數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論：第3章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和規(guī)范化2

1、第3章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和規(guī)范化13.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述一、為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)？ 一個(gè)信息系統(tǒng)的各個(gè)部分能否緊密地結(jié)合在一起以及如何結(jié)合，關(guān)鍵在數(shù)據(jù)庫。因此只有對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行合理地邏輯設(shè)計(jì)和有效地物理設(shè)計(jì)才能開發(fā)出完善而高效的信息系統(tǒng)。所以數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的重要組成部分。 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(hù)、檢索數(shù)據(jù)的功能 使信息系統(tǒng)可以方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地從數(shù)據(jù)庫中獲得所需的信息.2二、什么是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)？ 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)就是對于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境 構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式； 建立高效的數(shù)據(jù)庫以及應(yīng)用系統(tǒng)； 確定良好地存儲結(jié)構(gòu)和存取方法的物理設(shè)計(jì)； 滿足用戶的信息要求和

2、處理要求； 能夠廣泛地被數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受；3三、常見的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法（1）關(guān)系模式的設(shè)計(jì)方法（2）新奧爾良（New Orleans）設(shè)計(jì)方法（3）基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法（4）基于3NF的設(shè)計(jì)方法（5）基于抽象語法規(guī)范的設(shè)計(jì)方法（6）計(jì)算機(jī)輔助數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法4四、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟：系統(tǒng)規(guī)劃階段需求分析階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段5系統(tǒng)規(guī)劃的任務(wù)：確定系統(tǒng)名稱、范圍確定系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)功能和性能確定系統(tǒng)所需要的資源確定系統(tǒng)開發(fā)成本確定系統(tǒng)實(shí)施計(jì)劃和進(jìn)度確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和技術(shù)路線3.3 系統(tǒng)規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃的成果：可行性分析報(bào)告數(shù)據(jù)庫

3、應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃書 63.4 需求分析一、需求分析定義與任務(wù)需求分析就是分析用戶的需要與要求需求分析是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的起點(diǎn)需求分析的結(jié)果是否準(zhǔn)確地反映了用戶的實(shí)際要求，將直接影響到后面各個(gè)階段的設(shè)計(jì)，并影響到設(shè)計(jì)結(jié)果是否合理和實(shí)用。需求分析的重點(diǎn)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。7二、需求分析的步驟（1）首先調(diào)查組織機(jī)構(gòu)情況 （2）然后調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動情況（3）協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求（4）確定新系統(tǒng)的邊界 8三、需求分析常用的調(diào)查方法 （1）跟班工作（2）開調(diào)查會（3）請人介紹（4）詢問（5）設(shè)計(jì)調(diào)查表請用戶填寫（6）查閱各種規(guī)章、制度、票據(jù)、合同

4、等資料。 往往同時(shí)采用上述多種方法9四、需求分析的階段性成果 當(dāng)需求分析完成后，最終產(chǎn)生階段性的成果：系統(tǒng)需求說明書，包括數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)表格、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖和必要的說明。需求說明書主要包括：(1) 數(shù)據(jù)流圖(2) 數(shù)據(jù)字典10(1) 數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)流圖(Data Flow Diagram, 簡記為DFD) 是用圖形方式來表達(dá)系統(tǒng)的邏輯功能，以及數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯流向和邏輯變換過程。任何一個(gè)系統(tǒng)都可以抽象下面的數(shù)據(jù)流圖形式。11數(shù)據(jù)流圖的基本符號如下：箭頭，表示數(shù)據(jù)流；：方框，表示數(shù)據(jù)的源點(diǎn)或終點(diǎn)；：圓或橢圓，表示加工或處理；：雙杠，表示數(shù)據(jù)存儲。12數(shù)據(jù)流圖的實(shí)例 13(2) 數(shù)據(jù)

5、字典數(shù)據(jù)字典(Data Dictionary, 簡記為DD)是各類數(shù)據(jù)描述的集合，通常包括數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和處理過程五個(gè)部分。 數(shù)據(jù)項(xiàng)是數(shù)據(jù)的最小組成單位。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系，若干個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)可以組成 一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 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?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)流來源去向 之一。 處理過程包括處理名、處理的簡要說明、輸入輸出數(shù)據(jù)流等.14客觀事物概念模型DBMS所支持的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型認(rèn)識、抽象信息世界機(jī)器世界現(xiàn)實(shí)世界3.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其主要任務(wù)是在需求分析階段產(chǎn)生的需求說明書的基礎(chǔ)上，

6、按照特定的方法把它們抽象為一個(gè)不依賴于任何具體機(jī)器的數(shù)據(jù)模型，即概念模型 。16一、 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法概念設(shè)計(jì)可以采用：自頂向下自底向上逐步擴(kuò)張混合策略1718 E-R(Entity relationship model)模型,簡稱ER模型,是由美籍華人陳平山于1976 年提出的。是對現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象，將現(xiàn)實(shí)世界的信息結(jié)構(gòu)統(tǒng)一用屬性，實(shí)體以及實(shí)體之間的聯(lián)系來描述。 E-R模型的主要成份是實(shí)體、聯(lián)系和屬性。 二、 E-R設(shè)計(jì)方法的介紹19A. 實(shí)體 (Entity)：表示客觀事物。B. 屬性 (Attributes) ： 表示客觀事物的特征（屬性） C. 聯(lián)系 (Relations) ： 客觀

7、事物之間的聯(lián)系 (1)ER模型中的三要素（三個(gè)基本語義）20(2)刻劃工具：實(shí)體-聯(lián)系圖(E-R圖）E-R圖表示方法：用矩形表示實(shí)體、用橢圓表示屬性、用菱形表示實(shí)體間的聯(lián)系，用直線表示屬性和實(shí)體間、實(shí)體和聯(lián)系間的聯(lián)系(同時(shí)在線段邊上標(biāo)上聯(lián)系的類型)21 兩個(gè)不同實(shí)體之間的聯(lián)系有三種類型： A、一對一聯(lián)系 B、一對多聯(lián)系 C、多對多聯(lián)系（3）聯(lián)系的類型22三、采用E-R方法的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)的步驟： A、設(shè)計(jì)局部E-R模型 B、設(shè)計(jì)全局E-R模型 C、優(yōu)化全局E-R模型23有是否還有沖突和冗余？有需要合并的局部模式？確定系統(tǒng)總體實(shí)體類型和需要合并的模式合并局部E-R模式檢查并消除沖突和冗余否有否全

8、局初步E-R模式圖5-11 全局E-R模式的設(shè)計(jì)過程局部E-R模式1局部E-R模式3局部E-R模式224A、設(shè)計(jì)局部E-R模型1)確定局部結(jié)構(gòu)范圍 按職能部門劃分:如財(cái)務(wù)部、 銷售部、生產(chǎn)部； 按用戶涉及的數(shù)據(jù)不同劃分: 如教師信息、學(xué)生信息；2）確定實(shí)體3）確定聯(lián)系4）屬性分配（給實(shí)體、聯(lián)系分配屬性）25以工廠管理為例，描述局部E-R圖的設(shè)計(jì)。 從技術(shù)科獲知，每種產(chǎn)品由多種零件組成，每種零件可用在不同的產(chǎn)品上，每種產(chǎn)品由一定數(shù)量的零件組成。 從供應(yīng)科獲知，每種零件使用多種材料制成，每種材料也可應(yīng)用在不同的零件上，每種零件在使用材料上有一個(gè)使用量；每個(gè)倉庫可以存放多種材料，每種材料只能放在一個(gè)

9、倉庫里，每個(gè)倉庫存放材料有一個(gè)庫存量。26 技術(shù)科的局部E-R圖：供應(yīng)科的局部E-R圖：27B、設(shè)計(jì)全局概念模型設(shè)計(jì)全局概念模型分兩步實(shí)現(xiàn)：1）合并 將局部概念模型整理合并成全局概念模型2）解決沖突 解決各種局部E-R圖之間的沖突問題，生成初步E-R圖。281）先找出具有相同實(shí)體的兩個(gè)E-R圖2）以該相同實(shí)體為基準(zhǔn)進(jìn)行合并，3）如果還有相同實(shí)體的E-R圖，再次合并4）這樣一直下去，直到所有的具有相同實(shí) 體的局部E-R圖都被合并，從而得到全 局的E-R圖。 合并的過程291）確定公共實(shí)體類型課程教師擔(dān)任MN課程學(xué)生選課MN其中公共實(shí)體類型為課程合并舉例1302）局部E-R模型的合并課程教師擔(dān)任M

10、N課程學(xué)生選課MN+課程教師擔(dān)任MN學(xué)生選課PQ31消除沖突屬性沖突,如屬性值的類型、取值范圍及取值單位，生日和年齡，cm和m，學(xué)生編號的方式；(b)結(jié)構(gòu)沖突，如在某局部ER圖中課程是屬性，而在另一局部ER圖中課程是實(shí)體；(c)命名（實(shí)體、屬性、聯(lián)系）沖突， 同名異義：教室和宿舍均稱為房間； 異名同義：如教材和課本；32C、全局E-R模型的優(yōu)化 一個(gè)好的全局E-R模型除能準(zhǔn)確、全面地反映用戶功能外，還應(yīng)滿足下列條件： 實(shí)體類型的個(gè)數(shù)盡可能少； 實(shí)體類型所含屬性的個(gè)數(shù)盡可能少； 實(shí)體類型間聯(lián)系冗余最??；優(yōu)化目的和任務(wù)：消除不必要的冗余，使其保持最小冗余度。33全局ER模型的優(yōu)化原則：1）實(shí)體類型的合并，如系主任和系2）冗余屬性的消除，如生日和年齡3）冗余聯(lián)系的消除系系主任擔(dān)任11系系名辦公地點(diǎn)聯(lián)系電話系主任名實(shí)體類型的合并34局部ER圖nm產(chǎn)品產(chǎn)品號性能參數(shù)零件零件號單價(jià)組成零件個(gè)數(shù)nm材料材料號材料類型零件零件號規(guī)格使用使用量庫存量35合并示例nnm產(chǎn)品產(chǎn)品號性能參數(shù)零件零件號規(guī)格組成零件個(gè)數(shù)使用使用量材料號材料類型庫存量材料m單價(jià)36班主任1職工號姓名性別是否為優(yōu)秀班主任學(xué)生 學(xué)號 年齡 姓名 性別平均成績指導(dǎo)n實(shí)例演練37 成績課程課程號課程名學(xué)生 學(xué)號 年齡 姓名 性別