第3章数据库系统设计的步骤和方法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章,数据库系统设计的步骤和方法,3.1,数据库系统设计概述,3.2,系统需求分析,3.3,概念结构的设 计,3.4,数据库逻辑结构的设 计,3.5,数据库的物理设计,3.6,数据库的实施和维护,3.1.1,数据库系统设计的内容,目标：建立一个性能良好的、能满足不同用户使用要求的、又能被选定的,DBMS,所接受的数据库模式。,内容：数据库的结构特性设计、行为特性设计和物理模式设计。两者结合起来，相互参照，同步进行，才能较好地达到设计目标。,1.,数据库的结构特性设计,结构特性设计称逻辑结构特征或静态结构设计。过程是：先将现实世界中的事物、事物间的联系用,E-R,图表示，再将各个分,E-R,图汇总，得出数据库的概念结构模型，最后将概念结构模型转化为数据库的逻辑结构模型表示。,3.1,数据库系统设计概述,2.,数据库的行为特性设计,确定数据库用户的行为和动作，并根据其行为特性设计出数据库的子模式。设计步骤是：首先要将现实世界中的数据及应用情况用数据流程图和数据字典表示，并详细描述其中的数据操作要求，进而得出系统的功能模块结构和数据库的子模式。,3.,数据库的物理模式设计,根据库结构的动态特性（即数据库应用处理要求），在选定的,DBMS,环境下，把数据库的逻辑结构模型加以物理实现，从而得出数据库的存储模式和存取方法。,3.1.3,数据库系统设计方法,新奥尔良（,New Orleans,）,方法。数据库设计分为,4,个阶段：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计。,许多科学家认为数据库设计应分,6,个阶段进行：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施和数据库运行和维护。,3.2,系统需求分析,3.2.1,需求分析的任务和方法,主要任务是：详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等）；充分了解原系统（手工系统或计算机系统）的概况和发展前景；明确用户的各种需求；收集支持系统目标的基础数据及其处理方法；确定新系统的功能和边界。,1.,系统需求调查的内容,1),数据库中的信息内容。,2),数据处理内容。,3),数据安全性和完整性要求。,2.,系统需求的调查步骤,1),了解现实世界的组织机构情况。,2),了解相关部门的业务活动情况。,3),确定新系统的边界。,3.,系统需求调查的方法,4.,系统需求分析方法（使用数据字典和数据流程图）,3.2.2,数据字典及其表示,1.,数据项,数据项是不可再分的数据单位。它的描述为：,数据项,= ,数据项名，数据项含义说明，别名，类型，长度，取值范围，与其他数据项的逻辑关系,.,2.,数据结构,数据结构的描述为：,数据结构,= ,数据结构名，含义说明，组成，,数据项或数据结构,.,3.,数据流,数据流是数据结构在系统内传输的路径。数据流的描述通常为：,数据流,= ,数据流名，说明，流出过程，流入过程，组成：,数据结构,，平均流量，高峰期流量,.,4.,数据存储,数据存储是数据及其结构停留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一。数据存储可以是手工文档、手工凭单或计算机文档。数据存储的描述通常为： 数据存储,= ,数据存储名，说明，编号，输入的数据流，输出的数据流，组成：,数据结构,，数据量，存取频度，存取方式,.,5.,处理过程,处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息，通常包括以下内容：,处理过程,= ,处理过程名，说明，输入：,数据流,，输出：,数据流,，处理：,简要说明,.,1.,三种数据抽象方法,(1),分类（,Classification,）,定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型，这些对象具有某些共同的特性和行为,(2),聚集（,Aggregation,）,定义某一类型的组成部分，它抽象了对象内部类型和对象内部,“,组成部分,”,的语义。,(3),概括（,Generalization,）,定义类型之间的一种子集联系，它抽象了类型之间的,“,所属,”,的语义。,3.3,概念结构的设 计,3.3.2,数据抽象与局部视图设,3.3.3,视图的集成,1.,合并分,E-R,图，生成初步,E-R,图,(1),属性冲突,(2),命名冲突,1),属性域冲突，即属性值的类型、取值范围或取值集合不同。,2),属性取值单位冲突。,1,）同名异义冲突，即不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字。,2),异名同义冲突，即意义相同的对象在不同的局部应用中有不同的名字。,(3),结构冲突,1),同一对象在不同的应用中具有不同的抽象。,2),同一实体在不同分,E-R,图中的属性组成不一致,.,3),实体之间的联系在不同的分,E-R,图中呈现不同的类型。,2.,消除不必要的冗余，设计基本,E-R,图,3.4.2,概念模型向关系模型的转换,1.,实体集的转换规则,概念模型中的一个实体集转换为关系模型中的一个关系，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码，关系的结构是关系模式。,2.,实体集间联系的转换规则,(1) 1:1,联系的转换方法,1),将,1:1,联系转换为一个独立的关系：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，且每个实体的码均是该关系的候选码。,2),将,1:1,联系与某一端实体集所对应的关系合并，则需要在被合并关系中增加属性，其新增的属性为联系本身的属性和与联系相关的另一个实体集的码,3.4,数据库逻辑结构的设 计,【,例,3-1】,将图中,E-R,图转换为关系模型。,方案,1,：联系形成的关系独立存在：,职工（职工号，姓名，年龄）；,产品（产品号，产品名，价格）；,负责（职工号，产品号）,.,方案,2,：“负责”与“职工”两关系合并：,职工（职工号，姓名，年龄，产品号）；,产品（产品号，产品名，价格）；,方案,3,：“负责”与“产品”两关系合并：,职工（职工号，姓名，年龄）；,产品（产品号，产品名，价格，职工号）,.,(2) 1:n,联系的转换方法,一种方法是将联系转换为一个独立的关系，其关系的属性由与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性组成，而该关系的码为,n,端实体集的码；另一种方法是在,n,端实体集中增加新属性，新属性由联系对应的,1,端实体集的码和联系自身的属性构成，新增属性后原关系的码不变。,3.4.2,概念模型向关系模型的转换,【,例,3-2】,将含有,1:n,联系的,E-R,图转换为关系模型。,方案,1,：联系形成的关系独立存在。,仓库（仓库号，地点，面积）；,产品（产品号，产品名，价格）；,仓储（仓库号，产品号，数量）,.,方案,2,：联系形成的关系与,n,端对象合并。,仓库（仓库号，地点，面积）；,产品（产品号，产品名，价格，仓库号，数量）,【,例,3-4】,将图,3-23,中含有,m:n,二元联系的,E-R,图，转换为关系模型。,该例题转换的关系模型为：,学生（,学号,，姓名，年龄，性别）；,课程（,课程号,，课程名，学时数）；,选修（,学号，课程号,，成绩）,(3) m:n,联系的转换方法,在向关系模型转换时，一个,m:n,联系转换为一个关系。转换方法为：与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，新关系的码为两个相连实体码的组合（该码为多属性构成的组合码）。,【,例,3-6】,将图,3-25,中含有多实体集间的多对多联系的,E-R,图转换为关系模型,供应商（供应商号，供应商名，地址）；,零件（零件号，零件名，单价）；,产品（产品号，产品名，型号）；,供应（供应商号，零件号，产品号，数量）,.,3.,关系合并规则,在关系模型中具有相同码的关系可根据情况合并为一个关系。,3.5,数据库的物理设 计,3.5.1,数据库物理设计的内容和方法,1),确定数据的物理结构，即确定数据库的存取方法和存储结构。,2,）对物理结构进行评价。,关系数据库物理设计的内容主要指选择存取方法和存储结构，包括确定关系、索引、聚簇、日志、备份等存储安排和存储结构，确定系统配置等。,3.5.2,关系模式存储方法的选择,1.,索引存取方法的选择 原则：,1,）如一个属性（组）经常在查询条件中出现，则考虑在这个属性（组）上建立索引。,2,）如一个属性经常作为最大值和最小值等聚集函数的参数。,3,）如一个属性（组）经常在连接操作条件中出现。,4,）索引数要适当。,存取方法：索引方法、聚簇方法和,HASH,方法,2.,聚簇存取方法的选择,把某个属性（组）上具有相同值的元组集中存放在连续的物理块上的处理称为聚簇，这个属性或属性组称为聚簇码。,1,）当对一个关系的某些属性列的访问是主要的应用，而对其他属性列的访问是次要时，可以考虑在主要访问的属性列上建立聚簇。,2,）如一个关系的一组属性经常出现在相等、比较条件中，则该单个关系可建立聚簇。,3,）如一个关系的一个（或一组）属性的值重复率很高，则此单个关系可建立聚簇。,4,）如果一个关系一旦装入数据，某些属性的值很少改动，也很少增加或删除元组，则可以考虑在这些属性上建立聚簇。,3.5.3,确定数据库的存储结构,确定数据的存放位置,1,）将表和索引放在不同的磁盘上，提高物理,I/O,读写效率。,2,）将比较大的表分别放在两个磁盘上，以加快存取速度，这在多用户环境下特别有效。,3,）将日志文件、备份文件与数据库对象放在不同的磁盘上，以改进系统的性能。,4,）对经常存储或存取时间要求高的对象应放在高速存储器上，对于存取频率小或存取时间要求低的对象，如数据量很大，可存放在低速存储设备上。,3.5,数据库的实施和维护,数据库的实施就是根据前面逻辑设计与物理设计的结果，利用,DBMS,工具和直接利用,SQL,命令在计算机上建立实际的数据库结构、整理并装载数据，进行测试、运行和维护。,数据库的建立,应用程序的编写与调试,数据库的调试和试运行,数据库的运行与维护,DDL,数据加载,系统设计,编码,调试,功能测试,性能测试,