數據庫原理教案市公開課金獎市賽課一等獎課件

1、第七章 數據庫設計 第1頁主要內容數據庫設計概述數據庫設計全過程小結 第2頁一、數據庫設計概述1、數據庫設計（Database Design)是指對于給定軟、硬件環(huán)境，針對現(xiàn)實問題，設計一個較優(yōu)數據模型，建立DB結構和DB應用系統(tǒng)。更確切定義：P140第3頁規(guī)劃需求分析系統(tǒng)設計 程序編制 調試 運行維護 運行和維護 實現(xiàn) 物理設計邏輯設計概念設計需求分析規(guī)劃2、軟件生存期3、數據庫生存期第4頁需求分析詳細分析工作流程，得到數據流圖和數據字典。邏輯設計參考E-R圖，設計基本表結構及對應完整性；同時得到應用系統(tǒng)模塊結構圖物理設計將基本表依據詳細系統(tǒng)情況，分別存放到數據庫中，并建立索引；同時進行模塊

2、設計實施階段在計算機系統(tǒng)中建立數據庫和基本表，裝入數據；同時進行程序編碼與測試。運行維護性能監(jiān)控、轉儲、恢復、數據庫重組和重構；同時應用軟件改造概念設計參考數據流圖和數據字典，設計概念模型。即E-R圖數據庫設計幾個階段第5頁軟件生存期與數據庫設計生存期軟件工程 人們認為，應該用科學知識、工程方面紀律指導軟件開發(fā)過程，以提升軟件質量和開發(fā)效率，降低開發(fā)成本 。軟件生存期從軟件規(guī)劃、研制、實現(xiàn)、投入運行后維護，直到它被新軟件所取代而停頓使用整個期間。數據庫工程 數據庫系統(tǒng)生存期數據庫應用系統(tǒng)從開始規(guī)劃、設計、實現(xiàn)、維護到最終被新系統(tǒng)取代而停頓使用整個期間。 數據庫設計輸入輸出隸屬關系第6頁處理需求

3、DBMS特征總體信息需求第5步物理設計第3步概念設計第4步邏輯設計第1步規(guī)劃第2步需求描述和分析硬件和OS特征物理數據庫結構需求說明書 信息結構（獨立于硬件、軟件）邏輯數據庫結構（DBMS能處理）應用程序說明書數據庫設計輸入輸出4、數據庫設計步驟第7頁二、規(guī)劃1、規(guī)劃階段主要任務： 確定系統(tǒng)范圍； 確定開發(fā)工作所需資源（人員、硬件和軟件）； 預計軟件開發(fā)成本； 確定項目進度。第8頁規(guī)劃2、規(guī)劃階段三個步驟系統(tǒng)調查： 對企業(yè)組織作全方面調查，畫出組織層次圖，以了解企業(yè)組織結構可行性分析 從技術、經濟、效益、法律等諸方面對建立數據庫可行性進行分析；寫出可行性分析匯報；組織教授進行討論其可行性確定數

4、據庫系統(tǒng)總目標和制訂項目開發(fā)計劃 P143：可行性分析匯報內容。第9頁三、需求分析1、需求描述與分析 （1）任務 經過詳細調查現(xiàn)實世界要處理對象（組織、部門、企業(yè)等），充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)）工作概況，明確用戶需求，確定新系統(tǒng)功效、目標。 即使“技術含量不高”，但非常主要，是系統(tǒng)成功是否關鍵。而且強調用戶參加，離開用戶將寸步難行。第10頁需求描述與分析（2）調查重點 重點是“數據”和“處理”，以取得用戶對數據庫以下要求：信息要求；處理要求；安全性和完整性要求；企業(yè)環(huán)境特征。 第11頁（3）調查步驟 調查組織機構情況；調查各部門業(yè)務活動情況；在熟悉業(yè)務活動基礎上，幫助用戶明確對新系

5、統(tǒng)各種要求；確定新系統(tǒng)邊界，確定那些功效由計算機完成，那些活動由人工完成。需求描述與分析第12頁需求描述與分析（4）調查方法 跟班作業(yè)；開調查會（座談會）；問詢或請專員介紹；設計調查表請用戶填寫；查閱原系統(tǒng)相關統(tǒng)計。 要求用戶主動參加與配合。第13頁2、需求分析階段輸入與輸出 輸入：信息需要、處理需求 輸出：需求說明書 系統(tǒng)概況，系統(tǒng)原理與技術，對原系統(tǒng)改進；經費預算；工程進度；系統(tǒng)方案可行性；系統(tǒng)軟硬件環(huán)境；系統(tǒng)功效一覽圖；數據流圖，數據字典，功效模塊圖。需求分析第14頁需求分析3、需求分析步驟采取自頂向下逐步細化方法分析用戶活動產生，產生業(yè)務流程圖確定系統(tǒng)范圍，產生系統(tǒng)范圍圖分析用戶活動包

6、括數據，產生數據流圖分析系統(tǒng)數據，產生數據字典第15頁需求分析4、數據流圖（DFD）（1）定義： 系統(tǒng)邏輯模型，不依賴于硬件，軟件和DataStructure 便于用戶了解數據流程圖形表示 分析員與用戶之間非常好通信工具第16頁結構化分析方法Structured Analysis SA方法自頂向下，逐層分解第17頁需求分析（2）DFD組成元素 數據流（）：用名字標識 表示數據流。 將DFD中其它元素連接起來。 處理/加工（）：對數據進行操作。 把流入數據流轉化為流出數據流。 注：每個處理應有一個名字表示它含義，并分配一個編號，方便標識它在層次結構中位置。 存放：暫時存放數據工具。 磁帶，磁盤，

7、文件，表 數據源點和終點：（）系統(tǒng)輸入/輸出； 系統(tǒng)之外人員/組織； 系統(tǒng)數據發(fā)送者/接收者；第18頁例子1：汽車配件企業(yè) 配件銷售DFD設計用戶訂貨處理訂貨單發(fā)貨單汽車配件數據（一）第19頁例子：汽車配件企業(yè) 配件銷售DFD設計向供給商訂貨單用戶編輯訂貨單訂貨單用戶數據開發(fā)貨單發(fā)貨單汽車配件數據供給商數據暫存訂貨單按供給商匯總按訂單查對發(fā)貨單供給商訂貨要求（二）第20頁用戶訂貨單開發(fā)貨單并修改庫存發(fā)貨單編輯訂貨單汽配數據例子：汽車配件企業(yè) 配件銷售DFD設計（三）合格訂貨單確定用戶訂貨汽配數據不合格新用戶錄入新用戶用戶數據可發(fā)訂貨不滿足訂貨供給商數據按供給商匯總產生暫存訂貨單暫存訂貨單供給商

8、訂貨要求到貨通知對照暫存訂貨單配件庫存業(yè)務員第21頁總結： 數據流圖能夠形象地描述事務處理與所需數據關聯(lián)，便于用結構化系統(tǒng)方法，自頂向下，逐步分解，步步細化。第22頁例子2：經過實際例子來進行DFD設計 請設計一個學生在學校學習數據庫系統(tǒng)。經過接觸了解，我們認為學生每學期按照事先安排課程計劃開始學習。每門課程由多名教師講授；一個教師能夠講授多門課程；每名學生能夠選修多門課程；學期結束后經過考試，教師登記每門課程、每名學生成績，并得到確認后存檔；要求能夠按照教師、學生、課程查詢和統(tǒng)計成績，了解課程講課質量；能給出統(tǒng)計分析報表，供院主管部門參考。第23頁源點和終點：學生 教師 主管部門數據存放：課

9、程表 點名表 教師情況表 成績統(tǒng)計表 成績表數據流：選課統(tǒng)計 課程 成績表 學生名單 缺課統(tǒng)計教師情況表課程表成績統(tǒng)計表點名表選修講課上課課名缺課統(tǒng)計考試登記成績成績表統(tǒng)計學生教師主管部門教師主管部門課程表成績統(tǒng)計表點名表學生基本信息選修課程信息學生名單講課上課講義學生名單考試學生成績登記成績成績表成績表統(tǒng)計統(tǒng)計信息統(tǒng)計信息統(tǒng)計信息學生教師主管部門教師主管部門選課統(tǒng)計需求分析之數據流圖DFD）第24頁 實例3： 假設要開發(fā)一個學校管理系統(tǒng)。經過可行性分析和初步需求調查，抽象出該系統(tǒng)最高層數據流圖，如圖所表示。該系統(tǒng)由教師管理子系統(tǒng)、學生管理子系統(tǒng)、后勤管理子系統(tǒng)組成每個子系統(tǒng)分別配置一個開發(fā)小

10、組。 其中學生管理子系統(tǒng)開發(fā)小組經過做深入需求調查，明確了該子系統(tǒng)主要功效是進行學籍管理和課程管理，包含學生報到、入學、畢業(yè)管理，學生上課情況管理。經過詳細信息流程分析和數據搜集后，他們生成了該子系統(tǒng)數據流圖，如圖所表示。第25頁 需求分析過程第26頁學校管理系統(tǒng)最高層數據流圖第27頁第28頁學籍管理數據流圖第29頁課程管理和數據流圖第30頁5、數據字典需求分析 數據字典是數據庫系統(tǒng)中各類數據詳細描述集合。在DB設計中，它提供了對各類數據描述集中管理，是一個數據分析、系統(tǒng)設計和管理有力工具。 它是以數據庫系統(tǒng)中相關信息為對象建立起來數據庫；它總是包含著數據庫各級模式所做定義及各種描述，起著系統(tǒng)

11、狀態(tài)目錄表作用，它能幫助用戶、數據庫管理員和數據庫系統(tǒng)本身使用和管理數據庫系統(tǒng)。數據字典也稱為系統(tǒng)目錄。第31頁需求分析5、數據字典數據字典包含： 數據項 數據結構 數據流 數據存放 加工過程第32頁例2中部分數據字典設計選擇數據流“選課統(tǒng)計”為例，說明數據字典作用數據流名稱：選課統(tǒng)計數據流位置：從選課處理到點名表數據流組成：學生學號+學生姓名+課程編號+課程名稱+教師編號+學期編號選擇數據存放“成績表”為例，說明數據字典作用數據存放名稱：成績表數據存放組成：學生學號+學生姓名+課程編號+課程名稱+教師編號+學期編號+成績+班級+系第33頁舉例：物品訂購管理計算機試驗室管理系統(tǒng)LMS。要求系統(tǒng)

12、對試驗室物品進行管理。訂購物品物品訂購由試驗室主任提出訂單，銷售商供給。第34頁四、概念設計目標為何需要概念設計概念設計主要步驟進行數據抽象，設計局部概念模式將局部概念模式綜合成全局概念模式評審第35頁概念設計（一）概念設計必要性 1、必要性 P149，簡單說：簡化問題 2、概念設計在三級模式中主要性第36頁概念設計在數據庫各級模式地位應用1應用3應用2概念模式概念要求概念要求概念要求應用1應用3應用2邏輯模式內模式外模式3外模式2外模式1綜合轉換映像映像概念設計第37頁概念設計（二）概念模型1、概念模型優(yōu)點（1）能真實、充分地反應顯示世界（2）易于了解（3）易于更改與擴充（4）易于向各種不一

13、樣數據模型轉換（5）獨立于機器，比數據模型更穩(wěn)定2、概念模型與數據模型關系介于現(xiàn)實世界與機器世界之間3、對概念模型要求P150第38頁概念設計（三）概念模型設計方法與步驟1、設計方法： 自頂向下；自底向上；逐步擴張；混合策略通常：先自頂向下地進行需求分析，然后再自底向上地進行概念設計。2、步驟：進行數據抽象，設計局部概念模式將局部概念模式綜合成全局概念模式評審第39頁3、數據抽象（1）聚集 經過聚集，形成對象之間一個聯(lián)絡對象。對象每一個成份是一個簡單對象，而不是一個對象集合。聚集層次表示是： “是一部分”（is part of）關系。P152圖7.9概念設計第40頁概念設計（2）概括 概括是從

14、一類對象形成（總結）一個對象。概括層次表示是： “是一個”（is a）關系。P152圖7.8學生博士生碩士生本科生?？粕?1頁（四）ER模型操作包含實體類型、聯(lián)絡類型和屬性分裂、合并、增刪等等 教師號姓名出生日期職務工資獎金教師（a）教師號姓名出生日期教師不變信息職務工資獎金教師號教師變動信息（b）實體類型垂直分裂第42頁ER模型操作（二）包含實體類型、聯(lián)絡類型和屬性分裂、合并、增刪等等 教師課程主講輔導1MNN聯(lián)絡類型分裂教師課程主講MN（a）（b）第43頁ER模型操作（三）包含實體類型、聯(lián)絡類型和屬性分裂、合并、增刪等等 不正當合并B(a)ACA-CB-CACA-B-C(b)B第44頁（

15、五）采取ER方法數據庫概念設計 1、設計局部ER模式 需求分析結果確定局部結構范圍實體定義聯(lián)絡定義屬性分配還有局部結構待分析有無進入全局ER模式設計圖7.15 局部ER模式設計范圍劃分要自然，易于管理；范圍大小要適度。太小了，會造成局部結構過多，設計過程繁瑣，綜合困難；太大了，則輕易造成內部結構復雜，不便分析 范圍之間界面要清楚，相互影響要小采取人們習慣劃分；防止冗余，在一個局部結構中，對一個對象只取一個抽象形式，不要重復；依據用戶信息處理需求 確定屬性標準： 屬性應該是不可再分解語義單位；實體與屬性之間關系只能是1:N；不一樣實體類型屬性之間應無直接關聯(lián)關系。 屬性分配標準： 當多個實體類型

16、用到同一屬性時， 普通把屬性分配給那些使用頻率最高實體類型，或分配給實體值少實體類型。 有些屬性不宜歸屬于任一實體類型，只說明實體之間聯(lián)絡特征 第45頁局部模式現(xiàn)有教學管理系統(tǒng)初步分析系統(tǒng)對象依據服務種類分析教師子模塊局部ER圖第46頁其它局部模式現(xiàn)有教學管理系統(tǒng)初步分析系統(tǒng)對象依據服務種類分析學生子模塊學籍管理局部應用分E-R圖導師班級學生組成管理班主任檔案材料宿舍住宿歸檔指導系有參加學會1N111NNN11NMN1含有社會關系1N局部ER圖第47頁其它局部模式現(xiàn)有教學管理系統(tǒng)初步分析系統(tǒng)對象依據服務種類分析課程子模塊局部ER圖 課程管理局部應用分E-R圖1教室M1教科書教師擔任課程系開設N

17、1學生選修NMN上課PN第48頁2、設計全局 ER模式無圖7.17全局ER模式設計 局部ER模式確定公共實體類型合并兩個局部ER模式檢驗并消除沖突還有未合并局部模式有還有沖突嗎有屬性沖突 ：如，重量單位有用千克，有用克。 結構沖突 ：同一對象在不一樣應用中不一樣抽象 ；同一實體在不一樣局部ER圖中屬性個數或次序不一樣 ；實體之間聯(lián)絡在不一樣局部ER圖中展現(xiàn)不一樣類型 命名沖突 ：屬性名、實體名、聯(lián)絡名之間存在同名異義或異名同義沖突第49頁3、全局ER模式優(yōu)化實體類型合并1:1聯(lián)絡兩個實體類型 含有相同鍵實體類型 冗余屬性消除 冗余聯(lián)絡消除：利用規(guī)范化理論中函數依賴概念消除冗余聯(lián)絡 第50頁例子

18、：三個局部ER圖合并成一個ER圖1圖5.24 合并后教學管理E-R圖1N1P1N1N1N1MMNNNN社會關系含有1NNM1系聘用承接項目參加設置院長學院主管NN111教師評定職稱分配工作量111N檔案材料歸檔參加學會1宿舍住宿教科書擔任指導課程選修教室上課有1班級學生組成N開設N管理11教師管理1 1第51頁五、邏輯設計（一）邏輯設計主要目標（任務） 將全局ER模式轉換為與詳細機器上DBMS所支持數據模型相符合邏輯結構。只有這么才能在機器上實現(xiàn)。（二）邏輯設計環(huán)境輸入：概念模式、處理需求、約束條件、DBMS特征輸出：模式、子模式，應用程序設計指南，物理設計指南第52頁邏輯設計3、邏輯設計步驟

19、概念結構基本ER圖普通數據模型關系,層次,網狀特定DBMS支持下數據模型優(yōu)化數據模型轉換規(guī)則DBMS特點和限制優(yōu)化方法規(guī)范化理論第53頁邏輯設計目標邏輯設計步驟導出初始DBMS模式說明概念模式子模式設計應用程序設計草圖模式評價處理結束模式需要修正模式修正進入物理設計階段返回到前面階段圖5.3 邏輯設計步驟是 是 否否第54頁ER圖轉換成關系模式集規(guī)則將每個實體類型轉換成一個關系模式，實體屬性即為關系模式屬性，實體標識符即為關系模式鍵二元聯(lián)絡類型轉換若實體間聯(lián)絡是1:1，能夠在兩個實體類型轉換成兩個關系模式中任意一個關系模式屬性中加入另一個關系模式鍵和聯(lián)絡類型屬性。 若實體間聯(lián)絡是1:N，則在N

20、端實體類型轉換成關系模式中加入1端實體類型鍵和聯(lián)絡類型屬性。 若實體間聯(lián)絡是M:N，則將聯(lián)絡類型也轉換成關系模式，其屬性為兩端實體類型鍵加上聯(lián)絡類型屬性，而鍵為兩端實體鍵組合 一元聯(lián)絡類型轉換:同二元聯(lián)絡 三元聯(lián)絡類型轉換 總是將三元聯(lián)絡類型轉換成關系模式，其屬性為三端實體類型鍵加上聯(lián)絡類型屬性，而鍵為三端實體鍵組合。 第55頁ER模型到關系模型轉換實例運動員編號姓名性別名次次序11職員工號姓名年紀性別領導1N運動員（編號，姓名，性別，名次，上一名次編號，下一名次編號） 職員（工號，姓名，年紀，性別，經理工號） 第56頁ER模型到關系模型轉換實例零件零件號零件名規(guī)格數量組成MN倉庫商品商店倉庫

21、號倉庫名地址數量商店號商品名商品號商店名日期進貨MNP零件（零件號，零件名，規(guī)格）組成（零件號，子零件號，數量） 倉庫（倉庫號，倉庫名，地址）商店（商店號，商店名）商品（商品號，商品名）進貨（商店號，商品號，倉庫號，日期，數量） 第57頁采取ER方法邏輯設計步驟圖7.29 關系數據庫邏輯設計關系模式規(guī)范化模式評價是否需要修正從ER模式導出初始數據庫模式處理需求ER模式 DBMS特征用DBMS語法描述模式修正進入物理設計階段是否第58頁例1 庫存銷售信息管理系統(tǒng)ER模型及轉換P車間倉位產品客戶銷售員存放出庫訂單入庫MNMPMNPMNN庫存系統(tǒng)ER圖車間(車間號,車間名,主任名) 產品(產品號，產

22、品名，單價) 倉位(倉位號，地址，主任名) 客戶(客戶號，客戶名，聯(lián)絡人，電話， 地址，稅號，賬號)銷售員(銷售員號,姓名,性別,學歷,業(yè)績）實體入庫（入庫單號,入庫量,入庫日期,經手人, 車間號,倉位號,產品名）出庫（出庫單號，出庫量，出庫日期，經手人，客戶號，產品名，倉位號）訂單（訂單號，數量，折扣，總價，訂單日期，產品號，客戶號，銷售員號） 存放(倉位號,產品號,查對日期,查對員,存放量)聯(lián)絡第59頁例2：企業(yè)車隊信息系統(tǒng)ER模型 圖 企業(yè)車隊信息系統(tǒng)ER模型部門車隊司機車輛開銷維修企業(yè)調用報銷擁有聘用保險2保險1M1NN1NNNN11保險企業(yè)1N維修第60頁經過實際例子來進行數據庫設計概念設計之ER圖教 師課 程編號姓名性別職稱系別自然情況編號名稱課時學期性質講授nm第61頁經過實際例子來進行數據庫設計概