数据库概论07(数据库设计).ppt

1,第七章 数据库设计,信息系统 IS Information System 管理信息系统 MIS Management Information System 决策支持系统 DSS Decision Support System 信息系统一般都建立在数据库系统之上。,2,7.1 数据库设计概述,计算机信息系统以数据库为核心，在DBMS的支持下，进行信息的收集、整理、存储、检索、更新、加工、统计和传输等操作。,3,1 什么是数据库设计 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数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）,4,2.数据库系统生存期,需求分析阶段 概念设计阶段 逻辑设计阶段物理设计阶段 数据库实施阶段运行维护阶段,5,3 最常见的数据库设计方法：基于E-R模型的数据库设计方法(概念模型）；基于3NF的数据库设计方法（逻辑模型）；基于视图概念的数据库设计方法（物理设计）；关系模式的设计方法；,6,7.2 需求分析,数据库设计的起点；综合各个用户的应用需求；准确地反映用户的实际需求；需求分析报告。,7,1.需求分析概述需求分析阶段的目标：对系统的整个应用情况作全面的详细调查，确定企业组织的目标，收集支持系统总的设计目标的基础数据和对这些数据的要求，确定用户的需求，并把这些要求写成用户和数据库设计者都能接受的文档。,8,2.需求分析的任务 需求分析的任务是调查应用领域，对应用领域中各应用的信息要求和操作要求进行详细分析，形成需求分析说明书。,9,3.结构化分析方法 结构化分析方法就是实使用DFD、DD、结构化语言、判定表、判定树等工具，来建立一种新的、称为结构化说明书的文档。其中DFD用以表达系统内数据的运动情况，DD定义系统中的数据。结构化语言、判定表和判定树都是用以描述数据流的加工。,10,结构化分析模型的体系结构,11,数据流图应用示例,【例3.1】一个采购部每天需要一张定货报表的数据流图。数据流分析 系统基本模型数据流图（最抽象的）数据流图的逐步求精第一步求精：定货系统基本模型可细化为“处理事务”和“产生报表”两个主要功能。第二步求精：对定货系统模型可以进一步求精。,12,定货系统数据流图（1）,13,定货系统数据流图（2）,14,数据字典数据字典是管理各种分析模型中出现的有关命名描述的一个集合（通常采用卡片集形式）。数据字典一般由数据流、数据流分量、数据存储和处理四类元素的定义组成。处理常用输入-处理-输出（IPO）视图描述。如果信息是一个复合对象，它还应有其组成部分描述。由数据元素组成数据信息的方式有顺序、选择和重复三种基本类型。可以使用这三种类型的任意组合定义数据字典中的任何条目。,15,表5-1 数据字典中的基本符号及其含义,16,数据字典应用示例,【例3.4】定货系统中部分卡片形式的数据定义。,17,7.3 概念模型设计,根据需求分析阶段形成的新系统需求分析说明书，把用户的信息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。用E-R图来描述现实世界的概念模型。概念模型设计的目标：是产生反映企业组织信息需求的数据库概念结构，即概念模式。概念模型设计是整个数据库设计的关键。,18,局部用户的信息需求是构造全局概念模式（概念模型）的基础。因此，要从个别用户的需求出发，为每个用户或每个对数据的观点与使用方式相似的用户集团建立一个相应的局部概念结构。常用的数据抽象方法是：分类、聚集和概括。,19,1.数据抽象 抽象有两种形式，一种是系统状态的抽象，即抽象对象；另一种是系统转换的抽象，即抽象运算。在数据库设计中，需要涉及到抽象对象和抽象运算。概念设计的目的就是要定义抽象对象的关系结构。,20,三种数据抽象 分类（classification）定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。在E-R模型中，实体型就是这种抽象。,学生,张英,王平,赵斌,is menber of,分类,21,聚集（aggregation）定义某一类型的组成成分。其数学意义就是笛卡儿积的概念。在E-R模型中若干属性的聚集组成了实体型，就是这种抽象。某一类型的成分仍是一个聚集。,22,学生,学号,姓名,班级,is part of,专业,仓库号 面积 主任,姓名 年龄 性别 工资,更复杂的聚集,聚集,23,概括（generalization）定义类型之间的一种子集联系，即将一组具有某些共同特征的对象合并成更高一层意义上的对象。,学生,is subset of,概括,本科生,研究生,超类,子类,24,2.采用E-R图方法的DB概念设计 过程：设计局部模式 把各局部模式综合成一个全局E-R模式 对全局E-R模式进行优化，得到最终的E-R模式，即概念模式,25,例：假设某公司在多个地区设有销售部经销本公司的各种产品，每个销售部聘用多名职工，且每名职工只属于一个销售部。销售部有部门名称、地区和电话等属性，产品有产品编码、品名和单价等属性，职工有职工号、姓名和性别等属性，每个销售部销售产品有数量属性。1根据上述语义画出E-R图，要求在图中画出属性并注明联系的类型；2试将E-R模型转换成关系模型，并指出每个关系模式的主码和外码。,26,7.5 逻辑结构设计,概念设计的结果是得到了一个与DBMS无关的概念模式。逻辑设计的任务：是把概念设计阶段设计好的基本E-R图转换为与选用的具体机器上的DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构（包括数据库模式和外模式）。,27,概念结构基本E-R图,图7.39 逻辑结构设计的过程,1.逻辑设计的步骤,关系网状 模型层次,具体的DBMS支持的数据模型,优化的数据模型,转换规则,优化方法,DBMS的特点和限制,28,2.E-R图向关系模型的转换 从E-R图转换到关系模型的对应关系较为简单，实体与联系都可以转换为关系，其属性相应地转换为关系的属性。关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合。E-R图向关系模型的转换要解决的问题是如何将实体和实体间的联系转换为关系模式，如何确定这些关系模式的属性和码。,29,转换的算法思想是：先处理实体型，再处理联系。这种转换一般遵循如下原则：实体到关系的转换 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。但关系的名不一定就用实体的名。,30,图7.42 实体转换成关系,31,实体间联系的转换 11联系 方案1 转换为一个独立的关系模式。此种情况时，则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，每个实体的码均是该关系的候选码。方案2 与任意一端对应的关系模式合并。此种情况时，则需要在该关系模式的属性中加入另一个关系模式的码和联系本身的属性。,32,E1,k,a,h,b,E2,s,R,1,1,图7.43 1:1联系,33,方案1 转换为一个独立的关系模式 E1(k,a),E2(h,b),R(k,h,s)或者 E1(k,a),E2(h,b),R(h,k,s)本方案是针对两个实体E1、E2均为非强制参与的情况，可以避免联系中出现空值。,h为候选码,k为候选码,34,方案2 与任意一端对应的关系模式合并 E1(k,a,h,s),E2(h,b)或者 E2(h,b,k,s),E1(k,a)本方案是针对两个实体中只有一个实体是强制参与的情况。这里假设E1是强制参与。,h为外键,k为外键,35,1n联系 方案1 转换为一个独立的关系模式。此种情况时，则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，而关系的码为n端实体的码。方案2 与n端对应的关系模式合并。此种情况时，则需要在n端实体类型转换成的关系模式中加入1端实体类型转换成的关系模式的码和联系类型本身的属性。,36,E1,k,a,h,b,E2,s,R,1,n,图7.44 1:n联系,37,方案1 转换为一个独立的关系模式 E1(k,a),E2(h,b),R(h,k,s)针对实体E2为非强制参与的情况，本方案可以避免联系中出现空值。,k为外键,38,方案2 与n端对应的关系模式合并 E1(k,a),E2(h,k,b,s)这是针对实体E2是强制参与的情况，每一个E2实体唯一地对应着一个实体E1。,k为外键,39,mn联系 转换为一个独立的关系模式。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，各实体码组成关系的码或关系码的一部分。,40,E1,k,a,h,b,E2,s,R,m,n,图7.45 m:n联系,41,转换为一个独立的关系模式 E1(k,a),E2(h,b),R(k,h,s),K，h构成复合主键,42,多元联系（三个或三个以上实体间的联系）转换为一个独立的关系模式。与该多元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，各实体码组成关系的码或关系码的一部分。,43,E1,k,a,h,b,E2,s,R,m,n,图7.46 多元联系,j,c,E3,p,44,转换为一个独立的关系模式 E1(k,a),E2(h,b),E3(j,c),R(k,h,j,s),K，h，j构成复合主键,45,例：假设某公司在多个地区设有销售部经销本公司的各种产品，每个销售部聘用多名职工，且每名职工只属于一个销售部。销售部有部门名称、地区和电话等属性，产品有产品编码、品名和单价等属性，职工有职工号、姓名和性别等属性，每个销售部销售产品有数量属性。1根据上述语义画出E-R图，要求在图中画出属性并注明联系的类型；2试将E-R模型转换成关系模型，并指出每个关系模式的主码和外码。,46,7.6 数据库的物理设计,数据库的物理结构：是指数据库在实际的物理设备上的存储结构和存取方法，它当然是完全依赖于给给定的计算机系统的。数据库的物理结构是与给定的硬件环境和DBMS软件产品有关的。因此数据库的物理设计依赖具体的DBMS产品。,47,对一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境要求的物理结构的过程，称为数据库的物理设计。数据库物理设计的主要目标是：提高数据库的性能；节省存储容量。,48,1.物理设计的步骤,数据库的物理设计通常分为两步：（1）确定数据库的物理结构。在RDBMS中主要指存取方法和存储结构；（2）对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率。具体地说，物理设计可分五步来完成，前三步涉及到物理数据库结构的设计，后两步涉及到约束和具体的程序设计。,49,存储记录结构设计 包括记录的组成、数据项的类型和长度，以及逻辑记录到存储记录的映射。确定数据存储安排 存放位置 存储分配,50,访问方法的设计 访问方法是给存储在物理设备上的数据提供存储和检索能力。一个访问方法包括存储结构和检索机构两个部分。对同一数据存储，对不同的用户访问要建立多条路径。访问路径的设计分成主访问路径（通常用主键）和辅助访问路径（通过辅助键的索引）的设计。,51,完整性和安全性 必须在系统的完整性、安全性等方面进行分析、并产生多种方案进行评价，以选择一个较优的方案。程序设计 当物理数据库独立性未得到保证时，可能会发生对程序的修改。,52,7.7 数据库的实施,完成数据库的物理设计之后，设计人员就要用RDBMS提供的数据定义语言将数据库逻辑设计和物理设计的结果严格描述出来，成为RDBMS可以接受的源代码，再经过调试产生目标模式，然后就可以组织数据入库了，这就是数据库实施阶段。,53,数据库实施阶段包括两项重要的工作：数据的载入；应用程序的编码和调试。,54,1.数据库数据的载入,往数据库中装入数据又称为数据库加载（Loading），是数据库实施阶段的主要工作。绝大多数情况下，需要设计一个数据输入子系统，其主要功能是从大量的原始数据文件中抽取、检验、分类、综合和转换为数据库需要的数据，把它们加工成数据库所要求的结构形式，最后把数据装入数据库中。数据库在加载过程中，还必须做好数据库的转储和恢复工作。,55,2.应用程序的编码和调试,数据库应用程序的设计应该与数据库设计同时进行，因此在组织数据入库的同时还要调试应用程序。应用程序的设计、编码和调试的方法、步骤在软件工程等课程中有详细解释，不再赘述。,56,输入一小部分数据后就可以开始对数据库系统进行联合调试，这又称为数据库的试运行。这一阶段要实际运行数据库应用程序，执行对数据库的各种操作，测试应用程序的功能是否满足设计要求。如果不满足，对应用程序部分则要修改和调整，直到达到设计要求为止。,3.数据库的试运行,57,7.8 数据库的维护,任何数据库只要它存在一天，就得不断地对它的设计进行评价、调整、修改甚至完全改变。因此数据库的维护不仅是保证数据库正确工作，维持正常运行，而且是设计工作的继续和提高。在数据库运行阶段，对数据库经常性的维护工作主要由DBA完成,58,7.8 数据库的维护,数据库维护工作主要包括：1数据库的转储和恢复 数据库的转储和恢复是系统正式运行后最重要的维护工作之一。2数据库的安全性、完整性控制 经常核实系统安全性是否受到侵犯，及时调整授权和密码。,59,3数据库性能的监督、分析和改造 在数据库运行过程中，监督系统运行，对监测数据进行分析，找出改进系统性能的方法是DBA的又一重要任务。4数据库的重组织与重构造 数据库运行一段时间后，由于记录不断增、删、改，会使数据库的物理存储情况变坏，降低了数据的存取效率，数据库性能下降，这时DBA就要对数据库进行重组织，或部分重组织（只对频繁增、删的表进行重组织）。RDBMS一般都提供数据重组织用的实用程序。,60,第七章作业,1.试述概念设计的具体步骤。2.试述采用E-R方法的数据库概念设计的过程。3.P234 19。,