數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)教學(xué)課件

1、第6章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目的、意義及內(nèi)容 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟問(wèn)題的提出場(chǎng)景 根據(jù)公司的組織結(jié)構(gòu)和工作要求，該人事管理系統(tǒng)的主要功能為管理員工資料、員工考勤、評(píng)定員工業(yè)績(jī)和自動(dòng)計(jì)算員工薪資。 人事部公司財(cái)務(wù)部辦公室技術(shù)部銷售部公關(guān)部宏文軟件股份有限公司組織機(jī)構(gòu) 問(wèn)題的提出人 員 類 型權(quán) 限 描 述普通員工查看員薪資料、請(qǐng)假、加班、考勤、薪資等信息，填寫業(yè)績(jī)報(bào)告部門經(jīng)理除普通員工的權(quán)限外，還可審批請(qǐng)假、加班和業(yè)績(jī)報(bào)告的信息人事助理修改員薪資料，登記考勤信息，核實(shí)加班請(qǐng)假信息并計(jì)算月薪資人事經(jīng)理除人事助理的權(quán)限外，還有指定員工起薪等權(quán)限場(chǎng)景 公司的人員各種角色權(quán)限定義 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述

2、成功的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，必須嚴(yán)格按照工程化步驟實(shí)施。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)還需要豐富的經(jīng)驗(yàn)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)要求形成規(guī)范完整的文檔資料。本章主要介紹數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的步驟以及每一步驟的工作內(nèi)容和方法。 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法及核心方法：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法有多種，一般規(guī)范設(shè)計(jì)法，分六步。核心：邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與行為設(shè)計(jì)并行。難點(diǎn)：科學(xué)性與藝術(shù)性，綜合性，多學(xué)科交叉。 系統(tǒng)規(guī)劃階段數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)前要先進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃。系統(tǒng)規(guī)劃包括：確定系統(tǒng)范圍、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)功能和性能、系統(tǒng)所需資源；估計(jì)開(kāi)發(fā)成本，確定實(shí)施計(jì)劃和進(jìn)度，分析可能的效益；確定

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和技術(shù)路線；選擇用戶環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；確定參加數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的人員（分析設(shè)計(jì)人員、用戶、程序員和操作員、測(cè)試員）。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法及步驟 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)分為以下6個(gè)階段： 需求分析階段 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施階段 數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)階段6.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述 1.需求分析:這一階段要求充分而準(zhǔn)確了解和分析用戶需求（包括數(shù)據(jù)需求和處理需求）。這是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的基礎(chǔ)，是最費(fèi)時(shí)最困難的一步。2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它通過(guò)對(duì)用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個(gè)獨(dú)立于具體DBMS的概念模型。3.邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):將概念模型轉(zhuǎn)換為某個(gè)DBMS支持的

4、數(shù)據(jù)模型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。6.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述 4.數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì):為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法）。5.數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施:根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫(kù)，編制和調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫(kù)，并進(jìn)行試運(yùn)行。6.數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù):在運(yùn)行過(guò)程中不斷對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)、調(diào)整和修改。6.2 需求分析 需求分析的任務(wù)需求分析的步驟需求分析流程圖調(diào)查和分析的方法編寫數(shù)據(jù)流圖編寫數(shù)據(jù)字典6.2 需求分析 需求分析的任務(wù)1.通過(guò)詳細(xì)調(diào)查現(xiàn)實(shí)世界要處理的對(duì)象（企業(yè)、組織、部門等），充分了解原系統(tǒng)的工作情況，明確用戶各種需求，然后在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。2.重點(diǎn)是調(diào)

5、查、收集與分析用戶在數(shù)據(jù)管理中的信息要求、處理要求、安全性要求、與完整性要求。6.2 需求分析的步驟調(diào)查與初步分析用戶需求需要四步：1.調(diào)查組織機(jī)構(gòu)總體情況2.熟悉業(yè)務(wù)活動(dòng)3.明確用戶需求4.確定系統(tǒng)邊界需求分析流程圖調(diào)查組織機(jī)構(gòu)總體情況熟悉業(yè)務(wù)活動(dòng)明確用戶需求需求分析用戶 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員DFD概念設(shè)計(jì)DD確定系統(tǒng)邊界調(diào)查和分析的方法1.調(diào)查方法：跟班作業(yè)。開(kāi)調(diào)查會(huì)。請(qǐng)專人介紹。詢問(wèn)。設(shè)計(jì)調(diào)查表請(qǐng)用戶填寫。查閱歷史記錄。2.分析方法：自頂向下分析和自底向上分析。3.需要形成的規(guī)范化文檔：數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典。4.數(shù)據(jù)流圖：用來(lái)描述業(yè)務(wù)的流程。5.數(shù)據(jù)字典：用來(lái)描述系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流圖一般畫法數(shù)

6、據(jù)流：用標(biāo)有名字的箭頭表示有流向的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理：用標(biāo)有名字的圓圈表示對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工或變換。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：以類似書本的符號(hào)表示數(shù)據(jù)暫存的處所對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行的處理，可以用指向或離開(kāi)的箭頭表示。數(shù)據(jù)來(lái)源及終點(diǎn)：用命名的方框表示，表明數(shù)據(jù)的來(lái)源或數(shù)據(jù)去向。6.2 需求分析 需求分析的方法畫數(shù)據(jù)流圖的一般步驟如下：（1）首先畫系統(tǒng)的輸入輸出，即先畫頂層數(shù)據(jù)流圖。圖書借還系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖6.2 需求分析（2）畫系統(tǒng)內(nèi)部，即畫下層數(shù)據(jù)流圖。圖書借還系統(tǒng)0層數(shù)據(jù)流圖6.2 需求分析（2）進(jìn)一步分解，得到下一層數(shù)據(jù)流圖。2號(hào)圖：借書單借書單讀者文件圖書文件借書文件還書單借書記錄借書文件圖書文件借書記錄過(guò)期罰款單3

7、號(hào)圖：6.2 需求分析在畫數(shù)據(jù)流圖時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 命名 每個(gè)加工至少有一個(gè)輸入數(shù)據(jù)流和一個(gè)輸出數(shù)據(jù)流，反映出此加工數(shù)據(jù)的來(lái)源與加工的結(jié)果。 編號(hào) 父圖與子圖的平衡舉例 教務(wù)管理數(shù)據(jù)流圖接受否考試安排考試安排 成績(jī)通知單 如未通過(guò)重修補(bǔ)考單教室時(shí)間安排 教材介紹介紹出試卷 評(píng)成績(jī)選教材 評(píng)平時(shí)成績(jī)課程安排表同意否填選課單準(zhǔn)考證選課單P2上課教師學(xué)生P3考試學(xué)生名單考試表選課名單教師檔案課程目錄教室安排教材目錄課堂檢查平時(shí)成績(jī)?cè)嚲沓煽?jī)單P1選課補(bǔ)考名單課時(shí)安排數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖表達(dá)了數(shù)據(jù)和處理的關(guān)系，對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)流、加工、數(shù)據(jù)文件并沒(méi)有詳細(xì)的說(shuō)明。數(shù)據(jù)字典就是用來(lái)定義數(shù)據(jù)流圖中的各個(gè)成分的具體含義

8、，是各類數(shù)據(jù)描述的集合，即元數(shù)據(jù)，而非數(shù)據(jù)本身。數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典有以下4個(gè)部分：（1）數(shù)據(jù)項(xiàng)（2）數(shù)據(jù)流（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（數(shù)據(jù)文件）（4）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)字典1.數(shù)據(jù)項(xiàng)：數(shù)據(jù)項(xiàng)是不可再分的數(shù)據(jù)單位。數(shù)據(jù)項(xiàng)描述=數(shù)據(jù)項(xiàng)名，含義說(shuō)明，別名，類型，長(zhǎng)度，取值范圍，取值含義，與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系 例如： 讀者編號(hào)=C(13) 表示長(zhǎng)度為13的字符串借書日期=D(8) 表示長(zhǎng)度為8的日期類型借否=.T.|.F. .T.表示已借，.F.表示未借罰款數(shù)=N(5,1) 表示長(zhǎng)度為5、小數(shù)位數(shù)為1位 的實(shí)數(shù) 數(shù)據(jù)字典2.數(shù)據(jù)流：列出該數(shù)據(jù)流的各組成數(shù)據(jù)項(xiàng)。數(shù)據(jù)流描述=數(shù)據(jù)流名，說(shuō)明，數(shù)據(jù)流來(lái)源，數(shù)據(jù)流去向，組成：數(shù)

9、據(jù)結(jié)構(gòu)，平均流量，高峰期流量 例如：圖書借還管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流： 讀者要求 = 借書單| 還書單 借書單 = 讀者編號(hào) + 圖書編號(hào) 還書單 = 圖書編號(hào) 借書記錄 = 讀者編號(hào) + 圖書編號(hào) + 借書日期過(guò)期罰款單 = 讀者編號(hào) + 姓名 + 罰款數(shù) 數(shù)據(jù)字典3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（數(shù)據(jù)文件）：對(duì)數(shù)據(jù)文件的定義。數(shù)據(jù)文件描述=數(shù)據(jù)文件名，說(shuō)明，編號(hào)，組成，數(shù)據(jù)組織 例如：讀者文件： 數(shù)據(jù)組成：讀者編號(hào) + 姓名 + 班號(hào) 數(shù)據(jù)組織：按讀者編號(hào)遞增排列 數(shù)據(jù)字典4.數(shù)據(jù)處理：說(shuō)明處理的內(nèi)容，不說(shuō)明處理的方法。處理過(guò)程描述=處理過(guò)程名，編號(hào)，處理功能，處理要求 例如：加工編號(hào)：2.1 加工名字：借書查找 加

10、工功能：根據(jù)借書單中讀者編號(hào)，確定是否為有效的讀者，然后根據(jù)借書單中的圖書編號(hào)，在圖書文件中查找該編號(hào)且尚未借出的圖書記錄。6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將需求分析得到的用戶需求抽象成信息結(jié)構(gòu)(概念結(jié)構(gòu))。概念結(jié)構(gòu)獨(dú)立于邏輯結(jié)構(gòu)和支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的DBMS。它是現(xiàn)實(shí)世界和機(jī)器世界的中介，是現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)模型，易于理解，便于同不熟悉計(jì)算機(jī)的用戶進(jìn)行交流，這是整個(gè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般使用ER圖完成。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的E-R模型可采用4種策略。1.自底向上：先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，再集成為全局概念結(jié)構(gòu)。2.自頂向下：先定義全局概念結(jié)構(gòu)，再細(xì)化。3.逐步擴(kuò)充：先定義最

11、重要的核心概念結(jié)構(gòu)，再逐步擴(kuò)充形成全局概念結(jié)構(gòu)。4.混合策略：自頂向下和自底向上相結(jié)合，自頂向下設(shè)計(jì)全局概念結(jié)構(gòu)框架。再自底向上設(shè)計(jì)各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為局部E-R圖和總體E-R圖。 總體E-R圖由局部E-R圖組成，設(shè)計(jì)時(shí)，一般先從局部E-R圖開(kāi)始設(shè)計(jì)，以減小設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，最后由局部E-R圖綜合形成總體E-R圖。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟創(chuàng)建E-R模型的步驟： 第一步：定義實(shí)體 第二步：定義聯(lián)系 第三步：定義碼 第四步：定義屬性 第五步：定義其他對(duì)象和規(guī)則 定義屬性的數(shù)據(jù)類型、長(zhǎng)度、精度、非空、缺省值、約束規(guī)則等。定義觸發(fā)器、存儲(chǔ)過(guò)程、視圖、角色、同義詞、序列等對(duì)象信息

12、。大學(xué)教學(xué)管理系統(tǒng)E-R圖設(shè)計(jì)（1）該大學(xué)有多個(gè)學(xué)院。每個(gè)學(xué)院有一個(gè)院長(zhǎng)，每個(gè)院長(zhǎng)主管一個(gè)學(xué)院。（2）該學(xué)院有若干個(gè)系。每個(gè)系僅屬于一個(gè)學(xué)院。（3）每個(gè)系根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)開(kāi)設(shè)多門課程。（4）每個(gè)系有多名教師，但每位教師只屬于一個(gè)系；每個(gè)系有一個(gè)系主任，系主任是一名教師。（5）一個(gè)教師可能講多門課，且每門課必須有一位教師講授。（6）每個(gè)系有多名學(xué)生，且每名學(xué)生只能屬于一個(gè)系。（7）每名學(xué)生可以選修多門課，且一門課可以有多名學(xué)生選。大學(xué)教學(xué)管理系統(tǒng)E-R圖設(shè)計(jì)院長(zhǎng)學(xué)院 系主管設(shè)置111n 系課程開(kāi)設(shè)1n 系教師擁有主管111n 教師課程講授1n 系學(xué)生 課程擁有選修1nmn圖1圖2圖3圖4圖5概念結(jié)

13、構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 總體概念E-R模型設(shè)計(jì)綜合局部E-R模型的方法有兩種： 多個(gè)局部E-R圖一次綜合。 多個(gè)局部E-R圖逐步綜合，用累加的方式一次綜合兩個(gè)E-R圖。每次綜合可分兩步：（1）消除沖突（屬性沖突、結(jié)構(gòu)沖突、命名沖突），合并局部E-R圖。（2）消除不必要的冗余。大學(xué)教學(xué)管理系統(tǒng)整體E-R圖院長(zhǎng)學(xué)院主管設(shè)置111n 系開(kāi)設(shè)1n擁有主管11n 教師課程講授1n學(xué)生擁有選修1nmn16.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換原則：（1）一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式；（2）聯(lián)系的轉(zhuǎn)換。6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 聯(lián)系的轉(zhuǎn)換（1）若實(shí)體間的聯(lián)系是11聯(lián)系，可以在兩個(gè)實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的兩個(gè)關(guān)系模式中的

14、任意一個(gè)關(guān)系模式的屬性中，加入另一個(gè)關(guān)系模式的主碼和聯(lián)系本身的屬性。6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1：1聯(lián)系示例 一個(gè)部門只有一個(gè)負(fù)責(zé)人。部門職工領(lǐng)導(dǎo)11部門號(hào)部門名職工號(hào) 姓名 性別 轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式：部門（部門號(hào)，部門名，職工號(hào)）職工（職工號(hào)，姓名，性別），并在兩者之間建立外鍵。6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 聯(lián)系的轉(zhuǎn)換（2）若實(shí)體間的聯(lián)系是1n聯(lián)系，則在n端實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式中，加入1端實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式的主碼和聯(lián)系類型的屬性。6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1：n聯(lián)系示例 系教師擁有1n 系號(hào) 系名教師號(hào) 姓名 職稱 轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式：系（系號(hào)，系名）教師（教師號(hào)，姓名，職稱，系號(hào)），系號(hào)是外鍵。6.4

15、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 示例 轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式：系（系號(hào)，系名，主管號(hào)），主管號(hào)是外鍵。教師（教師號(hào)，姓名，職稱，系號(hào)），系號(hào)是外鍵。 系號(hào) 系名教師號(hào) 姓名 職稱 系教師擁有主管111n6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 聯(lián)系的轉(zhuǎn)換（3）若實(shí)體間的聯(lián)系是mn聯(lián)系，則將聯(lián)系類型也轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為兩端實(shí)體類型的主碼加上聯(lián)系類型的屬性，而該主碼為兩端實(shí)體主碼的組合。6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) m：n聯(lián)系示例 轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)），學(xué)號(hào)、課程號(hào)為外鍵。學(xué)生課程擁有mn 學(xué)號(hào) 姓名課程號(hào)課程名 學(xué)分 成績(jī)6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2. 關(guān)系規(guī)范化具體步驟如下：（

16、1）考查關(guān)系模式的函數(shù)依賴關(guān)系，確定范式等級(jí)。（2）對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行合并或分解。3. 關(guān)系模式的優(yōu)化對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行優(yōu)化，即修改、調(diào)整和重構(gòu)模式，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的嘗試和比較，最后得到優(yōu)化的關(guān)系模式。6.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)的物理設(shè)備上確定應(yīng)采取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法，以及如何分配存儲(chǔ)空間等問(wèn)題。6.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括四個(gè)方面：1.確定數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。要求綜合考慮存取時(shí)間、存儲(chǔ)空間利用率和維護(hù)代價(jià)三方面因素。2.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存取路徑。確定如何建立索引。3.確定數(shù)據(jù)的存放位置。將易變部分與穩(wěn)定部分、經(jīng)常存取和存取頻率低的部分分開(kāi)存放。4.確定系統(tǒng)配置。如設(shè)置用戶數(shù)、可同時(shí)打開(kāi)的數(shù)據(jù)對(duì)象數(shù)、緩沖區(qū)長(zhǎng)度和數(shù)量、時(shí)間片大小、鎖的數(shù)目等，使系統(tǒng)整體最優(yōu)。6.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)對(duì)時(shí)間效率、空間