第六章-數(shù)據(jù)庫設(shè)計課件

第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述6.2系統(tǒng)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、運行和維護6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述6.1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù)、內(nèi)容和特點1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指根據(jù)用戶需求研制數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的過程2.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計行為設(shè)計數(shù)據(jù)庫的模式或子模式的設(shè)計概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計穩(wěn)定的，不易改變用戶對數(shù)據(jù)庫的操作應(yīng)用程序的設(shè)計6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述6.1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù)、內(nèi)3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點是強調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計與行為設(shè)計相結(jié)合是一種“反復(fù)探尋，逐步求精”的過程以數(shù)據(jù)模型為核心，將數(shù)據(jù)設(shè)計與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點6.1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述直觀設(shè)計規(guī)范設(shè)計法計算機輔助設(shè)計法自動化設(shè)計法規(guī)范設(shè)計方法：1.基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法由E-R圖構(gòu)造2.基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法由單一模式分解成符合3NF的關(guān)系模式集合3.基于視圖的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法為每個應(yīng)用建立視圖，再將視圖匯總6.1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述直觀設(shè)計規(guī)范設(shè)計法計算6.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟按規(guī)范設(shè)計法可將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為六個階段1．系統(tǒng)需求分析階段2．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段3．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段4．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段5．?dāng)?shù)據(jù)庫實施階段6．?dāng)?shù)據(jù)庫運行與維護階段6.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟按規(guī)范設(shè)計法可將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分6.2系統(tǒng)需求分析6.2.1需求分析的任務(wù) 需求分析的任務(wù)：對現(xiàn)實世界要處理的對象進行詳細的調(diào)查，通過對原系統(tǒng)的了解，收集支持新系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并對其進行處理，在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。1.調(diào)查分析用戶活動2.收集和分析需求數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)邊界信息需求，處理需求，安全性和完整性需求3.編寫系統(tǒng)分析報告6.2系統(tǒng)需求分析6.2.1需求分析的任務(wù) 1.6.2.2需求分析的方法自頂向下、自底向上6.2.2需求分析的方法自頂向下、自底向上自頂向下(SA)方法從最上層的系統(tǒng)組織機構(gòu)入手，采用逐層分解的方式分析系統(tǒng)用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。1.數(shù)據(jù)流圖：描述輸入數(shù)據(jù)到輸出數(shù)據(jù)的變換過程。數(shù)據(jù)流：由一組固定成分的數(shù)據(jù)組成，代表數(shù)據(jù)的流動方向處理：描述了輸入數(shù)據(jù)到輸出數(shù)據(jù)的變換文件：用于存儲數(shù)據(jù)源或宿：存在于系統(tǒng)之外的人員或組織，表示系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)的來源和輸出數(shù)據(jù)的去向自頂向下(SA)方法從最上層的系統(tǒng)組織機構(gòu)入手，采用逐層分解付款憑證報銷單報銷登記報銷人審查分錄圖6.7數(shù)據(jù)流圖示例當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時，可采用分層描述的方法，分別畫出各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖，還可以繼續(xù)細化，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖付款憑證報銷單報銷登記報銷人審查分錄圖6.7數(shù)據(jù)流圖示檔案管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖業(yè)務(wù)流程：職工填寫檔案表，人事部門對檔案表進行審核，合格的檔案表加入檔案冊中。檔案冊可供查詢和進行統(tǒng)計。人事部門有權(quán)對檔案表進行修改和刪除。人事檔案管理系統(tǒng)頂層圖（只有一個處理）職工檔案管理系統(tǒng)人事部門檔案表不合格檔案表統(tǒng)計報表人事資料檔案管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖人事檔案管理系統(tǒng)頂層圖（只有一個處理）職人事檔案管理系統(tǒng)0層圖（分解頂層圖處理）職工1收集數(shù)據(jù)2處理數(shù)據(jù)3利用數(shù)據(jù)人事部門未審核人事數(shù)據(jù)人事檔案報表檔案表人事數(shù)據(jù)人事數(shù)據(jù)報表人事資料不合格檔案表未審核數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表人事檔案管理系統(tǒng)0層圖（分解頂層圖處理）職工1收集數(shù)據(jù)2處理圖2：處理2處理數(shù)據(jù)分解2.1審核數(shù)據(jù)2.2維護數(shù)據(jù)人事檔案未審核數(shù)據(jù)人事數(shù)據(jù)人事數(shù)據(jù)處理2業(yè)務(wù)：對檔案表進行審核，合格的檔案表加入檔案冊中。檔案冊可供查詢和進行統(tǒng)計不合格檔案表圖2：處理2處理數(shù)據(jù)分解2.1審核數(shù)據(jù)2.2維護數(shù)據(jù)人事檔維護數(shù)據(jù)功能：增加，修改，刪除，查詢圖2.2：處理2.2維護數(shù)據(jù)分解2.2.1增加2.2.2修改2.2.3刪除2.2.4查詢?nèi)耸聶n案人事數(shù)據(jù)人事數(shù)據(jù)人事數(shù)據(jù)人事數(shù)據(jù)維護數(shù)據(jù)功能：圖2.2：處理2.2維護數(shù)據(jù)分解2.2.1增處理3業(yè)務(wù)：匯總數(shù)據(jù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，打印報表圖3：處理3利用數(shù)據(jù)分解人事檔案3.1匯總數(shù)據(jù)3.2統(tǒng)計數(shù)據(jù)3.3分析數(shù)據(jù)3.4打印報表報表人事數(shù)據(jù)人事數(shù)據(jù)人事數(shù)據(jù)匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)報表處理3業(yè)務(wù)：圖3：處理3利用數(shù)據(jù)分解人事檔案3.1匯總數(shù)據(jù)2.數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳細描述，數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)流，處理，文件等的說明數(shù)據(jù)流圖中的每個元素均與數(shù)據(jù)字典的一個條目相對應(yīng)數(shù)據(jù)字典通常包含以下五部分內(nèi)容：數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)的最小單位，包括數(shù)據(jù)項名，含義，類型，長度，范圍，與其他數(shù)據(jù)項的關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有意義的數(shù)據(jù)項集合，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義，組成的數(shù)據(jù)項名2.數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)的最小單位，包括數(shù)據(jù)項名，含義，數(shù)數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲處理過程處理過程中數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的傳輸路徑，包括數(shù)據(jù)流名，說明，流出，流入對系統(tǒng)中的處理進行描述，包括處理過程名，說明，輸入數(shù)據(jù)流，輸出數(shù)據(jù)流系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的存放，包括數(shù)據(jù)存儲名，說明，輸入數(shù)據(jù)流，輸出數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量，存儲頻度，存取方式數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲處理過程處理過程中數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的傳輸《人事檔案管理系統(tǒng)》數(shù)據(jù)字典（部分）

1.數(shù)據(jù)流名稱：檔案表別名：履歷表簡述：記錄職工的個人基本信息數(shù)據(jù)流組成：檔案表=工號+姓名+性別+出生日期+民族+籍貫+婚姻狀況+學(xué)歷+參加工作時間+簡歷+照片數(shù)據(jù)來源：加工2.2.1，員工填寫審核合格后新增《人事檔案管理系統(tǒng)》數(shù)據(jù)字典（部分）

1.數(shù)據(jù)流名稱：檔案表6.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計：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。概念模型的特點E-R模型是最著名、最實用的一種是概念模型。語義表達能力豐富易于交流和理解易于修改和擴充易于向各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換6.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計：將需求分析得到的用戶需6.3.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟1.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法自頂向下自底向上

逐步擴張混合策略

2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟局部E-R模型全局E-R模型抽象集成需求分析數(shù)據(jù)6.3.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟1.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方需求分析DFD，DD數(shù)據(jù)抽象，局部視圖設(shè)計視圖集成邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計局部E-R圖全局E-R圖征求用戶意見需求分析DFD，DD數(shù)據(jù)抽象，視圖集成邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計局部E-R第一步：數(shù)據(jù)抽象與局部E-R模型設(shè)計（1）E-R方法：建立E-R圖（2）數(shù)據(jù)抽象在多層數(shù)據(jù)流圖中選擇一個適當(dāng)層次作為設(shè)計E-R圖的出發(fā)點確定每個局部應(yīng)用包含哪些實體，實體包含哪些屬性，實體之間的聯(lián)系劃分實體和屬性的方法：

分類聚集將一組具有某些共同特性和行為的對象抽象為一個實體將對象類型的組成成份抽象為屬性第一步：數(shù)據(jù)抽象與局部E-R模型設(shè)計分類聚集將一組具有（3）局部E-R模型設(shè)計兩條原則：①屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項,不能再由放棄他屬性組成。②屬性不能與其他實體具有聯(lián)系，聯(lián)系只能發(fā)生在實體之間。③為簡化E-R圖，凡是能作為屬性對待的，盡量作為屬性1系屬于學(xué)生m學(xué)號姓名性別年齡系名電話系主任辦公地點（3）局部E-R模型設(shè)計1系屬于學(xué)生m學(xué)號姓名性別年齡系名舉例：在簡單的教務(wù)管理系統(tǒng)，需求如下：①一個學(xué)生可選修多門課程，一門課程可為多個學(xué)生選修，因此學(xué)生和課程是多對多的聯(lián)系。②一個教師可講授多門課程，一門課程可為多個教師講授，因此教師和課程也是多對多的聯(lián)系。③一個系可有多個教師，一個教師只能屬于一個系，因此系和教師是一對多的聯(lián)系，同樣系和學(xué)生也是一對多的聯(lián)系。舉例：在簡單的教務(wù)管理系統(tǒng)，需求如下：①一個學(xué)生可選修多門學(xué)生選課局部E-R圖學(xué)生選課局部E-R圖教師任課局部E-R圖形成局部E-R圖后，要征求用戶意見教師任課局部E-R圖形成局部E-R圖后，要征求用戶意見第二步：全局E-R模型設(shè)計集成各局部E-R模型，形成全局模型視圖集成的方法有兩種：①多元集成法，一次性將多個局部E-R圖合并為一個全局E-R圖。②二元集成法，首先集成兩個重要的局部E-R圖，以后用累加的方法逐步將一個新的E-R圖集成進來。第二步：全局E-R模型設(shè)計局部E-R圖合并（消除沖突）初步E-R圖（1）合并合并局部E-R圖，消除沖突，生成初步E-R圖合并的關(guān)鍵是合理消除各局部E-R圖的沖突局部E-R圖合并初步E-R圖（1）合并沖突分類沖突屬性沖突命名沖突結(jié)構(gòu)沖突值域沖突取值單位沖突同名異義異名同義同一對象在不同應(yīng)用中有不同抽象同一實體在不同應(yīng)用中屬性組成不同同一聯(lián)系在不同應(yīng)用中呈現(xiàn)不同類型沖突分類沖突屬性沖突命名沖突結(jié)構(gòu)沖突值域取值同名異名同合并教務(wù)管理系統(tǒng)中學(xué)生選課和教師任課局部E-R模型，生成初步E-R圖學(xué)生選課局部E-R圖合并教務(wù)管理系統(tǒng)中學(xué)生選課和教師任課局部E-R模型，生成初步教師任課局部E-R圖教師任課局部E-R圖（2）優(yōu)化消除初步E-R圖中不必要的冗余，生成基本E-R圖冗余數(shù)據(jù)：可由基本的數(shù)據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)冗余聯(lián)系：可由基本的聯(lián)系導(dǎo)出的聯(lián)系初步E-R圖優(yōu)化（消除冗余）基本E-R圖分析規(guī)范化理論（2）優(yōu)化初步E-R圖優(yōu)化基本E-R圖分析規(guī)范化理論圖6.17教務(wù)管理系統(tǒng)的初步E－R圖mn1系屬于教師擁有學(xué)生開課講授選修課程mmnm1m1學(xué)號姓名性別年齡平均成績成績教師號課程號課程名教師號姓名性別職稱系名電話圖6.17教務(wù)管理系統(tǒng)的初步E－R圖mn1系屬于教師擁有學(xué)圖6.17教務(wù)管理系統(tǒng)的初步E－R圖mn1系屬于教師擁有學(xué)生開課講授選修課程mmnm1m1學(xué)號姓名性別年齡平均成績成績教師號課程號課程名教師號姓名性別職稱系名電話圖6.17教務(wù)管理系統(tǒng)的初步E－R圖mn1系屬于教師擁有學(xué)圖6.18教務(wù)管理系統(tǒng)的基本E－R圖n1系屬于教師擁有學(xué)生講授選修課程mmnm1m學(xué)號姓名性別年齡成績課程號課程名教師號

姓名性別職稱系名電話圖6.18教務(wù)管理系統(tǒng)的基本E－R圖n1系屬于教師擁有學(xué)生6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計初始關(guān)系模式設(shè)計關(guān)系模式規(guī)范化模式評價是否修正以DBMS語言描述模式改進是否邏輯設(shè)計的任務(wù)是將概念模型轉(zhuǎn)換成特定DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型的過程6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計初始關(guān)系模式設(shè)計關(guān)系模式規(guī)范化模6.4.2初始關(guān)系模式設(shè)計1.轉(zhuǎn)換原則邏輯設(shè)計的結(jié)果是一組關(guān)系模式的集合就是將E-R圖中的實體、屬性和聯(lián)系轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。在轉(zhuǎn)換中要遵循以下原則：（1）一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式實體的屬性就是關(guān)系的屬性實體的鍵就是關(guān)系的鍵。6.4.2初始關(guān)系模式設(shè)計1.轉(zhuǎn)換原則（2）一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式與該聯(lián)系相連的各實體的鍵以及聯(lián)系的屬性均轉(zhuǎn)換為該關(guān)系的屬性聯(lián)系關(guān)系的鍵有三種情況：如果聯(lián)系為1:1，則每個實體的鍵都是關(guān)系的候選鍵；如果聯(lián)系為1:n，則n端實體的鍵是關(guān)系的鍵如果聯(lián)系為n:m，則各實體鍵的組合是關(guān)系的鍵。（2）一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式[例6-1]將圖6-18的E-R圖中的實體和關(guān)系分別轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡）課程（課程號，課程名）教師（教師號，姓名，性別，職稱）系（系名，電話）屬于（教師號，系名）講授（教師號，課程號）選修（學(xué)號，課程號，成績）擁有（系名，學(xué)號） [例6-1]將圖6-18的E-R圖中的實體和關(guān)系分別轉(zhuǎn)換特殊情況：多元聯(lián)系多元聯(lián)系在轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式時，與該多元聯(lián)系相連的各實體的主鍵及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換成為關(guān)系的屬性，轉(zhuǎn)換后所得到的關(guān)系的主鍵為各實體鍵的組合。供應(yīng)（供應(yīng)商號，項目號，零件號，數(shù)量）特殊情況：多元聯(lián)系供應(yīng)（供應(yīng)商號，項目號，零件號，數(shù)量）6.4.3關(guān)系模式規(guī)范化應(yīng)用范式理論對初始關(guān)系模式進行優(yōu)化1.確定范式級別考查關(guān)系模式的函數(shù)依賴關(guān)系，確定范式等級2.實施規(guī)范化處理利用規(guī)范化方法和理論將關(guān)系模式規(guī)范化6.4.3關(guān)系模式規(guī)范化應(yīng)用范式理論對初始關(guān)系模式進行6.4.4模式評價與改進對規(guī)范化后的關(guān)系模式進行評價和改進1.模式評價（1）功能評價功能評價指對照需求分析的結(jié)果，檢查規(guī)范化后的關(guān)系模式集合是否支持用戶所有的應(yīng)用要求。（2）性能評價對實際性能進行估計，包括邏輯記錄的存取數(shù)、傳送量以及物理結(jié)構(gòu)設(shè)計算法的模型等6.4.4模式評價與改進對規(guī)范化后的關(guān)系模式進行評價和2.模式改進（1）合并將用于關(guān)聯(lián)查詢的具有相同主鍵的各表合并可提高查詢效率（2）分解水平分解：將關(guān)系的元組分為若干子集，提高查詢效率垂直分解：把關(guān)系中經(jīng)常一起使用的屬性分解出來，形成一個子關(guān)系，提高執(zhí)行效率。分解時要保持無損連接和函數(shù)依賴2.模式改進6.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計物理結(jié)構(gòu)設(shè)計：對于給定的邏輯數(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)數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計可分為兩步：（1）確定物理結(jié)構(gòu)：存取方法和存儲結(jié)構(gòu)（2）評價物理結(jié)構(gòu)：評價的重點是時間和空間效率6.5.1確定物理結(jié)構(gòu)1.存儲記錄