數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論第四版-7-1-數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論AnIntroductiontoDatabaseSystem第七章數(shù)據(jù)庫設計AnIntroductiontoDatabaseSystem第七章數(shù)據(jù)庫設計7.1數(shù)據(jù)庫設計概述7.2需求分析7.3概念結構設計7.4邏輯結構設計7.5數(shù)據(jù)庫的物理設計7.6數(shù)據(jù)庫實施和維護7.7小結AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計概述數(shù)據(jù)庫設計數(shù)據(jù)庫設計是指對于一個給定的應用環(huán)境，構造（設計）優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫邏輯模式和物理結構，并據(jù)此建立數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲和管理數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應用需求，包括信息管理要求和數(shù)據(jù)操作要求。目標：為用戶和各種應用系統(tǒng)提供一個信息基礎設施和高效率的運行環(huán)境。AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1數(shù)據(jù)庫設計概述7.1.1數(shù)據(jù)庫設計的特點7.1.2

數(shù)據(jù)庫設計方法7.1.3數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟7.1.4數(shù)據(jù)庫設計過程中的各級模式AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1.1數(shù)據(jù)庫設計的特點數(shù)據(jù)庫建設的基本規(guī)律三分技術，七分管理，十二分基礎數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)庫建設項目管理、企業(yè)（即應用部門）的業(yè)務管理基礎數(shù)據(jù)收集、入庫更新新的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫結構設計應該與應用系統(tǒng)的行為設計相結合結構(數(shù)據(jù))設計：設計數(shù)據(jù)庫框架或數(shù)據(jù)庫結構行為(處理)設計：設計應用程序、事務處理等AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的特點（續(xù)）現(xiàn)實世界概念模型設計子模式設計物理數(shù)據(jù)庫設計邏輯數(shù)據(jù)庫設計建立數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)分析功能分析功能模型功能說明事務設計程序說明應用程序設計程序編碼調(diào)試結構和行為分離的設計

AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1數(shù)據(jù)庫設計概述7.1.1數(shù)據(jù)庫設計的特點7.1.2數(shù)據(jù)庫設計方法7.1.3數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟7.1.4數(shù)據(jù)庫設計過程中的各級模式AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1.2數(shù)據(jù)庫設計方法手工與經(jīng)驗相結合方法（手工試湊法）設計質(zhì)量與設計人員的經(jīng)驗和水平有直接關系數(shù)據(jù)庫運行一段時間后常常不同程度地發(fā)現(xiàn)各種問題，增加了維護代價規(guī)范設計法新奧爾良（NewOrleans）方法：將數(shù)據(jù)庫設計分為若干階段和步驟基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設計方法：概念設計階段廣泛采用3NF（第三范式）的設計方法：邏輯階段可采用的有效方法ODL（ObjectDefinitionLanguage）方法：面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設計方法注：規(guī)范設計法本質(zhì)上說仍是手工設計方法，其基本思想是過程迭代和逐步求精AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計方法（續(xù)）計算機輔助設計法在數(shù)據(jù)庫設計的某些過程中模擬某一規(guī)范化設計的方法，并以人的知識或經(jīng)驗為主導，通過人機交互方式實現(xiàn)設計中的某些部分。這些工具統(tǒng)稱CASE（計算機輔助軟件工程ComputerAidedSoftwareEngineering），如：SYSBASE公司的PowerDesignerOracle公司的Design2000CA公司的ERWinRational公司的RationalRoseMicrosoft公司的Vision。自動化設計法完全由計算機完成數(shù)據(jù)庫設計AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1數(shù)據(jù)庫設計概述7.1.1數(shù)據(jù)庫設計的特點7.1.2數(shù)據(jù)庫設計方法7.1.3數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟7.1.4數(shù)據(jù)庫設計過程中的各級模式AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1.3數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟數(shù)據(jù)庫設計分6個階段需求分析概念結構設計邏輯結構設計物理結構設計數(shù)據(jù)庫實施數(shù)據(jù)庫運行和維護

需求分析和概念設計獨立于任何數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)邏輯設計和物理設計與選用的DBMS密切相關AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）一、數(shù)據(jù)庫設計的準備工作：選定參加設計的人1.系統(tǒng)分析人員、數(shù)據(jù)庫設計人員

自始至終參與數(shù)據(jù)庫設計2.用戶和數(shù)據(jù)庫管理員主要參加需求分析和數(shù)據(jù)庫的運行維護3.應用開發(fā)人員（程序員和操作員）在系統(tǒng)實施階段參與進來，負責編制程序和準備軟硬件環(huán)境

AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）二、數(shù)據(jù)庫設計的過程(六個階段)

⒈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）最困難、最耗費時間的一步

AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）

⒉概念結構設計階段整個數(shù)據(jù)庫設計的關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AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)） ⒊邏輯結構設計階段將概念結構轉換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型對其進行優(yōu)化AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）

⒋數(shù)據(jù)庫物理設計階段為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應用環(huán)境的物理結構（包括存儲結構和存取方法）AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）

⒌數(shù)據(jù)庫實施階段運用DBMS提供的數(shù)據(jù)庫語言（如SQL）及宿主語言，根據(jù)邏輯設計和物理設計的結果建立數(shù)據(jù)庫編制與調(diào)試應用程序組織數(shù)據(jù)入庫進行試運行AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）

⒍數(shù)據(jù)庫運行和維護階段數(shù)據(jù)庫應用系統(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AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟應用需求（數(shù)據(jù)、處理）轉換需求、DBMS功能、優(yōu)化方法應用要求，DBMS詳細特征需求收集和分析設計概念結構設計邏輯結構數(shù)據(jù)模型優(yōu)化設計物理結構評價設計，性能預測物理實現(xiàn)試驗性運行使用、維護數(shù)據(jù)庫不滿意不滿意需求分析階段概念設計階段邏輯設計階段物理設計階段數(shù)據(jù)庫實施階段數(shù)據(jù)庫運行、維護階段不滿意AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）設計一個完善的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)往往是上述六個階段的不斷反復把數(shù)據(jù)庫設計和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)處理的設計緊密結合起來將這兩個方面的需求分析、抽象、設計、實現(xiàn)在各個階段同時進行，相互參照，相互補充，以完善兩方面的設計AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫設計各個階段的設計描述AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1數(shù)據(jù)庫設計概述7.1.1數(shù)據(jù)庫設計的特點7.1.2數(shù)據(jù)庫設計方法7.1.3數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟7.1.4數(shù)據(jù)庫設計過程中的各級模式AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1.4數(shù)據(jù)庫設計過程中的各級模式數(shù)據(jù)庫設計階段的模式數(shù)據(jù)庫結構設計的不同階段形成數(shù)據(jù)庫的各級模式需求分析階段：綜合各個用戶的應用需求；概念設計階段：形成獨立于機器特點，獨立于各個DBMS產(chǎn)品的概念模式，即E-R圖；邏輯設計階段：將E-R圖轉換成具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型，如關系模型，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，在基本表的基礎上再建立必要的視圖，形成數(shù)據(jù)的外模式；物理設計階段：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。AnIntroductiontoDatabaseSystem7.1.4數(shù)據(jù)庫設計過程中的各級模式應用要求應用要求概念模式邏輯模式存儲模式應用要求綜合轉換轉換外模式外模式外模式應用1應用2應用3映象應用1應用2應用3機器世界模型信息世界模型現(xiàn)實世界需求分析階段：綜合用戶應用需求概念設計階段：形成概念模式，即E-R圖；邏輯設計階段：轉換成數(shù)據(jù)模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式；建立必要的視圖，形成數(shù)據(jù)的外模式；物理設計階段：進行物理存儲安排，建立索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式。AnIntroductiontoDatabaseSystem第七章數(shù)據(jù)庫設計7.1數(shù)據(jù)庫設計概述7.2需求分析7.3概念結構設計7.4邏輯結構設計7.5數(shù)據(jù)庫的物理設計7.6數(shù)據(jù)庫實施和維護7.7小結AnIntroductiontoDatabaseSystem7.2需求分析7.2.1需求分析的任務7.2.2需求分析的方法7.2.3數(shù)據(jù)字典AnIntroductiontoDatabaseSystem7.2.1需求分析的任務需求分析的任務需求分析的重點需求分析的難點AnIntroductiontoDatabaseSystem需求分析的任務詳細調(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)）明確用戶的各種需求確定新系統(tǒng)的功能充分考慮今后可能的擴充和改變AnIntroductiontoDatabaseSystem需求分析的重點調(diào)查的重點是“數(shù)據(jù)”和“處理”，獲得用戶對數(shù)據(jù)庫要求

信息要求處理要求安全性與完整性要求AnIntroductiontoDatabaseSystem需求分析的難點確定用戶最終需求用戶缺少計算機知識設計人員缺少用戶的專業(yè)知識解決方法設計人員必須不斷深入地與用戶進行交流AnIntroductiontoDatabaseSystem7.2需求分析7.2.1需求分析的任務7.2.2需求分析的方法7.2.3數(shù)據(jù)字典AnIntroductiontoDatabaseSystem7.2.2需求分析的方法調(diào)查需求達成共識分析表達需求AnIntroductiontoDatabaseSystem調(diào)查用戶需求的具體步驟⑴調(diào)查組織機構情況。⑵調(diào)查各部門的業(yè)務活動情況。⑶在熟悉業(yè)務活動的基礎上，協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求。⑷確定新系統(tǒng)的邊界。AnIntroductiontoDatabaseSystem常用調(diào)查方法(1)跟班作業(yè)(2)開調(diào)查會(3)請專人介紹(4)詢問(5)設計調(diào)查表請用戶填寫(6)查閱記錄AnIntroductiontoDatabaseSystem進一步分析和表達用戶需求結構化分析方法（StructuredAnalysis，簡稱SA方法）

從最上層的系統(tǒng)組織機構入手自頂向下、逐層分解分析系統(tǒng)AnIntroductiontoDatabaseSystem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：數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲信息要求數(shù)據(jù)來源處理數(shù)據(jù)輸出處理要求AnIntroductiontoDatabaseSystem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

(2)分解數(shù)據(jù)處理功能逐步分解同時，逐級分解所用數(shù)據(jù)，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖

(3)表達方法處理邏輯：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3．將分析結果再次提交給用戶，征得用戶的認可AnIntroductiontoDatabaseSystem概念設計階段需求分析階段需求分析過程熟悉業(yè)務活動明確用戶需求確定系統(tǒng)邊界分析系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)編寫分析報告調(diào)查機構情況數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖用戶數(shù)據(jù)庫設計人員AnIntroductiontoDatabaseSystem補充：

需求分析結果-數(shù)據(jù)流圖(DFD)數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖表達了數(shù)據(jù)與處理的關系數(shù)據(jù)流圖的基本元素

描述一個處理。輸入數(shù)據(jù)在此進行變換產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。其中注明處理的名稱。

描述一個輸入源點或輸出匯點。其中注明源點或匯點的名稱。

描述一個數(shù)據(jù)流。被加工的數(shù)據(jù)及其流向。流線上注明數(shù)據(jù)流名稱，箭頭代表數(shù)據(jù)流動方向。

描述一個數(shù)據(jù)存儲。通常用于代表一個數(shù)據(jù)表，其中注明數(shù)據(jù)表的名稱。AnIntroductiontoDatabaseSystem補充：

需求分析結果-數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖畫數(shù)據(jù)流圖的步驟和原則基本步驟：自外向內(nèi)，自頂向下，逐層細化，完善求精?；驹瓌t：①數(shù)據(jù)流圖上所有圖形符號只限于前述四種基本元素。②頂層數(shù)據(jù)流圖必須包括前述四種基本元素，缺一不可。③頂層數(shù)據(jù)流圖上的數(shù)據(jù)流必須封閉在外部實體之間。④每個加工至少有一個輸入數(shù)據(jù)流和一個輸出數(shù)據(jù)流。AnIntroductiontoDatabaseSystem補充：

需求分析結果-數(shù)據(jù)流圖⑤在數(shù)據(jù)流圖中，需按層給加工框編號。編號表明該加工處在哪一層，以及上下層的父圖與子圖的對應關系。⑥規(guī)定任何一個數(shù)據(jù)流子圖必須與它上一層的一個加工對應，兩者的輸入數(shù)據(jù)流和輸出數(shù)據(jù)流必須一致。此即父圖與子圖的平衡。⑦可以在數(shù)據(jù)流圖中加入物質(zhì)流，幫助用戶理解數(shù)據(jù)流圖。⑧圖上每個元素都必須有名字。數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)文件的名字應當是“名詞”或“名詞性短語”，表明流動的數(shù)據(jù)是什么。加工的名字應當是“名詞＋賓語”，表明做什么事情。AnIntroductiontoDatabaseSystem補充：

需求分析結果-數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖分層數(shù)據(jù)流圖AnIntroductiontoDatabaseSystem需求分析小結實例：假設我們要開發(fā)一個學校管理系統(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籍管理和課程管理，包括學生報到、入學、畢業(yè)的管理，學生上課情況的管理。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。AnIntroductiontoDatabaseSystem學校信息管理系統(tǒng)AnIntroductiontoDatabaseSystem學籍管理的數(shù)據(jù)流圖AnIntroductiontoDatabaseSystem7.2需求分析7.2.1需求分析的任務7.2.2需求分析的方法7.2.3數(shù)據(jù)字典AnIntroductiontoDatabaseSystem7.2.3數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典的用途進行詳細的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結果數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲處理過程AnIntroductiontoDatabaseSystem⒈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)項的邏輯關系，數(shù)據(jù)項之間的 聯(lián)系｝AnIntroductiontoDatabaseSystem⒉數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構反映了數(shù)據(jù)之間的組合關系。一個數(shù)據(jù)結構可以由若干個數(shù)據(jù)項組成，也可以由若干個數(shù)據(jù)結構組成，或由若干個數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結構混合組成。對數(shù)據(jù)結構的描述

數(shù)據(jù)結構描述＝｛數(shù)據(jù)結構名，含義說明，組成:｛數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結構｝｝AnIntroductiontoDatabaseSystem⒊數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結構在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂?。對?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)結構｝，平均流量，高峰期流量｝AnIntroductiontoDatabaseSystem⒋數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)結構停留或保存的地方，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， 輸入的數(shù)據(jù)流，輸出的數(shù)據(jù)流， 組成:｛數(shù)據(jù)結構｝，數(shù)據(jù)量，存取頻度， 存取方式｝AnIntroductiontoDatabaseSystem⒌處理過程具體處理邏輯一般用判定表或判定樹來描述。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｝｝AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)字典舉例例：學生學籍管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典。數(shù)據(jù)項:以“學號”為例：數(shù)據(jù)項：學號含義說明：唯一標識每個學生別名：學生編號類型：字符型長度：8

取值范圍：00000000至99999999取值含義：前兩位標別該學生所在年級，后六位按順序編號與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關系：AnIntroductiontoDatabaseSystem處理過程（續(xù)） 數(shù)據(jù)結構:以“學生”為例 “學生”是該系統(tǒng)中的一個核心數(shù)據(jù)結構：數(shù)據(jù)結構：學生含義說明：是學籍管理子系統(tǒng)的主體數(shù)據(jù)結構，定義了一個學生的有關信息組成：學號，姓名，性別，年齡，所在系，年級

AnIntroductiontoDatabaseSystem處理過程（續(xù)）數(shù)據(jù)流:“體檢結果”可如下描述：數(shù)據(jù)流：體檢結果說明：學生參加體格檢查的最終結果數(shù)據(jù)流來源：體檢數(shù)據(jù)流去向：批準組成：……平均流量：……高峰期流量：……AnIntroductiontoDatabaseSystem處理過程（續(xù)）數(shù)據(jù)存儲:“學生登記表”可如下描述：數(shù)據(jù)存儲：學生登記表說明：記錄學生的基本情況流入數(shù)據(jù)流：……

流出數(shù)據(jù)流：……

組成：……

數(shù)據(jù)量：每年3000張存取方式：隨機存取

AnIntroductiontoDatabaseSystem處理過程（續(xù)）處理過程:“分配宿舍”可如下描述：處理過程：分配宿舍說明：為所有新生分配學生宿舍輸入：學生，宿舍輸出：宿舍安排處理：在新生報到后，為所有新生分配學生宿舍。要求同一間宿舍只能安排同一性別的學生，同一個學生只能安排在一個宿舍中。每個學生的居住面積不小于3平方米。安排新生宿舍其處理時間應不超過15分鐘。

AnIntroductiontoDatabaseSystem需求分析結果-數(shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)字典舉例①數(shù)據(jù)項：以“學號”為例數(shù)據(jù)項名：學號數(shù)據(jù)項含義：唯一標識每一個學生別名：學生編號數(shù)據(jù)類型：字符型長度：8取值范圍：00000～99999取值含義：前2位為入學年號，后3位為順序編號與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關系：（無）AnIntrod