第7章-数据库设计--数据库系统原理-教学课件.ppt

1、数据库系统原理数据库系统原理The Principle of Database黄益栓2第7章 数据库设计7.1 数据库设计概述 7.2 需求分析 7.3 概念结构设计 7.4 逻辑结构设计 7.5 数据库的物理设计 7.6 数据库实施和维护 7.7 小结37.1 数据库设计概述数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造（设计）优化的数据库逻辑模式和物理结构，造（设计）优化的数据库逻辑模式和物理结构，并据此建立数据库及其应用系统，使之能够有并据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储和管理数据，满足各种用户的应用需效地存储和管理数据，满足各种用户的应用

2、需求，包括信息管理要求和数据操作要求求，包括信息管理要求和数据操作要求。目标：为用户和各种应用系统提供一个信息基目标：为用户和各种应用系统提供一个信息基础设施和高效率的运行环境础设施和高效率的运行环境47.1 数据库设计概述 7.1.1 数据库设计的特点 7.1.2 数据库设计方法 7.1.3 数据库设计的基本步骤 7.1.4 数据库设计过程中的各级模式57.1.1 数据库设计的特点三分技术，七分管理，十二分基础数据三分技术，七分管理，十二分基础数据 数据库建设项目管理数据库建设项目管理 企业（即应用部门）的业务管理企业（即应用部门）的业务管理 数据库建设的基本规律 管理管理：收集、入库收集、

3、入库 更新新的数据更新新的数据 基础数据基础数据：67.1.1 数据库设计的特点将数据库结构将数据库结构设计和数据处设计和数据处理设计密切结理设计密切结合。合。结构（数据）设计和行为（处理）设计相结合 功能说明功能说明现实世界现实世界概念模型设计概念模型设计子模式设计子模式设计物理数据库设计物理数据库设计逻辑数据库设计逻辑数据库设计建立数据库建立数据库数据分析数据分析功能分析功能分析功能模型功能模型事务设计事务设计程序说明程序说明应用程序设计应用程序设计程序编码调试程序编码调试77.1.2 数据库设计方法设计质量与设计人员的经验和水平有直设计质量与设计人员的经验和水平有直接关系接关系 数据库运

4、行一段时间后常常不同程度地数据库运行一段时间后常常不同程度地发现各种问题，增加了维护代价发现各种问题，增加了维护代价 手工与经验相结合方法 87.1.2 数据库设计方法基本思想：过程迭代和逐步求精基本思想：过程迭代和逐步求精 规范设计法 97.1.2 数据库设计方法将数据库设计分为若干阶段和步骤将数据库设计分为若干阶段和步骤 新奥尔良（New Orleans）方法 107.1.2 数据库设计方法概念设计阶段广泛采用概念设计阶段广泛采用 基于E-R模型的数据库设计方法 117.1.2 数据库设计方法逻辑阶段可采用的有效方法逻辑阶段可采用的有效方法 3NF（第三范式）的设计方法 127.1.2 数

5、据库设计方法面向对象的数据库设计方法面向对象的数据库设计方法 ODL（Object Definition Language）方法 137.1.2 数据库设计方法ORACLE Designer 2000 SYBASE Power Designer 计算机辅助设计 147.1.3 数据库设计的基本步骤需求分析需求分析 概念结构设计概念结构设计 逻辑结构设计逻辑结构设计 物理结构设计物理结构设计 数据库实施数据库实施 数据库运行和维护数据库运行和维护 数据库设计分6个阶段 需求分析和概念设计独立于任何数据库管理系统需求分析和概念设计独立于任何数据库管理系统 逻辑设计和物理设计与选用的逻辑设计和物理设

6、计与选用的DBMS密切相关密切相关 15 数据库设计的准备工作选定参加设计的人系统分析人员、数据库设计人员用户和数据库管理员应用开发人员（程序员和操作员）7.1.3 数据库设计的基本步骤自始至终参与数据库设计自始至终参与数据库设计 主要参加需求分析和数据库的运行维护主要参加需求分析和数据库的运行维护 参与系统实施阶段，负责编制程序和准备软硬件环境参与系统实施阶段，负责编制程序和准备软硬件环境 16 数据库设计的过程(六个阶段)需求分析阶段 7.1.3 数据库设计的基本步骤整个数据库设计的关键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，通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独

7、立于具体形成一个独立于具体DBMS的概念模型的概念模型17 数据库设计的过程(六个阶段)概念结构设计阶段 7.1.3 数据库设计的基本步骤准确了解与分析用户需求准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）（包括数据与处理）最困难、最耗费时间的一步最困难、最耗费时间的一步18 数据库设计的过程(六个阶段)逻辑结构设计阶段 7.1.3 数据库设计的基本步骤将概念结构转换为某个将概念结构转换为某个DBMS所支持所支持的数据模型的数据模型）对其进行优化对其进行优化 19 数据库设计的过程(六个阶段)数据库物理设计阶段 7.1.3 数据库设计的基本步骤为逻辑数据模型选取一个最适合应用为逻辑数据模型选取一个最

8、适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）取方法）20 数据库设计的过程(六个阶段)数据库实施阶段 7.1.3 数据库设计的基本步骤运用运用DBMS提供的数据库语言（如提供的数据库语言（如SQL）及）及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果 建立数据库建立数据库 编制与调试应用程序编制与调试应用程序组织数据入库组织数据入库 进行试运行进行试运行21 数据库设计的过程(六个阶段)数据库运行和维护阶段 7.1.3 数据库设计的基本步骤数据库应用系统经过试运行后即可投入正式数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行运行 在数

9、据库系统运行过程中必须不断地对其进在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改行评价、调整与修改 227.1.3 数据库设计的基本步骤设计一个完善的数据库应用系统往往是上述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（六个阶段的不断反复（P202图图7.2）把数据库设计和对数据库中数据处理的设计把数据库设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来紧密结合起来 将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实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充，以完善两方面的设计237.1.3 数据

10、库设计的基本步骤247.1.4 数据库设计过程中的各级模式数据库设计的不同阶段形成数据库的各级模式数据库设计的不同阶段形成数据库的各级模式257.1.4 数据库设计过程中的各级模式数据库设计的不同阶段形成数据库的各级模数据库设计的不同阶段形成数据库的各级模式式把数据库设计和对数据库中数据处理的设计把数据库设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来紧密结合起来 将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实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充，以完善两方面的设计267.2.1 需求分析的任务 7.2.2

11、 需求分析的方法 7.2.3 数据字典7.2 需求分析277.2.1 需求分析的任务 详细调查现实世界要处理的对象（组织、部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（手工系统门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）或计算机系统），明确用户的各种需求，确，明确用户的各种需求，确定新系统的功能。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新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变287.2.1 需求分析的任务 调查的重点是调查的重点是“数据数据”和和“处理处理”，获得用，获得用户对数据库的要求户对数据库的要求 信息要求信息要求处理要求处理要求安全性与完整

12、性要求安全性与完整性要求29 需求分析的难点 解决方法 7.2.1 需求分析的任务用户缺少计算机知识用户缺少计算机知识 设计人员缺少用户的专业知识设计人员缺少用户的专业知识 设计人员必须不断深入地与用户进行交流设计人员必须不断深入地与用户进行交流 307.2.2 需求分析的方法首要是调查用户的实际要求，与用户达成共首要是调查用户的实际要求，与用户达成共识，然后分析与表达这些需求。识，然后分析与表达这些需求。31 调查用户需求的具体步骤7.2.2 需求分析的方法 调查组织机构情况调查组织机构情况 调查各部门的业务活动情况。调查各部门的业务活动情况。在熟悉业务活动的基础上，协助用在熟悉业务活动的基

13、础上，协助用户明确对新系统的各种要求。户明确对新系统的各种要求。确定新系统的边界确定新系统的边界 32 常用调查方法7.2.2 需求分析的方法(1)跟班作业跟班作业(2)开调查会开调查会(3)请专人介绍请专人介绍(4)询问询问(5)设计调查表请用户填写设计调查表请用户填写(6)查阅记录查阅记录 33 进一步分析和表达用户需求7.2.2 需求分析的方法结构化分析方法（结构化分析方法（Structured Analysis，简称简称SA方法）方法）从最上层的系统组织机构入手从最上层的系统组织机构入手自顶向下、逐层分解分析系统自顶向下、逐层分解分析系统34 进一步分析和表达用户需求7.2.2 需求分

14、析的方法1.首先把任何一个系统都抽象为首先把任何一个系统都抽象为数据流数据流 数据流数据流 数据数据 存储存储信息要求信息要求 数据数据 来源来源 处理处理 数据数据 输出输出处理要求处理要求 35 进一步分析和表达用户需求7.2.2 需求分析的方法2.分解处理功能和数据分解处理功能和数据 3.将分析结果再次提交给用户，征得用户的将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可认可36 需求分析过程7.2.2 需求分析的方法37 数据字典的用途 数据字典的内容 7.2.3数据字典是系统中各类数据描述的集合，是是系统中各类数据描述的集合，是进行详细进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果的数据收集和

15、数据分析所获得的主要结果 数据项数据项 数据结构数据结构 数据流数据流 数据存储数据存储 处理过程处理过程 38 数据项 对数据项的描述 7.2.3数据字典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，数据项含义说数据项名，数据项含义说明，别名，数据类型，长度，取值范围，取明，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，数据项值含义，与其他数据项的逻辑关系，数据项之间的联系之间的联系 39 数据结构 对数据结构的描述 7.2.3数据字典数据结构反映了数据之间的组合关系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

16、，也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。据项和数据结构混合组成。数据结构描述数据结构名，含义说明，数据结构描述数据结构名，含义说明，组成组成:数据项或数据结构数据项或数据结构40 数据流 对数据流的描述 7.2.3数据字典数据流是数据结构在系统内传输的路径数据流是数据结构在系统内传输的路径数据流描述数据流描述 数据流名，说明，数据流数据流名，说明，数据流来源来源，数据流去向，组成数据流去向，组成:数据结构，数据结构，平均流量，高峰期流量平均流量，高峰期流量41 数据存储 对数据存储的描述 7.

17、2.3数据字典数据存储是数据结构停留或保存的地方，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也是数据流的来源和去向之一数据存储描述数据存储名，说明，编号，数据存储描述数据存储名，说明，编号，输入的数据流输入的数据流，输出的数据流，输出的数据流，组成，组成:数据数据结构，数据量，存取频度，存取方式结构，数据量，存取频度，存取方式 42 处理过程 处理过程说明性信息的描述 7.2.3数据字典具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述 处理过程描述处理过程名，说明，输入处理过程描述处理过程名，说明，输入:数据流，输出数据流，输出:数据流，处理数据

18、流，处理:简要简要说明说明 437.2.3数据字典数据字典是关于数据库中数据的描述，是元数据字典是关于数据库中数据的描述，是元数据，而不是数据本身数据，而不是数据本身 数据字典在需求分析阶段建立，在数据库设计数据字典在需求分析阶段建立，在数据库设计过程中不断修改、充实、完善过程中不断修改、充实、完善 447.2.3数据字典设计人员应充分考虑到可能的扩充和改变，设计人员应充分考虑到可能的扩充和改变，使设计易于更改，系统易于扩充使设计易于更改，系统易于扩充 必须强调用户的参与必须强调用户的参与457.3.1 概念结构 7.3.2 概念结构设计的方法与步骤 7.3.3 数据抽象与局部视图设计 7.3

19、.4 视图的集成 7.3 概念结构设计467.3.1 概念结构将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构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即概念模型的过程就是概念结构设计 概念结构的特点概念结构的特点 能真实、充分地反映现实世界能真实、充分地反映现实世界 易于理解易于理解 易于更改易于更改 易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换477.3.1 概念结构概念结构是各种数据模型的共同基础，它比概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更独立于机器、更抽象，从而更加数据模型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定稳定 描述概念模

20、型的工具描述概念模型的工具 E-R模型模型48 设计概念结构的四类方法自顶向下 7.3.2 概念结构设计的方法与步骤首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化 49 设计概念结构的四类方法自底向上7.3.2 概念结构设计的方法与步骤首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构集成起来，得到全局概念结构50 设计概念结构的四类方法逐步扩张7.3.2 概念结构设计的方法与步骤首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构，充，以

21、滚雪球的方式逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构直至总体概念结构51 设计概念结构的四类方法混合策略7.3.2 概念结构设计的方法与步骤将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架，以它为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的各局部概骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。念结构。52 常用策略7.3.2 概念结构设计的方法与步骤自顶向下地进行需求分析自顶向下地进行需求分析 自底向上地设计概念结构自底向上地设计概念结构537.3.2 概念结构设计的方法与步骤54 自底向上设计概念结构的步骤7.3

22、.2 概念结构设计的方法与步骤第第1步：抽象数据并设计局部视图步：抽象数据并设计局部视图 第第2步：集成局部视图，得到全局概念结构步：集成局部视图，得到全局概念结构55 自底向上设计概念结构的步骤7.3.2 概念结构设计的方法与步骤56 数据抽象 7.3.3 数据抽象与局部视图设计抽象是对实际的人、物、事和概念中抽取所抽象是对实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以描述这些特性用各种概念精确地加以描述，这些，这些概念组成了某种模型。概念组成了某种模型。概念结构是对现实世界的一种抽象概念结构是对现实世界

23、的一种抽象。57 三种常用抽象分类（Classification）7.3.3 数据抽象与局部视图设计定义某一类概念作为现实世界中一组对象的定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型类型 抽象了对象值和型之间的抽象了对象值和型之间的“is member of”的语义的语义 58 三种常用抽象分类（Classification）7.3.3 数据抽象与局部视图设计59 三种常用抽象聚集（Aggregation）7.3.3 数据抽象与局部视图设计定义某一类型的组成成分定义某一类型的组成成分 抽象了对象内部类型和成分之间的抽象了对象内部类型和成分之间的“is part of”的语义的语义 60 三种常用

24、抽象聚集（Aggregation）7.3.3 数据抽象与局部视图设计 61 三种常用抽象更复杂的聚集，某一类型的成分仍是一个聚集 7.3.3 数据抽象与局部视图设计62 三种常用抽象概括（Generalization）7.3.3 数据抽象与局部视图设计定义类型之间的一种子集联系定义类型之间的一种子集联系 抽象了类型之间的抽象了类型之间的“is subset of”的语义的语义 继承性继承性 63 三种常用抽象概括（Generalization）7.3.3 数据抽象与局部视图设计64 局部视图设计的步骤7.3.3 数据抽象与局部视图设计选择局部应用选择局部应用 逐一设计分逐一设计分E-R图图65

25、 选择局部应用7.3.3 数据抽象与局部视图设计在多层的数据流图中选择一个适当层次的数在多层的数据流图中选择一个适当层次的数据流图，作为设计分据流图，作为设计分E-R图的出发点图的出发点 通常以中层数据流图作为设计分通常以中层数据流图作为设计分E-R图的依据图的依据66 选择局部应用7.3.3 数据抽象与局部视图设计67 逐一设计分E-R图7.3.3 数据抽象与局部视图设计将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取出来抽取出来 参照数据流图，标定各局部应用中的实体、参照数据流图，标定各局部应用中的实体、实体的属性、标识实体的码实体的属性、标识实体的码 确定

26、实体之间的联系及其类型（确定实体之间的联系及其类型（1:1，1:n，m:n）68 逐一设计分E-R图7.3.3 数据抽象与局部视图设计设定属性的两条准则设定属性的两条准则（1）属性不能再具有需要描述的性质。即属）属性不能再具有需要描述的性质。即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成属性组成（2）属性不能与其他实体具有联系。联系只）属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间发生在实体之间69 逐一设计分E-R图7.3.3 数据抽象与局部视图设计707.3.4 视图的集成各个局部视图即分各个局部视图即分E-R图建立好后，还需要对图建立好后，还需

27、要对它们进行合并，集成为一个整体的数据概念结它们进行合并，集成为一个整体的数据概念结构即总构即总E-R图图。71 视图集成的两种方式多个分E-R图一次集成 7.3.4 视图的集成一次集成多个分一次集成多个分E-R图图 通常用于局部视图比较简单时通常用于局部视图比较简单时72 视图集成的两种方式逐步集成 7.3.4 视图的集成用累加的方式一次集成两个分用累加的方式一次集成两个分E-R图图 73 集成局部E-R图的步骤7.3.4 视图的集成1.合并合并 2.修改与重构修改与重构74 集成局部E-R图的步骤7.3.4 视图的集成75 合并分E-R图，生成初步E-R图7.3.4 视图的集成各个分各个分

28、E-R图之间必定会存在许多不一致图之间必定会存在许多不一致的地方的地方 合理消除各分合理消除各分E-R图的冲突图的冲突76 合并分E-R图，生成初步E-R图7.3.4 视图的集成各个分各个分E-R图之间必定会存在许多不一致图之间必定会存在许多不一致的地方的地方 合理消除各分合理消除各分E-R图的冲突图的冲突属性冲突属性冲突 命名冲突命名冲突 结构冲突结构冲突 77 两类属性冲突属性域冲突 属性取值单位冲突 7.3.4 视图的集成属性值的类型属性值的类型 取值范围取值范围 取值集合不同取值集合不同 78 两类命名冲突 同名异义异名同义（一义多名）7.3.4 视图的集成不同意义的对象在不同的局部应

29、用中具有不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字相同的名字同一意义的对象在不同的局部应用中具有同一意义的对象在不同的局部应用中具有不同的名字不同的名字79 三类结构冲突 7.3.4 视图的集成同一对象在不同应用中具有不同的抽象同一对象在不同应用中具有不同的抽象 同一实体在不同分同一实体在不同分E-R图中所包含的属性个图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同数和属性排列次序不完全相同 实体之间的联系在不同局部视图中呈现不实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型同的类型80 消除不必要的冗余，设计基本E-R图7.3.4 视图的集成合并合并 初步初步E-R图图分分E-R图图可能存在冗余

30、的数据可能存在冗余的数据 和冗余的实体间联系和冗余的实体间联系基本基本E-R图图消除不必要的冗余消除不必要的冗余 81 消除冗余的方法7.3.4 视图的集成以数据字典和数据流图为依据以数据字典和数据流图为依据 根据数据字典中关于数据项之间的逻辑关系根据数据字典中关于数据项之间的逻辑关系82 消除冗余的方法7.3.4 视图的集成837.3.4 视图的集成有时为了提高效率，不得不以冗余信息作有时为了提高效率，不得不以冗余信息作为代价为代价 需要根据用户的整体需求来确定需要根据用户的整体需求来确定 若人为地保留了一些冗余数据，则应把数据若人为地保留了一些冗余数据，则应把数据字典中数据关联的说明作为完整性约束条件字典中数据关联的说明作为完整性约束条件 例如：例如：Q4=Q5 一旦一旦Q5修改后就应当触发完整性检查，对修改后就应当触发完整性检查，对Q4进行修改进行修改84小结 数据库的完整性的定义、检查和违约处理 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性 完整性约束命名 触发器的定义、激活和删除85第5章 is over！Have a rest！