數(shù)據(jù)庫第六章--課程設(shè)計.ppt

1,第六章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計,2,第6章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.6 數(shù)據(jù)庫的實施和維護(hù),3,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,什么是數(shù)據(jù)庫設(shè)計 數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模型，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)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(yīng)用需求（信息要求和處理要求） 在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域內(nèi)，常常把使用數(shù)據(jù)庫的各類系統(tǒng)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。,4,數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)該具備的技術(shù)和知識,數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù) 計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計的方法和技巧 軟件工程的原理和方法 應(yīng)用領(lǐng)域的知識,5,6.1.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本任務(wù),數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù)： 根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的信息需求、處理需求和數(shù)據(jù)庫的支持環(huán)境，設(shè)計出數(shù)據(jù)模式（包括外模式、邏輯模式和內(nèi)模式）以及相應(yīng)的應(yīng)用程序。其中： 信息需求表示應(yīng)用領(lǐng)域所需要的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu) 表達(dá)了對數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)的要求，也就是靜態(tài)要求； 處理需求表示應(yīng)用領(lǐng)域需要進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理 表達(dá)了基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理要求，也就是動態(tài)要求;,6,6.1.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本任務(wù)(續(xù)),數(shù)據(jù)庫設(shè)計的兩個目標(biāo) 滿足應(yīng)用功能需求 是指把用戶當(dāng)前應(yīng)用以及可預(yù)知的將來應(yīng)用所需要的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系能全部準(zhǔn)確地存放于數(shù)據(jù)庫之中，并能根據(jù)用戶的需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的增、刪、改、查詢等操作。 良好的數(shù)據(jù)庫性能 是指數(shù)據(jù)庫應(yīng)具有良好的存儲結(jié)構(gòu)、良好的數(shù)據(jù)共享性、良好的數(shù)據(jù)完整性、良好的數(shù)據(jù)一致性及良好的安全保密性能等。,7,6.1.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本任務(wù)(續(xù)),數(shù)據(jù)庫設(shè)計的結(jié)果不是唯一的，針對同一應(yīng)用環(huán)境，不同的設(shè)計者可能得出不同的數(shù)據(jù)庫模式。 一個好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法應(yīng)該能在合理的期限內(nèi)，以合理的工作量建立一個有合理利用價值的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。,8,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟,一、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的準(zhǔn)備工作 選定參加設(shè)計的人員 1. 數(shù)據(jù)庫分析設(shè)計人員 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的核心人員 自始至終參與數(shù)據(jù)庫設(shè)計 其水平?jīng)Q定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的質(zhì)量,9,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)),2. 用戶 在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中也是舉足輕重的 主要參加需求分析和數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行維護(hù) 用戶積極參與帶來的好處 加速數(shù)據(jù)庫設(shè)計 提高數(shù)據(jù)庫設(shè)計的質(zhì)量 3. 程序員 在系統(tǒng)實施階段參與進(jìn)來，負(fù)責(zé)編制程序 4. 操作員 在系統(tǒng)實施階段參與進(jìn)來，準(zhǔn)備軟硬件環(huán)境,10,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)),二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程 數(shù)據(jù)庫設(shè)計包含： 結(jié)構(gòu)設(shè)計 是指系統(tǒng)整體邏輯模式與子模式的設(shè)計，是對數(shù)據(jù)的分析設(shè)計 行為設(shè)計 是指施加在數(shù)據(jù)庫上的動態(tài)操作（應(yīng)用程序集）的設(shè)計，是對應(yīng)用系統(tǒng)功能的設(shè)計,11,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)),二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程 按照規(guī)范化設(shè)計的方法和軟件工程生命周期的思想，考慮數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)全過程，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為以下6個階段，如圖P127：6.1所示。,12,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)),13,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)),二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(六個階段) 需求分析階段 準(zhǔn)確了解與分析用戶需求（包括數(shù)據(jù)與處理） 是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費(fèi)時間的一步 設(shè)計的內(nèi)容形成文檔資料(數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典),14,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)), 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵 通過對用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型ER圖 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型 對其進(jìn)行優(yōu)化,15,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)), 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法） 數(shù)據(jù)庫實施階段 運(yùn)用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果 建立數(shù)據(jù)庫 編制與調(diào)試應(yīng)用程序 組織數(shù)據(jù)入庫 試運(yùn)行,16,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)),數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運(yùn)行后即可投入正式運(yùn)行。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須不斷地對其進(jìn)行評價、調(diào)整與修改。 設(shè)計一個完善的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)往往是上述六個階段的不斷反復(fù)。 設(shè)計過程各個階段的設(shè)計描述：P128表6.1,17,Creat Load,Main( ) if then end,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,物理設(shè)計,18,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟(續(xù)),數(shù)據(jù)庫各級模式的形成過程總結(jié) 需求分析階段 綜合各個用戶的應(yīng)用需求 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 形成獨立于DBMS產(chǎn)品的概念模式(E-R圖) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 首先將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型，如關(guān)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(chǔ)上再建立必要的視圖，形成數(shù)據(jù)的外模式 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進(jìn)行物理存儲安排，建立索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式,19,6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點,三分技術(shù)，七分管理，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)該與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合 結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)）設(shè)計：設(shè)計數(shù)據(jù)庫框架或數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 行為（處理）設(shè)計：設(shè)計應(yīng)用程序、事務(wù)處理等 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法 新奧爾良方法 基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法 基于3NF（第三范式）的設(shè)計方法 等,20,6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點(續(xù)),21,6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點(續(xù)),數(shù)據(jù)庫設(shè)計往往具有以下特征： 反復(fù)性 試探性 分步進(jìn)行,22,6.2 需求分析,需求分析就是分析用戶的要求 需求分析是設(shè)計數(shù)據(jù)庫的起點 需求分析的結(jié)果是否準(zhǔn)確地反映了用戶的實際要求，將直接影響到后面各個階段的設(shè)計，并影響到設(shè)計結(jié)果是否合理和實用性。,23,6.2.1 需求分析的任務(wù)和方法,需求分析的任務(wù): 通過詳實調(diào)查應(yīng)用領(lǐng)域中各應(yīng)用的信息要求和操作要求，進(jìn)行詳細(xì)分析，明確用戶的各種需求。 需求分析的目標(biāo) 給出應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)項之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)操作任務(wù)的詳細(xì)定義,24,6.2.1 需求分析的任務(wù)和方法(續(xù)),1獲得用戶對數(shù)據(jù)庫的要求 （1）信息要求。指用戶需要從數(shù)據(jù)庫中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì)。信息要求可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)要求，即在數(shù)據(jù)庫中需要存儲哪些數(shù)據(jù)。 （2）處理要求。用戶要完成什么處理，檢索方式有什么要求，被存取的數(shù)據(jù)量與運(yùn)行限制等。 （3）系統(tǒng)要求。系統(tǒng)要求包括安全性要求、使用方式要求和可擴(kuò)充性要求3部分內(nèi)容。,25,6.2.1 需求分析的任務(wù)和方法(續(xù)),2調(diào)查用戶需求的步驟 （1） 調(diào)查組織機(jī)構(gòu)情況，分析用戶活動，產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程圖。 組織機(jī)構(gòu)的組成情況 各部門的職責(zé) 各個部門輸入和使用什么數(shù)據(jù) 如何加工處理這些數(shù)據(jù) 輸出什么信息 輸出到什么部門 輸出結(jié)果的格式是什么,26,6.2.1 需求分析的任務(wù)和方法(續(xù)),2調(diào)查用戶需求的步驟(續(xù)) （2）確定新系統(tǒng)范圍 即確定哪些工作準(zhǔn)備由計算機(jī)完成，哪些工作由人工完成，計算機(jī)完成的功能就是新系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的功能。 協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求：信息要求、 處理要求、完全性與完整性要求 對前面調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行初步分析，確定新系統(tǒng)的邊界,27,6.2.1 需求分析的任務(wù)和方法(續(xù)),3系統(tǒng)需求調(diào)查方法 （1）查閱原系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄 （2）開調(diào)查會 （3）設(shè)計調(diào)查表請用戶填寫 （4）請專人介紹 （5）跟班作業(yè),28,6.2.1 需求分析的任務(wù)和方法(續(xù)),調(diào)查之后，還需進(jìn)一步分析和表達(dá)用戶需求 分析和表達(dá)用戶的需求的常用方法 自頂向下的結(jié)構(gòu)化分析方法 （Structured Analysis，簡稱SA方法） SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)入手，采用自頂向下、逐層分解的方式分析系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。,29,需求分析過程,30,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖,數(shù)據(jù)流圖(Data Flow Diagram, DFD)： 是一種全面描述系統(tǒng)邏輯模型的主要工具，它是從“數(shù)據(jù)” 和 “對數(shù)據(jù)的加工”兩方面表達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的一種圖形表示法。 可以用少數(shù)幾種符號綜合地反映出數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的流動、存儲和處理情況 把系統(tǒng)中的不同業(yè)務(wù)處理過程聯(lián)系起來，形成一個整體,31,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),DFD由4種基本符號組成：,32,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),1數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)流由一組確定的數(shù)據(jù)組成 數(shù)據(jù)流用帶有名字的具有箭頭的線段表示 名字?jǐn)?shù)據(jù)流名，表示流經(jīng)的數(shù)據(jù) 箭頭流向 數(shù)據(jù)流可以從加工流向加工，也可以從加工流進(jìn)、流出文件，還可以從源點流向加工或從加工流向終點。,33,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),2加工（處理） 加工（處理）是對數(shù)據(jù)進(jìn)行的操作 把流入的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為流出的數(shù)據(jù)流 每個加工都應(yīng)取一個名字表示它的含義，并規(guī)定一個編號用來標(biāo)識該加工在層次分解中的位置 名字中必須包含一個動詞，如“計算”、“打印”等,34,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),3文件（數(shù)據(jù)存儲） 文件是存儲數(shù)據(jù)的工具 文件名應(yīng)與它的內(nèi)容一致，寫在開口長條內(nèi) 數(shù)據(jù)流方向表示從文件流入或流出數(shù)據(jù)流 如果是讀文件，則數(shù)據(jù)流的方向應(yīng)從文件流出 寫文件時則相反 如果是又讀又寫，則數(shù)據(jù)流是雙向的,35,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),4數(shù)據(jù)源或終點 數(shù)據(jù)源或終點是指獨立于系統(tǒng)而存在的，但是又和系統(tǒng)有聯(lián)系的實體 表示數(shù)據(jù)的外部來源和去處，通常是系統(tǒng)之外的人員或組織。,36,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),一個簡單的數(shù)據(jù)流圖 ：,37,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),SA方法設(shè)計各層的數(shù)據(jù)流圖： 1首先把任何一個系統(tǒng)都抽象為：,38,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(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，再將每個子功能繼續(xù)分解，直到把系統(tǒng)的工作過程表達(dá)清楚為止。 （2）分解數(shù)據(jù) 在處理功能逐步分解的同時，其所用的數(shù)據(jù)也逐級分解，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)流圖表達(dá)了數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系 （3）表達(dá)方法 處理過程：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,39,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),實例：某醫(yī)院門診準(zhǔn)備采用病人持IC卡就醫(yī)，對應(yīng)的數(shù)據(jù)流圖如P132圖6.4-6.7所示。,40,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),實例：病人持IC卡就醫(yī)-“發(fā)卡”模塊細(xì)化,41,6.2.2 數(shù)據(jù)流圖(續(xù)),實例：病人持IC卡就醫(yī)-“就診”模塊細(xì)化,42,6.2.3 數(shù)據(jù)字典,一、數(shù)據(jù)字典的用途 二、數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容,43,一、數(shù)據(jù)字典的用途,數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的描述，即“元數(shù)據(jù)”，而不是數(shù)據(jù)本身 數(shù)據(jù)字典是進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果 數(shù)據(jù)字典在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中占有很重要的地位 數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖共同構(gòu)成需求說明書（Specification Documents），是需求分析的階段成果，是對需求分析結(jié)果的最終描述。,44,二、數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容,對數(shù)據(jù)流圖（DFD）中涉及的各類元素進(jìn)行規(guī)范的描述，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)字典的基本內(nèi)容。 數(shù)據(jù)字典所描述的數(shù)據(jù)內(nèi)容 數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲 處理過程 數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)的最小組成單位 若干個數(shù)據(jù)項可以組成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義來描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內(nèi)容。 在數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中，數(shù)據(jù)字典中的內(nèi)容是不斷充實和完善的。,45, 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(guān)系 取值范圍、與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系定義了數(shù)據(jù)的完整性約束條件,46, 數(shù)據(jù)項(續(xù)),例6.2 對“IC卡卡號”的數(shù)據(jù)項說明。 數(shù)據(jù)項：IC卡卡號 含義說明：唯一標(biāo)識每張卡 別名：醫(yī)療卡卡號 類型：字符型 長度：10 取值范圍：0 000 000 0009 999 999 999 取值含義：前4位標(biāo)識該患者所在地區(qū)編號 與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系：N/A,47, 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系。 一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組成，或由若干個數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)混合組成。 對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義說明， 組成:數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),48, 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)),例6.3 對“病人”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：病人 含義說明：是就診系統(tǒng)的主體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義了一個病人的有關(guān)信息 組成：病人編號，姓名，性別，出生日期，籍貫，住址，電話，備注,49, 數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂健?對數(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(jié)構(gòu)， 平均流量，高峰期流量 數(shù)據(jù)流來源是說明該數(shù)據(jù)流來自哪個過程 數(shù)據(jù)流去向是說明該數(shù)據(jù)流將到哪個過程去 平均流量是指在單位時間（每天、每周、每月等）里的傳輸次數(shù) 高峰期流量則是指在高峰時期的數(shù)據(jù)流量,50, 數(shù)據(jù)流(續(xù)),例6.4 對“掛號票”數(shù)據(jù)流說明。 數(shù)據(jù)流：掛號票 說明：病人掛號后得到的票據(jù) 數(shù)據(jù)流來源：掛號 數(shù)據(jù)流去向：就診 組成： 平均流量： 高峰期流量：,51, 數(shù)據(jù)存儲,數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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， 流入的數(shù)據(jù)流 ，流出的數(shù)據(jù)流， 組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量，存取方式 流入的數(shù)據(jù)流：指出數(shù)據(jù)來源 流出的數(shù)據(jù)流：指出數(shù)據(jù)去向 數(shù)據(jù)量：每次存取多少數(shù)據(jù)，每天（或每小時、每周等）存取幾次等信息 存取方法：批處理 / 聯(lián)機(jī)處理；檢索 / 更新；順序檢索 / 隨機(jī)檢索,52, 數(shù)據(jù)存儲(續(xù)),例6.5 對“病史數(shù)據(jù)”的數(shù)據(jù)存儲說明。 數(shù)據(jù)存儲：病史數(shù)據(jù) 說明：記錄病人所有病史資料 流入數(shù)據(jù)流：填寫 流出數(shù)據(jù)流：查閱 數(shù)據(jù)量：由病人就診次數(shù)決定 存取方式：隨機(jī)存取,53, 處理過程,處理過程的具體處理邏輯一般用判定表或判定樹來描述。數(shù)據(jù)字典中只需要描述處理過程的說明性信息 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,54,5. 處理過程（續(xù)）,簡要說明：主要說明該處理過程的功能及處理要求 功能：該處理過程用來做什么 處理要求：處理頻度要求（如單位時間里處理多少事務(wù)，多少數(shù)據(jù)量）；響應(yīng)時間要求等 處理要求是后面物理設(shè)計的輸入及性能評價的標(biāo)準(zhǔn),55, 處理過程(續(xù)),例6.6 對“診斷”的處理過程說明。 處理過程：診斷 說明：病人在醫(yī)生處獲得診斷結(jié)果 輸入：掛號票 輸出：處方或化驗單 處理：病人掛號后，獲取掛號單到某科室醫(yī)生處就醫(yī)，醫(yī)生經(jīng)過檢查和查看病人過往病史，得出診斷結(jié)果；將病人就醫(yī)情況等信息記入病人的病史數(shù)據(jù)庫中；并開出處方或者化驗單，讓病人取藥或者化驗。,56,6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,什么是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 需求分析階段描述的用戶應(yīng)用需求，是現(xiàn)實世界的具體需求 將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)，它比數(shù)據(jù)模型更獨立于機(jī)器、更抽象，從而更加穩(wěn)定。 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵,57,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法,58,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點 （1）語義表達(dá)能力強(qiáng)。能真實、充分地反映現(xiàn)實世界，包括實體和實體之間的聯(lián)系，概念模型是現(xiàn)實世界的一個真實模型。 （2）易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。 （3）易于理解?？梢杂盟筒皇煜び嬎銠C(jī)的用戶交換意見，使用戶易于參與。 （4）易于更改。當(dāng)應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求改變時，容易對概念模型修改和擴(kuò)充。,59,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),描述概念模型的工具： E-R模型,60,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計 集中式模式設(shè)計法 首先將需求說明綜合成一個統(tǒng)一的需求說明，然后，在此基礎(chǔ)上設(shè)計全局?jǐn)?shù)據(jù)模式，再根據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)模式為各個用戶組或應(yīng)用定義數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計模式。 一般用于小型的、不太復(fù)雜的系統(tǒng)。 視圖集成法 分別以各局部應(yīng)用的需求說明設(shè)計各自的模式（局部視圖），然后以這些視圖為基礎(chǔ)，集成為一個全局模式。 常用的方法,61,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),視圖集成法設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的四類方法： 自頂向下 首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細(xì)化 自底向上 首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu),62,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),逐步擴(kuò)張 首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴(kuò)充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至總體概念結(jié)構(gòu) 混合策略 將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計一個全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計的各局部概念結(jié)構(gòu)。,63,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),自頂向下策略,64,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),自底向上策略,65,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),逐步擴(kuò)張,66,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)的特點及設(shè)計方法(續(xù)),常用策略 自頂向下地進(jìn)行需求分析 自底向上地設(shè)計概念結(jié)構(gòu) 自底向上設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的步驟 第1步：抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖 第2步：集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu),67,6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟,1、數(shù)據(jù)抽象 概念結(jié)構(gòu)是對現(xiàn)實世界的一種抽象 從實際的人、事、物和概念中抽取所關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細(xì)節(jié) 把這些特性用各種概念精確地加以描述 這些概念組成了某種模型,68,6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟(續(xù)),1、三種常用抽象 （1）分類（Classification） 定義某一類概念作為現(xiàn)實世界中一組對象的類型 這些對象具有某些共同的特性和行為 它抽象了對象值和型之間的“is member of”的語義 在E-R模型中，實體型就是這種抽象 例：P136圖6.8,69,6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟(續(xù)),1、三種常用抽象(續(xù)) （2）聚集（Aggregation） 定義某一類型的組成成分 它抽象了對象內(nèi)部類型和成分之間“is part of”的語義 在E-R模型中若干屬性的聚集組成了實體型，就是這種抽象 例：P136圖6.9,70,6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟(續(xù)),1、三種常用抽象(續(xù)) （3）概括（Generalization） 定義類型之間的一種子集聯(lián)系 它抽象了類型之間的“is subset of”的語義 概括有一個很重要的性質(zhì)：繼承性。子類繼承超類上定義的所有抽象。 例：P136圖6.10,71,6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟(續(xù)),數(shù)據(jù)抽象的用途 對需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織（聚集），形成 實體 實體的屬性，標(biāo)識實體的碼 確定實體之間的聯(lián)系類型(1:1，1:n，m:n),72,6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟(續(xù)),2、抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖（E-R圖） 設(shè)計分E-R圖的步驟: （1）選擇局部應(yīng)用 （2）逐一設(shè)計分E-R圖,73,（1） 選擇局部應(yīng)用,需求分析階段，已用多層數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述了整個系統(tǒng)。 設(shè)計分E-R圖首先需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，確定局部結(jié)構(gòu)的范圍劃分，然后設(shè)計每個局部結(jié)構(gòu)的分E-R圖。 依據(jù)系統(tǒng)的當(dāng)前用戶進(jìn)行自然劃分 按照用戶要求數(shù)據(jù)庫提供的服務(wù)歸納成幾類，使每一類應(yīng)用訪問的數(shù)據(jù)顯著的不同于其他類，然后為每類應(yīng)用設(shè)計一個局部E-R圖。,74,（1）選擇局部應(yīng)用（續(xù)）,例如，醫(yī)院的門診數(shù)據(jù)庫可以按提供的服務(wù)大致分成以下幾類： （1）醫(yī)務(wù)人員檔案信息（如姓名、年齡、性別和職務(wù)等）的維護(hù)。 （2）患者檔案信息（如姓名、年齡、性別和地址等）的維護(hù)。 （3）藥品檔案信息（如藥名、療效、價格和供應(yīng)商）的維護(hù)。 （4）醫(yī)療器材檔案信息（如器材名、適用范圍、價格和供應(yīng)商）的維護(hù)。 （5）門診情況檔案信息（如患者名、醫(yī)生名稱、時間和患病情況）的維護(hù)等。,75,（2）逐一設(shè)計分E-R圖,任務(wù) 標(biāo)定局部應(yīng)用中的實體、屬性、碼，實體間的聯(lián)系 將各局部應(yīng)用涉及的數(shù)據(jù)分別從數(shù)據(jù)字典中抽取出來，參照數(shù)據(jù)流圖，標(biāo)定各局部應(yīng)用中的實體、實體的屬性、標(biāo)識實體的鍵 ，確定實體之間的聯(lián)系及其類型（1:1，1:n，m:n） 務(wù)必要使局部實體集間的聯(lián)系準(zhǔn)確地描述應(yīng)用領(lǐng)域中各事物之間的聯(lián)系。,76,（2）逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,例6.7 對醫(yī)院的門診數(shù)據(jù)庫 “就診”模塊： 分析知道有實體“IC卡”、“病人”、以及這兩個實體之間存在1 : 1的關(guān)系,77,（2）逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,例6.7 對醫(yī)院的門診數(shù)據(jù)庫 “就診”模塊： 分析知道有實體“醫(yī)務(wù)人員”、“處方單” 、以及這兩個實體之間存在1 : n的關(guān)系,78,6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟(續(xù)),3、集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu) 各個局部視圖即分E-R圖建立好后，還需要對它們進(jìn)行合并，集成為一個整體的概念結(jié)構(gòu)即總E-R圖。,79,3、視圖的集成（續(xù)）,視圖集成的兩種方式 一次集成（P138圖6.15） 一次集成多個分E-R圖 通常用于局部視圖比較簡單時 逐步集成（P138圖6.16） 首先集成兩個局部視圖（通常是比較關(guān)鍵的兩個局部視圖） 以后每次將一個新的局部視圖集成進(jìn)來,80,3、視圖的集成（續(xù)）,集成局部E-R圖的步驟 （1）合并局部E-R圖，生成初步E-R圖 （2）修改與重構(gòu)：消除不必要的冗余，生成基本E-R圖。,81,3、視圖的集成（續(xù)）,82,（1）合并分E-R圖，生成初步E-R圖,各分圖存在沖突 各個局部應(yīng)用所面向的問題不同 由不同的設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計 各個分E-R圖之間必定會存在許多不一致的地方 合并分E-R圖的主要工作與關(guān)鍵所在：合理消除各分E-R圖的沖突 沖突的種類 屬性沖突 命名沖突 結(jié)構(gòu)沖突,83,1） 屬性沖突,兩類屬性沖突 屬性域沖突：屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同。 例：IC卡卡號是數(shù)字，因此某些部門將卡號定義為整數(shù)形式，有的部門將卡號定義為字符型形式。 屬性取值單位沖突。 例：藥品有的以克為單位，有的以個數(shù)為單位，有的以毫升為單位等。 屬性沖突的解決方法 通常用討論、協(xié)商等行政手段加以解決,84,2） 命名沖突,兩類命名沖突 同名異義 不同意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有相同的名字 例，局部應(yīng)用A中將教室稱為房間 局部應(yīng)用B中將學(xué)生宿舍稱為房間 異名同義（一義多名） 同一意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有不同的名字 例，有些患者將醫(yī)生稱為醫(yī)生，有些患者將醫(yī)生稱為大夫。,85,2） 命名沖突（續(xù)）,命名沖突可能發(fā)生在屬性級、實體級、聯(lián)系級上。其中屬性的命名沖突更為常見。 命名沖突的解決方法 通過討論、協(xié)商等行政手段加以解決,86,3） 結(jié)構(gòu)沖突,三類結(jié)構(gòu)沖突 同一對象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象 例，“藥品”在某一局部應(yīng)用中被當(dāng)作實體，在另一局部應(yīng)用中則被當(dāng)作屬性。 解決方法：通常是把屬性變換為實體或把實體變換為屬性，使同一對象具有相同的抽象。,87,3） 結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,同一實體在不同局部視圖中所包含的屬性不完全相同，或者屬性的排列次序不完全相同。 產(chǎn)生原因：不同的局部應(yīng)用關(guān)心的是該實體的不同側(cè)面。 解決方法：使該實體的屬性取各分E-R圖中屬性的并集，再適當(dāng)設(shè)計屬性的次序。,88,3） 結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,實體之間的聯(lián)系在不同局部視圖中呈現(xiàn)不同的類型 例6.15 在局部應(yīng)用中醫(yī)療設(shè)備和零件之間是m : n聯(lián)系，而在另一局部應(yīng)用中醫(yī)療設(shè)備、零件和設(shè)備商3者之間是m : n : p的聯(lián)系，分別如P140圖6.19(a)和6.19(b)所示，合并后如圖6.19(c)所示。,89,3） 結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,90,（2）修改與重構(gòu),基本任務(wù) 消除不必要的冗余，設(shè)計生成基本E-R圖,91,（2） 修改與重構(gòu)（續(xù)）,1）冗余 冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本數(shù)據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)， 冗余的聯(lián)系是指可由其他聯(lián)系導(dǎo)出的聯(lián)系。 冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系容易破壞數(shù)據(jù)庫的完整性，給數(shù)據(jù)庫維護(hù)增加困難 并不是所有的冗余數(shù)據(jù)與冗余聯(lián)系都必須加以消除，有時為了提高某些應(yīng)用的效率，不得不以冗余信息作為代價。 設(shè)計數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)時，哪些冗余信息必須消除，哪些冗余信息允許存在，需要根據(jù)用戶的整體需求來確定。 消除不必要的冗余后的初步E-R圖稱為基本E-R圖。,92,（2） 修改與重構(gòu)（續(xù)）,2）消除冗余的方法 分析方法 以數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖為依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)字典中關(guān)于數(shù)據(jù)項之間邏輯關(guān)系的說明來消除冗余。 如果是為了提高效率，人為地保留了一些冗余數(shù)據(jù)，則應(yīng)把數(shù)據(jù)字典中數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的說明作為完整性約束條件。 一種更好的方法是把冗余數(shù)據(jù)定義在視圖中 規(guī)范化理論 函數(shù)依賴的概念提供了消除冗余聯(lián)系的形式化工具,93,4、驗證整體概念結(jié)構(gòu),概念集成后形成一個整體的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)，對該整體概念結(jié)構(gòu)還必須進(jìn)行進(jìn)一步驗證，確保它能夠滿足下列條件： 整體概念結(jié)構(gòu)內(nèi)部必須具有一致性，不存在互相矛盾的表達(dá)。 整體概念結(jié)構(gòu)能準(zhǔn)確地反映原來的每個視圖結(jié)構(gòu)，包括屬性、實體及實體間的聯(lián)系。 整體概念結(jié)構(gòu)能滿足需求分析階段所確定的所有要求。,94,4、驗證整體概念結(jié)構(gòu)（續(xù)）,整體概念結(jié)構(gòu)最終還應(yīng)該提交給用戶，征求用戶和有關(guān)人員的意見，進(jìn)行評審、修改和優(yōu)化，然后把它確定下來，作為數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)，并作為進(jìn)一步設(shè)計數(shù)據(jù)庫的依據(jù)。,95,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟 抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖 集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu) 驗證整體概念結(jié)構(gòu),96,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié),設(shè)計局部視圖 選擇局部應(yīng)用 逐一設(shè)計分E-R圖 標(biāo)定局部應(yīng)用中的實體、屬性、碼，實體間的聯(lián)系 用E-R圖描述出來,97,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié),集成局部視圖 1.合并分E-R圖，生成初步E-R圖 消除沖突 屬性沖突 命名沖突 結(jié)構(gòu)沖突 2. 修改與重構(gòu) 消除不必要的冗余，設(shè)計生成基本E-R圖 分析方法 規(guī)范化理論,98,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù) 概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ) 為了能夠用某一DBMS實現(xiàn)用戶需求，還必須將概念結(jié)構(gòu)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，這就是數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計所要完成的任務(wù)。,99,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(續(xù)),邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型 將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換 對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化,100,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,轉(zhuǎn)化為一般數(shù)據(jù)模型,轉(zhuǎn)化為特定DBMS支持下的據(jù)模型,優(yōu)化模型,概念結(jié) 構(gòu)設(shè)計,數(shù)據(jù)庫 物理設(shè)計,基本E-R圖,轉(zhuǎn)換規(guī)則,特定DBMS的特點與限制,優(yōu)化方法如規(guī)范化理論,邏輯 模型,101,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換內(nèi)容 E-R圖由實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系三個要素組成 關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合 將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型：將實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式。 轉(zhuǎn)換原則,102,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù)),轉(zhuǎn)換原則 1、實體集的轉(zhuǎn)換 一個實體集轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：實體的屬性 關(guān)系的鍵：實體的鍵 例6.17 將“就診”模塊中“醫(yī)院職工”和“處方單”兩個實體集轉(zhuǎn)換成兩個關(guān)系模式醫(yī)院職工和處方單。轉(zhuǎn)化后的關(guān)系模式如下 醫(yī)院職工（職工編號，姓名，出生日期，性別，職務(wù)，科室） 處方單（處方單編號，日期，處方，備注）,103,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù)),2、兩個實體間的1 : 1聯(lián)系 一般不單獨轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，而是與所聯(lián)系的兩個實體中任一實體對應(yīng)的關(guān)系模式合并，即在這一關(guān)系模式中加入另一個實體對應(yīng)的關(guān)系模式的鍵和聯(lián)系本身的屬性。 與某一端實體對應(yīng)的關(guān)系模式合并 合并后關(guān)系的屬性：加入對應(yīng)關(guān)系的鍵（成為該關(guān)系模式的外鍵 ）和聯(lián)系本身的屬性 合并后關(guān)系的鍵 ：不變,104,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù)),例如：“IC卡”和“病人”這兩個實體之間存在1 : 1聯(lián)系，可以在“IC卡”關(guān)系中增加一個“用戶編號”屬性，如下所示 病人（用戶編號，姓名，性別，出生日期，地址，電話） IC卡（卡號，用戶編號，余額，發(fā)行日期）,105,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù)),3、兩個實體間的1:n聯(lián)系 一般也不單獨轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，而是與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 合并后關(guān)系的屬性：在n端關(guān)系中加入1端關(guān)系的鍵和聯(lián)系本身的屬性 合并后關(guān)系的鍵 ：不變,106,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù)),例6.18 病人、醫(yī)院職工、處方單之間存在兩個1 : n聯(lián)系，如圖6.22所示，將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。 將病人、醫(yī)院職工、處方單3個實體以及聯(lián)系轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式為 病人（用戶編號，姓名，出生日期，性別，地址，電話） 醫(yī)院職工（職工編號，姓名，出生日期，性別，職務(wù)，科室） 處方單（處方單編號，日期，處方，備注，用戶編號，職工編號）,107,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù)),4、兩個實體間的m :n聯(lián)系 m :n聯(lián)系單獨轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：與該聯(lián)系相連的各實體的鍵以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的鍵 ：各實體鍵的組合 例6.19 處方單和藥品之間存在m : n聯(lián)系，如圖6.23所示，轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。 處方單關(guān)系模式上例已完成，其余兩個關(guān)系模式如下 藥品（藥品編號，名稱，單價，廠商，藥效） 處方藥品（處方單編號，藥品編號 ，數(shù)量）,108,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù)),5、三個或三個以上實體間的一個多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：與該多元聯(lián)系相連的各實體的鍵以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的鍵 ：實體鍵的組合 6、同一實體集的實體間的聯(lián)系，即自聯(lián)系，也可按上述兩個實體間的 1:1、1:n和m:n三種情況分別處理。 7、具有相同鍵的關(guān)系模式可以合并。 目的：減少系統(tǒng)中的關(guān)系個數(shù)。,109,向特定DBMS規(guī)定的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換,一般的數(shù)據(jù)模型還需要向特定DBMS規(guī)定的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換的主要依據(jù)是所選用的DBMS的功能及限制。沒有通用規(guī)則。 對于關(guān)系模型來說，這種轉(zhuǎn)換通常都比較簡單。,110,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化,數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的結(jié)果不是唯一的。 得到初步數(shù)據(jù)模型后，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)匦薷?、調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，這就是數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化通常以規(guī)范化理論為指導(dǎo)。,111,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化(續(xù)),優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的方法 確定數(shù)據(jù)依賴 按需求分析階段所得到的語義，分別寫出每個關(guān)系模式內(nèi)部各屬性之間的數(shù)據(jù)依賴以及不同關(guān)系模式屬性之間數(shù)據(jù)依賴。 消除冗余 對于各個關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。,112,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化(續(xù)),3. 確定關(guān)系模式范式 按照數(shù)據(jù)依賴的理論對關(guān)系模式逐一進(jìn)行分析，考查是否存在部分函數(shù)依賴、傳遞函數(shù)依賴、多值依賴等，確定各關(guān)系模式分別屬于第幾范式。 4確定關(guān)系模式是否合并或分解 按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，分析對于這樣的應(yīng)用環(huán)境這些模式是否合適，確定是否要對它們進(jìn)行合并或分解。,113,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化(續(xù)),并不是規(guī)范化程度越高的關(guān)系就越優(yōu)。 當(dāng)一個應(yīng)用的查詢中經(jīng)常涉及到兩個或多個關(guān)系模式的屬性時，系統(tǒng)必須經(jīng)常地進(jìn)行連接運(yùn)算，而連接運(yùn)算的代價是相當(dāng)高的。 非BCNF的關(guān)系模式雖然從理論上分析會存在不同程度的更新異常，但如果在實際應(yīng)用中對此關(guān)系模式只是查詢，并不執(zhí)行更新操作，則就不會產(chǎn)生實際影響。 對于一個具體應(yīng)用來說，到底規(guī)范化進(jìn)行到什么程度，需要權(quán)衡響應(yīng)時間和潛在問題兩者的利弊才能決定。一般說來，第三范式就足夠了。例：6.20,114,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化(續(xù)),5、關(guān)系模式的分解 按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，對關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解或合并，以提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲空間的利用率 常用分解方法 水平分解 垂直分解,115,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化(續(xù)),水平分解 什么是水平分解 把(基本)關(guān)系的元組分為若干子集合，定義每個子集合為一個子關(guān)系，以提高系統(tǒng)的效率。 水平分解的適用范圍 1. 滿足“80/20原則”的應(yīng)用 80/20原則：一個大關(guān)系中，經(jīng)常被使用的數(shù)據(jù)只是關(guān)系的一部分，約20% 把經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)分解出來，形成一個子關(guān)系，可以減少查詢的數(shù)據(jù)量。 2. 并發(fā)事務(wù)經(jīng)常存取不相交的數(shù)據(jù) 如果關(guān)系R上具有n個事務(wù)，而且多數(shù)事務(wù)存取的數(shù)據(jù)不相交，則R可分解為少于或等于n個子關(guān)系，使每個事務(wù)存取的數(shù)據(jù)對應(yīng)一個關(guān)系。,116,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化(續(xù)),垂直分解 什么是垂直分解 把關(guān)系模式R的屬性分解為若干子集合，形成若干子關(guān)系模式。 垂直分解的原則 經(jīng)常在一起使用的屬性從R中分解出來形成一個子關(guān)系模式。 垂直分解的優(yōu)點 可以提高某些事務(wù)的效率 垂直分解的缺點 可能使另一些事務(wù)不得不執(zhí)行連接操作，從而降低了效率。,117,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化(續(xù)),垂直分解的適用范圍 取決于分解后R上的所有事務(wù)的總效率是否得到了提高。 進(jìn)行垂直分解的方法 簡單情況：直觀分解 復(fù)雜情況：用第五章中的模式分解算法 垂直分解必須不損失關(guān)系模式的語義(保持無損連接性和保持函數(shù)依賴)。,例：圖6.21所對應(yīng)的所有關(guān)系模式？,118,6.4.3 外模式設(shè)計,定義數(shù)據(jù)庫模式主要是從系統(tǒng)的時間效率、空間效率、易維護(hù)等角度出發(fā)。 定義用戶外模式時應(yīng)該更注重考慮用戶的習(xí)慣與方便。包括三個方面： (1) 使用更符合用戶習(xí)慣的別名 (2) 針對不同級別的用戶定義不同的外模式，以滿足系統(tǒng)對安全性的要求。 (3) 簡化用戶對系統(tǒng)的使用 如果某些局部應(yīng)用中經(jīng)常要使用某些很復(fù)雜的查詢，為了方便用戶，可以將這些復(fù)雜查詢定義為視圖。,例6.21,119,6.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計,什么是數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計算機(jī)系統(tǒng)。 為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。,120,6.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(續(xù)),數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計，也就是設(shè)計數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式。 內(nèi)模式不直接面向用戶，因此，內(nèi)模式的設(shè)計不需要考慮用戶理解的需要 主要設(shè)計目標(biāo)： 一是提高數(shù)據(jù)庫的性能，特別是滿足主要應(yīng)用的性能要求 二是有效地利用存儲空間。,121,6.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(續(xù)),數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計的步驟 確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) 對物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價，評價的重點是時間和空間效率,122,6.5.1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和方法,不同的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品所提供的物理環(huán)境、存取方法和存儲結(jié)構(gòu)有很大差別 供設(shè)計人員使用的設(shè)計變量、參數(shù)范圍也很不相同 沒有通用的物理設(shè)計方法可以遵循，只能給出一般的設(shè)計內(nèi)容和原則，希望能夠合理的優(yōu)化數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)，使得各種事務(wù)的響應(yīng)時間最小，事務(wù)吞吐率最高。,123,6.5.1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和方法(續(xù)),設(shè)計數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備工作 1. 充分了解應(yīng)用環(huán)境，詳細(xì)分析要運(yùn)行的事務(wù)，以獲得選擇數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計所需參數(shù) 2. 充分了解所用RDBMS的內(nèi)部特征，特別是系統(tǒng)提供的存取方法和存儲結(jié)構(gòu),124,6.5.1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和方法(續(xù)),選擇數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計所需參數(shù) 數(shù)據(jù)庫查詢事務(wù) 查詢的關(guān)系 查詢條件所涉及的屬性 連接條件所涉及的屬性 查詢的投影屬性 數(shù)據(jù)更新事務(wù) 被更新的關(guān)系 每個關(guān)系上的更新操作條件所涉及的屬性 修改操作要改變的屬性值 每個事務(wù)在各關(guān)系上運(yùn)行的頻率和性能要求,125,6.5.1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和方法(續(xù)),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是多用戶共享的系統(tǒng)，對同一個關(guān)系要建立多條存取路徑才能滿足多用戶的多種應(yīng)用要求。 物理設(shè)計的第一個任務(wù)就是要確定選擇哪些存取方法，即建立哪些存取路徑。,126,6.5.1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和方法(續(xù)),DBMS常用存取方法 索引方法，目前主要是B+樹索引方法 聚簇（Cluster）方法 HASH方法,127,1、索引方法,選擇索引存取方法的主要內(nèi)容 根據(jù)應(yīng)用要求確定 在哪些表上建立索引 在表的哪些列上建立索引，建立什么樣的索引 對哪個屬性列建立索引 對哪些屬性列建立組合索引 對哪些索引要設(shè)計為唯一索引,128,1、索引方法(續(xù)),選擇索引存取方法的一般規(guī)則： （1）主鍵和外鍵上一般都建有索引。 （2）如果一個（或一組）屬性經(jīng)常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)，則考慮在這個（或這組）屬性上建立索引。 （3）對于以讀為主或只讀的表，只要需要且存儲空間又允許，可以多建索引。,129,1、索引方法(續(xù)),選擇索引存取方法的一般規(guī)則(續(xù))： （4）對于等值查詢，如果滿足條件的元組是少量的，如小于5%，且存儲空間允許，可以考慮在有關(guān)屬性上建立索引。 （5）對于范圍查詢（即查詢條件以、等為比較符），可以在有關(guān)屬性上建立索引。 （6）如果一個（或一組）屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)，則考慮在這個（或這組）屬性上建立索引。,130,1、索引方法(續(xù)),選擇索引存取方法的一般規(guī)則(續(xù))：滿足下列條件之一，則不宜建立索引。 （1）很少出現(xiàn)在查詢條件中的屬性。 （2）屬性取值很少的屬性。 （3）屬性值分布嚴(yán)重不均的屬性。 （4）經(jīng)常更新的屬性或表，因為更新時有關(guān)的索引需要做相應(yīng)的修改。 （5）過長的屬性。 （6）太小的表。,131,2、聚簇方法,什么是聚簇 為了提高某個屬性（或?qū)傩越M）的查詢速度，把這個或這些屬性（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊稱為聚簇 許多關(guān)系型DBMS都提供了聚簇功能,132,2、聚簇方法(續(xù)),在一個基本表上最多只能建立一個聚簇 聚簇的適用范圍： （1）通過聚簇鍵進(jìn)行訪問或連接是該表的主要應(yīng)用，與聚簇鍵無關(guān)的其他訪問很少，或是次要的 （2）對應(yīng)每個聚簇鍵的平均元組數(shù)既不太少，也不太多 （3）聚簇鍵的值應(yīng)相對穩(wěn)定，以減少修改聚簇鍵所引起的維護(hù)開銷,133,2、聚簇方法(續(xù)),聚簇的用途 1. 大大提高按聚簇屬性進(jìn)行查詢的效率 例：假設(shè)學(xué)生關(guān)系按所在系建有索引，現(xiàn)在要查詢信息系的所有學(xué)生名單。 信息系的500名學(xué)生分布在500個不同的物理塊上時，至少要執(zhí)行500次I/O操作。 如果將同一系的學(xué)生元組聚簇存放，則每讀一個物理塊可得到多個滿足查詢條件的元組，從而顯著地減少了訪問磁盤的次數(shù)。,134,2、聚簇方法(續(xù)),2. 節(jié)省存儲空間 聚簇以后，聚簇碼相同的元組集中在一起了，因而聚簇碼值不必在每個元組中重復(fù)存儲，只要在一組中存一次就行了,見圖6.24,135,2、聚簇方法(續(xù)),聚簇的局限性 1. 聚簇只能提高某些特定應(yīng)用的性能 2. 建立與維護(hù)聚簇的開銷相當(dāng)大 對已有關(guān)系建立聚簇，將導(dǎo)致關(guān)系中元組移動其物理存儲位置，并使此關(guān)系上原有的索引無效，必須重建。 當(dāng)一個元組的聚簇碼改變時，該元組的存儲位置也要做相應(yīng)移動。,136,6.5.2 確定物理結(jié)構(gòu),確定數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的內(nèi)容 1. 確定數(shù)據(jù)的存放位置 關(guān)系 索引 聚簇 日志 備份 2. 確定系統(tǒng)配置,137,1. 確定數(shù)據(jù)的存放位置,影響數(shù)據(jù)存放位置和存儲結(jié)構(gòu)的因素 硬件環(huán)境 應(yīng)用需求 存取時間 存儲空間利用率 維護(hù)代價,138,1. 確定數(shù)據(jù)的存放位置(續(xù)),基本原則 根據(jù)應(yīng)用情況將 易變部分與穩(wěn)定部分 存取頻率較高部分與存取頻率較低部分 分開存放，以提高系統(tǒng)性能,139,1. 確定數(shù)據(jù)的存放位置(續(xù)),例： 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)備份、日志文件備份等由于只在故障恢復(fù)時才使用，而且數(shù)據(jù)量很大，可以考慮存放在磁帶上。 如果計算機(jī)有多個磁盤，可以考慮將表和索引分別放在不同的磁盤上，在查詢時，由于兩個磁盤驅(qū)動器分別在工作，因而可以保證物理讀寫速度比較快。 可以將日志文件與數(shù)據(jù)庫對象（表、索引等）放在不同的磁盤以改進(jìn)系統(tǒng)的性能。,140,2. 確定系統(tǒng)配置,DBMS產(chǎn)品一般都提供了一些存儲分配參數(shù) 同時使用數(shù)據(jù)庫的用戶數(shù) 同時打開的數(shù)據(jù)庫對象數(shù) 使用的緩沖區(qū)長度、個數(shù) 時間片大小 數(shù)據(jù)庫的大小 裝填因子 鎖的數(shù)目 等等,141,2. 確定系統(tǒng)配置(續(xù)),系統(tǒng)都為這些變量賦予了合理的缺省值。但是這些值不一定適合每一種應(yīng)用環(huán)境，在進(jìn)行物理設(shè)計時，需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境確定這些參數(shù)值，以使系統(tǒng)性能最優(yōu)。 在物理設(shè)計時對系統(tǒng)配置變量的調(diào)整只是初步的，在系統(tǒng)運(yùn)行時還要根據(jù)系統(tǒng)實際運(yùn)行情況做進(jìn)一步的調(diào)整，以期切實改進(jìn)系統(tǒng)性能。,142,6.5.3 評價物理結(jié)構(gòu),評價內(nèi)容 對數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計過程中產(chǎn)生的多種方案進(jìn)行細(xì)致的評價，從中選擇一個較優(yōu)的方案作為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu),143,6.5.3 評價物理結(jié)構(gòu)(續(xù)),評價方法 定量估算各種方案 存儲空間 存取時間 維護(hù)代價 對估算結(jié)果進(jìn)行權(quán)衡、比較，選擇出一個較優(yōu)的合理的物理結(jié)構(gòu) 如果該結(jié)構(gòu)不符合用戶需求，則需要修改設(shè)計,144,6.6 數(shù)據(jù)庫的實施和維護(hù),數(shù)據(jù)庫實施的工作內(nèi)容： 用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 組織數(shù)據(jù)入庫 編制與調(diào)試應(yīng)用程序 數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行,145,6.6.1數(shù)據(jù)的載入和應(yīng)用程序的調(diào)試,1、確定了數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)后，就可以用所選用的DBMS提供的DDL來嚴(yán)格描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。 2、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以向數(shù)據(jù)庫中裝載數(shù)據(jù)了。組織數(shù)據(jù)入庫是數(shù)據(jù)庫實施階段最主要的工作。 數(shù)據(jù)裝載方法 人工方法 計算機(jī)輔助數(shù)據(jù)入庫,146,6.6.1數(shù)據(jù)的載入和應(yīng)用程序的調(diào)試(續(xù)),現(xiàn)代DBMS一般都提供專門的實用程序或工具，幫助實現(xiàn)數(shù)據(jù)載入 。 OracleSQL*Load實用程序 SQL ServerDTS（Data Transformation Service） 如果原始數(shù)據(jù)并未“數(shù)字化”，則需將它們通過人工批量錄入到數(shù)據(jù)庫中。,147,6.6.1數(shù)據(jù)的載入和應(yīng)用程序的調(diào)試(續(xù)),3、編制與調(diào)試應(yīng)用程序 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計應(yīng)該與數(shù)據(jù)設(shè)計并行進(jìn)行。 在數(shù)據(jù)庫實施階段，當(dāng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以開始編制與調(diào)試數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序。調(diào)試應(yīng)用程序時由于數(shù)據(jù)入庫尚未完成，可先使用模擬數(shù)