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数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystem第六章数据库设计,第六章数据库设计,6.1数据库设计概述6.2需求分析6.3概念结构设计6.4逻辑结构设计6.5数据库的物理设计6.6数据库实施6.7数据库运行与维护6.8小结,6.1数据库设计概述,6.1.1数据库和信息系统6.1.2数据库设计的特点6.1.3数据库设计方法简述6.1.4数据库设计的基本步骤,数据库设计概述（续）,什么是数据库设计数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。,6.1.1数据库和信息系统,数据库是信息系统的核心和基础把信息系统中大量的数据按一定的模型组织起来提供存储、维护、检索数据的功能使信息系统可以方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息数据库是信息系统的各个部分能否紧密地结合在一起以及如何结合的关键所在数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分,数据库设计人员应该具备的技术和知识,数据库的基本知识和数据库设计技术计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧软件工程的原理和方法应用领域的知识,6.1数据库设计概述,6.1.1数据库和信息系统6.1.2数据库设计的特点6.1.3数据库设计方法简述6.1.4数据库设计的基本步骤,6.1.2数据库设计的特点,数据库建设是硬件、软件和干件的结合三分技术，七分管理，十二分基础数据技术与管理的界面称之为“干件”数据库设计应该与应用系统设计相结合结构（数据）设计：设计数据库框架或数据库结构行为（处理）设计：设计应用程序、事务处理等,数据库设计的特点（续）,结构和行为分离的设计传统的软件工程忽视对应用中数据语义的分析和抽象，只要有可能就尽量推迟数据结构设计的决策早期的数据库设计致力于数据模型和建模方法研究，忽视了对行为的设计,数据库设计的特点（续）,6.1数据库设计概述,6.1.1数据库和信息系统6.1.2数据库设计的特点6.1.3数据库设计方法简述6.1.4数据库设计的基本步骤,6.1.3数据库设计方法简述,手工试凑法设计质量与设计人员的经验和水平有直接关系缺乏科学理论和工程方法的支持，工程的质量难以保证数据库运行一段时间后常常又不同程度地发现各种问题，增加了维护代价,数据库设计方法简述（续）,规范设计法手工设计方法基本思想过程迭代和逐步求精,数据库设计方法简述（续）,规范设计法(续)典型方法新奥尔良（NewOrleans）方法将数据库设计分为四个阶段S.B.Yao方法将数据库设计分为五个步骤I.R.Palmer方法把数据库设计当成一步接一步的过程,数据库设计方法简述（续）,计算机辅助设计ORACLEDesigner2000SYBASEPowerDesigner,6.1数据库设计概述,6.1.1数据库和信息系统6.1.2数据库设计的特点6.1.3数据库设计方法简述6.1.4数据库设计的基本步骤,6.1.4数据库设计的基本步骤,一、数据库设计的准备工作选定参加设计的人员1.数据库分析设计人员数据库设计的核心人员自始至终参与数据库设计其水平决定了数据库系统的质量,6.1.4数据库设计的基本步骤,2.用户在数据库设计中也是举足轻重的主要参加需求分析和数据库的运行维护用户积极参与带来的好处加速数据库设计提高数据库设计的质量,数据库设计的基本步骤（续）,3.程序员在系统实施阶段参与进来，负责编制程序4.操作员在系统实施阶段参与进来，准备软硬件环境,数据库设计的基本步骤（续）,二、数据库设计的过程(六个阶段)需求分析阶段准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步,数据库设计的基本步骤（续）,概念结构设计阶段是整个数据库设计的关键通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型,数据库设计的基本步骤（续）,逻辑结构设计阶段将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型对其进行优化,数据库设计的基本步骤（续）,数据库物理设计阶段为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）,数据库设计的基本步骤（续）,数据库实施阶段运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库编制与调试应用程序组织数据入库并进行试运行,数据库设计的基本步骤（续）,数据库运行和维护阶段数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。,数据库设计的基本步骤（续）,设计一个完善的数据库应用系统往往是上述六个阶段的不断反复。如下图所示,设计特点,在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完善两方面的设计设计过程各个阶段的设计描述：如下图所示,CreatLoad,Main()ifthenend,概念结构设计,逻辑结构设计,物理设计,数据库设计的基本步骤（续）,数据库各级模式的形成过程.,需求分析阶段综合各个用户的应用需求概念设计阶段形成独立于机器特点，独立于各个DBMS产品的概念模式(E-R图),数据库设计的基本步骤（续）,逻辑设计阶段首先将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型，如关系模型，形成数据库逻辑模式然后根据用户处理的要求、安全性的考虑，在基本表的基础上再建立必要的视图(View)，形成数据的外模式,数据库设计的基本步骤（续）,物理设计阶段根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引，形成数据库内模式,第六章数据库设计,6.1数据库设计概述6.2需求分析6.3概念结构设计6.4逻辑结构设计6.5数据库的物理设计6.6数据库实施6.7数据库运行与维护6.8小结,6.2需求分析,6.2.1需求分析的任务6.2.2需求分析的方法6.2.3数据字典,需求分析（续）,需求分析就是分析用户的需要与要求需求分析是设计数据库的起点需求分析的结果是否准确反映了用户的实际要求，将直接影响到后面各个阶段的设计，并影响到设计结果是否合理和实用,6.2需求分析,6.2.1需求分析的任务6.2.2需求分析的方法6.2.3数据字典,6.2.1需求分析的任务,一、需求分析的任务二、需求分析的重点三、需求分析的难点,一、需求分析的任务,通过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）工作概况，明确用户的各种需求在此基础上确定新系统的功能。新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变，不能仅仅按当前应用需求来设计数据库,二、需求分析的重点,需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。信息要求用户需要从数据库中获得信息的内容与性质由用户的信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据,需求分析的重点（续）,处理要求对处理功能的要求对处理的响应时间的要求对处理方式的要求(批处理/联机处理)新系统的功能必须能够满足用户的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。,三、需求分析的难点,确定用户最终需求的难点用户缺少计算机知识，开始时无法确定计算机究竟能为自己做什么，不能做什么，因此无法一下子准确地表达自己的需求，他们所提出的需求往往不断地变化。设计人员缺少用户的专业知识，不易理解用户的真正需求，甚至误解用户的需求。新的硬件、软件技术的出现也会使用户需求发生变化。,需求分析的难点(续),解决方法设计人员必须采用有效的方法，与用户不断深入地进行交流，才能逐步得以确定用户的实际需求,6.2需求分析,6.2.1需求分析的任务6.2.2需求分析的方法6.2.3数据字典,6.2.2需求分析的方法,调查清楚用户的实际需求并进行初步分析与用户达成共识进一步分析与表达这些需求,一、调查与初步分析用户需求,调查组织机构情况组织部门的组成情况各部门的职责等,调查与初步分析用户需求（续）,调查各部门的业务活动情况。调查重点之一。各个部门输入和使用什么数据如何加工处理这些数据输出什么信息输出到什么部门输出结果的格式是什么,调查与初步分析用户需求（续）,在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求。调查重点之二。信息要求处理要求完全性与完整性要求,调查与初步分析用户需求（续）,对前面调查的结果进行初步分析确定新系统的边界确定哪些功能由计算机完成或将来准备让计算机完成确定哪些活动由人工完成由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能。,二、常用调查方法,做需求调查时，往往需要同时采用多种方法无论使用何种调查方法，都必须有用户的积极参与和配合设计人员应该和用户取得共同的语言，帮助不熟悉计算机的用户建立数据库环境下的共同概念，并对设计工作的最后结果共同承担责任,常用调查方法（续）,常用调查方法跟班作业通过亲身参加业务工作了解业务活动的情况能比较准确地理解用户的需求，但比较耗时开调查会通过与用户座谈来了解业务活动情况及用户需求请专人介绍,常用调查方法（续）,询问对某些调查中的问题，可以找专人询问设计调查表请用户填写如果调查表设计合理，则很有效，且易于为用户接受查阅记录查阅与原系统有关的数据记录,三、进一步分析和表达用户需求,分析和表达用户的需求的常用方法自顶向下的结构化分析方法（StructuredAnalysis，简称SA方法）SA方法从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解的方式分析系统，并用数据流图和数据字典描述系统。,进一步分析和表达用户需求（续）,1首先把任何一个系统都抽象为：,进一步分析和表达用户需求（续）,2分解处理功能和数据（1）分解处理功能将处理功能的具体内容分解为若干子功能，再将每个子功能继续分解，直到把系统的工作过程表达清楚为止。（2）分解数据在处理功能逐步分解的同时，其所用的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图数据流图表达了数据和处理过程的关系,进一步分析和表达用户需求（续）,（3）表达方法处理过程：用判定表或判定树来描述数据：用数据字典来描述,进一步分析和表达用户需求（续）,3将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可,四、需求分析小结,需求分析小结（续）,实例：假设我们要开发一个学校管理系统。1经过可行性分析和初步需求调查，抽象出该系统最高层数据流图，该系统由教师管理子系统、学生管理子系统、后勤管理子系统组成，每个子系统分别配备一个开发小组。,学校管理高层数据流图,主层分解后的数据流图,2进一步细化各个子系统。其中学生管理子系统开发小组通过进行进一步的需求调查，明确了该子系统的主要功能是进行学籍管理和课程管理，包括学生报到、入学、毕业的管理，学生上课情况的管理。通过详细的信息流程分析和数据收集后，他们生成了该子系统的数据流图。,售书系统（）,领书单进书通知,购书单缺书单,学生,教材购销系统,书库保管员,实例：假设要开发一个售书系统,售书系统,顾客,P1销售,P2采购,供应商,F1配件库存,P3会计,付款,付款,收据,应付款通知,收款通知,到货通知,订货单,订货单,发货单,发货单,例子：销售采购管理系统第1层数据流程图,F2配件目录,顾客,P1.1编辑订货单,业务员,P1.3确定订货,P1.5产生暂存订货单,P1.2登录新顾客,F3顾客,P1.4开发货单修改库存,P1.6对照暂存订货单,采购,F4暂存订货单,P1.8编制销售、库存报表,P1.7检索库存,F1配件库存,经理,F5销售历史,F10应收款明细帐,第2层数据流程图之一（销售）,发货单,订货单,不合格,合格,新顾客,不满足的订货,可发的订货,到货通知,F4暂存订货单,P2.1按配件汇总,P2.2确定订货的配件,P2.5修改库存、待订数量,F6待订货的配件,P2.6编制到货通知,P2.4核对发货单,F1配件库存,P2.3按供应商汇总,F8向供应商的订货单,F9应付款明细帐,销售,供应商,订货单,发货单,错误发货单,正确发货单,第2层数据流程图之二（采购）,顾客,P3.1开收据并修改明细帐,P3.5编制会计报表,经理,P3.4修改总帐,F10应收款明细帐,F11总帐,P3.3付款并修改明细帐,P3.2核对付款单,F9应付款明细帐,供应商,第2层数据流程图之三（会计）,应付款通知,付款,收据,6.2需求分析,6.2.1需求分析的任务6.2.2需求分析的方法6.2.3数据字典,6.2.3数据字典,一、数据字典的用途二、数据字典的内容,一、数据字典的用途,数据字典是各类数据描述的集合数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果数据字典在数据库设计中占有很重要的地位,二、数据字典的内容,数据字典的内容数据项数据结构数据流数据存储处理过程数据项是数据的最小组成单位若干个数据项可以组成一个数据结构数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流、数据存储的逻辑内容。,数据项,数据项是不可再分的数据单位对数据项的描述数据项描述数据项名，数据项含义说明，别名，数据类型，长度，取值范围，取值含义，与其他数据项的逻辑关系取值范围、与其他数据项的逻辑关系定义了数据的完整性约束条件,数据结构,数据结构反映了数据之间的组合关系。一个数据结构可以由若干个数据项组成，也可以由若干个数据结构组成，或由若干个数据项和数据结构混合组成。对数据结构的描述数据结构描述数据结构名，含义说明，组成:数据项或数据结构,数据流,数据流是数据结构在系统内传输的路径。对数据流的描述数据流描述数据流名，说明，数据流来源，数据流去向，组成:数据结构，平均流量，高峰期流量数据流来源是说明该数据流来自哪个过程数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去平均流量是指在单位时间（每天、每周、每月等）里的传输次数高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量,数据存储,数据存储是数据结构停留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一。对数据存储的描述数据存储描述数据存储名，说明，编号，流入的数据流，流出的数据流，组成:数据结构，数据量，存取方式流入的数据流：指出数据来源流出的数据流：指出数据去向数据量：每次存取多少数据，每天（或每小时、每周等）存取几次等信息存取方法：批处理/联机处理；检索/更新；顺序检索/随机检索,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处理过程说明性信息的描述处理过程描述处理过程名，说明，输入:数据流，输出:数据流，处理:简要说明,处理过程（续）,简要说明：主要说明该处理过程的功能及处理要求功能：该处理过程用来做什么处理要求：处理频度要求（如单位时间里处理多少事务，多少数据量）；响应时间要求等处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准,数据字典是关于数据库中数据的描述，即元数据，而不是数据本身。数据本身将存放在物理数据库中，由数据库管理系统管理。数据字典有助于这些数据的进一步管理和控制，为设计人员和数据库管理员在数据库设计、实现和运行阶段控制有关数据提供依据。我们以学生学籍管理子系统为例，简要说明如何定义数据字典。,处理过程（续）,例：学生学籍管理子系统的数据字典。该子系统涉及很多数据项，其中“学号”数据项可以如下述：数据项，以“学号”为例：数据项：学号含义说明：唯一标识每个学生别名：学生编号类型：字符型长度：8取值范围：00000000至99999999取值含义：前两位标别该学生所在年级，后六位按顺序编号与其他数据项的逻辑关系：,处理过程（续）,数据结构以“学生”为例“学生”是该系统中的一个核心数据结构：数据结构：学生含义说明：是学籍管理子系统的主体数据结构，定义了一个学生的有关信息组成：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级,处理过程（续）,数据流“体检结果”可如下描述：数据流：体检结果说明：学生参加体格检查的最终结果数据流来源：体检数据流去向：批准组成：平均流量：高峰期流量：,处理过程（续）,数据存储“学生登记表”可如下描述：数据存储：学生登记表说明：记录学生的基本情况流入数据流：流出数据流：组成：数据量：每年3000张存取方式：随机存取,处理过程（续）,处理过程“分配宿舍”可如下描述：处理过程：分配宿舍说明：为所有新生分配学生宿舍输入：学生，宿舍，输出：宿舍安排处理：在新生报到后，为所有新生分配学生宿舍。要求同一间宿舍只能安排同一性别的学生，同一个学生只能安排在一个宿舍中。每个学生的居住面积不小于3平方米。安排新生宿舍其处理时间应不超过15分钟。,
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