數(shù)據(jù)庫原理與程序設計-第4章-數(shù)據(jù)庫設計概述與需求分析

1、第四章 數(shù)據(jù)庫設計概述與需求分析生物醫(yī)學軟件工程本章概述數(shù)據(jù)庫設計概述需求分析一個性能良好的數(shù)據(jù)庫的設計和開發(fā)卻是一項龐大而復雜的工程。從事數(shù)據(jù)庫設計的人員，不僅要具備數(shù)據(jù)庫知識和數(shù)據(jù)庫設計技術，還要有系統(tǒng)開發(fā)的實際經(jīng)驗。數(shù)據(jù)庫設計人員必須深入實際環(huán)境，密切聯(lián)系用戶，了解需求，學習業(yè)務，這樣可以少走彎路，提高設計的成效。數(shù)據(jù)庫設計問題數(shù)據(jù)庫的生命周期數(shù)據(jù)庫設計過程4.1 數(shù)據(jù)庫設計概述一、數(shù)據(jù)庫設計問題基本問題：為應用領域給出優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，使之滿足用戶的信息管理要求和數(shù)據(jù)操作要求，支持應用系統(tǒng)的開發(fā)和運行。設計目標：為用戶和應用系統(tǒng)提供高效率的運行環(huán)境。約束條件：計算機軟硬件

2、環(huán)境 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的能力用戶操作要求和信息要求 完整性和安全性約束目標函數(shù): 設 Fi 和 cost(Ti) 分別是事務 Ti 的運行頻度與時間開銷, 則數(shù)據(jù)庫模式 S 的時間復雜性為Tcost(S) = Ficost(Ti) 設空間復雜性為Scost(S), 則數(shù)據(jù)庫模式S 運行成本為 PT*Tcost (T)+ PS*Scost (S)其中PT和PS分別為時間和空間的運行開銷單價.數(shù)據(jù)庫設計問題：在給定約束下求解一個數(shù)據(jù)庫模式S使運行成本最小化.數(shù)據(jù)庫的生命周期模型是觀察數(shù)據(jù)庫演變過程的重要工具。如下圖：二、數(shù)據(jù)庫的生命周期數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)操作與監(jiān)督需求分析概念設計邏輯設計物理設計修改與調(diào)整

3、分析和設計階段實現(xiàn)和操作階段調(diào)查分析,定義信息與應用，定義DB操作,數(shù)據(jù)字典，預測應用的改變用各種圖表工具準確描述應用領域的信息模式，支持用戶各種事務滿足安全性和完整性確定關系的規(guī)范形式在邏輯級上高效支持數(shù)據(jù)庫事務的運行數(shù)據(jù)在外存的組織方式和訪問方法物理級高效支持數(shù)據(jù)庫事務運行三、數(shù)據(jù)庫的設計過程設計的前兩階段，即需求分析和概念設計，可以獨立于DBMS。后兩階段，即邏輯設計和物理設計，與具體的DBMS密切相關?，F(xiàn)實世界需求收集和分析 設計概念結(jié)構(gòu) 設計邏輯結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型優(yōu)化 設計物理結(jié)構(gòu) 評價設計、性能預測 物理實現(xiàn)試驗性運行 使用、維護數(shù)據(jù)庫現(xiàn)實世界需求分析概念數(shù)據(jù)庫設計概念數(shù)據(jù)庫模式需求分

4、析說明書邏輯數(shù)據(jù)庫設計邏輯數(shù)據(jù)庫模式物理數(shù)據(jù)庫設計物理數(shù)據(jù)庫模式調(diào)查分析定義信息與應用定義DB操作數(shù)據(jù)字典預測應用的改變滿足安全性和完整性確定關系的規(guī)范形式邏輯級高效支持事務數(shù)據(jù)在外存的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法物理級高效支持事務用各種圖表工具準確描述應用領域的信息模式，支持用戶各種事務需求定義概念模式邏輯模式物理模式本章概述數(shù)據(jù)庫設計概述需求分析4.2 需求分析需求分析是數(shù)據(jù)庫設計的基礎，其錯誤將影響到整個設計。需求分析也是令設計人員感到最繁瑣和困難的一個階段。任務：調(diào)查應用領域，對各種應用的信息要求和操作要求，進行詳細分析，形成需求分析說明書目標：給出應用領域中數(shù)據(jù)項、及數(shù)據(jù)項之間的關系數(shù)據(jù)操作任

5、務的詳細定義，為后續(xù)設計作準備。步驟：五個步驟見下圖1.對應用領域的調(diào)查分析2.定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的信息和應用3.定義數(shù)據(jù)庫操作任務4.定義數(shù)據(jù)項5.預測應用領域未來改變Step1 應用領域調(diào)查分析調(diào)查階段：調(diào)查應用領域的組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務流程和數(shù)據(jù)流程。調(diào)查應用領域的組織結(jié)構(gòu)和各職能部門的相互關系。反復專訪座談了解各部門的職能、業(yè)務過程、方法和信息。通過專訪座談了解各部門之間在應用和信息上的依賴關系。分析階段：對應用領域進行分析并抽象出邏輯模型。根據(jù)第一階段的結(jié)果進行分析，抽象出應用領域中流動信息(信源和信宿)、存儲信息、各種應用的定義以及他們間的聯(lián)系；用數(shù)據(jù)流圖描述現(xiàn)行系統(tǒng)的邏輯模型，即信息流

6、動和加工處理等詳細情況，是現(xiàn)行系統(tǒng)的抽象，獨立于系統(tǒng)的實現(xiàn)。下邊是數(shù)據(jù)流圖的示例。數(shù)據(jù)的源點或終點數(shù)據(jù)處理應用需存儲的數(shù)據(jù)流動數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流圖使用的符號倉庫管理員處理事務產(chǎn)生報表采購員定貨信息庫存清單定貨信息庫存清單數(shù)據(jù)流圖一個示例數(shù)據(jù)的原點或終點數(shù)據(jù)處理應用流動數(shù)據(jù)需要存儲的數(shù)據(jù)Step2 定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的信息與應用應用定義的目的是確定最終的數(shù)據(jù)庫支持哪些應用系統(tǒng)。應用定義表:應用的編號、名稱、功能、IO信息；信息定義表:信息的編號、名稱、內(nèi)容、來源和去向編號 信息集名 內(nèi)容定義 產(chǎn)生此集的應用 使用該集的應用編號 應用名稱 應用功能定義 輸入信息 輸出信息Step3 定義數(shù)據(jù)庫操作任務操作

7、任務是指應用某個相對獨立的事務。數(shù)據(jù)庫操作任務與應用是多對多的關系。從應用定義中劃分數(shù)據(jù)庫操作任務的規(guī)則：它是某個應用的組成部分；它是一個獨立的計算機執(zhí)行單位;它的每個數(shù)據(jù)庫操作具有原子性，即當任務成功完成時，各操作對數(shù)據(jù)庫的影響同時存在；否則，各操作對數(shù)據(jù)庫的影響必須全部撤消。它有明確的輸入輸出數(shù)據(jù)項(原子數(shù)據(jù)項)定義數(shù)據(jù)庫操作任務的定義可采用DBIPO圖，下邊是DBIPO圖的示例操作任務名:_ 編號:_ 所屬應用號:_功能:_ 輸入數(shù)據(jù)項:_ 輸出數(shù)據(jù)項:_數(shù)據(jù)庫操作定義:_使用頻率_ 操作記錄數(shù)_ 響應時間_ 注釋_DBIPO圖的示例數(shù)據(jù)庫操作任務1數(shù)據(jù)庫操作任務2數(shù)據(jù)庫應用1數(shù)據(jù)庫操作

8、任務2數(shù)據(jù)庫操作任務3數(shù)據(jù)庫應用2Step4 定義數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項定義是數(shù)據(jù)庫設計的最基本、最重要的工作。數(shù)據(jù)項的定義以數(shù)據(jù)庫操作任務為基礎，過程如下：從DBIPO提取原子數(shù)據(jù)項；把有聯(lián)系者撮合為組，以組為單位定義數(shù)據(jù)項，組內(nèi)的原子數(shù)據(jù)項稱為屬性；根據(jù)用戶和實際領域的信息模型補充其它數(shù)據(jù)項；寫出數(shù)據(jù)項如下的描述信息：語義定義：名字和實際意義；完整性約束：數(shù)據(jù)的類型、寬度、小數(shù)位、值約束和空值約束等；把各數(shù)據(jù)項的描述信息按右表格式組成數(shù)據(jù)字典。數(shù)據(jù)項組名：特征數(shù)據(jù)項名字數(shù)據(jù)項名字數(shù)據(jù)項名字數(shù)據(jù)項名字編號編號編號編號數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)寬度小數(shù)位數(shù)單位值約束空值值個數(shù)Step5 預測現(xiàn)行系統(tǒng)的未來改變提供預測

9、信息作為數(shù)據(jù)庫設計的參考，是為了提高新系統(tǒng)對環(huán)境發(fā)展的適應性和降低維護成本。通過與用戶共同討論，在以下方面形成預測信息：應用領域中已有的信息，而未被數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用；實際領域中各種應用功能可能的擴充、減少和改變；上述改變對數(shù)據(jù)庫支持的信息和應用帶來的影響。討論清楚后，形成現(xiàn)行系統(tǒng)的未來改變預測說明書。倉庫管理系統(tǒng)完成后將具備如下功能： 倉庫各種信息的輸入，包括入庫，出庫，還原，需求信息的輸入等。倉庫管理的各種信息查詢，修改和維護 采購報表的生成 在庫存的最高儲備和最低儲備字段，對倉庫的物質(zhì)設備實現(xiàn)監(jiān)控和報警 企業(yè)各個部門的物質(zhì)需求管理 操作日志的管理倉庫管理系統(tǒng)的使用幫助貨物信息情況描述(包括設備的編號、名稱、入庫時間、供應商、采購員、價格等) 工作用戶權(quán)利描述：密碼、權(quán)限級別一般用戶權(quán)利描述：權(quán)限級別首先要制作一個倉庫設備信息的存儲庫，以用來存儲設備信息。作為主題工作后臺。接下來將要再建立一個主表，也就是貨物信息表，作為前