六章节数据库设计

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1、安财信工学院计算机系2006年4月12日1 安财信工学院计算机系2006年4月12日2n6.1 数据库设计概述数据库设计概述n6.2 需求分析需求分析n6.3 概念结构设计概念结构设计n6.4 逻辑结构设计逻辑结构设计n6.5 数据库的物理设计数据库的物理设计n6.6 数据库的实施和维护数据库的实施和维护安财信工学院计算机系2006年4月12日3n什么是数据库设计？什么是数据库设计？n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据库及其应用系统

2、，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）（信息要求和处理要求）n在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。数在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分n从事数据库设计的专业人员应该具备哪些知识？从事数据库设计的专业人员应该具备哪些知识？n数据库的基本知识和数据库设计技术数据库的基本知识和数据库设计技术n计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧n软件工程的原理和方法软件工程的原理和方法n应用领域

3、的知识应用领域的知识安财信工学院计算机系2006年4月12日4n数据库设计有何特点？数据库设计有何特点？n数据库建设是硬件、软件和干件的结合数据库建设是硬件、软件和干件的结合n三分技术，七分管理，十二分基础数据三分技术，七分管理，十二分基础数据n技术与管理的界面称之为技术与管理的界面称之为“干件干件”n 数据库设计应该与应用系统设计相结合数据库设计应该与应用系统设计相结合n结构（数据）设计：设计数据库框架或数据库结构结构（数据）设计：设计数据库框架或数据库结构n行为（处理）设计：设计应用程序、事务处理等行为（处理）设计：设计应用程序、事务处理等n结构和行为分离的设计结构和行为分离的设计n传统的

4、软件工程忽视对应用中数据语义的分析和抽传统的软件工程忽视对应用中数据语义的分析和抽象，只要有可能就尽量推迟数据结构设计的决策象，只要有可能就尽量推迟数据结构设计的决策n早期的数据库设计致力于数据模型和建模方法研究，早期的数据库设计致力于数据模型和建模方法研究，忽视了对行为的设计忽视了对行为的设计现实世界现实世界概念模型设计概念模型设计子模式设计子模式设计物理数据库设计物理数据库设计逻辑数据库设计逻辑数据库设计建立数据库建立数据库数据分析数据分析功能分析功能分析功能模型功能模型功能说明功能说明事务设计事务设计程序说明程序说明应用程序设计应用程序设计程序编码调试程序编码调试安财信工学院计算机系20

5、06年4月12日5n数据库设计有哪些方法？数据库设计有哪些方法？n手工试凑法手工试凑法n设计质量与设计人员的经验和水平有直接关系设计质量与设计人员的经验和水平有直接关系n缺乏科学理论和工程方法的支持，工程的质量难以保证缺乏科学理论和工程方法的支持，工程的质量难以保证n数据库运行一段时间后常常又不同程度地发现各种问题，增加了维护代价数据库运行一段时间后常常又不同程度地发现各种问题，增加了维护代价n规范设计法规范设计法n手工设计方法手工设计方法n基本思想：基本思想：过程迭代和逐步求精过程迭代和逐步求精n典型方法典型方法n新奥尔良（新奥尔良（New Orleans）方法）方法n 将数据库设计分为四个

6、阶段nS.B.Yao方法方法n将数据库设计分为五个步骤nI.R.Palmer方法方法n把数据库设计当成一步接一步的过程n计算机辅助设计计算机辅助设计nORACLE Designer 2000nSYBASE PowerDesigner安财信工学院计算机系2006年4月12日6n准备工作：准备工作：选定参加设计的人员选定参加设计的人员1.数据库分析设计人员数据库分析设计人员n数据库设计的核心人员数据库设计的核心人员n自始至终参与数据库设计自始至终参与数据库设计n其水平决定了数据库系统的质量其水平决定了数据库系统的质量 2.用户用户n在数据库设计中也是举足轻重的在数据库设计中也是举足轻重的n主要参加

7、需求分析和数据库的运行维护主要参加需求分析和数据库的运行维护n用户积极参与带来的好处用户积极参与带来的好处n加速数据库设计加速数据库设计n提高数据库设计的质量提高数据库设计的质量3.程序员程序员n在系统实施阶段参与进在系统实施阶段参与进来，负责编制程序来，负责编制程序4.操作员操作员n在系统实施阶段参与进在系统实施阶段参与进来，准备软硬件环境来，准备软硬件环境安财信工学院计算机系2006年4月12日7 设计概念结构需求收集和分析设计逻辑结构数据模型优化设计物理结构评价设计,性能预测物理实现试验性运行使用、维护数据库应用需求（数据、处理）转换规则DBMS功能优化方法应用要求DBMS详细特征 需求

8、分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段数据库实施阶段数据库运行、维 护阶段 数据库设计步骤数据库设计步骤需求分析阶段需求分析阶段1.准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）2.是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步概念结构设计阶段概念结构设计阶段1.是整个数据库设计的关键2.通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型逻辑结构设计阶段逻辑结构设计阶段1.将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型2.对其进行优化数据库物理设计阶段数据库物理设计阶段为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）数据库实施阶段数据库实施阶段运用

9、DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果1.建立数据库2.编制与调试应用程序3.组织数据入库4.并进行试运行数据库运行和维护阶段数据库运行和维护阶段1.数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。2.在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。安财信工学院计算机系2006年4月12日8n软件工程软件工程 人们认为，应该用科学知识、工程方面的纪律指导软件开发人们认为，应该用科学知识、工程方面的纪律指导软件开发的过程，以提高软件质量和开发效率，降低开发成本的过程，以提高软件质量和开发效率，降低开发成本。n软件生存期软件生存期从软件的规划、研制、实现、投入运

10、行后的维护，直到它被从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到它被新的软件所取代而停止使用的整个期间新的软件所取代而停止使用的整个期间。n数据库工程数据库工程 n数据库系统生存期数据库系统生存期数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间的系统取代而停止使用的整个期间。n数据库设计的输入输出数据库设计的输入输出隶属关系安财信工学院计算机系2006年4月12日9规划需求分析系统设计 程序编制 调试 运行维护 运行和维护 实现 物理设计逻辑设计概念设计需求分析规划软件生存期数据库生存期安财信工学院计算机

11、系2006年4月12日10处理需求DBMSDBMS特征特征总体信息需求第5步物理设计第3步概念设计第4步逻辑设计第1步规划第2步需求描述和分析硬件和OS特征物理数据库结构需求说明书 信息结构（独立于硬件、软件）逻辑数据库结构（DBMS能处理的）应用程序说明书数据库设计的输入输出n1、规划阶段的三个步骤：、规划阶段的三个步骤：n系统调查系统调查 对企业组织作全面的调查，画出组织层次图，以了解对企业组织作全面的调查，画出组织层次图，以了解企业的组织结构企业的组织结构n可行性分析可行性分析 从技术、经济、效益、法律等族方面对建立数据库的从技术、经济、效益、法律等族方面对建立数据库的可行性进行分析；写

12、出可行性分析报告；组织专家进可行性进行分析；写出可行性分析报告；组织专家进行讨论其可行性行讨论其可行性n确定数据库系统的总目标和制定项目开发计划确定数据库系统的总目标和制定项目开发计划n2、需求分析工作、需求分析工作n分析用户活动产生，产生分析用户活动产生，产生业务流程图业务流程图n确定系统范围，产生确定系统范围，产生系统范围图系统范围图n分析用户活动涉及的数据，产生分析用户活动涉及的数据，产生数据流图数据流图n分析系统数据，产生分析系统数据，产生数据字典数据字典n还有全系统中的数据项和数据存储的描述还有全系统中的数据项和数据存储的描述n3、概念设计、概念设计n为什么需要概念设计？为什么需要概

13、念设计？n概念设计的主要步骤：概念设计的主要步骤：n进行数据抽象，设计局部概念模式进行数据抽象，设计局部概念模式n将局部概念模式综合成全局概念模式将局部概念模式综合成全局概念模式n评审评审安财信工学院计算机系2006年4月12日11图图6.4 6.4 数据库的各级模式数据库的各级模式应用应用1应用应用3应用应用2概念模式概念模式概念要求概念要求概念要求概念要求概念要求概念要求应用应用1 1应用应用3 3应用应用2 2逻辑模式逻辑模式内模式内模式外模式外模式3外模式外模式2外模式外模式1综合综合转换转换映像映像映像映像安财信工学院计算机系2006年4月12日12n4、逻辑设计步骤、逻辑设计步骤导

14、出初始DBMS模式说明概念模式子模式设计应用程序设计草图模式评价处 理 结束模式需要修正模式修正进入物理设计阶段返回到前面阶段是 是 否否安财信工学院计算机系2006年4月12日13n5、物理设计物理设计n什么是数据库的物理结构？什么是数据库的物理结构？n物理设计的步骤物理设计的步骤n存储记录结构设计存储记录结构设计 n确定数据存放位置确定数据存放位置 n存取方法的设计存取方法的设计 n完整性和安全性考虑完整性和安全性考虑 n程序设计程序设计 安财信工学院计算机系2006年4月12日14n6、数据库的实现数据库的实现n实现数据库应做的主要工作实现数据库应做的主要工作n用用DDLDDL定义数据库

15、结构；定义数据库结构；n组织数据入库；n对数据量不大的小型系统（人工）对数据量不大的小型系统（人工）主要工作：主要工作：n筛选数据；转换数据格式；输入数据；校验数据。n大中型系统（自动）大中型系统（自动）主要工作：主要工作：n筛选数据；输入数据；校验数据；转换数据；综合数据。n编制与调试应用程序；编制与调试应用程序；n数据库试运行。数据库试运行。n功能测试功能测试n性能测试（时空代价）性能测试（时空代价）安财信工学院计算机系2006年4月12日15n7、数据库的运行与维护工作、数据库的运行与维护工作n 数据库的转储和恢复数据库的转储和恢复 n 数据库安全性、完整性控制数据库安全性、完整性控制

16、n 数据库性能的监督、分析和改进数据库性能的监督、分析和改进n 数据库的重组织和重构造数据库的重组织和重构造 安财信工学院计算机系2006年4月12日16n在设计过程中把数据库的设计和对数据在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来库中数据处理的设计紧密结合起来n将这两个方面的需求分析、抽象、设计、将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相互参照，实现在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完善两方面的设计相互补充，以完善两方面的设计安财信工学院计算机系2006年4月12日17 IPO表输入：输出：处理：CreatLoadMain()ifthenen

17、d 分区1 分区2概念结概念结构设计构设计逻辑逻辑结构结构设计设计物理物理设计设计设计设计阶阶 段段 设设 计计 描描 述述数数 据据处处 理理需 求需 求分分 析析 数据字典、全系统中数据项、数据字典、全系统中数据项、数据流、数据存储的描述数据流、数据存储的描述数据流图和判定表（判定树）、数数据流图和判定表（判定树）、数据字典中处理过程的描述据字典中处理过程的描述 概念模型（概念模型（E-R图）图）数据字典数据字典 系统说明书包括：系统说明书包括：新系统要求、新系统要求、方案和概图方案和概图 反映新系统信息反映新系统信息 流的数据流图流的数据流图 某种数据模型某种数据模型 关系关系 非关系非

18、关系 系统结构图系统结构图（模块结构）（模块结构）存储安排存储安排 方法选择方法选择 存取路径建立存取路径建立 模块设计模块设计 IPO表表实施实施阶段阶段 编写模式编写模式 装入数据装入数据 数据库试运行数据库试运行 程序编码、程序编码、编译联结、编译联结、测试测试运 行运 行维维 护护 性能监测、转储性能监测、转储/恢复恢复 数据库重组和重构数据库重组和重构 新旧系统转换、运行、维护（修正性、新旧系统转换、运行、维护（修正性、适应性、改善性维护）适应性、改善性维护）安财信工学院计算机系2006年4月12日18n需求分析的任务是什么？需求分析的任务是什么？n需求分析的方法有哪些？需求分析的方

19、法有哪些？n调查用户需求的步骤有哪些？调查用户需求的步骤有哪些？n常用的调查的方法有哪些？常用的调查的方法有哪些？n什么是数据字典？什么是数据字典？安财信工学院计算机系2006年4月12日19n需求分析就是分析用户的需要与要求需求分析就是分析用户的需要与要求n需求分析是设计数据库的起点需求分析是设计数据库的起点n需求分析的结果是否准确地反映了用户的实需求分析的结果是否准确地反映了用户的实际要求，将直接影响到后面各个阶段的设计，际要求，将直接影响到后面各个阶段的设计，并影响到设计结果是否合理和实用并影响到设计结果是否合理和实用安财信工学院计算机系2006年4月12日20n 通过详细调查现实世界要

20、处理的对象通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分（组织、部门、企业等），充分了解原了解原系统系统（手工系统或计算机系统）（手工系统或计算机系统）工作概工作概况，明确用户的各种需求况，明确用户的各种需求n 在此基础上在此基础上确定新系统的功能确定新系统的功能。新系统。新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变，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不能仅仅按当前应用需求来设计数据库安财信工学院计算机系2006年4月12日21n需求分析的重点需求分析的重点n调查、收集与分析用户在数据管理中的调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全信

21、息要求、处理要求、安全性与完整性要求性与完整性要求。n 信息要求信息要求n用户需要从数据库中获得信息的内容与性质用户需要从数据库中获得信息的内容与性质n由用户的信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需要存由用户的信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据储哪些数据n处理要求处理要求n对处理功能的要求对处理功能的要求n对处理的响应时间的要求对处理的响应时间的要求n对处理方式的要求对处理方式的要求(批处理批处理/联机处理联机处理)n新系统的功能必须能够满足用户的信息要求、处理要求、安全性与完整新系统的功能必须能够满足用户的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。性要求。安财信工学院计算

22、机系2006年4月12日22n确定用户最终需求的难点确定用户最终需求的难点n用户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，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。的需求往往不断地变化。n设计人员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。解用户的需求。n新新的硬件、软件的硬件、软件技术的出现技术的出现也会使用户需求发生变化。也会使用户需求发生变化。

23、n解决方法解决方法n设计人员必须采用有效的方法，与用户不断设计人员必须采用有效的方法，与用户不断深入深入地进行地进行交流交流，才能，才能逐步得以确定用户的实际需求逐步得以确定用户的实际需求安财信工学院计算机系2006年4月12日23n调查清楚用户的实际需求并进行初步分析调查清楚用户的实际需求并进行初步分析n 与用户达成共识与用户达成共识n 进一步分析与表达这些需求进一步分析与表达这些需求安财信工学院计算机系2006年4月12日24 调查组织机构情况调查组织机构情况n 组织部门的组成情况组织部门的组成情况n 各部门的职责等各部门的职责等调查各部门的业务活动情况。调查重点之一。调查各部门的业务活动

24、情况。调查重点之一。n 各个部门输入和使用什么数据各个部门输入和使用什么数据n 如何加工处理这些数据如何加工处理这些数据n 输出什么信息输出什么信息n 输出到什么部门输出到什么部门n 输出结果的格式是什么输出结果的格式是什么 在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求。调查重点之二。在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求。调查重点之二。n 信息要求信息要求n 处理要求处理要求n 完全性与完整性要求完全性与完整性要求 对前面调查的结果进行初步分析对前面调查的结果进行初步分析n确定新系统的边界确定新系统的边界n确定哪些功能由计算机完成或将来准备让计算机完成确定哪些功能由

25、计算机完成或将来准备让计算机完成n确定哪些活动由人工完成确定哪些活动由人工完成 由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能。由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能。安财信工学院计算机系2006年4月12日25n做需求调查时，往往需要同时采用多种方法做需求调查时，往往需要同时采用多种方法n无论使用何种调查方法，都必须有用户的积极参与无论使用何种调查方法，都必须有用户的积极参与和配合和配合n设计人员应该和用户取得共同的语言，帮助不熟悉设计人员应该和用户取得共同的语言，帮助不熟悉计算机的用户建立数据库环境下的共同概念，并对计算机的用户建立数据库环境下的共同概念，并对设计工作的最后结果共同承担责任

26、设计工作的最后结果共同承担责任安财信工学院计算机系2006年4月12日26n跟班作业跟班作业n通过亲身参加业务工作了解业务活动的情况通过亲身参加业务工作了解业务活动的情况n能比较准确地理解用户的需求，但比较耗时能比较准确地理解用户的需求，但比较耗时n开调查会开调查会n通过与用户座谈来了解业务活动情况及用户需求通过与用户座谈来了解业务活动情况及用户需求n请专人介绍请专人介绍n询问询问n对某些调查中的问题，可以找专人询问对某些调查中的问题，可以找专人询问n设计调查表请用户填写设计调查表请用户填写n如果调查表设计合理，则很有效，且易于为用户接受如果调查表设计合理，则很有效，且易于为用户接受n查阅记录

27、查阅记录n查阅与原系统有关的数据记录查阅与原系统有关的数据记录安财信工学院计算机系2006年4月12日27n分析和表达用户的需求分析和表达用户的需求的常用方法的常用方法n自顶向下的结构化分析方法（自顶向下的结构化分析方法（Structured Analysis，简称，简称SA方法）方法）nSA方法从最上层的系统组织机构入手，采用方法从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解的方式分析系统，并用数据流图和数逐层分解的方式分析系统，并用数据流图和数据字典描述系统。据字典描述系统。安财信工学院计算机系2006年4月12日281首先把任何一个系统都抽象为：首先把任何一个系统都抽象为：2分解处理功能和数据

28、分解处理功能和数据（1）分解处理功能）分解处理功能n将处理功能的具体内容分解为若干子功能，再将每个子功能继续分解，直到把系统将处理功能的具体内容分解为若干子功能，再将每个子功能继续分解，直到把系统的工作过程表达清楚为止。的工作过程表达清楚为止。（2）分解数据）分解数据n在处理功能逐步分解的同时，其所用的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图在处理功能逐步分解的同时，其所用的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图n 数据流图表达了数据和处理过程的关系数据流图表达了数据和处理过程的关系（3）表达方法）表达方法n 处理过程：用判定表或判定树来描述处理过程：用判定表或判定树来描述n 数据：用数据字典来

29、描述数据：用数据字典来描述 3将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可将分析结果再次提交给用户，征得用户的认可数据流数据流数据流数据流数据数据存储存储信息要求信息要求数据数据来源来源处理处理数据数据输出输出处理要求处理要求安财信工学院计算机系2006年4月12日29安财信工学院计算机系2006年4月12日30实例：假设我们要开发一个学校管理系统。实例：假设我们要开发一个学校管理系统。1经过可行性分析和初步需求调查，抽象出该系统最高层经过可行性分析和初步需求调查，抽象出该系统最高层数据流图，该系统由教师管理子系统、学生管理子系统、数据流图，该系统由教师管理子系统、学生管理子系统、后勤管理子系统组

30、成，每个子系统分别配备一个开发小组。后勤管理子系统组成，每个子系统分别配备一个开发小组。2进一步细化各个子系统。进一步细化各个子系统。其中学生管理子系统开发小组通过进行进一步的需求调查，其中学生管理子系统开发小组通过进行进一步的需求调查，明确了该子系统的主要功能是进行学籍管理和课程管理，明确了该子系统的主要功能是进行学籍管理和课程管理，包括学生报到、入学、毕业的管理，学生上课情况的管理。包括学生报到、入学、毕业的管理，学生上课情况的管理。通过详细的信息流程分析和数据收集后，他们生成了该子通过详细的信息流程分析和数据收集后，他们生成了该子系统的数据流图。系统的数据流图。安财信工学院计算机系200

31、6年4月12日31n什么是数据字典？什么是数据字典？n数据字典有何用途？数据字典有何用途？n数据字典中有哪些内容？数据字典中有哪些内容？安财信工学院计算机系2006年4月12日32n数据字典是各类数据描述的集合数据字典是各类数据描述的集合n数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所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获得的主要结果n数据字典在数据库设计中占有很重要的地位数据字典在数据库设计中占有很重要的地位安财信工学院计算机系2006年4月12日33n数据字典的内容数据字典的内容n数据项数据项n数据结构数据结构n数据流数据流n数据存储数据存储n处理过程处理过程n 数据项是数据的

32、最小组成单位数据项是数据的最小组成单位n 若干个数据项可以组成一个数据结构若干个数据项可以组成一个数据结构n 数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流、数据存储的逻辑内容。数据流、数据存储的逻辑内容。安财信工学院计算机系2006年4月12日34n数据项是不可再分的数据单位数据项是不可再分的数据单位n 对数据项的描述对数据项的描述数据项描述数据项描述数据项名，数据项含义说明，数据项名，数据项含义说明，别名，数据类型，长度，取值范围，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取值含义，与其他数据项的逻辑关系n取值范围、与其他数

33、据项的逻辑关系定义了取值范围、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的完整性约束条件安财信工学院计算机系2006年4月12日35n数据结构反映了数据之间的组合关系。数据结构反映了数据之间的组合关系。n 一个数据结构可以由若干个数据项组成，也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。项和数据结构混合组成。n 对数据结构的描述对数据结构的描述数据结构描述数据结构描述数据结构名，含义说明，数据结构名，含义说明，组成组成:数据项或数据结构数据项或数据结构安财信工学院计算机系2006年4月12

34、日36n 数据流是数据结构在系统内传输的路径。数据流是数据结构在系统内传输的路径。n 对数据流的描述对数据流的描述数据流描述数据流名，说明，数据流来源，数据流描述数据流名，说明，数据流来源，数据流去向，组成数据流去向，组成:数据结构，数据结构，平均流量，高峰期流量平均流量，高峰期流量n数据流来源是说明该数据流来自哪个过程数据流来源是说明该数据流来自哪个过程n数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去数据流去向是说明该数据流将到哪个过程去n平均流量是指在单位时间（每天、每周、每月等）平均流量是指在单位时间（每天、每周、每月等）里的传输次数里的传输次数n高峰期流量则是指在高峰时期的数据流量高峰期流量则

35、是指在高峰时期的数据流量安财信工学院计算机系2006年4月12日37n数据存储是数据结构停留或保存的地方，也是数据数据存储是数据结构停留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一。流的来源和去向之一。n对数据存储的描述对数据存储的描述数据存储描述数据存储名，说明，编号，数据存储描述数据存储名，说明，编号，流入的数据流流入的数据流，流出的数据流，流出的数据流，组成组成:数据结构，数据量，存取方式数据结构，数据量，存取方式n流入的数据流：指出数据来源流入的数据流：指出数据来源n流出的数据流：指出数据去向流出的数据流：指出数据去向n数据量：每次存取多少数据，每天（或每小时、每周等）数据量：每次存取多少

36、数据，每天（或每小时、每周等）存取几次等信息存取几次等信息n存取方法：批处理存取方法：批处理/联机处理；检索联机处理；检索/更新；顺序检索更新；顺序检索/随机检索随机检索安财信工学院计算机系2006年4月12日38n处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典中只需处理过程的具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要描述处理过程的说明性信息n处理过程说明性信息的描述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，处理过程描述处理过程名，说明，输入输入:数据流，输出数据流，输出:数据流，数据流，处理处理:简要说明简要说明n简要说明：主要

37、说明该处理过程的功能及处理要求简要说明：主要说明该处理过程的功能及处理要求n功能：该处理过程用来做什么功能：该处理过程用来做什么n处理要求：处理频度要求（如单位时间里处理多少事务，多少数据量）；处理要求：处理频度要求（如单位时间里处理多少事务，多少数据量）；响应时间要求等响应时间要求等n处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准处理要求是后面物理设计的输入及性能评价的标准安财信工学院计算机系2006年4月12日39数据项数据项，以，以“学号学号”为例：为例：数据项：数据项：学号学号 含义说明：唯一标识每个学生含义说明：唯一标识每个学生别名：别名：学生编号学生编号 类型：类型：字符型字符型 长

38、度：长度：8 取值范围：取值范围：00000000至至99999999取值含义：前两位标别该学生所在年级，取值含义：前两位标别该学生所在年级，后六位按顺序编号后六位按顺序编号与其他数据项的逻辑关系：与其他数据项的逻辑关系：安财信工学院计算机系2006年4月12日40“学生学生”是该系统中的一个核心数据结构：是该系统中的一个核心数据结构：数据结构：数据结构：学生学生 含义说明：含义说明：是学籍管理子系统的主体数据结是学籍管理子系统的主体数据结 构，定义了一个学生的有关信息构，定义了一个学生的有关信息 组成：组成：学号，姓名，性别，年龄，学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级所在系，年级安财信工学院

39、计算机系2006年4月12日41 数据流：数据流：体检结果体检结果 说明：说明：学生参加体格检查的最终结果学生参加体格检查的最终结果 数据流来源：体检数据流来源：体检 数据流去向：批准数据流去向：批准 组成：组成：平均流量：平均流量：高峰期流量：高峰期流量：安财信工学院计算机系2006年4月12日42数据存储：数据存储：学生登记表学生登记表 说明：说明：记录学生的基本情况记录学生的基本情况流入数据流：流入数据流：流出数据流：流出数据流：组成：组成：数据量：数据量：每年每年3000张张 存取方式：存取方式：随机存取随机存取 安财信工学院计算机系2006年4月12日43处理过程：分配宿舍处理过程：

40、分配宿舍说明：说明：为所有新生分配学生宿舍为所有新生分配学生宿舍输入：输入：学生，宿舍，学生，宿舍，输出：输出：宿舍安排宿舍安排处理：处理：在新生报到后，为所有新生分配学在新生报到后，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。每个学生的居安排在一个宿舍中。每个学生的居 住面积不小于住面积不小于3平方米。安排新生平方米。安排新生 宿舍其处理时间应不超过宿舍其处理时间应不超过15分钟。分钟。安财信工学院计算机系2006年4月12日446.3.1 概念结构设计概述概念结构设计概述6.

41、3.2 概念结构设计的方法与步骤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数据抽象与局部视图设计6.3.4 视图的集成视图的集成安财信工学院计算机系2006年4月12日45n什么是概念结构设计什么是概念结构设计n需求分析阶段描述的用户应需求分析阶段描述的用户应用需求是现实世界的具体需用需求是现实世界的具体需求求n将需求分析得到的用户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抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计的过程就是概念结构设计n概念结构是各种数据模型的概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更共同基础，它比数据模型更独立于机器、更抽象，从而独立于机

42、器、更抽象，从而更加稳定。更加稳定。n概念结构设计是整个数据库概念结构设计是整个数据库设计的关键设计的关键现实世界现实世界机器世界机器世界信息世界信息世界需求分析需求分析概念结构设计概念结构设计安财信工学院计算机系2006年4月12日46n（1）能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物）能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物之间的联系，能满足用户对数据的处理要求。是对现之间的联系，能满足用户对数据的处理要求。是对现实世界的一个真实模型。实世界的一个真实模型。n（2）易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机的用户）易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机的用户交换意见，用户的积极参与是数据库的设计

43、成功的关交换意见，用户的积极参与是数据库的设计成功的关键。键。n（3）易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易）易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修改和扩充。对概念模型修改和扩充。n（4）易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。）易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。安财信工学院计算机系2006年4月12日47n什么是什么是ER模型模型nER模型的历史模型的历史nER模型的基本元素模型的基本元素n实体实体n联系联系n属性属性n例子例子实体联系属性ER模型图例老师学生教mn学号姓名专业班级职称性别姓名职号安财信工学院计算机系2006年4月12日48n基本属性和复合属性（

44、可否再分）基本属性和复合属性（可否再分）n单值属性和多值属性（对一个实单值属性和多值属性（对一个实体对象是否只能取一个值）体对象是否只能取一个值）n多值属性的处理多值属性的处理n将原来的多值属性用几个新的将原来的多值属性用几个新的单值属性来表示。单值属性来表示。n将原来的多值属性用一个新的将原来的多值属性用一个新的实体类型表示实体类型表示 n导出属性导出属性n空值空值图5.4 地址属性的层次结构邮政编码省（市）名地 址区 名街 道家庭地址门牌号码图5.5 多值属性的表示零件编码零 件零件名供应商规格进货价格销售价格价格图5.8 导出属性的表示工号职 工姓名基本工资奖金房租实发工资图5.6 多值

45、属性的变换（1）零件编码零 件零件名供应商规格进货价格经销价格代销价格批发价格零售价格图5.7 多值属性的变换（2）零件编码零 件零件名供应商规格进货价格销售性质价格售货价格存在销售价格1N零件编码零件编码安财信工学院计算机系2006年4月12日49n 联系集联系集 联系集是联系集是n n（n2n2）个实体集上的数学关系，这些实体集不）个实体集上的数学关系，这些实体集不必互异。如果必互异。如果E1E1，E2，En为为n个实体集，那么联系个实体集，那么联系集集R是是(e1(e1，e2e2，enen）|e1E1,e2E2|e1E1,e2E2，enEnenEn的一个子集，而（的一个子集，而（e1e1

46、，e2e2，enen）是一个联系）是一个联系。n联系的元数联系的元数 一个联系涉及到的实体集个数一个联系涉及到的实体集个数 n联系的连通词联系的连通词 联系涉及到的实体集之间实体对应的方式联系涉及到的实体集之间实体对应的方式 n实体的基数实体的基数 有两个实体集有两个实体集E1E1和和E2E2，E1E1中每个实体与中每个实体与E2E2中有联系实体中有联系实体的数目的最小值的数目的最小值minmin和最大值和最大值maxmax，称为，称为E1E1的基数，的基数，用（用（minmin，maxmax）形式表示）形式表示 问题：运动员根据其得分来排定名次。在名次排列中，排在他前面只有一个人排在他后面也

47、只有一个人 运动员编号姓名性别名次顺序11图5.9 一元联系中的1:1联系 职工之间的上下级联系 职工工号姓名年龄性别领导1N图5.10 一元联系中的1:N联系 工厂的零件之间存在着组合关系，一种零件由许多种子零件组成，而一种零件也可以是其他零件的子零件 零件零件号零件名规格数量组成MN图5.11 一元联系中的M:N联系 某商业集团中，商店、仓库、商品之间的进货联系 图5.12 三元联系中的M:N:P联系 仓库商品商店仓库号仓库名地址数量商店号商品名商品号商店名日期进货MNP学校里规定每学期学生至少选修1门课程，最多选修6门课程；每门课程至多有50人选修，最少可以没人选修 图5.13 联系的连

48、通词和实体的基数学生课程选课M（1，6）N（0，50）安财信工学院计算机系2006年4月12日50n设计概念结构的四类方法设计概念结构的四类方法n自顶向下自顶向下n 首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化n自底向上自底向上n 首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构得到全局概念结构n逐步扩张逐步扩张n 首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构雪球的方式逐步生成其他概念结构，直

49、至总体概念结构n混合策略混合策略n 将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下策略设计一将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架，以它为骨架集成由自底向上策略个全局概念结构的框架，以它为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。中设计的各局部概念结构。安财信工学院计算机系2006年4月12日51 自顶向下策略自顶向下策略安财信工学院计算机系2006年4月12日52 自底向上策略自底向上策略 安财信工学院计算机系2006年4月12日53 逐步扩张逐步扩张安财信工学院计算机系2006年4月12日54n概念结构设计的常用策略概念结构设计的常用策略n自顶向下地进行需求分析自

50、顶向下地进行需求分析n自底向上地设计概念结构自底向上地设计概念结构n自底向上设计概念结构的步骤自底向上设计概念结构的步骤 n第第1步：抽象数据并设计局部视图步：抽象数据并设计局部视图n第第2步：集成局部视图，得到全局概念结构步：集成局部视图，得到全局概念结构安财信工学院计算机系2006年4月12日55n数据抽象数据抽象n局部视图设计局部视图设计安财信工学院计算机系2006年4月12日56n概念结构是对现实世界的一种抽象概念结构是对现实世界的一种抽象n从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节共同特性，忽略非本质的细节n把这些特性用各种

51、概念精确地加以描述把这些特性用各种概念精确地加以描述n这些概念组成了某种模型这些概念组成了某种模型安财信工学院计算机系2006年4月12日571.分类（分类（Classification）n定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型n这些对象具有某些共同的特性和行为这些对象具有某些共同的特性和行为n它抽象了对象它抽象了对象值和型值和型之间的之间的“is member of”的语义的语义n在在E-R模型中，实体型就是这种抽象模型中，实体型就是这种抽象例：例：P216图图6.102.聚集（聚集（Aggregation）n定义某一类型的组成成分定义某一类型的

52、组成成分n它抽象了对象内部类型和成分之间它抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义的语义n在在E-R模型中若干属性的聚集组成了实体型，就是这种抽象模型中若干属性的聚集组成了实体型，就是这种抽象例：例：P217图图6.11，图，图6.123.概括（概括（Generalization）n定义类型之间的一种子集联系定义类型之间的一种子集联系n它抽象了类型之间的它抽象了类型之间的“is subset of”的语义的语义n概括有一个很重要的性质：继承性。子类继承超类上定义的概括有一个很重要的性质：继承性。子类继承超类上定义的所有抽象。所有抽象。例：例：P217图图6.13安财信工学院计

53、算机系2006年4月12日58注：原注：原E-R模型不具有概括，本书对模型不具有概括，本书对E-R模型作了扩充，允许定义超模型作了扩充，允许定义超类实体型和子类实体型。类实体型和子类实体型。n 用双竖边的矩形框表示子类，用双竖边的矩形框表示子类，n 用直线加小圆圈表示超类用直线加小圆圈表示超类-子类的联系子类的联系n数据抽象的用途数据抽象的用途n对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织（聚集），形成对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织（聚集），形成n实体实体n实体的属性，标识实体的码实体的属性，标识实体的码n确定实体之间的联系类型确定实体之间的联系类型(1:1，1:n，m:n)安财信工学院

54、计算机系2006年4月12日59设计分设计分E-R图的步骤图的步骤:选择局部应用选择局部应用逐一设计分逐一设计分E-R图图安财信工学院计算机系2006年4月12日60n需求分析阶段，已用多层数据流图和数据字典描述了需求分析阶段，已用多层数据流图和数据字典描述了整个系统。整个系统。n设计分设计分E-R图首先需要根据系统的具体情况，在多层图首先需要根据系统的具体情况，在多层的数据流图中的数据流图中选择选择一个一个适当层次的数据流图适当层次的数据流图，让这组，让这组图中每一部分对应一个局部应用，然后以这一层次的图中每一部分对应一个局部应用，然后以这一层次的数据流图为出发点，设计分数据流图为出发点，设

55、计分E-R图。图。n通常以中层数据流图作为设计分通常以中层数据流图作为设计分E-R图的依据。图的依据。原因：原因：n高层数据流图只能反映系统的概貌高层数据流图只能反映系统的概貌n中层数据流图能较好地反映系统中各局部应用的子系统组成中层数据流图能较好地反映系统中各局部应用的子系统组成n低层数据流图过细低层数据流图过细n例：由于学籍管理、课程管理等都不太复杂，因此可以它们例：由于学籍管理、课程管理等都不太复杂，因此可以它们入手设计学生管理子系统的分入手设计学生管理子系统的分E-R图。如果局部应用比较复杂，图。如果局部应用比较复杂，则可以从更下层的数据流图入手。则可以从更下层的数据流图入手。安财信工

56、学院计算机系2006年4月12日61n任务任务n标定局部应用中的实体、属性、码，实体间的联系标定局部应用中的实体、属性、码，实体间的联系n将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取出来，参照数据流图，标定各局部应用中的实体、出来，参照数据流图，标定各局部应用中的实体、实体的属性、标识实体的码，确定实体之间的联实体的属性、标识实体的码，确定实体之间的联系及其类型（系及其类型（1:1，1:n，m:n）n注意区分实体和属性注意区分实体和属性n实体与属性是相对而言的实体与属性是相对而言的。同一事物，在一种应用环境中。同一事物，在一种应用环境中作为作为“属性属性

57、”，在另一种应用环境中就必须作为，在另一种应用环境中就必须作为“实体实体”。n例：学校中的系，在某种应用环境中，它只是作为例：学校中的系，在某种应用环境中，它只是作为“学生学生”实体的一个属性，表明一个学生属于哪个系；而在另一种实体的一个属性，表明一个学生属于哪个系；而在另一种环境中，由于需要考虑一个系的系主任、教师人数、学生环境中，由于需要考虑一个系的系主任、教师人数、学生人数、办公地点等，这时它就需要作为实体了。人数、办公地点等，这时它就需要作为实体了。安财信工学院计算机系2006年4月12日62n区分实体和属性一般原则区分实体和属性一般原则n属性不能再具有需要描述的性质。即属性必须是不属

58、性不能再具有需要描述的性质。即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成。可分的数据项，不能再由另一些属性组成。n属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。之间。n符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。n为了简化为了简化E-R图的处置，现实世界中的事物凡能够作图的处置，现实世界中的事物凡能够作为属性对待的，应尽量作为属性。为属性对待的，应尽量作为属性。举例：举例：n例例1：“学生学生”由学号、姓名等属性进一步描述，由学号、姓名等属性进一步描述，根据准则，根据准则，“学生学生”只能作为实体，不能作

59、为属只能作为实体，不能作为属性。性。n例例2：职称通常作为教师实体的属性，但在涉及住：职称通常作为教师实体的属性，但在涉及住房分配时，由于分房与职称有关，也就是说职称与房分配时，由于分房与职称有关，也就是说职称与住房实体之间有联系，根据准则，这时把职称作住房实体之间有联系，根据准则，这时把职称作为实体来处理会更合适些。为实体来处理会更合适些。n例例3：销售管理子系统销售管理子系统ER设计实例设计实例安财信工学院计算机系2006年4月12日63n各个局部视图即分各个局部视图即分E-R图建立好后，还需要对它们进行合图建立好后，还需要对它们进行合并，集成为一个整体的数据概念结构即总并，集成为一个整体

60、的数据概念结构即总E-R图。图。n视图集成的两种方式视图集成的两种方式n一次集成（一次集成（P224图图6.25(a)）n一次集成多个分一次集成多个分E-R图图n通常用于局部视图比较简单时通常用于局部视图比较简单时n逐步累积式（逐步累积式（P224图图6.25(b)）n首先集成两个局部视图（通常是比较关键的两个局部视图）首先集成两个局部视图（通常是比较关键的两个局部视图）n以后每次将一个新的局部视图集成进来以后每次将一个新的局部视图集成进来n集成局部集成局部E-R图的步骤图的步骤1.合并合并2.修改与重构修改与重构安财信工学院计算机系2006年4月12日64安财信工学院计算机系2006年4月1

61、2日65教师号姓名出生日期职务工资奖金教师（a）教师号姓名出生日期教师不变信息职务工资奖金教师号教师变动信息（b）图5.15 实体类型的垂直分裂教师课程主讲辅导1MNN图5.16 联系类型的分裂教师课程主讲MN（a）（b）图5.17 不合法的合并B(a)ACA-CB-CACA-B-C(b)B安财信工学院计算机系2006年4月12日66需求分析结果确定局部结构范围实体定义联系定义属性分配还有局部结构待分析有无进入全局ER模式设计图5.18 局部ER模式设计范围的划分要自然，易于管理；范围的大小要适度。太小了，会造成局部结构过多，设计过程繁琐，综合困难；太大了，则容易造成内部结构复杂，不便分析 范

62、围之间的界面要清晰，相互影响要小采用人们习惯的划分；避免冗余，在一个局部结构中，对一个对象只取一种抽象形式，不要重复；依据用户的信息处理需求 确定属性的原则：属性应该是不可再分解的语义单位；实体与属性之间的关系只能是1:N的；不同实体类型的属性之间应无直接关联关系。属性分配的原则：当多个实体类型用到同一属性时，一般把属性分配给那些使用频率最高的实体类型，或分配给实体值少的实体类型。有些属性不宜归属于任一实体类型，只说明实体之间联系的特性 安财信工学院计算机系2006年4月12日67现有的教学管理系统初步分析系统的对象根据服务种类分析教师子模块局部ER图安财信工学院计算机系2006年4月12日6

63、8现有的教学管理系统初步分析系统的对象根据服务种类分析学生子模块导师班级学生组成管理班主任档案材料宿舍住宿归档指导系有参加学会1N111NNN11NMN1具有社会关系1N局部ER图安财信工学院计算机系2006年4月12日69现有的教学管理系统初步分析系统的对象根据服务种类分析课程子模块局部ER图图5.22 课程管理局部应用分E-R图1教室M1教科书教师担任课程系开设N1学生选修NMN上课PN安财信工学院计算机系2006年4月12日70无图5.20全局ER模式设计 局部ER模式确定公共实体类型合并两个局部ER模式检查并消除冲突还有未合并的局部模式有还有冲突吗有属性冲突：如，重量单位有的用公斤，有

64、的用克。结构冲突：同一对象在不同应用中的不同抽象；同一实体在不同局部ER图中属性的个数或次序不同；实体之间的联系在不同的局部ER图中呈现不同的类型 命名冲突：属性名、实体名、联系名之间存在同名异义或异名同义冲突安财信工学院计算机系2006年4月12日71n实体类型的合并实体类型的合并n1:11:1联系的两个实体类型联系的两个实体类型 n具有相同键的实体类型具有相同键的实体类型 n冗余属性的消除冗余属性的消除 n冗余联系的消除：冗余联系的消除：利用规范化理论中函数依利用规范化理论中函数依赖的概念消除冗余联系赖的概念消除冗余联系 安财信工学院计算机系2006年4月12日721图5.24 合并后的教

65、学管理E-R图1N1P1N1N1N1MMNNNN社会关系具有1NNM1系聘用承接项目参加设置院长学院主管NN111教师评定职称分配工作量111N档案材料归档参加学会1宿舍住宿教科书担任指导课程选修教室上课有1班级学生组成N开设N管理11教师管理 1 1安财信工学院计算机系2006年4月12日73n1、属性冲突、属性冲突n属性域冲突属性域冲突：属性值的类型、取值范围或取值集合不同。属性值的类型、取值范围或取值集合不同。n例例1，由于学号是数字，因此某些部门（即局部应用）将学号定义为整由于学号是数字，因此某些部门（即局部应用）将学号定义为整数形式，而由于学号不用参与运算，因此另一些部门（即局部应用

66、）将数形式，而由于学号不用参与运算，因此另一些部门（即局部应用）将学号定义为字符型形式。学号定义为字符型形式。n例例2，某些部门（即局部应用）以出生日期形式表示学生的年龄，而另某些部门（即局部应用）以出生日期形式表示学生的年龄，而另一些部门（即局部应用）用整数形式表示学生的年龄。一些部门（即局部应用）用整数形式表示学生的年龄。n属性取值单位冲突属性取值单位冲突。n例：学生的身高，有的以米为单位，有的以厘米为单位，有的以尺为单例：学生的身高，有的以米为单位，有的以厘米为单位，有的以尺为单位。位。n2、命名冲突、命名冲突n同名异义：同名异义：不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字n 例，局部应用例，局部应用A中将教室称为房间，中将教室称为房间，局部应用局部应用B中将学生宿舍称为中将学生宿舍称为房间房间n异名同义（一义多名）异名同义（一义多名）：同一意义的对象在不同的局部应用中具有：同一意义的对象在不同的局部应用中具有不同的名字不同的名字n 例，有的部门把教科书称为课本，例，有的部门把教科书称为课本，有的部门则把教科书称为教材有的部门则把