數(shù)據(jù)庫武大版6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計.ppt

計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,第六章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,第六章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護 6.8 小結(jié),6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點 6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述 6.1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述（續(xù)）,什么是數(shù)據(jù)庫設(shè)計 數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求（信息要求和處理要求） 在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域內(nèi)，常常把使用數(shù)據(jù)庫的各類系統(tǒng)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ) 把信息系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)按一定的模型組織起來 提供存儲、維護、檢索數(shù)據(jù)的功能 使信息系統(tǒng)可以方便、及時、準確地從數(shù)據(jù)庫中獲得所需的信息 數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的各個部分能否緊密地結(jié)合在一起以及如何結(jié)合的關(guān)鍵所在 數(shù)據(jù)庫設(shè)計是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的重要組成部分,數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)該具備的技術(shù)和知識,數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù) 計算機科學(xué)的基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計的方法和技巧 軟件工程的原理和方法 應(yīng)用領(lǐng)域的知識,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點 6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述 6.1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點,數(shù)據(jù)庫建設(shè)是硬件、軟件和干件的結(jié)合 三分技術(shù)，七分管理，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 技術(shù)與管理的界面稱之為“干件” 數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)該與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合 結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)）設(shè)計：設(shè)計數(shù)據(jù)庫框架或數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 行為（處理）設(shè)計：設(shè)計應(yīng)用程序、事務(wù)處理等,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點（續(xù)）,結(jié)構(gòu)和行為分離的設(shè)計 傳統(tǒng)的軟件工程忽視對應(yīng)用中數(shù)據(jù)語義的分析和抽象，只要有可能就盡量推遲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的決策 早期的數(shù)據(jù)庫設(shè)計致力于數(shù)據(jù)模型和建模方法研究，忽視了對行為的設(shè)計,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點（續(xù)）,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點 6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述 6.1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟,6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述,手工試湊法 設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計人員的經(jīng)驗和水平有直接關(guān)系 缺乏科學(xué)理論和工程方法的支持，工程的質(zhì)量難以保證 數(shù)據(jù)庫運行一段時間后常常又不同程度地發(fā)現(xiàn)各種問題，增加了維護代價,數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述（續(xù)）,規(guī)范設(shè)計法 手工設(shè)計方法 基本思想 過程迭代和逐步求精,數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述（續(xù)）,規(guī)范設(shè)計法(續(xù)) 典型方法 新奧爾良（New Orleans）方法 將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為四個階段 S.B.Yao方法 將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為五個步驟 I.R.Palmer方法 把數(shù)據(jù)庫設(shè)計當成一步接一步的過程,數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述（續(xù)）,計算機輔助設(shè)計 ORACLE Designer 2000 SYBASE PowerDesigner,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點 6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述 6.1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟,6.1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟,一、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的準備工作 選定參加設(shè)計的人員 1. 數(shù)據(jù)庫分析設(shè)計人員 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的核心人員 自始至終參與數(shù)據(jù)庫設(shè)計 其水平?jīng)Q定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的質(zhì)量,6.1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟,2. 用戶 在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中也是舉足輕重的 主要參加需求分析和數(shù)據(jù)庫的運行維護 用戶積極參與帶來的好處 加速數(shù)據(jù)庫設(shè)計 提高數(shù)據(jù)庫設(shè)計的質(zhì)量,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,3. 程序員 在系統(tǒng)實施階段參與進來，負責編制程序 4. 操作員 在系統(tǒng)實施階段參與進來，準備軟硬件環(huán)境,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(六個階段) 需求分析階段 準確了解與分析用戶需求（包括數(shù)據(jù)與處理） 是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費時間的一步,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵 通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型 對其進行優(yōu)化,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段 為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法）,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫實施階段 運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果 建立數(shù)據(jù)庫 編制與調(diào)試應(yīng)用程序 組織數(shù)據(jù)入庫 并進行試運行,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫運行和維護階段 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中必須不斷地對其進行評價、調(diào)整與修改。,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,設(shè)計一個完善的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)往往是上述六個階段的不斷反復(fù)。 P206圖6.2,設(shè)計特點,在設(shè)計過程中把數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)處理的設(shè)計緊密結(jié)合起來 將這兩個方面的需求分析、抽象、設(shè)計、實現(xiàn)在各個階段同時進行，相互參照，相互補充，以完善兩方面的設(shè)計 設(shè)計過程各個階段的設(shè)計描述：P208圖6.3,Creat Load,Main( ) if then end,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,物理設(shè)計,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫各級模式的形成過程(P209圖6.4) 需求分析階段 綜合各個用戶的應(yīng)用需求 概念設(shè)計階段 形成獨立于機器特點，獨立于各個DBMS產(chǎn)品的概念模式(E-R圖),數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,邏輯設(shè)計階段 首先將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型，如關(guān)系模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式 然后根據(jù)用戶處理的要求、安全性的考慮，在基本表的基礎(chǔ)上再建立必要的視圖(View)，形成數(shù)據(jù)的外模式,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）,物理設(shè)計階段 根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進行物理存儲安排，建立索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式,第六章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護 6.8 小結(jié),6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務(wù) 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數(shù)據(jù)字典,需求分析（續(xù)）,需求分析就是分析用戶的需要與要求 需求分析是設(shè)計數(shù)據(jù)庫的起點 需求分析的結(jié)果是否準確地反映了用戶的實際要求，將直接影響到后面各個階段的設(shè)計，并影響到設(shè)計結(jié)果是否合理和實用,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務(wù) 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數(shù)據(jù)字典,6.2.1 需求分析的任務(wù),一、需求分析的任務(wù) 二、需求分析的重點 三、需求分析的難點,一、需求分析的任務(wù),通過詳細調(diào)查現(xiàn)實世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)等），充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)）工作概況，明確用戶的各種需求 在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。新系統(tǒng)必須充分考慮今后可能的擴充和改變，不能僅僅按當前應(yīng)用需求來設(shè)計數(shù)據(jù)庫,二、需求分析的重點,需求分析的重點是調(diào)查、收集與分析用戶在數(shù)據(jù)管理中的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。 信息要求 用戶需要從數(shù)據(jù)庫中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì) 由用戶的信息要求可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)要求，即在數(shù)據(jù)庫中需要存儲哪些數(shù)據(jù),需求分析的重點（續(xù)）,處理要求 對處理功能的要求 對處理的響應(yīng)時間的要求 對處理方式的要求(批處理 / 聯(lián)機處理) 新系統(tǒng)的功能必須能夠滿足用戶的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。,三、需求分析的難點,確定用戶最終需求的難點 用戶缺少計算機知識，開始時無法確定計算機究竟能為自己做什么，不能做什么，因此無法一下子準確地表達自己的需求，他們所提出的需求往往不斷地變化。 設(shè)計人員缺少用戶的專業(yè)知識，不易理解用戶的真正需求，甚至誤解用戶的需求。 新的硬件、軟件技術(shù)的出現(xiàn)也會使用戶需求發(fā)生變化。,需求分析的難點(續(xù)),解決方法 設(shè)計人員必須采用有效的方法，與用戶不斷深入地進行交流，才能逐步得以確定用戶的實際需求,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務(wù) 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數(shù)據(jù)字典,6.2.2 需求分析的方法,調(diào)查清楚用戶的實際需求并進行初步分析 與用戶達成共識 進一步分析與表達這些需求,一、 調(diào)查與初步分析用戶需求, 調(diào)查組織機構(gòu)情況 組織部門的組成情況 各部門的職責等,調(diào)查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動情況。調(diào)查重點之一。 各個部門輸入和使用什么數(shù)據(jù) 如何加工處理這些數(shù)據(jù) 輸出什么信息 輸出到什么部門 輸出結(jié)果的格式是什么,調(diào)查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 在熟悉業(yè)務(wù)活動的基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求。調(diào)查重點之二。 信息要求 處理要求 完全性與完整性要求,調(diào)查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 對前面調(diào)查的結(jié)果進行初步分析 確定新系統(tǒng)的邊界 確定哪些功能由計算機完成或?qū)頊蕚渥層嬎銠C完成 確定哪些活動由人工完成 由計算機完成的功能就是新系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的功能。,二、常用調(diào)查方法,做需求調(diào)查時，往往需要同時采用多種方法 無論使用何種調(diào)查方法，都必須有用戶的積極參與和配合 設(shè)計人員應(yīng)該和用戶取得共同的語言，幫助不熟悉計算機的用戶建立數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的共同概念，并對設(shè)計工作的最后結(jié)果共同承擔責任,常用調(diào)查方法（續(xù)）,常用調(diào)查方法 跟班作業(yè) 通過親身參加業(yè)務(wù)工作了解業(yè)務(wù)活動的情況 能比較準確地理解用戶的需求，但比較耗時 開調(diào)查會 通過與用戶座談來了解業(yè)務(wù)活動情況及用戶需求 請專人介紹,常用調(diào)查方法（續(xù)）,詢問 對某些調(diào)查中的問題，可以找專人詢問 設(shè)計調(diào)查表請用戶填寫 如果調(diào)查表設(shè)計合理，則很有效，且易于為用戶接受 查閱記錄 查閱與原系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄,三、進一步分析和表達用戶需求,分析和表達用戶的需求的常用方法 自頂向下的結(jié)構(gòu)化分析方法（Structured Analysis，簡稱SA方法） SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機構(gòu)入手，采用逐層分解的方式分析系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,1首先把任何一個系統(tǒng)都抽象為：,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,2分解處理功能和數(shù)據(jù) （1）分解處理功能 將處理功能的具體內(nèi)容分解為若干子功能，再將每個子功能繼續(xù)分解，直到把系統(tǒng)的工作過程表達清楚為止。 （2）分解數(shù)據(jù) 在處理功能逐步分解的同時，其所用的數(shù)據(jù)也逐級分解，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)流圖表達了數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,（3）表達方法 處理過程：用判定表或判定樹來描述 數(shù)據(jù)：用數(shù)據(jù)字典來描述,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,3將分析結(jié)果再次提交給用戶，征得用戶的認可,四、需求分析小結(jié),P211圖6.6,需求分析小結(jié)（續(xù)）,實例：假設(shè)我們要開發(fā)一個學(xué)校管理系統(tǒng)。 1經(jīng)過可行性分析和初步需求調(diào)查，抽象出該系統(tǒng)最高層數(shù)據(jù)流圖，該系統(tǒng)由教師管理子系統(tǒng)、學(xué)生管理子系統(tǒng)、后勤管理子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)分別配備一個開發(fā)小組。 2進一步細化各個子系統(tǒng)。 其中學(xué)生管理子系統(tǒng)開發(fā)小組通過進行進一步的需求調(diào)查，明確了該子系統(tǒng)的主要功能是進行學(xué)籍管理和課程管理，包括學(xué)生報到、入學(xué)、畢業(yè)的管理，學(xué)生上課情況的管理。通過詳細的信息流程分析和數(shù)據(jù)收集后，他們生成了該子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務(wù) 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數(shù)據(jù)字典,6.2.3 數(shù)據(jù)字典,一、數(shù)據(jù)字典的用途 二、數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容,一、數(shù)據(jù)字典的用途,數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合 數(shù)據(jù)字典是進行詳細的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果 數(shù)據(jù)字典在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中占有很重要的地位,二、數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容,數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容 數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲 處理過程 數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)的最小組成單位 若干個數(shù)據(jù)項可以組成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義來描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內(nèi)容。, 數(shù)據(jù)項,數(shù)據(jù)項是不可再分的數(shù)據(jù)單位 對數(shù)據(jù)項的描述 數(shù)據(jù)項描述數(shù)據(jù)項名，數(shù)據(jù)項含義說明， 別名，數(shù)據(jù)類型，長度，取值范圍， 取值含義，與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系 取值范圍、與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系定義了數(shù)據(jù)的完整性約束條件, 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系。 一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以由若干個數(shù)據(jù)項組成，也可以由若干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，或由若干個數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)混合組成。 對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義說明， 組成:數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂健?對數(shù)據(jù)流的描述 數(shù)據(jù)流描述數(shù)據(jù)流名，說明，數(shù)據(jù)流來源， 數(shù)據(jù)流去向，組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 平均流量，高峰期流量 數(shù)據(jù)流來源是說明該數(shù)據(jù)流來自哪個過程 數(shù)據(jù)流去向是說明該數(shù)據(jù)流將到哪個過程去 平均流量是指在單位時間（每天、每周、每月等）里的傳輸次數(shù) 高峰期流量則是指在高峰時期的數(shù)據(jù)流量, 數(shù)據(jù)存儲,數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)停留或保存的地方，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一。 對數(shù)據(jù)存儲的描述 數(shù)據(jù)存儲描述數(shù)據(jù)存儲名，說明，編號， 流入的數(shù)據(jù)流 ，流出的數(shù)據(jù)流 ， 組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量，存取方式 流入的數(shù)據(jù)流：指出數(shù)據(jù)來源 流出的數(shù)據(jù)流：指出數(shù)據(jù)去向 數(shù)據(jù)量：每次存取多少數(shù)據(jù)，每天（或每小時、每周等）存取幾次等信息 存取方法：批處理 / 聯(lián)機處理；檢索 / 更新；順序檢索 / 隨機檢索, 處理過程,處理過程的具體處理邏輯一般用判定表或判定樹來描述。數(shù)據(jù)字典中只需要描述處理過程的說明性信息 處理過程說明性信息的描述 處理過程描述處理過程名，說明， 輸入:數(shù)據(jù)流，輸出:數(shù)據(jù)流， 處理:簡要說明,處理過程（續(xù)）,簡要說明：主要說明該處理過程的功能及處理要求 功能：該處理過程用來做什么 處理要求：處理頻度要求（如單位時間里處理多少事務(wù)，多少數(shù)據(jù)量）；響應(yīng)時間