數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用課件：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（需求分析）

1、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述需求分析1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的任務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)根據(jù)用戶需求研制數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的過程對(duì)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，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足用戶的信息需求和處理需求。2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的任務(wù)3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)信息需求處理需求信息需求典型應(yīng)用程序DBMS特性硬件圖1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的任務(wù)操作系統(tǒng)特性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的模式或子模式的設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫模式為各應(yīng)用程序共享，是靜態(tài)、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又稱為靜態(tài)模型設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)內(nèi)容行為設(shè)計(jì)確定數(shù)據(jù)庫用戶的行為和動(dòng)作。用戶通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作，數(shù)據(jù)庫的行為設(shè)計(jì)就是應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

2、用戶的行為會(huì)使數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容發(fā)生變化，所以行為設(shè)計(jì)是動(dòng)態(tài)的，行為設(shè)計(jì)又稱為動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)。5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與行為設(shè)計(jì)相結(jié)合，“反復(fù)探尋，逐步求精”；圖2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程7現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)分析用戶業(yè)務(wù)活動(dòng)分析概念設(shè)計(jì)功能模型邏輯設(shè)計(jì)事務(wù)設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)程序說明子模式設(shè)計(jì)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)程序編碼調(diào)試性能考核滿意?是否加載數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法直觀設(shè)計(jì)法（手工試湊）規(guī)范設(shè)計(jì)法新奧爾良基于ER模型設(shè)計(jì)方法基于3NF設(shè)計(jì)方法基于視圖設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法8規(guī)范設(shè)計(jì)法新奧爾良法新奧爾良法數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的幾個(gè)階段：需求分析（分析用戶需求）概念設(shè)計(jì)（信息分析和定義）邏輯設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)）物理設(shè)計(jì)

3、（物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)）常用規(guī)范設(shè)計(jì)法之濫觴。規(guī)范設(shè)計(jì)法基于E-R模型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法 在需求分析的基礎(chǔ)上，用E-R（實(shí)體聯(lián)系）圖構(gòu)造一個(gè)反映現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體之間聯(lián)系的企業(yè)模式再將此企業(yè)模式轉(zhuǎn)換成基于某一特定的DBMS的概念模式。規(guī)范設(shè)計(jì)法基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法在需求分析的基礎(chǔ)上，確定欲設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫模式中全部屬性和屬性間的依賴關(guān)系；將它們組織在一個(gè)單一的關(guān)系模式中；然后再分析模式中不符合3NF的約束條件，將其進(jìn)行投影分解，規(guī)范成若干個(gè)3NF關(guān)系模式的集合。11規(guī)范設(shè)計(jì)法基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法其具體設(shè)計(jì)步驟分為以下幾個(gè)階段：設(shè)計(jì)企業(yè)模式：利用規(guī)范化得到的3NF關(guān)系模式確定企業(yè)模式；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的概念模式

4、：把企業(yè)模式轉(zhuǎn)換成DBMS所能接受的概念模式，并根據(jù)概念模式導(dǎo)出各個(gè)應(yīng)用的外模式；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的物理模式（存儲(chǔ)模式）；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫。規(guī)范設(shè)計(jì)法基于視圖的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法先分析各個(gè)應(yīng)用數(shù)據(jù)，為每個(gè)應(yīng)用建立自己的視圖，然后進(jìn)行視圖匯總，解決以下問題：消除命名沖突；消除冗余的實(shí)體和聯(lián)系；進(jìn)行模式重構(gòu)：在消除了命名沖突和冗余后，需要對(duì)整個(gè)匯總模式進(jìn)行調(diào)整，使其滿足全部完整性約束條件。 得到整個(gè)數(shù)據(jù)庫概念模式。13規(guī)范化設(shè)計(jì)方法的實(shí)質(zhì)規(guī)范化設(shè)計(jì)方法還有實(shí)體分析法屬性分析法基于抽象語義的設(shè)計(jì)方法規(guī)范設(shè)計(jì)法從本質(zhì)上來說仍然是手工設(shè)計(jì)方法，其基本思想為：過程迭代；逐步求精。14計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法目前許多計(jì)算機(jī)輔助軟件

5、工程（Computer Aided Software Engineering，CASE）工具可以自動(dòng)或輔助設(shè)計(jì)人員完成數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中的很多任務(wù).比如SYBASE公司的Power Designer和Oracle公司的Design 2000。規(guī)范設(shè)計(jì)法步驟簡(jiǎn)介規(guī)范設(shè)計(jì)法分為六個(gè)階段（1）系統(tǒng)需求分析（2）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（4）物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（5）數(shù)據(jù)庫實(shí)施（6）數(shù)據(jù)庫運(yùn)行與維護(hù) 圖3數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)步驟17YYNN需求分析階段現(xiàn)有應(yīng)用、未來應(yīng)用數(shù)據(jù)分析概念模型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換規(guī)范，規(guī)范化理論DBMS要求邏輯模型設(shè)計(jì)用戶應(yīng)用要求DBMS限制物理模型設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的使用頻率性能評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)符合要求？物理

6、實(shí)現(xiàn)試運(yùn)行滿意？使用與維護(hù)概念設(shè)計(jì)階段邏輯設(shè)計(jì)階段物理設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段數(shù)據(jù)庫運(yùn)行維護(hù)階段規(guī)范設(shè)計(jì)法步驟簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中前兩個(gè)階段是面向用戶的應(yīng)用要求，面向具體的問題；中間兩個(gè)階段是面向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；最后兩個(gè)階段是面向具體的實(shí)現(xiàn)方法。前四個(gè)階段統(tǒng)稱“分析和設(shè)計(jì)階段”后兩個(gè)階段稱“實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行階段”。重點(diǎn)表1、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)階段描述數(shù)據(jù)處理需求分析數(shù)據(jù)字典：全系統(tǒng)中數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的描述數(shù)據(jù)流圖和判定表（判定樹）數(shù)據(jù)字典中處理過程的描述概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念模型（E-R圖）數(shù)據(jù)字典系統(tǒng)說明書。包括：(1) 新系統(tǒng)要求、方案和框圖(2)反映新系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)流圖邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)某種數(shù)據(jù)模型：關(guān)系模型系

7、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖非關(guān)系模型（模塊結(jié)構(gòu)圖）物理設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)IPO表實(shí)施階段編寫模式，裝入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行程序編碼編譯聯(lián)結(jié)，測(cè)試運(yùn)行維護(hù)性能測(cè)試，轉(zhuǎn)儲(chǔ)/恢復(fù)數(shù)據(jù)庫重組和重構(gòu)新舊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、運(yùn)行、維護(hù)（修正性、適應(yīng)性、改善性維護(hù)）設(shè) 計(jì) 描 述設(shè)計(jì)階段存儲(chǔ)安排，存取方法選擇存取路徑建立規(guī)范設(shè)計(jì)法的步驟詳述在上表有關(guān)處理特性的描述中，采用的設(shè)計(jì)方法和工具屬于軟件工程和管理信息系統(tǒng)等課程的內(nèi)容(從略）系統(tǒng)需求分析任務(wù)調(diào)查分析用戶的活動(dòng)收集和分析需求確定系統(tǒng)邊界步驟結(jié)果21如何進(jìn)行需求分析？1調(diào)查分析用戶的活動(dòng)研究新系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)；分析現(xiàn)行系統(tǒng)所存在的主要問題以及制約因素；明確用戶總的需求目標(biāo)，確定目標(biāo)的功能域和

8、數(shù)據(jù)域。22如何進(jìn)行需求分析？1調(diào)查分析用戶的活動(dòng)調(diào)查組織結(jié)構(gòu)部門組成、，各部門職責(zé)、任務(wù)等。調(diào)查業(yè)務(wù)活動(dòng)各部門輸入和輸出的數(shù)據(jù)與格式；加工處理這些數(shù)據(jù)的步驟；輸入輸出的部門等。如何進(jìn)行需求分析？ 2收集和分析需求信息需求所有實(shí)體、屬性以及聯(lián)系等數(shù)據(jù)對(duì)象；數(shù)據(jù)需求數(shù)據(jù)庫中需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。處理需求響應(yīng)時(shí)間處理方式（實(shí)時(shí)or分時(shí)）安全性和完整性的需求確定安全性和完整性約束24如何進(jìn)行需求分析？ 3確定系統(tǒng)邊界哪些功能由計(jì)算機(jī)完成或?qū)頊?zhǔn)備讓計(jì)算機(jī)完成？哪些活動(dòng)由人工完成？25需求分析的結(jié)果是什么？編寫系統(tǒng)分析報(bào)告內(nèi)容：系統(tǒng)背景、歷史、現(xiàn)狀、范圍、目標(biāo)；系統(tǒng)原理和技術(shù)，對(duì)原系統(tǒng)的改善；系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與子

9、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明；系統(tǒng)功能說明；數(shù)據(jù)處理概要、工程體制和設(shè)計(jì)階段劃分；系統(tǒng)方案及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的可行性分析。需求分析的結(jié)果是什么？編寫系統(tǒng)分析報(bào)告隨系統(tǒng)分析報(bào)告提供下列附件系統(tǒng)硬件、軟件支持環(huán)境選擇及規(guī)格要求（所選DBMS、OS、硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等）；組織機(jī)構(gòu)圖、組織機(jī)構(gòu)聯(lián)系圖、各機(jī)構(gòu)功能業(yè)務(wù)一覽圖；數(shù)據(jù)流程圖、功能模塊圖和數(shù)據(jù)字典等圖表。需求分析的結(jié)果是什么？編寫系統(tǒng)分析報(bào)告組織機(jī)構(gòu)圖需求分析的結(jié)果是什么？編寫系統(tǒng)分析報(bào)告完成系統(tǒng)的分析報(bào)告后，在項(xiàng)目單位的領(lǐng)導(dǎo)下要組織有關(guān)技術(shù)專家評(píng)審系統(tǒng)分析報(bào)告，通過后由項(xiàng)目方和開發(fā)方領(lǐng)導(dǎo)簽字認(rèn)可。在與用戶進(jìn)行詳盡商討的基礎(chǔ)上，簽訂技術(shù)協(xié)議書。系統(tǒng)分析報(bào)告是設(shè)計(jì)者和用

10、戶一致確認(rèn)的權(quán)威性文獻(xiàn)，是今后各階段設(shè)計(jì)和工作的依據(jù)。 29需求分析的具體方法溝通用戶參加是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論不可分割的一部分。需求分析階段，任何調(diào)查研究沒有用戶的積極參加將寸步難行，設(shè)計(jì)人員應(yīng)和用戶取得共同的語言，幫助不熟悉計(jì)算機(jī)的用戶建立數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的概念。30需求分析的具體方法SA圖4(a)自頂向下的需求分析需求需求需求需求需求需求需求圖4(b)自底向上的需求分析需求需求需求需求需求需求需求圖4 需求分析方法需求分析的具體方法SA自頂向下的分析方法（Structured Analysis，簡(jiǎn)稱SA方法）從最上層系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)入手，采用逐層分解方式分析系統(tǒng)，用數(shù)據(jù)流圖

11、（Data Flow Diagram，DFD）和數(shù)據(jù)字典（Data Dictionary，DD）描述系統(tǒng)。數(shù)據(jù)流圖使用SA方法，任何一個(gè)系統(tǒng)都可抽象為圖5所示的數(shù)據(jù)流圖。33圖5 數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來源處理數(shù)據(jù)輸出處理需求信息需求用命名的箭頭表示數(shù)據(jù)流用圓圈表示處理用矩形或其他形狀表示存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)流圖34圖6 數(shù)據(jù)流圖示例付款憑證報(bào)銷單報(bào)銷登記報(bào)銷人審查分錄數(shù)據(jù)流圖簡(jiǎn)單系統(tǒng)可用一張數(shù)據(jù)流圖來表示；對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，采用分層描述法：第一層描述系統(tǒng)的全貌；第二層分別描述各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；第n層在逐步分解處理功能的同時(shí)，所用的數(shù)據(jù)也被逐級(jí)分解，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖。數(shù)據(jù)字典在SA方法中，系統(tǒng)

12、中的數(shù)據(jù)借助數(shù)據(jù)字典來描述；與數(shù)據(jù)流圖互為注釋。數(shù)據(jù)字典是對(duì)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳細(xì)描述，是各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性的清單；數(shù)據(jù)字典的建立貫穿于數(shù)據(jù)庫需求分析直到數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的全過程；不同的設(shè)計(jì)階段其內(nèi)容和用途不同。36數(shù)據(jù)字典需求分析階段，數(shù)據(jù)字典包含：（1）數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)的最小單位，其具體內(nèi)容：數(shù)據(jù)項(xiàng)名、含義說明、別名、類型、長(zhǎng)度、取值范圍、與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的關(guān)系。取值范圍、與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的關(guān)系這兩項(xiàng)內(nèi)容定義了完整性約束條件數(shù)據(jù)字典(2) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名、含義說明(3) 數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂健?shù)據(jù)流名、說明、流出過程、流入過程其中，流出過程說明該數(shù)據(jù)流由什么過程而來；流入過程說明該數(shù)據(jù)流到什么過程。38數(shù)據(jù)字典(4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理過程中數(shù)據(jù)的存放場(chǎng)所，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一。可以是手工憑證，手工文檔或計(jì)算機(jī)文件。包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名，說明，輸入數(shù)據(jù)流，輸出數(shù)據(jù)流，組成，數(shù)據(jù)量，存取頻度，存取方式。數(shù)據(jù)字典(4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（續(xù)）存取頻度是指每天（或每小時(shí)、或每周）存取幾次，每次存取多少數(shù)據(jù)等信息。存取方式指的是批處理，還是聯(lián)機(jī)處理；是檢索還是更新；是順序檢索還是隨機(jī)檢索等。數(shù)據(jù)字典(5) 處理過程處理過程的處理邏輯通常用判定表或判定樹來描述，數(shù)據(jù)字典中的處理過程只用來描述處理過程的說明性信息。處理過程包括處理過程名，說明，輸入：數(shù)據(jù)流，輸出：數(shù)據(jù)流，處理，簡(jiǎn)要說明。41數(shù)據(jù)字