第二篇设计篇.ppt
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1、第二篇 设 计 篇,第六章 数据库设计,6.1 数据库设计概述 6.2 需求分析 6.3 概念结构设计 6.4 逻辑结构设计 6.5 数据库的物理设计 6.6 数据库实施 6.7 数据库运行与维护 6.8 小结,6.1 数据库设计概述,6.1.1 数据库和信息系统 6.1.2 数据库设计的特点 6.1.3 数据库设计方法简述 6.1.4 数据库设计的基本步骤,6.1 数据库设计概述,数据库设计 是指对于一个给定的应用环境,构造最优的数据库模式,建立数据库及其应用系统,使之能够有效地存储数据,满足各种用户的应用需求(信息要求和处理要求)。 数据库设计通常在一个通用的DBMS支持下进行。 在数据库
2、领域内,常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。,6.1.1 数据库和信息系统,信息系统 :是提供信息,辅助人们对环境进行控制和进行决策的系统。 数据库是信息系统的核心和基础 数据库是信息系统的各个部分能否紧密地结合在一起以及如何结合的关键所在 数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分,数据库设计要具备的技术和知识,计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧 数据库的基本知识和数据库设计技术 软件工程的原理和方法 应用领域的知识,6.1.2 数据库设计的特点,数据库建设是硬件、软件和干件的结合 硬件:计算机硬件,存储数据的设备 软件:OS,DBMS,应用程序 干件:设计、管理技术,
3、可视化界面 数据库设计应该与应用系统设计相结合 结构(数据)设计:设计数据库框架或数据库结构 行为(处理)设计:设计应用程序、事务处理等,6.1.3 数据库设计方法简述,手工试凑法 规范设计法:过程迭代和逐步求精 计算机辅助设计 ORACLE Design2000,新奥尔良方法: 需求分析,概念设计,逻辑设计,物理设计,S.B.Yao方法; I.R.Palmer方法,6.1.4 数据库设计的基本步骤,一、数据库设计的准备工作 选定参加设计的人员,1. 数据库分析设计人员 2. 用户和数据库管理员 3. 程序员,数据库设计的基本步骤(续),二、数据库设计的6个基本步骤:,1. 需求分析阶段 2.
4、 概念结构设计阶段 3. 逻辑结构设计阶段 4. 数据库物理设计阶段 5. 数据库实施阶段 6. 数据库运行和维护阶段,第六章 数据库设计,6.1 数据库设计概述 6.2 需求分析 6.3 概念结构设计 6.4 逻辑结构设计 6.5 数据库的物理设计 6.6 数据库实施 6.7 数据库运行与维护 6.8 小结,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任务 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 数据字典,一、需求分析的任务,对数据库系统的使用情况进行全面的、详细的调查,充分了解原系统(手工系统或计算机系统)的工作概况,明确用户的各种需求,并把这些需求写成用户和数据库设计者都能够接受的文档,作为
5、数据库设计的依据。 在此基础上确定新系统的功能,新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变,不能仅仅按当前应用需求来设计数据库。,二、需求分析的重点,需求分析的重点了解用户对以下方面的要求: 信息要求在数据库中需要存储哪些数据 处理要求 系统需要具备哪些功能,对处理响应时间的要求,对处理方式的要求 安全性与完整性要求,三、需求分析的难点,确定用户最终需求的难点 用户缺少计算机知识,开始时无法确定计算机究竟能为自己做什么,不能做什么,因此无法一下子准确地表达自己的需求,他们所提出的需求往往不断地变化。 设计人员缺少用户的专业知识,不易理解用户的真正需求,甚至误解用户的需求。 新的硬件、软件技术的出现
6、也会使用户需求发生变化。,需求分析的难点(续),解决方法 设计人员必须采用有效的方法,与用户不断深入地进行交流,才能逐步了解并确定用户的实际需求,6.2.2 需求分析的方法,以学生成绩管理系统为例,需要进行如下的需求分析: 了解该学校有哪些学院,各学院有哪些年级和班级,各班有多少学生,学生都选修了哪些课程,课程的学分等等; 了解成绩管理的情况; 确定哪些功能由计算机完成,哪些功能由人工来完成。,了解了用户需求后,还要进一步分析和表达出用户需求。,6.2.2 需求分析的方法,分析和表达用户的需求的常用方法: 结构化分析方法SA 基本思想:自顶向下,逐步细化 从最上层的系统组织机构入手,采用逐层分
7、解的方式分析系统,并用数据流图和数据字典描述系统。,6.2.2 需求分析的方法,实例:要开发一个学生成绩管理系统 1经过可行性分析和初步需求调查得出,该成绩管理系统主要有成绩录入模块、成绩查询模块、成绩修改模块等组成; 2进一步细化各个模块 对于成绩录入模块,要考虑到:由谁来录入成绩,成绩是从哪里得到的,录入后成绩存放到哪里等。 对于成绩查询模块,要考虑:谁来查询成绩,给查询者分配哪些权限(读/写权限),查询时使用什么算法(顺序查找/折半查找),6.2.3 数据字典,一、数据字典的用途 数据字典是各类数据描述的集合 数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果 数据字典在数据库设计中
8、占有很重要的地位,二、数据字典的内容,数据字典的内容 数据项数据的最小组成单位,不可再分 数据结构若干数据项组成一个数据结构 数据流 数据存储 处理过程, 数据项,数据项是不可再分的数据单位 对数据项的描述 数据项描述数据项名,数据项含义说明, 别名,数据类型,长度,取值范围, 取值含义,与其他数据项的逻辑关系, 数据项之间的联系 取值范围、与其他数据项的逻辑关系定义了数据的完整性约束条件,数据项举例,例:学生学籍管理系统的数据字典。 数据项,以“学号”为例: 数据项名:学号 含义说明:唯一标识每个学生 别名: 学生编号 类型: 字符型 长度: 8个字符 取值范围:00000000至99999
9、999 取值含义:前两位标别该学生所在年级, 后六位按顺序编号 与其他数据项的逻辑关系:, 数据结构,数据结构反映了数据之间的组合关系。 一个数据结构可以由若干个数据项组成,也可以由若干个数据结构组成,或由若干个数据项和数据结构混合组成。 对数据结构的描述 数据结构描述数据结构名,含义说明, 组成:数据项或数据结构,数据结构举例,数据结构 以“学生”为例 “学生”是该系统中的一个核心数据结构: 学生(学号, 姓名, 性别, 年龄, 所在系, 年级) 数据结构名:学生 含 义 说 明:是学籍管理系统的主体数据结 构,定义了一个学生的有关信息 组 成: 学号,姓名,性别,年龄, 所在系,年级, 数
10、据流,数据流是数据结构在系统内传输的路径。 对数据流的描述 数据流描述数据流名,说明,数据流来源, 数据流去向,组成:数据结构, 平均流量,高峰期流量 数据流来源是说明该数据流来自哪个过程 数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去 平均流量是指在单位时间(每天、每周、每月等)里的传输次数 高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量,数据流举例,数据流 “体检结果”可如下描述: 数据流名: 体检结果 说 明: 学生参加体格检查的最终结果 数据流来源:体检 数据流去向:批准(批准该学生能否入学) 组成: 平均流量: 高峰期流量:, 数据存储,数据存储是保存数据的地方,也是数据流的来源和去向之一。它可以是存
11、放数据的手工文档或计算机文件。 对数据存储的描述 数据存储描述数据存储名,说明,编号, 流入的数据流 ,流出的数据流 , 组成:数据结构,数据量, 存取频度,存取方式, 数据存储,流入的数据流:指出数据来源 流出的数据流:指出数据去向 数据量 、存取频度:每次存取多少数据,每天(或每小时、每周等)存取几次等信息 存取方法:批处理 / 联机处理;检索 / 更新;顺序检索 / 随机检索,数据存储举例,数据存储 “学生登记表” 可如下描述: 数据存储名:学生登记表 说 明:记录学生的基本情况 流入数据流: 流出数据流: 组成: 数据量: 每年3000张 存取方式: 随机存取, 处理过程,处理过程的具
12、体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息 处理过程说明性信息的描述 处理过程描述处理过程名,说明, 输入:数据流,输出:数据流, 处理:简要说明,处理过程举例,处理过程 “分配宿舍”可如下描述: 处理过程名:分配宿舍 说 明: 为所有新生分配学生宿舍 输 入: 学生,宿舍 输 出: 宿舍安排 处理说明:在新生报到后,为所有新生分配学 生宿舍。要求同一间宿舍只能安排 同一性别的学生,同一个学生只能 安排在一个宿舍中。每个学生的居 住面积不小于3平方米。安排新生 宿舍其处理时间应不超过15分钟。,6.3 概念结构设计,6.3.1 概念结构设计概述 6.3.2
13、概念结构设计的方法与步骤 6.3.3 数据抽象与局部视图设计 6.3.4 视图的集成,6.3.1 概念结构,什么是概念结构设计 需求分析阶段描述的用户应用需求是现实世界的具体需求 将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计 概念结构设计是整个数据库设计的关键,它独立于计算机硬件和某一个具体的DBMS 描述概念模型的工具:E-R模型,概念结构(续),概念结构设计的特点 (1)能真实、充分地反映现实世界 (2)易于理解 (3)易于修改和扩充 (4)易于向各种数据模型转换,6.3.2 概念结构设计的方法,设计概念结构的四类方法 自顶向下: 首先定义全局概念结构的框架,然后
14、逐步细化 自底向上:首先定义各局部应用的概念结构,然后将它们集成起来,得到全局概念结构 逐步扩张:首先定义最重要的核心概念结构,然后向外扩充,直至生成总体概念结构 混合策略: 将自顶向下和自底向上相结合,概念结构设计的方法,自顶向下策略,概念结构设计的方法,自底向上策略,概念结构设计的方法,逐步扩张,6.3.3 数据抽象,1. 分类(Classification) 2. 聚集(Aggregation) 3. 概括(Generalization),(数据)抽象:从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性,忽略非本质的细节,并把这些特性用各种概念精确地加以描述这些概念组成了某种模型 概念结构是
15、对现实世界的一种抽象 三种常用抽象方法:,6.3.4 概念结构设计的步骤,首先设计各个局部 E-R 图 然后把各局部 E-R 图综合成一个全局 E-R 图,即 视图的集成 一次集成:把多个局部E-R图一次合并成最终的E-R图 逐步集成:用累加方式一次集成2个E-R图 最后对全局 E-R 图进行优化,得到最终的E-R图,即概念结构,概念结构设计的一个实例,例1 某大学教学管理数据库系统的概念结构的设计 学籍管理子系统 课程管理子系统 教师管理子系统 首先分别设计出这3部分的局部E-R 图,然后把它们综合成一个全局E-R 图,最后对全局E-R 图根据某些原则进行优化,得到最终的E-R 图,即教学管
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