数据库原理与应用(第二版)Chapter5课件.ppt
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- 数据库 原理 应用 第二 Chapter5 课件
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1、第五章第五章数据库设计数据库设计5.1 数据库设计概述数据库设计概述 数据库设计主要考虑如下问题。数据库设计主要考虑如下问题。计算机软硬件环境计算机软硬件环境数据库管理系统的能力数据库管理系统的能力用户的操作要求与信息要求用户的操作要求与信息要求完整性和安全性约束完整性和安全性约束5.1.1 设计前的准备工作设计前的准备工作 数据库分析设计人员是数据库设计的核心数据库分析设计人员是数据库设计的核心人员,他们将自始至终参与数据库设计,人员,他们将自始至终参与数据库设计,他们的水平决定了数据库系统的质量。他们的水平决定了数据库系统的质量。用户在数据库设计中也是举足轻重的,他用户在数据库设计中也是举
2、足轻重的,他们主要参加需求分析和数据库的运行维护,们主要参加需求分析和数据库的运行维护,他们的积极参与不但能加速数据库设计,他们的积极参与不但能加速数据库设计,而且也是决定数据库设计的质量的又一因而且也是决定数据库设计的质量的又一因素。素。程序员和操作员则在系统实施阶段参与进程序员和操作员则在系统实施阶段参与进来,分别负责编制程序和准备软硬件环境。来,分别负责编制程序和准备软硬件环境。5.1.2 5.1.2 设计方法的选择设计方法的选择1需求分析阶段需求分析阶段 2概念结构设计阶段概念结构设计阶段 3逻辑结构设计阶段逻辑结构设计阶段 4数据库物理设计阶段数据库物理设计阶段 5数据库实施阶段数据
3、库实施阶段 6数据库运行和维护阶段数据库运行和维护阶段 数据库设计六个阶段数据库设计六个阶段:需求分析需求分析数据库运行和维护数据库运行和维护概念结构设计概念结构设计逻辑结构设计逻辑结构设计数据库物理设计数据库物理设计数据库实施数据库实施独立于数据独立于数据库管理系统库管理系统与数据库管理与数据库管理系统有关系统有关5.2 5.2 需求分析需求分析5.2.1 需求分析的任务需求分析的任务需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数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、安全性与据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。完整性要求。信息要求是指用户需要从数据库中
4、获得信息的信息要求是指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。据要求,即在数据库中需要存储哪些数据。处理要求是指用户要求完成什么处理功能,对处理要求是指用户要求完成什么处理功能,对处理的响应时间有什么要求。处理的响应时间有什么要求。5.2.2 需求分析的方法需求分析的方法 调查与初步分析用户的需求通常需要四步:调查与初步分析用户的需求通常需要四步:调查组织机构情况;调查组织机构情况;抽象出每个职能部门各种应用的功能和所需抽象出每个职能部门各种应用的功能和所需信息的定义,并确定职能部门内各应用之
5、间信息的定义,并确定职能部门内各应用之间的信息依赖关系和信息流通路径;的信息依赖关系和信息流通路径;协助用户明确对新系统的各种要求,包括信协助用户明确对新系统的各种要求,包括信息要求、处理要求、完全性与完整性要求;息要求、处理要求、完全性与完整性要求;对前面调查的结果进行初步分析,确定哪些对前面调查的结果进行初步分析,确定哪些功能由计算机完成或将来准备让计算机完成,功能由计算机完成或将来准备让计算机完成,哪些活动由人工完成。哪些活动由人工完成。常用的调查方法有以下几种常用的调查方法有以下几种:跟班作业跟班作业 开调查会开调查会 请专人介绍请专人介绍 询问询问 设计调查表,请用户填写设计调查表,
6、请用户填写 查阅资料查阅资料 1.需求分析及其表示方法需求分析及其表示方法 分析和表达用户需求的方法主要包括自顶向下分析和表达用户需求的方法主要包括自顶向下和自底向上两类方法。它们均属于结构化分析和自底向上两类方法。它们均属于结构化分析(SA)方法。方法。需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求(A A)自顶向下的需求分析方法)自顶向下的需求分析方法 B B)自底向上的需求分析方法)自底向上的需求分析方法2.2.数据流图(数据流图(Data Flow Diagram,Data Flow Diagram,简称简称DFD DF
7、D)数据流图是对系统的的一种逻辑抽象,独立于数据流图是对系统的的一种逻辑抽象,独立于系统的实现。数据流图表达了数据和处理过系统的实现。数据流图表达了数据和处理过程的关系。程的关系。数据流图的基本符号如下表所示:数据流图的基本符号如下表所示:符号符号含义含义数据源点或终点数据源点或终点 交换数据或处理交换数据或处理 数据存储数据存储 数据流数据流 或或或或或或以学校成绩管理需求为例,可画出如下数据流以学校成绩管理需求为例,可画出如下数据流图:图:学生学生选课单选课单允许考试允许考试课堂安排课堂安排教课书教课书教室安排教室安排教师档案教师档案课程介绍课程介绍考场安排考场安排试卷试卷成绩册成绩册教师
8、教师选选课课上上课课考考试试3.3.数据字典(数据字典(Data DictionaryData Dictionary,简称,简称DDDD)数据字典是各类数据描述的集合,数据字典是各类数据描述的集合,通常包括数据项、通常包括数据项、数据结构,数据流和处理过程数据结构,数据流和处理过程4个部分。个部分。(1)(1)数据项数据项数据项是不可再分的数据单位。数据项是不可再分的数据单位。数据项描述数据项描述 数据项名,数据项含义说明,别名,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据项的逻辑关系 例例 5-1 5
9、-1 在学生管理信息系统中,学生的学号在学生管理信息系统中,学生的学号就是一个数据项,它可以如下的进行数据描就是一个数据项,它可以如下的进行数据描述:述:数据项:学号数据项:学号含义说明:唯一能够标识学生的一个代号含义说明:唯一能够标识学生的一个代号别名:学生编号别名:学生编号类型:字符型类型:字符型长度:长度:8取值范畴:取值范畴:00000000-99999999取值含义:前取值含义:前4位代表年级,后位代表年级,后4位表示该学生的顺序位表示该学生的顺序号与其它数据项的逻辑关系号与其它数据项的逻辑关系(2)(2)数据结构数据结构数据结构反映了数据之间的组合关系。一个数数据结构反映了数据之间
10、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。数据结构混合组成。数据结构描述数据结构描述 数据结构名,含义说明,组成:数据结构名,含义说明,组成:数据项或数据结构数据项或数据结构 例例5-2 5-2 对于学生,因为表达学生概念时,需对于学生,因为表达学生概念时,需要表达很多属性,所以学生就是一个数据结要表达很多属性,所以学生就是一个数据结构。构。数据结构:学生数据结构:学生含义说明:是学生信息管理系统中主要的数含义说明:是学生信息管理系统中主要的数据结构
11、,定义了有关学生档案的信息,并为据结构,定义了有关学生档案的信息,并为管理提供数据。管理提供数据。组成:学号、姓名、年龄、性别、政治面貌组成:学号、姓名、年龄、性别、政治面貌等。等。(3)(3)数据流数据流数据流是数据结构在系统内传输的路径。对数数据流是数据结构在系统内传输的路径。对数据流的描述通常包括以下内容:据流的描述通常包括以下内容:数据流描述数据流描述 数据流名,说明,数据流来源,数据流名,说明,数据流来源,数据流去向,组成:数据流去向,组成:数据结构数据结构(4)(4)数据存储数据存储数据存储是数据结构停留或保存的地方,是数数据存储是数据结构停留或保存的地方,是数据流的来源和去向之一
12、。对数据存储的描述据流的来源和去向之一。对数据存储的描述通常包括以下内容:通常包括以下内容:数据存储描述数据存储描述=数据存储名,说明,编号,流数据存储名,说明,编号,流入的数据流,流出的数据流,组成:入的数据流,流出的数据流,组成:数据数据结构结构,数据量,方式,数据量,方式 数据存储:学生登记表数据存储:学生登记表说明:记录学生的基本情况说明:记录学生的基本情况流入数据流:手工录入,流入数据流:手工录入,流出数据流:为成绩管理等提供数据,流出数据流:为成绩管理等提供数据,组成:组成:数据量:每年数据量:每年2000条条存取方式:随机存取存取方式:随机存取 例例5-35-3 数据存储数据存储
13、“学生登记表学生登记表”可描述如下:可描述如下:(5)(5)处理过程处理过程处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定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:的说明性信息,通常包括以下内容:处理过程描述处理过程描述 处理过程名,说明,输入:处理过程名,说明,输入:数据流数据流,输出:,输出:数据流数据流,处理:,处理:简要说简要说明明处理过程:成绩管理处理过程:成绩管理说明:每学期进行学生成绩的管理工作说明:每学期进行学生成绩的管理工作输入:学生,课程名称,考试成绩输入:学生,课程名称,考
14、试成绩输出:进行归档,并确定补考名单等。输出:进行归档,并确定补考名单等。处理:对学生的选课进行确定,并为其分配上课处理:对学生的选课进行确定,并为其分配上课的教室及教师,在期末安排考试时间及地点,考的教室及教师,在期末安排考试时间及地点,考试结束后填写成绩单,并确定补考名单等,根据试结束后填写成绩单,并确定补考名单等,根据不及格的课程数确定降级、退学等。不及格的课程数确定降级、退学等。例例5-4“成绩管理成绩管理”可简要描述如下:可简要描述如下:5.3 概念结构设计概念结构设计 将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计。概
15、念模型的过程就是概念结构设计。在概念设计阶段一般都使用语义数据模型或概在概念设计阶段一般都使用语义数据模型或概念数据模型。这类数据模型具有如下特点。念数据模型。这类数据模型具有如下特点。(1)具有很强的表达能力,能够方便地表达各)具有很强的表达能力,能够方便地表达各种类型的数据、数据间的联系和各种约束。种类型的数据、数据间的联系和各种约束。(2)简单易懂,概念清晰,容易使用。)简单易懂,概念清晰,容易使用。(3)组成模型的概念少,概念定义严格,无多)组成模型的概念少,概念定义严格,无多义性,不同概念的语义不重叠。义性,不同概念的语义不重叠。(4)具有使用图形表示概念模式的能力。)具有使用图形表
16、示概念模式的能力。5.3.15.3.1实体实体-联系模型联系模型1.1.实体和属性实体和属性实体联系模型简称实体联系模型简称E-RE-R(Entry-RelationEntry-Relation)模型。)模型。实体是实体是E-RE-R模型的基本对象。实体是对现实世模型的基本对象。实体是对现实世界各种事物的抽象,即将其数字化或符号化。界各种事物的抽象,即将其数字化或符号化。例例5-5 5-5 画出学生实体的实体描述图。画出学生实体的实体描述图。学号学号姓名姓名性别性别学生学生2.2.实体型、键属性和属性的值域实体型、键属性和属性的值域 实体型是一个具有相同属性的实体集合,由一个实实体型是一个具有
17、相同属性的实体集合,由一个实体型的名字和一组属性来定义。实体型的定义称体型的名字和一组属性来定义。实体型的定义称为实体模式,描述了一组实体的公共结构。实体为实体模式,描述了一组实体的公共结构。实体型表示的实体集合中的任一实体称为该实体型的型表示的实体集合中的任一实体称为该实体型的实例,简称实体。在任意时刻,一个实体型的所实例,简称实体。在任意时刻,一个实体型的所有实体的集合称为该实体型的外延。同一个实体有实体的集合称为该实体型的外延。同一个实体型的不同实体是现实世界中不同的对象。型的不同实体是现实世界中不同的对象。在在E-RE-R模型中每个实体型一般具有一个或多个属性模型中每个实体型一般具有一
18、个或多个属性组成的键,用来区别不同的实体。对于同一实体组成的键,用来区别不同的实体。对于同一实体型的不同实体,键的值必须相异。型的不同实体,键的值必须相异。实体型的每个简单属性都具有一个值域,说明这个属性实体型的每个简单属性都具有一个值域,说明这个属性的可能取值范围。的可能取值范围。3.3.数据库实例数据库实例4.4.实体间的联系实体间的联系一个数据库通常都包含很多实体型。不同实体一个数据库通常都包含很多实体型。不同实体型的实体之间可能具有某种联系。我们称这型的实体之间可能具有某种联系。我们称这种联系为实体间的联系(种联系为实体间的联系(Entry RelationEntry Relation
19、)。)。一个联系型的实体对应约束规定了该联系型所一个联系型的实体对应约束规定了该联系型所关联的实体间的对应关系。实体对应约束包关联的实体间的对应关系。实体对应约束包括三种,分别为一对一约束括三种,分别为一对一约束(1:1)、一对多约、一对多约束束(1:N)和多对多约束和多对多约束(M:N)。5.5.实体联系图实体联系图 5.3.2 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤 设计概念结构通常有三类方法:设计概念结构通常有三类方法:自顶向下。即首先定义全局概念结构的框架,自顶向下。即首先定义全局概念结构的框架,然后逐步细化。然后逐步细化。自底向上。即首先定义各局部应用的概念结自底向上。即首
20、先定义各局部应用的概念结构,然后将它们集成起来,得到全局概念结构,然后将它们集成起来,得到全局概念结构。构。混合策略。即将自项向下和自底向上相结合,混合策略。即将自项向下和自底向上相结合,用自项向下策略设计一个全局概念结构的框用自项向下策略设计一个全局概念结构的框架,以它为骨架集成由自底向上策略中设计架,以它为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。的各局部概念结构。自底向上设计方法自底向上设计方法通常分为两步:数据抽象与通常分为两步:数据抽象与局部视图设计;局部视图的集成局部视图设计;局部视图的集成。数据抽象与局部视图设计:数据抽象与局部视图设计:根据需求分析的根据需求分析的结果(数据
21、流图、数据字典等)对现实世界结果(数据流图、数据字典等)对现实世界的数据进行抽象,设计各个局部视图即分的数据进行抽象,设计各个局部视图即分E-R图。图。1.1.视图的集成视图的集成各个局部视图建立好后,还需要对它们进行合各个局部视图建立好后,还需要对它们进行合并,集成为一个整体的数据概念结构,即总并,集成为一个整体的数据概念结构,即总E-R图。合理消除各分图。合理消除各分E-R图的冲突是合并图的冲突是合并分分E-R图的主要工作与关键所在。图的主要工作与关键所在。各分各分E-R图之间的冲突主要有三类:图之间的冲突主要有三类:属性冲突属性冲突属性域冲突属性域冲突 属性取值单位冲突属性取值单位冲突命
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