数据库讲稿演示第四章.ppt

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1、数据库系统基础 1 第四章 数据库设计 一、数据库设计概述 二、需求分析 三、概念结构设计 四、逻辑结构设计 数据库系统基础 2 4.1数据库设计概述 在数据库领域内，常把使用数据库的 各类系统称为数据库应用系统 （ DBAS）。 数据库系统基础 3 一、数据库与信息系统 信息系统：是提供信息，辅助人们对环 境进行控制和决策的系统。 数据库：是信息系统的核心。它把信息 系统中大量的数据按一定的模型组织起 来，提供存储、维护、检索数据的功能， 使信息系统可以方便、及时、准确地从 数据库中获得所需的信息。 数据库系统基础 4 二、数据库设计的特点 数据库建设是硬件和软件的结合。 数据库应用系统的设

2、计包括两部分：结 构特性的设计和行为特性的设计。结构 设计就是设计各级数据库模式，决定数 据库系统的信息内容。行为设计它决定 数据库系统的功能，是事务处理等应用 程序的设计。 数据库系统基础 5 三、数据库设计步骤 数据库系统设计和使用过程是将现实世 界的数据经过人为的加工和计算机处理 之后又为现实世界提供信息的过程。整 个系统建设过程划分为前后相继的两个 大阶段，每一阶段又各分为几个具体步 骤： 数据库系统的分析和设计阶段 需求分析； 概念结构设计； 逻辑结构设计； 数据库系统基础 6 物理结构设计； 应用程序设计及调试； 性能测试与确认。 数据库系统实现和运行 数据库实施； 数据库运行；

3、数据库维护； 数据库重组。 数据库系统基础 7 4.2需求分析 系统的需求分析有经历下列步骤： 调查研究当前系统的工作状况，即进行 详细的用户调查； 通过对调查内容的“分析”与“抽象”， 列出经过用户许可的目标系统需求； 对上述需求进行“数据分析”和“功能 分析”，分别得出系统对数据和数据应 用两方面的需求。 数据库系统基础 8 用户需求主要包括以下三方面： 信息需求。用户要从数据库获得的信息内 容。信息需求定义了新系统应该提供的 所有信息，应描述清楚系统中数据的性质 及其联系。 处理需求。即完成什么处理功能及处理方 式。处理需求定义了新系统数据处理的 操作，应描述操作执行的场合、频率、操 作

4、对数据的影响等等。 安全性和完整性要求。在定义信息需求和 处理需求的同时必须相应确定安全性、完 整性约束。 数据库系统基础 9 例：某汽车修理厂根据业务发展的需 要，决定建立一个管理信息系统，以 代替人工管理。目标系统取名为“汽 车修理管理信息系统” （ QCXL_MIS）。 通过用户调查， 初步整理出以下的结果： 当前系统工作状况 5种单据， 4种帐册和 3种主要报表。 数据库系统基础 10 当前系统单据一览表 表 4.1 编号 名 称 填 写 人 D1 D2 D3 D4 D5 修车登记单 汽车修理单 零件领用单 零件入库单 修车发票 送修人 修理派工员和修理工 修理工 仓库管理员 财务人员

5、 数据库系统基础 11 表中 D1由送修人填写。修理派工员据此 开出修理单 D2， 分派给指定的修理工执 行。如果在修理中需要更换零件，一律由 修理工填写零件领用单 D3向仓库领用。 修理结束后，修理工将 D2交回派工员， 然后转财务部门结帐并开修车发票 D5。 D4在零件入库时由仓库管理员验收并且 填写。 数据库系统基础 12 当前系统帐册一览表 表 4.2 编号 名 称 建 帐 根 据 Z1 Z2 Z3 Z4 汽车登记册 修理工名册 汽车修理台帐 库存零件台帐 D1 人事部门资料 D2 ， D3 库房资料 数据库系统基础 13 当前系统报表一览表 表 4.3 编号 名 称 数据来源 B1

6、B2 B3 零件耗用月报表 修理工资月报表 零件订货计划 Z3 ， Z4 Z3 ， Z2 Z4 数据库系统基础 14 对目标系统的应用需求 用数据文件代替现用的全部帐册； 具有对各种数据文件装入和修改的功能； 能计算修车费用和开发票； 能找出需要订货的零件，编制并打印零件 订货计划； 按现行格式和内容编制和打印零件耗用月 报表和修理工资月报表； 有多种查询和统计功能。 数据库系统基础 15 数据分析 确定各个单项数据在目标系统中的名称； 与 4种帐册相关的数据： Z1（ 牌号，型号，生产厂，车主名，地址，电话） Z2（ 工号，姓名，小时工资，进厂日期，地址， 电话） Z3（ 编号，牌号，项目，

7、工号，修理小时，修理 费，零件费，总计，零件号，数量，送修日期， 完工日期） Z4（ 零件号，零件名，成本，价格，库存量，最 低库存，订货量） 数据库系统基础 16 与 5种单据相关的数据： D1（ 牌号，型号，生产厂，项目，车主名，电话， 地址） D2（ 编号，牌号，工号，项目，修理小时，零件号， 数量，送修日期，完工日期） D3（ 编号，零件号，数量） D4（ 零件号，零件名，成本，数量） 与 3种报表相关的数据： B1（ 零件名，数量，价格，零件费，利润） B2（ 工号，姓名，修理小时，小时工资，月工资） B3（ 零件名，订货量，成本，总计） 定义数据项的取值与类型； 数据库系统基础 1

8、7 数据项名 类型 宽度 数据项名 类型 宽度 数据项名 类型 宽度 牌号 C 1 2 项目 C 1 2 库存量 N 3 型号 C 6 生产厂 C 2 0 最低库存 N 3 工号 C 4 修理小时 N 4.1 订货量 N 3 编号 C 4 小时工资 N 5.2 利润 N 8.2 零件号 C 6 修理费 N 8.2 月工资 N 8.2 姓名 C 8 成本 N 8.2 出生日期 D 8 车主名 C 8 价格 N 8.2 进厂日期 D 8 零件名 C 1 0 零件费 N 8.2 送修日期 D 8 地址 C 1 6 总计 N 8.2 完工日期 D 8 电话 C 8 数量 N 2 数据库系统基础 18

9、定义目标系统的数据流； 数据流 含 义 组 成 X C D J 修车登记单 牌号 + 型号 + 生产厂 + 车主名 + 电话 + 地址 + 项目 + 送修日期 X L D 汽车修理单 编号 + 牌号 + 工号 + 项目 + 修理小时 + 完工日期 + 零件号 + 数量 L Y D 零件领用单 编号 + 零件号 + 数量 R K D 零件入库单 零件号 + 零件名 + 成本 + 数量 X C F P 修车发票 车主名 + 地址 + 牌号 + 项目 + 完工日期 + 修理费 + 零件费 + 总计 L H Y B 零件耗用月报 零件号 + 零件名 + 数量 D H J B 零件订货季报 零件号 +

10、零件名 + 订货量 + 价格 + 总计 G Z Y B 修理工资月报 工号 + 姓名 + 修理小时 + 小时工资 + 月工资 数据库系统基础 19 功能分析 登记功能。用于把各种手填单据中的数据 及时登记到数据库文件中。 开修车发票。根据修理单记载的修理小时 和零件用量记载的耗用零件，按规定的算 式计算出修理费和零件费，然后打印发票。 打印报表。包括两种月报表（零件耗用和 工资津贴）和一种季报表（零件订货）。 查询和统计。满足对数据库中各种数据的 查询、统计和分析等需求。 数据库系统基础 20 4.3概念结构设计 概念结构设计的目标是产生反映全组 织信息需求的整体数据库概念结构， 即概念模式。

11、它必须独立于计算机的 任何数据模型，不受特定的数据库管 理系统的限制，不考虑计算机软硬件 技术细节，方便与用户交流。 数据库系统基础 21 描述概念结构的工具是 E R图。用实 体联系方法对具体数据进行抽象加工， 将实体集合抽象成实体类型，用实体 间联系的类型反映现实世界事物问的 内在联系。概念结构设计又可分为局 部视图设计和视图集成两个步骤。 数据库系统基础 22 需求分析 数据流图，数据字典 征求 局部 E R 图 用户 意见 综合 E R 图 逻辑结构设计 图 4.17 概念结构设计步骤 数据抽象、局部视图设计 视图集成 数据库系统基础 23 E R方法的基本步骤包括： 设计局部 E R

12、图； 综合成初步 E R图； 优化成基本 E R图。 数据库系统基础 24 一、设计局部 E R图 一个应用的局部 E R图反映出具体应 用的视图。首先，根据需求分析阶段产 生的各个部门的数据流图和数据字典中 相关数据，设计出各项应用的局部 E R图。 确定实体和属性 确定联系类型 画出局部 E R图 数据库系统基础 25 修 理 小时 牌号 车主名 地址 工号 工资 零件号 使用 项目 价格 编号 牌号 工号 修理小时 零件号 零件用量 图 5.19 “ 开修车发票：局部 E R 图 修理工 汽车 修理单 零件 数据库系统基础 26 二、综合成初步 E R图 局部视图设计完成之后，下一步是视

13、图 集成。视图集成又包括综合和优化两个 步骤。 局部 E R图的合并。先考查同名实体类型， 再考查具有相同关键字的实体类型。 消除冲突。由于局部 E R图是各部门局部 应用的反映，各个局部 E R图之间难免出 现不一致的地方，称之为冲突。一般有三 种类型的冲突： 数据库系统基础 27 属性冲突。如属性域的冲突和属性取值精度 或单位的冲突等。 命名冲突。包括属性名、实体名、联系名之 间的同名异义或者异名同义问题。 结构冲突。同一个对象在不同的局部 E R图 中有不同的表示。 前两种冲突可以通过讨论协商等行政手 段来解决，统一规定基本数据的名称与 性质。为了消除结构冲突， 具体调整手 段可以考虑以

14、下几种： 数据库系统基础 28 对同一个实体的属性取各个分 E R图相同实体 属性的并集。 根据综合应用的需要，把属性转变为实体，或 者把实体变为属性。 实体联系要根据应用语义进行综合调整。 数据库系统基础 29 工号 姓名 地址 电话 牌号 型号 生产厂 修理 出生 进厂 小时 车主名 地址 电话 日期 日期 工资 零件费 送修日期 修理小时 最低库存 库存量 完工日期 使用 订货量 修理费 工号 成本 总计 编号 项目 牌号 数量 价格 零件名 零件号 图 5.20 初始的总体 E R 模型 修理工 汽车 修理单 零件 数据库系统基础 30 三、初步 E R图的优化 初步 E R是在对现实

15、世界进行调查研 究之后综合出来的全局和整体概念模式， 但并不一定是最优的。要经过仔细分析 找出潜在的数据冗余，再根据应用需求 确定是否消除。 数据库系统基础 31 例，删去修理单中的 3个属性 “ 零件费 ” 、 “ 修理费 ” 和 “ 总计 ” 。因为这 3 个属性 数据均可以从其它数据计算得到。另外， 将实体 “ 汽车 ” 分解为 “ 汽车 ” 和 “ 车主 ” 两个实体。因为汽车的属性集中实际上已 含有汽车与车主两个方面的信息，如果一 个车主送修了多辆汽车，则车主名及其地 址与电话就会多次重复存储，造成数据冗 余。分开后的两个实体是： 汽车（牌号，型号，生产厂） 车主（车主名，地址，电话

16、） 数据库系统基础 32 工号 姓名 地址 电话 生产厂 修理 出生 进厂 小时 车主名 型号 日期 日期 工资 送修日期 修理小时 最低库存 库存量 完工日期 使用 订货量 工号 成本 编号 项目 牌号 数量 价格 零件名 零件号 4.21 汽车修理管理信息系统概念模型 修理工 汽车 修理单 零件 车主 牌号 地址 电话 图 数据库系统基础 33 4.4逻辑结构设计 数据库逻辑设计的任务是将概念结构转换 成特定 DBMS所支持的数据模型的过程。 从 E R图所示的概念模型可以转换成任 何一种具体 DBMS所支持的数据模型，如 网状模型、层次模型、关系模型、面向对 象模型。 这里仅讨论关系数据

17、库逻辑设计 问题，即讨论如何把经过优化的综合 ER 图转换成为关系模型。 数据库系统基础 34 关系数据库逻辑设计的结果是一组关 系模式的定义。逻辑设计过程可分为 如图 4.22所示的具体步骤，即： 初始关系模式设计； 规范化处理； 模式评价与修正。 数据库系统基础 35 一、初始关系模式设计 转换原则如下： 一个实体转换为一个关系模式，实体的属 性就是关系的属性，实体的关键字就是关 系的关键字。 一个 1： 1的联系转换为一个关系。每个实 体的关键字都是关系的候选关键字。 一个 1： n的联系转换为一个关系。多方实 体的关键字是关系的关键字。 数据库系统基础 36 一个 n： m的联系转换为

18、一个关系。联系 中各实体关键字的组合组成关系的关键字 (组合关键字 )。 具有相同关键字的关系可以合并。 例，将汽车修理管理信息系统 E R图转 换成一组初始关系模式。 1）把每一实体转换为一个关系 实体：修理工 对应的关系：修理工（ 工号 ，姓名，地址，电话， 出生年月，进厂日期，小时工资） 数据库系统基础 37 实体：汽车 对应关系：汽车（ 牌号 ，型号，生产厂） 实体：修理单 对应关系：修理单（ 编号 ，牌号，工号，项目，修 理小时，送修日期，完工日期） 实体：零件 对应关系：零件库存表（ 零件号 ，零件名，成本， 价格，库存量，最小库存，订货量） 实体：车主 对应关系：车主（ 车主名

19、，地址，电话） 2）把每一 联系转换为关系 数据库系统基础 38 联系：使用 所联系的实体及关键字：修理单（关键字是 “ 编 号 ” ），零件库存表（关键字是 “ 零件号 ” ） 对应关系：零件用量表（ 编号，零件号 ，数量） 联系：属于 所联系的实体及关键字：汽车（关键字是 “ 牌 号 ” ），车主（关键字是 “ 车主名 ” ） 对应关系：汽车归属表（ 车主名，牌号 ） 联系：修理 所联系的实体及关键字：修理单（关键字是 “ 编 号 ” ），汽车（关键字是 “ 牌号 ” ），修理工 （关键字是 “ 工号：） 对应关系：修理（ 编号，牌号，工号 ，项目，修理 小时，送修日期，完工日期） 数据库

20、系统基础 39 3）改进转换结果 修理工（ 工号 ，姓名，地址，电话，出生年月， 进厂日期，小时工资） 修理单（ 编号 ， 牌号，工号 ，项目，修理小时， 送修日期，完工日期） 汽车（ 牌号 ，型号，生产厂，车主名） 车主（ 车主名 ，地址，电话） 零件库存表（ 零件号 ，零件名，成本，价格， 库存量，最小库存，订货量） 零件用量表（ 编号，零件号 ，数量） 数据库系统基础 40 二、规范化处理 在这一步将对数据库的初始逻辑模型进 行规范化处理。首先要确定规范化的级 别，即要求所有的关系模式都达到第几 范式。由于函数依赖是现实环境中最重 要的、最大量的数据依赖，一般提出 3NF的要求就足够了。 数据库系统基础 41 三、模式评价与修正 模式评价的目的是检查所设计的数据库 模式是否满足用户的功能要求，效率如 何，确定需要加以修正的部分。模式评 价主要包括功能和性能两个方面。 数据库系统基础 42 本章小结 这一章，介绍了数据库设计的具 体步骤和方法。在数据库系统的分析 和设计阶段大的步骤包括：需求分析； 概念结构设计 (设计局部 ER图、综合 成初步 ER图、 ER图的优化 )；逻辑结 构设计 (导出初始关系模式、规范化处 理 )。