数据流程分析 数据流程的分析： 即把数据在组织(或原系统)内部的流动情况抽象地独立出来，舍去了具体组织机构、信息载体、处理工作、物资、材料等，单从数据流动过程来考查实际业务的数据处理模式。 数据流程分析的主要内容: 包括对信息的流动、传递、处理、存储等的分析。,.,68,数据、数据流程调查与分析,二、数据流程分析 数据流程分析的目的: 就是要发现和解决数据

25、流通中的问题。这些问题包括:数据流程不畅，前后数据不匹配，数据处理过程不合理等等。 数据流程分析的表达: 现有的数据流程分析多是通过分层的数据流程图(data flow diagram，简称DFD)来实现的。,.,69,数据、数据流程调查与分析,三、数据流程的描述工具、画法及其特点 1、数据流程图的定义（Data Flow Diagram，DFD） 数据流程图是一种能全面地描述信息系统逻辑模型的主要工具，它可以用少数几种符号综合地反映出信息在系统中的流动、处理和存储情况。,.,70,数据、数据流程调查与分析,2、数据流程图的特征： 抽象性。 概括性。 3、数据流程图的作用 ： 系统分析员用这种

26、工具自顶向下分析系统信息流程； 可在图上画出计算机处理的部分； 根据逻辑存储，进一步作数据分析，可向数据库设计过渡； 根据数据流向，定出存取方式； 对应一个处理过程，可用相应的程序语言来表达处理方法，向程序设计过渡。,.,71,数据、数据流程调查与分析,4、数据流程图基本符号: 常见的数据流程图有两种： 一种是以方框、连线及其变形为基本图例符号来表示数据流动过程。 一种是以圆圈及连接弧线作为其基本符号来表示数据流动过程。 这两种方法实际表示一个数据流程的时候，大同小异，但是针对不同的数据处理流程却各有特点。,.,72,数据、数据流程调查与分析,5、数据流程图画法： 自上而下，逐层展开； 按“处

27、理”逐步分解，形成若干层次的数据流图 下一层次的数据流图是对上级某个“处理” 的细化 输入输出，保持平衡。 下一层次数据流图的输入、输出与上层应一致,.,73,说明1:按“处理”逐步分解，形成若干层次的数据流图,.,74,说明1:按“处理”逐步分解，形成若干层次的数据流图(续),数据流程图分多少层次应根据现实际情况而定。为了提高规范化程度，有必要对图中各个元素加以编号。 通常在编号之首冠以字母，用以表示不同的元素，可以用P表示处理，F表示数据流， D表示数据存储， S表示外部实体。 例如： P3.1.2 表示第三子系统第一层图的第二个处理。,.,75,说明2:下一层次数据流图的输入、输出与上层

28、应一致,a,.,76,例1: 根据数据流图的设计原则,阅读下图所示的数据流图,找出其中的错误之处.,说明3: 数据流图中还需要注意的几个问题 1.实体之间不能有数据流 2. 外部实体和数据存储之间不能有数据流 3. 处理前后的数据流应不同名 4. 不能存在只有输入和输出的处理,.,77,进一步分析和表达用户需求（续）,6、绘制数据流程图的基本步骤： (A).首先把任何一个系统都抽象为：,.,78,进一步分析和表达用户需求（续）,(B)分解处理功能和数据 （1）分解处理功能 将处理功能的具体内容分解为若干子功能，再将每个子功能继续分解，直到把系统的工作过程表达清楚为止。 （2）分解数据 在处理功

29、能逐步分解的同时，其所用的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图 数据流图表达了数据和处理过程的关系 （3）表达方法 处理过程：用判定表或判定树来描述 数据：用数据字典来描述 (C)将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可,.,79,例1:某财务系统数据流程绘制,.,80,P0（账务处理）的数据流程图：,.,81,例2: 图书馆管理系统中”借书”业务流程的分析,.,82,.,83,.,84,采购员从仓库收到缺货通知单以后，查阅定货合同单，若已订货，向供货单位发出催货请求，否则，填写订货单交供货单位。供货单位发出货物后，立即向采购员发出取货通知。,例3：根据以下业务调查文字材料绘制业务流程图,.

30、,85,例3：根据以下业务调查文字材料绘制 数据流程图,.,86,供应商送来发货单及货物，供应科作如下处理： 审核发货单：经查询并核对合同文件，将不合格的发货单及货物退回供应商，将合格的发货单及货物送到库房，交给库管员。 处理到货：库房管理员对货物进行质量检验处理；若货物不合格则进行退货处理，开具退货单，将不合格货物退给供应商；货物检查合格则进行入库处理，填写入库单，将货物入库，并向财务科发出付款通知。,例4：根据以下业务调查文字材料绘制业务流程图,.,87,例4：根据以下业务调查文字材料绘制数据流程图,.,88,例3：订货业务的数据流图,用户,订货处理,订货单,发票,P1,S1 订货单存档,

31、订货处理的第一层数据流图,订货单,.,89,S7 信用手册,S3 库存帐,订货业务的数据流图,用户,订货处理,订货单,P1.1,S6 应收帐,开付款通知,开发货票和记帐,P1.3,付款通知单,发货票,发货通知,S1订货单存档,S4 待付款订货单,S5 等有货再发货订货单,订货单,订货单,订货单,订货单,.,90,7.2 需求分析,7.2.1 需求分析的任务 7.2.2 需求分析的方法 7.2.3 数据字典 7.2.4 需求分析注意点,.,91,7.2.3 数据字典,一、数据字典的用途 二、数据字典的内容,.,92,一、数据字典的用途,数据字典: 是对数据流程图中的数据项、数据结构、数据流、处理

32、逻辑、数据存储和外部实体进行定义和描述的工具，也是数据分析和管理工具，同时也是系统设计阶段进行数据库设计的重要依据。 数据字典是各类数据描述的集合 数据字典是对数据流图的补充说明 数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。 数据字典在数据库设计中占有很重要的地位,.,93,二、数据字典的内容,数据字典的内容： 数据项：数据项是数据的最小组成单位 数据结构：若干个数据项可以组成一个数据结构 数据流 数据存储 处理过程 外部实体(有些没有要求) 数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流、数据存储的逻辑内容。,.,94, 数据项,数据项是不可再分的数据单位 对数据项的描述： 数

33、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，与其他数据项的逻辑关系 注意：取值范围、与其他数据项的逻辑关系定义了数据的完整性约束条件,.,95,数据、数据流程调查与分析,举例：数据项定义：,.,96,例：学生学籍管理子系统，数据字典的定义（示例） “学号”数据项可以如下描述： 数据项：学号 含义说明：唯一标识每个学生 别名：学生编号 类型：字符型 长度：8 取值范围：00000000至99999999 取值含义：前两位标明该学生所在年级，后六位按顺序编号 与其他数据项的逻辑关系：,.,97, 数据结构,数据结构反映了数据之间的组合关系。 一个数据结构可以由若

34、干个数据项组成，也可以由若干个数据结构组成，或由若干个数据项和数据结构混合组成。 对数据结构的描述 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,.,98,“学生” 数据结构的描述如下： 数据结构：学生 含义说明：是学籍管理子系统的主体数据结构，定义了一个学生的有关信息 组成：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级,.,99, 数据流,数据流是数据结构在系统内传输的路径。 对数据流的描述 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 数据流来源是说明该数据流来自哪个过程 数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去 平均流量是指在单位时间（每

35、天、每周、每月等）里的传输次数 高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量,.,100,“体检结果”数据流的描述如下： 数据流：体检结果 说明：学生参加体格检查的最终结果 数据流来源：体检 数据流去向：批准 组成： 平均流量： 高峰期流量：,.,101, 数据存储,数据存储是数据结构停留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一。 对数据存储的描述 数据存储描述数据存储名，说明，编号， 流入的数据流 ，流出的数据流 ， 组成:数据结构，数据量，存取方式 流入的数据流：指出数据来源 流出的数据流：指出数据去向 数据量：每次存取多少数据，每天（或每小时、每周等）存取几次等信息 存取方法：批处理 / 联机处

36、理；检索 / 更新；顺序检索 / 随机检索,.,102,“学生登记表”数据存储的描述如下： 数据存储：学生登记表 说明：记录学生的基本情况 流入数据流： 流出数据流： 组成： 数据量：每年3000张 存取方式：随机存取,.,103, 处理过程,处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息 处理过程说明性信息的描述 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,.,104,“分配宿舍”处理过程的描述如下： 处理过程：分配宿舍 说明：为所有新生分配学生宿舍 输入：学生，宿舍， 输出：宿舍安排 处理：在新生报到后，为所有新

37、生分配学生宿舍。要求同一间宿舍只能安排同一性别的学生，同一个学生只能安排在一个宿舍中。每个学生的居住面积不小于3平方米。安排新生宿舍其处理时间应不超过15分钟。,.,105,7.2.4 需求分析注意点 确定用户需求是一件很困难的事情。 这是因为： 第一，应用部门的业务人员常常缺少计算机的专业知识，而数据库设计人员又常常缺乏应用领域的业务知识，因此相互的沟通往往比较困难。 第二，不少业务人员往往对开发计算机系统有不同程度的抵触情绪。有的认为需求调查影响了他们的工作，给他们造成了负担，特别是新系统的建设常常伴随企业管理的改革，这会遇到不同部门不同程度的抵触。 第三，应用需求常常在不断改变，使系统设

38、计也常常要进行调整甚至要有重大改变。,.,106,面对这些困难，设计人员特别应该注意： 1用户参与的重要性 2用原型法来帮助用户确定他们的需求 3预测系统的未来改变,.,107,四、需求分析小结,P211图7.6,用户需求,.,108,第七章 数据库设计,7.1 数据库设计概述 7.2 需求分析 7.3 概念结构设计 7.4 逻辑结构设计 7.5 数据库的物理设计 7.6 数据库实施和维护 7.7 小结,.,109,将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计。 概念结构是对现实世界的一种抽象，抽取人们关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以

39、描述。,.,110,7.3.1 概念结构 概念结构的特点： （1）能够充分反映现实世界，包括实体和实体之间的联系，是现实世界的一个真实模型。 （2）易于理解，便于和不熟悉计算机的用户交换意见，使用户易于参与。 （3）易于更改，当现实世界需求改变时，概念结构又可以很容易地作相应调整。 （4）易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换,.,111,7.3.2 概念结构设计的方法与步骤 1. 概念结构设计的方法 设计概念结构通常有四类方法： （1）自顶向下 （2）自底向上 （3）逐步扩张 （4）混合策略 其中最经常采用的策略是自底向上方法。即自顶向下地进行需求分析，然后再自底向上地设计概念结构，如图7

40、.8所示。 无论采用哪种设计方法，一般都以E-R模型为工具来描述概念结构。,.,112,.,113,按自底向上的方法设计概念结构的步骤通常分为两步： （1）首先要根据需求分析的结果（数据流图、数据字典等）对现实世界的数据进行抽象，设计各个局部视图即分E-R图 （2）集成局部视图,.,114,.,115,7.3.3 数据抽象与局部视图设计 1.数据抽象 (1).抽象 抽象是对实际的人、物、事和概念的人为处理。它抽出人们关心的共同特性。忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以描述。这些概念组成了某种模型。 (2).抽象的分类 (A)分类（Classification ） (B)聚集（Ag

41、gregation） (C)概括（Generalization）,.,116,(A)分类（Classification ） 定义某一概念作为现实世界中一组对象的类型。这些对象具有某些共同的特性和行为。 它抽象了对象值和型之间的“is member of”的语义。 在E-R模型中，实体型就是这种抽象。,王平,.,117,(B)聚集（Aggregation） 定义某一类型的组成部分。 它抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义。 在E-R模型中,若干属性的聚集组成的实体型，就是这种抽象。,Is part of,班级,.,118,(C)概括（Generalization） 定义类型

42、之间的一种子集联系。 它抽象了类型之间的“is subset of”的语义。 概括具有一个很重要的性质：继承性。子类继承超类上定义的所有抽象。子类可以增加自己的某些特殊属性。,学生,本科生,Is subset of,研究生,.,119,.,120,设计分E-R图的步骤： 1.选择局部应用 根据系统的具体情况，在多层的数据流图中选择一个适当层次的（经验很重要）数据流图为出发点，设计分E-R图。 2.逐一设计分E-R图 3. 调整划分实体、属性,.,121,设计分E-R图的步骤： 1.选择局部应用 根据系统的具体情况，在多层的数据流图中选择一个适当层次的（经验很重要）数据流图，让这组图中每一部分对

43、应一个局部应用，即可以这一层次的数据流图为出发点，设计分E-R图。 一般以中层数据流图作为设计分E-R图的依据（如图7.14所示）。,.,122,.,123,设计分E-R图的步骤： 2.逐一设计分E-R图 选择好局部应用之后，就要对每个局部应用逐一设计分E-R图。 对每个局部应用设计分E-R图。标定局部应用中的实体、实体的属性、标识实体的码，确定实体之间的联系及其类型（1:1、1:n、m:n） 在现实世界中具体的应用环境常常对实体和属性已经作了大体的自然的划分。 在需求分析阶段得到的“数据存储”、数据字典中的“数据结构”和“数据流”都是若干属性有意义的聚合，就体现了这种划分。可以先从这些内容出

44、发定义E-R图。,.,124,设计分E-R图的步骤： 3. 调整如何划分实体、属性 调整的基本准则是：在给定的应用环境中 （）作为“属性”，不能再具有需要描述的性质。即属性不能是另一些属性的聚集。 （）属性不能与其它实体具有联系，即ER图中的联系是实体之间的联系。 注意： 符合上述两条的“事物”一般作为属性来对待。 能够作为属性的，尽量作为属性对待，目的在于简化ER图的处置。,.,125,图7.15 职称作为一个实体,称,.,126,图7.16 病房作为一个实体,.,127,例1： 销售管理字系统分E-R的设计（P213）,.,128,.,129,.,130,图7.20 处理订单,.,131,

45、图7.21 开发票,.,132,图7.22 支付过账,.,133,分析数据流图和数据字典，知道整个系统功能围绕了“订单”和“应收账款”的处理。数据结构中订单、顾客、顾客应收账目用得最多，它们是许多子功能和数据流共享的数据，因此先设计该分E-R图的草图（如图7.23所示）。,7.3 概念结构设计,.,134,图7.23 销售管理子系统分E-R图的框架,.,135,图中在订单实体与产品实体之间的问号“？”表示还不能确定这两个实体之间的联系类型。 然后参照第二层数据流图和数据字典中的详尽描述，遵循前面给出的两个准则，进行如下调整：,.,136,（1）每张订单由订单号、若干头信息和订单细节组成。订单细

46、节又有订货的零件号、数量等来描述。按照准则（2），订单细节就不能作订单的属性处理而应该上升为实体。 （2）一张订单可以订若干产品，所以订单与订单细节两个实体之间是1n的联系。 （3）原订单和产品的联系实际上是订单细节和产品的联系。每条订货细节对应一个产品描述，订单处理时从中获得当前单价、产品重量等信息。,.,137,（4）图7.21中“发票清单”是一个数据存储，无须作为实体加入分E-R图。这里的数据存储对应手工凭证，发票上的信息在开具发票同时已及时存入应收账款中了。 （5）工厂对大宗订货给予优惠。每种产品都规定了不同订货数量的折扣，应增加一个“折扣规则”实体存放这些信息，而不应把它们放在产品描

47、述实体中。 最后得到分E-R图如图7.24所示。,.,138,图7.24 销售管理子系统的分E-R图,.,139,对每个实体定义的属性如下： 顾客：顾客号，顾客名，地址，电话，信贷状况，账目余额 定单：订单号，顾客号，订货项数，订货日期，交货日期，工种号，生产地点 定单细则：订单号，细则号，零件号，订货数，金额,.,140,应收账款：顾客号，订单号，发票号，应收金额，支付日期，支付金额，当前余额，货款限额 产品描述：产品号，产品名，单价，重量 折扣规则：产品号，订货量，折扣 注意：实体的标识码用下横线划出。,.,141,例2：学校管理系统学籍管理子系统 学籍管理局部应用中主要涉及的实体包括学生

48、、宿舍、档案材料、班级、班主任。那么，这些实体之间的联系又是怎样的呢？ 由于一个宿舍可以住多个学生，而一个学生只能住在某一个宿舍中，因此宿舍与学生之间是1:n的联系。 由于一个班级往往有若干名学生，而一个学生只能属于一个班级，因此班级与学生之间也是1:n的联系。 由于班主任同时还要教课，因此班主任与学生之间存在指导联系，一个班主任要教多名学生，而一个学生只对应一个班主任，因此班主任与学生之间也是1:n的联系。 学生和他自己的档案材料之间。 班级与班主任之间都是1:1的联系。,.,142,进一步斟酌该E-R图，做适当调整。 (1) 在一般情况下，性别通常作为学生实体的属性，但在本局部应用中，由于

49、宿舍分配与学生性别有关，根据准则，应该把性别作为实体对待。 (2) 数据存储“学生登记表”，由于是手工填写，供存档使用，其中有用的部分已转入学生档案材料中，因此这里就不必作为实体了。,.,143,学籍管理局部应用的分E-R图：,.,144,实体的属性分别为： 学生：学号，姓名，出生日期， 档案材料：档案号， 班级：班级号，学生人数 班主任：职工号，姓名，性别，是否为优秀班主任 宿舍：宿舍编号，地址，人数 教室：教室编号，地址，容量 其中： 有下划线的属性为实体的码,.,145,课程管理局部应用的分E-R图：,.,146,各实体的属性分别为： 学生：姓名，学号，性别，年龄，所在系，年级，平均成绩

50、 课程：课程号，课程名，学分 教师：职工号，姓名，性别，职称 教科书：书号，书名，价钱 教室：教室编号，地址，容量,.,147,7.3.4 视图的集成 视图集成就是把上一步得到的各个分ER图综合成一个总ER图。 视图集成的两种方式： （1）多个分E-R图一次集成（图7.25（a） （2）逐步集成（图7.25 (b)） 视图的集成步骤： （1）合并解决冲突，生成初步ER图 （2）修改与重构消除不必要的冗余，生成基本ER图,.,148,.,149,7.3.4 视图的集成 一、合并分E-R图，生成初步E-R图 各分E-R图之间的冲突主要有三类： （1）属性冲突 （2）命名冲突 （3）结构冲突,.,1

51、50,7.3.4 视图的集成 属性冲突协商解决 (1) 属性域冲突，即属性值的类型、取值范围或取值集合不同。 (2) 属性取值单位冲突。 命名冲突 协商解决(1) 同名异义。 (2) 异名同义（一义多名）。 结构冲突 根据应用的语义对实体联系的类型进行综合或调整(1) 同一对象在不同应用中具有不同的抽象。 (2) 同一实体在不同局部视图中所包含的属性不完全相同，或者属性的排列次序不完全相同。 (3) 实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型。,.,151,5 视图集成,局部的E-R图又称为局部视图，将多个局部E-R图合并成一张完整的E-R图的过程称为视图集成。 视图集成的方法：选择两个具有

52、相同实体的E-R图，通过相同实体将两个E-R图连结起来构成一个E-R图，然后再与其它E-R图连结直到将所有的局部E-R图全部连结成一个E-R图，称为全局E-R图。,.,152,5 视图集成,合并后的E-R图可能存在冗余：,由于Q3可以由Q2和Q1得到，故Q3多余，同时“使用”联系也可以由“构成”和“消耗”传递表达，故“使用”多余，可以去掉该联系及其属性。另外，实体中的派生属性也是冗余属性，应去掉。,.,153,视图集成后形成的整体整体概念结构还必须进行进一步验证，确保它能够满足下列条件： （1）整体概念结构内部必须具有一致性，即不能存在互相矛盾的表达。 （2）整体概念结构能准确地反映原来的每个

53、视图结构，包括属性、实体及实体间的联系。 （3）整体概念结构能满足需求分析阶段所确定的所有要求。 整体概念结构最终还应该提交给用户，征求用户和有关人员的意见，进行评审、修改和优化，然后把它确定下来，作为数据库的概念结构，作为进一步设计数据库的依据。,.,154,各实体及其属性如下：,例1：根据以下信息绘制CDM,.,155,顾客/书店（Customer/Store）间的联系： 一个顾客能够在零个或多个书店购书； 一个书店有零个或多个顾客。 l 顾客/地址（Customer/Address）间的联系： 一个顾客有零个或多个地址； 一个地址一定只有一个顾客，并且地址是由顾客确定的。 l 顾客/定单

54、（Customer/Order）间的联系： 一个顾客能够发出零个或多个定单； 一个定单只能被唯一的一个顾客预定。 l 销售人员/定单（Salesperson/Order）间的联系： 一个销售人员能够接受零个或多个定单； 一个定单必须被一个销售人员接受，并且仅有一个销售人员接受。 l 销售人员/书店（Salesperson/Store）间的联系： 一个销售人员工作在一个书店，并且只能工作在一个书店中； 一个书店雇佣零个或多个销售人员。,实体间的联系如下描述：,.,156,正确的CDM如下：,.,157,第七章 数据库设计,7.1 数据库设计概述 7.2 需求分析 7.3 概念结构设计 7.4 逻

55、辑结构设计 7.5 数据库的物理设计 7.6 数据库实施 7.7 数据库运行与维护 7.8 小结,.,158,7.4 逻辑结构设计,逻辑结构设计的任务 概念结构是各种数据模型的共同基础 为了能够用某一DBMS实现用户需求，还必须将概念结构（基本E-R图）进一步转化为相应的数据模型，这正是数据库逻辑结构设计所要完成的任务。,.,159,设计逻辑结构时一般要分三步进行： （1）将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型 （2）将转化来的关系、网状、层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换 （3）对数据模型进行优化,7.4 逻辑结构设计,.,160,.,161,概念结构 基本E-R图,一般数据模型

56、 关系，网状，层次,特定的DBMS 支持下的数据模型,优化的数据 模型,转换 规则,DBMS的 特点和限制,优化 方法,图7.31 逻辑结构设计的三个步骤,7.4 逻辑结构设计,.,162,7.4 逻辑结构设计,7.4.1 E-R图向关系模型的转换 7.4.2 向特定DBMS规定的模型进行转换 7.4.3 数据模型的优化 7.4.4 设计用户子模式,.,163,7.4.1 E-R图向关系模型的转换,一、转换内容 二、转换原则,.,164,E-R图向关系模型的转换（续）,一、转换内容： E-R图由实体、实体的属性和实体之间的联系三个要素组成 关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合 将E-R图转换

57、为关系模型：将实体、实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式。,.,165,二、转换原则： (1)一个实体型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。 (2)一个联系转换为一个关系模式。与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性。而关系的码则由联系的类型分为三种情况。 (3)具有相同码的关系模式可合并。,E-R图向关系模型的转换（续）,.,166,实体、联系的转换示例：,图 A,图 B,图 C,.,167,联系的表示方法示例(续),图 D,图 E,.,168,E-R图向关系模型的转换（续）,转换原则 一个实体型转换为一个关系模式。 关系的属性：实体型

58、的属性 关系的码：实体型的码 例，学生实体可以转换为如下关系模式： 学生（学号，姓名，出生日期，所在系， 年级，平均成绩）,.,169,.,170,E-R图向关系模型的转换（续）, 一个m:n联系转换为一个关系模式。 关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的码：各实体码的组合 例，“选修”联系是一个m:n联系，可以将它转换为如下关系模式，其中学号与课程号为关系的组合码： 选修（学号，课程号，成绩）,.,171,E-R图向关系模型的转换（续）, 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。 1) 转换为一个独立的关系模式 关系的属性：与该联系

59、相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的码：n端实体的码,.,172,E-R图向关系模型的转换（续）, 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。 2) 与n端对应的关系模式合并 合并后关系的属性：在n端关系中加入1端关系的码和联系本身的属性 合并后关系的码：不变 可以减少系统中的关系个数，一般情况下更倾向于采用这种方法,.,173,E-R图向关系模型的转换（续）,例，“组成”联系为1:n联系。 将其转换为关系模式的两种方法： 1)使其成为一个独立的关系模式： 组成（学号，班级号） 2)将其学生关系模式合并： 学生（学号，姓名，出生日期，所在系，年级，班级号，平均成绩）,.,174,E-R图向关系模型的转换（续）, 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。 1) 转换为一个独立的关系模式 关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系