ch7 数据库设计

《ch7 数据库设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ch7 数据库设计（88页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第七章第七章第七章第七章 数据库数据库数据库数据库设计设计设计设计本章讲述如何从实际应用需求出发，逐步构建以数据库本章讲述如何从实际应用需求出发，逐步构建以数据库为基础的应用管理系统的全过程。重点讲解如何设计数据库为基础的应用管理系统的全过程。重点讲解如何设计数据库的各级模式并建立数据库。的各级模式并建立数据库。F本章内容：7.1 数据库设计概述数据库设计概述7.2 需求分析需求分析7.3 概念结构设计概念结构设计7.4 逻辑结构设计逻辑结构设计7.5 数据库的物理设计数据库的物理设计7.6 数据库的实施数据库的实施7.7 数据库的运行和维护数据库的运行和维护17.1 7.1 数据库设计概述数

2、据库设计概述数据库设计概述数据库设计概述数据库设计属于软件工程的范畴。面向一个使用数据库数据库设计属于软件工程的范畴。面向一个使用数据库的应用系统，利用已有的的应用系统，利用已有的DBMS，设计出有效、合理地数据设计出有效、合理地数据库是数据库应用系统的主要内容。库是数据库应用系统的主要内容。F本节内容：7.1.1 什么是数据库设计什么是数据库设计7.1.2 数据库设计的特点数据库设计的特点7.1.3 数据库的设计方法数据库的设计方法7.1.4 数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤27.1.1 7.1.1 什么是数据库设计什么是数据库设计什么是数据库设计什么是数据库设计数据库设计是指对于一

3、个给定的应用环境，构造优化的数据库模式，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）。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。数据库是信息系统的核心和基础把信息系统中大量的数据按一定的模型组织起来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所需的信息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37.

4、1.2 7.1.2 数据库设计的特点数据库设计的特点数据库设计的特点数据库设计的特点数据库建设是硬件、软件和干件的结合三分技术，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”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、事务处理等行为（处理）设计：设计应用程序、事务处理等结构和行为分离的设计传统的软件工程忽视对应用中数据语义的分析和抽象，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

5、策只要有可能就尽量推迟数据结构设计的决策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47.1.2 7.1.2 数据库设计的特点数据库设计的特点数据库设计的特点数据库设计的特点F将数据库与对数据库的操作分离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57.1.3 7.1.3 数

6、据库的设计方法数据库的设计方法数据库的设计方法数据库的设计方法将软件工程的思想和方法引入到数据库的设计之中，其将软件工程的思想和方法引入到数据库的设计之中，其基本思想采用过程迭代和逐步求精，分为以下几种方法：基本思想采用过程迭代和逐步求精，分为以下几种方法：新奥尔良新奥尔良(New Orleans)方法方法将数据库设计分为四个阶段：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计。S.B.Yao方法方法将数据库设计分为五个步骤：需求分析、模式构成、模式汇总、模式重构、模式分析和物理数据库设计。ODL（Object Definition Language）方法）方法面向对象的数据库设计方法。阶段性设计方法

7、阶段性设计方法E-R模型的数据库设计方法，基于3NF的设计方法，基于抽象语法规范的设计方法等。计算机辅助设计计算机辅助设计(CASE)ORACLE Designer 2000、SYBASE PowerDesigner等。67.1.4 7.1.4 数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤参照软件工程的思想，将数据库系统的生命周期参照软件工程的思想，将数据库系统的生命周期(Life cycle)划分为以下七个阶段：划分为以下七个阶段：(1)规划阶段规划阶段建立数据库的必要性和可行性分析。(2)需求分析需求分析全面、准确了解用户的实际要求。(3)概念结构设计概

8、念结构设计设计数据库的概念结构，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。(4)逻辑结构设计逻辑结构设计逻辑结构设计是将抽象的概念结构转换为所选用的DBMS支持的数据模型，并对其进行优化。(5)数据库物理设计数据库物理设计为数据库设计一个合理的存储结构和存取方法。77.1.4 7.1.4 数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤(6)数据库实施数据库实施编写与调试应用程序（后台数据库、前端界面），组织数据入库，并进行试运行。(7)数据库运行和维护数据库运行和维护数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。并在运行过程中不断地对其进行评价、调整与修改。以上七个

9、阶段构成了数据库系统的整个生命周期，直到以上七个阶段构成了数据库系统的整个生命周期，直到该系统被新的系统所替代或消亡为止。该系统被新的系统所替代或消亡为止。严格地说，从第二阶段需求分析开始到第五阶段数据库严格地说，从第二阶段需求分析开始到第五阶段数据库的物理设计为数据库的设计阶段。的物理设计为数据库的设计阶段。从需求分析到数据库的运行和维护阶段都存在着反复，从需求分析到数据库的运行和维护阶段都存在着反复，即当后一阶段发现问题，需要回溯到之前的某一阶段进行修即当后一阶段发现问题，需要回溯到之前的某一阶段进行修改，再继续沿着这一过程向前进行。改，再继续沿着这一过程向前进行。87.2 7.2 需求分

10、析需求分析需求分析需求分析需求分析就是收集用户的各项业务活动及活动中所使用需求分析就是收集用户的各项业务活动及活动中所使用的数据，并由系统分析人员按照分析方法加以总结和提炼，的数据，并由系统分析人员按照分析方法加以总结和提炼，正确地描述用户使用中的业务信息。正确地描述用户使用中的业务信息。F本节内容7.2.1 需求分析的任务需求分析的任务7.2.2 需求信息的收集需求信息的收集7.2.3 需求信息的分析整理需求信息的分析整理97.2.1 7.2.1 需求分析的任务需求分析的任务需求分析的任务需求分析的任务需求分析就是通过详细调查现实世界要处理的对象（现实业务），充分了解原系统（手工系统或计算机

11、系统），明确用户的各种需求，并在此基础上确定新系统的功能。需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。信息要求：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，由此导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据。由此导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据。处理要求：用户对处理功能的要求，对处理的响应时间用户对处理功能的要求，对处理的响应时间的要求，对处理方式的要求的要求，对处理方式的要求(批处理批处理/联机处理联机处理)。安全性与完整性要求：数据自身的约束，数据之间的约数据自身的约束，数据之间的约束关系，以及数据的敏

12、感分析，访问及修改数据的用户级别束关系，以及数据的敏感分析，访问及修改数据的用户级别等。等。107.2.2 7.2.2 需求信息的收集需求信息的收集需求信息的收集需求信息的收集需求信息的收集又称为系统调查，即了解用户的组织机构设置、主要业务活动和职能，以及对新系统的要求。F需求信息的收集应得到的主要材料：需求信息的收集应得到的主要材料：(1)各项业务功能中所用到的原始单据、报表等已有的样各项业务功能中所用到的原始单据、报表等已有的样表表(2)业务处理的流程及相互关系业务处理的流程及相互关系(3)企业已实现的信息系统（很可能是局部应用）企业已实现的信息系统（很可能是局部应用）(4)在现有业务处理

13、中用户的期望在现有业务处理中用户的期望F需求信息的收集过程中应注意的问题：需求信息的收集过程中应注意的问题：(1)虚心听取，及时总结，并把你的理解反馈给调查对象虚心听取，及时总结，并把你的理解反馈给调查对象(2)一丝不苟，不要遗露一些细节一丝不苟，不要遗露一些细节(3)忍辱负重，不要在乎用户的白眼和怠慢忍辱负重，不要在乎用户的白眼和怠慢117.2.3 7.2.3 需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析就是对收集到的需求信息进行加工整理，以数据流图和数据字典的形式进行描述，作为需求分析阶段的成果，这也是下一步设计的基础。(1)确定系统边界确定系统边界 哪些业务是由

14、计算机来处理，哪些业务手工处理。哪些业务是由计算机来处理，哪些业务手工处理。(2)业务流程分析业务流程分析 分析各项业务的执行过程和期间的数据联系，分析的分析各项业务的执行过程和期间的数据联系，分析的结果以数据流图结果以数据流图(Data Flow diagram，DFD)的形式描述。的形式描述。数据流图的表达方式：数据流图的表达方式：圆圈：圆圈：表示一次处理过程表示一次处理过程有向线：有向线：表示数据流表示数据流双线段：双线段：表示存储的信息表示存储的信息数据存储数据存储输出数据输出数据输入数据输入数据处理处理127.2.3 7.2.3 需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分

15、析分析方法：分析方法：通常采用通常采用自顶向下自顶向下的方法，的方法，即从最上层的系统组织即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；或先勾勒出机构入手，采用逐层分解的方式分析系统；或先勾勒出业务流程的主要阶段，再对每一阶段进行细分。业务流程的主要阶段，再对每一阶段进行细分。例例 采购业务流程图：库存量库存量报价报价原材料原材料 报价单报价单确定采确定采购计划购计划编制编制订货单订货单生产计划生产计划采购计划采购计划供应商供应商 地址地址订单细节订单细节零配件采购记录零配件采购记录订货单订货单137.2.3 7.2.3 需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析 (

16、3)建立数据字典建立数据字典数据字典是各类数据描述的集合，通常以表格的形式详细地描述业务处理过程中用到的各类数据。数据字典的内容包括数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理过程等五部分。数据项：数据项：数据项是数据的最小单位，对数据项的描述数据项是数据的最小单位，对数据项的描述一般包括项名、含义说明、别名、类型、长度、取值范一般包括项名、含义说明、别名、类型、长度、取值范围及该项与其它项的逻辑关系。常以表格的形式给出。围及该项与其它项的逻辑关系。常以表格的形式给出。例例 采购业务中订货单的订货单号，其数据项的描述：数据项名：订货单号数据项名：订货单号说明：用来唯一标识每张定货单说明：用来唯一标

17、识每张定货单类型：字符型类型：字符型长度：长度：8别名：采购单号别名：采购单号取值范围：取值范围：0000000199999999147.2.3 7.2.3 需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析 (3)建立数据字典建立数据字典 数据结构：数据结构：数据结构是若干数据项的有意义的集合，数据结构是若干数据项的有意义的集合，通常代表某一具体的事物。包括数据结构名、含义、组通常代表某一具体的事物。包括数据结构名、含义、组成成份等。成成份等。例例 采购单的描述：数据结构：采购单数据结构：采购单含义：记录采购信息，包括采购什么材料及其数据含义：记录采购信息，包括采购什么材料及其数据组成

18、成份：采购单号组成成份：采购单号 材料名称材料名称数量数量 157.2.3 7.2.3 需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析 (3)建立数据字典建立数据字典 数据流：数据流：数据流可以是数据项，也可以是数据结构，数据流可以是数据项，也可以是数据结构，表示某一次处理的输入表示某一次处理的输入/输出数据。包括数据流名，说明，输出数据。包括数据流名，说明，数据来源，数据去向，及需要的数据项或数据结构。数据来源，数据去向，及需要的数据项或数据结构。例例 采购计划数据流：数据流名：采购计划数据流名：采购计划说明：根据生产需要的原材料，选定供应商，说明：根据生产需要的原材料，选定供应商

19、，编制采购计划编制采购计划来源：原材料需求表来源：原材料需求表去向：采购单去向：采购单数据结构：原材料需求表数据结构：原材料需求表供应商供应商167.2.3 7.2.3 需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析 (3)建立数据字典建立数据字典 数据存储：数据存储：加工中需要存储的数据。包括数据存储名、加工中需要存储的数据。包括数据存储名、说明、输入数据流、输出数据流、组成成份、数据量、说明、输入数据流、输出数据流、组成成份、数据量、存取方式、存取频度等。存取方式、存取频度等。例例 原材料的价目表，在计算成本和支付采购费用这一处理过程中要用到这些数据：数据存储名：原材料价目表数据

20、存储名：原材料价目表说明：记录每一原材料的名称、供应商、价目，在计算说明：记录每一原材料的名称、供应商、价目，在计算产品成本和采购费用支付处理中使用产品成本和采购费用支付处理中使用输入数据流：订购单输入数据流：订购单输出数据流：支付费用表输出数据流：支付费用表数据描述：原材料名称数据描述：原材料名称供应商供应商单价单价数据量：数据量：约约50条记录条记录存取方式：随机存取方式：随机存取频度：存取频度：30次月次月177.2.3 7.2.3 需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析需求信息的分析 (3)建立数据字典建立数据字典 处理过程：处理过程：加工处理过程定义和说明。包括处理名称、加工处理

21、过程定义和说明。包括处理名称、输入数据、输出数据、数据存储、响应时间等。输入数据、输出数据、数据存储、响应时间等。例例 采购支付处理：处理过程名：采购支付处理过程名：采购支付说明：根据采购单、原材料价目表，计算出说明：根据采购单、原材料价目表，计算出 应付原材料采购费用应付原材料采购费用输入数据：采购单输入数据：采购单数据存储：原材料价目表数据存储：原材料价目表输出数据：支付费用表输出数据：支付费用表187.2 7.2 需求分析需求分析需求分析需求分析F需求分析总结：(1)需求分析的目的在于了解用户对新系统的要求，即用需求分析的目的在于了解用户对新系统的要求，即用户需要新系统来做些什么；户需要

22、新系统来做些什么；(2)需求调查就是收集用户各项业务活动中所使用的各类需求调查就是收集用户各项业务活动中所使用的各类数据的样本，以及了解用户各项业务处理的流程及其对数据的样本，以及了解用户各项业务处理的流程及其对数据的使用情况；数据的使用情况；(3)需求信息的分析是分析人员根据收集的用户需求、业需求信息的分析是分析人员根据收集的用户需求、业务处理流程及各类数据，进行分析处理，以数据流图和务处理流程及各类数据，进行分析处理，以数据流图和数据字典的方式加工整理，即以专业人员的语言来描述数据字典的方式加工整理，即以专业人员的语言来描述企业的数据及业务；企业的数据及业务；(4)需求分析的结果应能正确地

23、描述企业现实信息，分析需求分析的结果应能正确地描述企业现实信息，分析人员的分析结果应得到用户的认可，数据流图和数据字人员的分析结果应得到用户的认可，数据流图和数据字典被认为是分析人员和用户交流的语言；典被认为是分析人员和用户交流的语言；(5)在此我们重点解决的是数据分析，只占整个系统分析在此我们重点解决的是数据分析，只占整个系统分析的一部分，分析是设计的基础。的一部分，分析是设计的基础。197.3 7.3 概念结构设计概念结构设计概念结构设计概念结构设计概念结构设计是信息世界的表述方式，即使用一种方法概念结构设计是信息世界的表述方式，即使用一种方法对现实世界进行抽象地描述。概念结构设计建立在需

24、求分析对现实世界进行抽象地描述。概念结构设计建立在需求分析阶段所得到的数据流图和数据字典的基础上，为计算机存储阶段所得到的数据流图和数据字典的基础上，为计算机存储数据作准备。数据作准备。F本节内容：7.3.1 概念结构设计的内容和要求概念结构设计的内容和要求7.3.2 E-R图图7.3.3 概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法7.3.4 设计局部视图设计局部视图7.3.5 视图集成视图集成207.3.1 7.3.1 概念结构设计的内容和要求概念结构设计的内容和要求概念结构设计的内容和要求概念结构设计的内容和要求概念结构设计就是将现实事物以不依赖于任何数据模型的方式加以描述，目的在于

25、以符号化的形式正确地反映现实事物及事物与事物间的联系。概念结构设计的内容就是建立概念模型。对概念模型有如下要求：对概念模型有如下要求：(1)概念模型是对现实世界的抽象和概括，它应真实、充概念模型是对现实世界的抽象和概括，它应真实、充分地反映现实世界中的事物和事物之间的联系；分地反映现实世界中的事物和事物之间的联系；(2)概念模型应简洁、明晰、独立于机器、容易理解，方概念模型应简洁、明晰、独立于机器、容易理解，方便数据库设计人员与用户交换意见；便数据库设计人员与用户交换意见；(3)概念模型应易于变动。当应用环境和应用要求改变时，概念模型应易于变动。当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修改和

26、扩充；容易对概念模型修改和扩充；(4)概念模型应容易向关系、层次或网状数据模型转换。概念模型应容易向关系、层次或网状数据模型转换。描述概念模型的最常用方法是描述概念模型的最常用方法是E-R图方法。图方法。217.3.2 E-R7.3.2 E-R图图图图FE-R图图(Entity-Relationship Diagram)最早由最早由P.P.S.Chen于于1976提出提出是对现实世界事物的符号化描述，为计算机处理做准备是对现实世界事物的符号化描述，为计算机处理做准备是信息世界建模的常用工具是信息世界建模的常用工具F信息世界的主要概念实体实体(Entity)：客观存在的各类事物客观存在的各类事物

27、实体标识符实体标识符(Entity Identifier)：能唯一标识实体的属性能唯一标识实体的属性属性属性(Attribute)：实体所具有的特性。有组合属性、多实体所具有的特性。有组合属性、多值属性、派生属性值属性、派生属性域域(Domain)：属性的取值范围属性的取值范围实体型实体型(Entity Type)：对具有相同属性特征实体的描述对具有相同属性特征实体的描述实体集实体集(Entity Set)：同型实体的集合同型实体的集合联系联系(Relationship)：不同实体集中实体之间的联系，也不同实体集中实体之间的联系，也可以是同一实体集内实体的联系可以是同一实体集内实体的联系227

28、.3.2 E-R7.3.2 E-R图图图图F联系的种类：一对一联系一对一联系(1:1)：实体集实体集A中的任一实体，在实体集中的任一实体，在实体集B中中最多有一个实体最多有一个实体和它对应；反之，实体集和它对应；反之，实体集B中的任一实体，中的任一实体，在实体集在实体集A中中最多有一个实体最多有一个实体和它对应。和它对应。a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 A B 237.3.2 E-R7.3.2 E-R图图图图F联系的种类：一对多联系一对多联系(1:N)：实体集实体集A中的任一实体，在实体集中的任一实体，在实体集B中中有多个实体有多个实体和它对应；反之，实体集和它对应；反之，实体

29、集B中的任一实体，在中的任一实体，在实体集实体集A中中最多有一个实体最多有一个实体和它对应。和它对应。a1 a2 a3 b1 b2 b3 b4 b5 A B a1 a2 a3 b1 b2 b3 b4 b5 A B 247.3.2 E-R7.3.2 E-R图图图图F联系的种类：多对多联系多对多联系(M:N)：实体集实体集A中的任一实体，在实体集中的任一实体，在实体集B中有中有多个实体多个实体和它对应；反之，实体集和它对应；反之，实体集B中的任一实体，中的任一实体，在实体集在实体集A中有中有多个实体多个实体和它对应。和它对应。a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 A B 257.3.2

30、E-R7.3.2 E-R图图图图F用E-R图建立概念模型实体的表示：实体的表示：属性的表示：属性的表示：最后用无向边将其与相应的实体连接起来最后用无向边将其与相应的实体连接起来实体名实体名属性名属性名学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名267.3.2 E-R7.3.2 E-R图图图图联系的表示：联系的表示：联系名联系名11联系名联系名1n联系名联系名mn课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系班级班级管理管理班长班长111:1联系联系实体联系图示例：277.3.2 E-R7.3.2 E-R图图图图两个以上不同实体集之间的联系：课程课程讲授讲授教师

31、教师1m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系参考书参考书n食堂食堂进餐进餐教师教师mm多个实体型两两间的多个实体型两两间的m:n联系联系学生学生n吃饭吃饭教教-学学mnn同一实体集内部实体间的联系：职工职工领导领导1n同一实体型内部的同一实体型内部的1:n联系联系学生学生室友室友mn同一实体型内部的同一实体型内部的m:n联系联系287.3.2 E-R7.3.2 E-R图图图图完整的E-R图（实体、属性和联系都要完整）课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩姓名姓名性别性别年龄年龄班级班级课程号课程号学号学号学分学分课程名课程名学生选课学生选课E-R图图297.3.2 E-R7.3.2 E-R

32、图图图图完整的E-R图供应商供应商供应商号供应商号姓名姓名地址地址电话电话账号账号仓库仓库仓库号仓库号面积面积电话电话工作工作职工职工职工号职工号姓名姓名年龄年龄职称职称供应供应项目项目零件零件供应量供应量项目号项目号预算预算开工日期开工日期零件号零件号名称名称规格规格单价单价描述描述库存库存库存量库存量领导领导m1nnpmn1n工厂物资管理工厂物资管理E-R图图307.3.2 E-R7.3.2 E-R图图图图F超类与子类学生学生本科生本科生研究生研究生超类子类特殊化特殊化（Specialization，特化）：，特化）：从实体集中找出与其从实体集中找出与其他实体具有不同属性集的子集构成新实体

33、的过程。他实体具有不同属性集的子集构成新实体的过程。一般化一般化（Generalization，泛化）：，泛化）：从实体集中提取公共从实体集中提取公共属性构成新实体的过程。属性构成新实体的过程。317.3.3 7.3.3 概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法F概念结构设计的四种策略：(1)自自顶顶向向下下：即即首首先先定定义义全全局局概概念念结结构构的的框框架架，然然后后逐逐步步细化。细化。327.3.3 7.3.3 概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法F概念结构设计的四种策

34、略：(2)自自底底向向上上：即即首首先先定定义义各各局局部部应应用用的的概概念念结结构构，然然后后将将它们集成起来，得到全局概念结构。它们集成起来，得到全局概念结构。337.3.3 7.3.3 概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法F概念结构设计的四种策略：(3)逐逐步步扩扩张张：即即首首先先确确定定核核心心业业务务的的概概念念结结构构，然然后后以以此此为中向外扩张，最终实现全局概念结构。为中向外扩张，最终实现全局概念结构。347.3.3 7.3.3 概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的

35、策略与方法F概念结构设计的四种策略：(4)混混合合策策略略：即即将将自自顶顶向向下下和和自自底底向向上上两两种种策策略略结结合合使使用用，首首先先确确定定全全局局框框架架，划划分分为为若若干干个个局局部部概概念念模模型型，再再采采取取自自底底向向上上的的策策略略实实现现各各局局部部概概念念模模型型，加加以以合合并并实实现现全局概念模型。全局概念模型。实际应用中这些策略并没有严格的限定，可以根据具体业务的特点选择，如对于组织机构管理，因其固有的层次结构，可采用自顶向下的策略；对于已实现计算机管理的业务，通常可以以此为核心，采取逐步扩张的策略。357.3.3 7.3.3 概念结构设计的策略与方法概

36、念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法概念结构设计的策略与方法F对现实事物抽象认识的方法分为以下三种：(1)分分类类(Classification)：对对现现实实世世界界的的事事物物，按按照照其其具具有有的的共共同同特特征征和和行行为为，定定义义一一种种类类型型。这这在在现现实实生生活活中中很很常常见见的的，如如学学校校中中的的学学生生和和教教师师就就属属于于不不同同的的类类型型。在在某某一一类类型型中中，个个体体是是类类型型的的一一个个成成员员或或实实例例，即即“is member of”，如李娜是学生类型中的一个成员。如李娜是学生类型中的一个成员。(2)聚聚集集(Aggregati

37、on)：定定义义某某一一类类型型所所具具有有的的属属性性。如如学学生生类类型型具具有有学学号号、姓姓名名、性性别别、班班级级等等共共同同属属性性，每每一一个个学学生生都都是是这这一一类类型型中中的的个个体体，通通过过在在这这些些属属性性上上的的不不同同取取值值来来区区分分。各各个个属属性性是是所所属属类类型型的的一一个个成成份份，即即“is part of”，如姓名是学生类型的一个成份。如姓名是学生类型的一个成份。(3)概概括括(Generalization)：由由一一种种已已知知类类型型定定义义新新的的类类型型。如如由由学学生生类类型型定定义义研研究究生生类类型型，在在学学生生类类型型的的属

38、属性性上上增增加加导导师师等等其其它它属属性性就就构构成成研研究究生生类类型型。通通常常把把已已知知类类型型称称为为超超类类（Superclass），新新定定义义的的类类型型称称为为子子类类（Subclass）。子子类类是是超超类类的的一一个个子子集集，即即“is subset of”，如研究生是学生的一个子集。如研究生是学生的一个子集。367.3.4 7.3.4 设计局部视图设计局部视图设计局部视图设计局部视图F设计局部视图的步骤(1)选择局部应用选择局部应用恰恰当当选选择择各各级级数数据据流流图图中中的的某某一一层层的的某某一一部部分分业业务务，准准备备设设计计局局部部E-R图图。通通常常

39、就就选选择择数数据据流流图图的的中中间间级级，这这一一级级实实体体描描述述准准确确，实实体体间间的的联联系系也也比比较较清清晰晰，如如需需求分析阶段的采购业务流程图。求分析阶段的采购业务流程图。(2)设计分设计分E-RE-R图图对对于于每每一一局局部部应应用用，其其所所用用到到的的数数据据都都应应该该收收集集在在数数据据字字典典中中了了，依依照照该该局局部部应应用用的的数数据据流流图图，从从数数据据字字典典中中提提取取出出数数据据，使使用用抽抽象象机机制制，确确定定局局部部应应用用中中的的实实体、实体的属性、实体标识符及实体间的联系及其类型。体、实体的属性、实体标识符及实体间的联系及其类型。3

40、77.3.4 7.3.4 设计局部视图设计局部视图设计局部视图设计局部视图针对采购业务流程图和数据字典，可以确定如下数据结构：库存量报价原材料 报价单确定采购计划编制订货单生产计划采购计划供应商 地址订单细节零配件采购记录订货单生产计划(计划编号，产品编号，开始日期，完成日期，产量)；原材料(原材料编号，名称，单价)；库存(原材料编号，库存量)；供应商(供应商名称，地址，电话，邮编，负责人)订货单(订货单编号，供应商名称，交付日期，结算日期)；订单细节(订货单编号，原材料编号，名称，单价，数量)。387.3.4 7.3.4 设计局部视图设计局部视图设计局部视图设计局部视图设计如下E-R图：原材

41、料原材料产品产品生产计划生产计划供应商供应商供应供应mnmn注：对业务流程中的数据的概括需要经验，不同的人可能会得到不同结果。397.3.4 7.3.4 设计局部视图设计局部视图设计局部视图设计局部视图职工职工职工号职工号姓名姓名年龄年龄职称职称职工职工职工号职工号姓名姓名年龄年龄职称职称职称名职称名工资工资住房住房福利福利聘任聘任 现实世界中的实体与属性并没有严格的限定，即有些事现实世界中的实体与属性并没有严格的限定，即有些事物既可以作为实体，又可以作为属性。物既可以作为实体，又可以作为属性。F确定实体与属性的两条准则：(1)属性是不可再分的数据项，属性不可以再有属性；属性是不可再分的数据项

42、，属性不可以再有属性；(2)属性不能与其他实体发生联系，联系只能存在于实体与属性不能与其他实体发生联系，联系只能存在于实体与实体之间。实体之间。例：职工(职工号，姓名，年龄，职称)，其中的职称如果与工资、住房和福利挂勾(即有联系)，则应该单独作为实体，而职工与职称间构成联系。407.3.5 7.3.5 视图集成视图集成视图集成视图集成局部的局部的E-R图又称为局部视图，将多个局部图又称为局部视图，将多个局部E-R图合并图合并成一张完整的成一张完整的E-R图的过程称为图的过程称为视图集成视图集成。F视图集成的方法：选择两个具有相同实体的选择两个具有相同实体的E-R图，通过相同实体将它们图，通过相

43、同实体将它们连结起来构成一个连结起来构成一个E-R图。图。如此重复，直到将所有的局部如此重复，直到将所有的局部E-R图全部连结成一个图全部连结成一个E-R图，这称为全局图，这称为全局E-R图。图。教师教师编号编号姓名姓名学历学历课程课程代课代课mn课程号课程号课程名课程名学分学分教师教师编号编号姓名姓名学历学历m学生学生学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄成绩成绩学习学习课程课程n课程号课程号课程名课程名学分学分mn代课代课学生学生姓名姓名性别性别年龄年龄m成绩成绩课程课程学习学习n课程号课程号课程名课程名学分学分学号学号417.3.5 7.3.5 视图集成视图集成视图集成视图集成F视图集成的作用

44、：一方面可以完整地描述企业的信息及其联系，另一方面一方面可以完整地描述企业的信息及其联系，另一方面在集成过程中可以解决冲突和消除冗余。在集成过程中可以解决冲突和消除冗余。F分E-R图之间的三类冲突：(1)属性冲突属性冲突：同一属性可能会存在于不同的分同一属性可能会存在于不同的分E-R图，由于图，由于设计人员不同或是出发点不同，对属性的类型、取值范围、设计人员不同或是出发点不同，对属性的类型、取值范围、数据单位等可能会不一致，这些属性对应的数据将来只能以数据单位等可能会不一致，这些属性对应的数据将来只能以一种形式在计算机中存储，这就需要在设计阶段进行统一。一种形式在计算机中存储，这就需要在设计阶

45、段进行统一。(2)命名冲突命名冲突：相同意义的属性，在不同的分相同意义的属性，在不同的分E-R图上有着不图上有着不同的命名，或是名称相同的属性在不同的分同的命名，或是名称相同的属性在不同的分E-R图中代表着图中代表着不同的意义，这些也要进行统一。不同的意义，这些也要进行统一。(3)结构冲突结构冲突：同一实体在不同的分同一实体在不同的分E-R图中有不同的属性，图中有不同的属性，同一对象在某一分同一对象在某一分E-R图中被抽象为实体而在另一分图中被抽象为实体而在另一分 E-R图图中又被抽象为属性，需要统一。中又被抽象为属性，需要统一。427.3.5 7.3.5 视图集成视图集成视图集成视图集成F合

46、并后的E-R图可能存在冗余由于由于Q3可以由可以由Q2和和Q1得到，故得到，故Q3多余，同时多余，同时“使用使用”联系也可以由联系也可以由“构成构成”和和“消耗消耗”传递表达，故传递表达，故“使用使用”多多余，可以去掉该联系及其属性。另外，实体中的派生属性也余，可以去掉该联系及其属性。另外，实体中的派生属性也是冗余属性，应去掉。是冗余属性，应去掉。冗余的去除应基于冗余的去除应基于“折中折中”原则。原则。产品产品零件零件材料材料仓库仓库构成构成消耗消耗存放存放零件数零件数Q1使用使用用量用量Q3耗用量耗用量Q2存放量存放量Q5mnmmnnn1存放量存放量Q4？437.3.5 7.3.5 视图集成

47、视图集成视图集成视图集成F视图集成过程示意图：447.3 7.3 概念结构设计概念结构设计概念结构设计概念结构设计F概念结构设计总结：(1)概念结构设计是对企业信息的描述，建立在需求分析概念结构设计是对企业信息的描述，建立在需求分析的基础上；的基础上；(2)概念结构设计是对需求分析的数据概念结构设计是对需求分析的数据(数据字典数据字典)依照业依照业务处理流程务处理流程(数据流图数据流图)抽象出事物之间的联系，以抽象出事物之间的联系，以E-R图的形象加以描述；图的形象加以描述；(3)概念结构设计是独立于具体概念结构设计是独立于具体DBMS的，信息世界的范的，信息世界的范畴，即只考虑正确体现事实世

48、界中的事物及联系的描述，畴，即只考虑正确体现事实世界中的事物及联系的描述，而不考虑如何存储这些信息；而不考虑如何存储这些信息；(4)概念结构设计所得到的概念结构设计所得到的E-R图应该得到用户的认可；图应该得到用户的认可；(5)进行概念结构设计的同时进行的是系统的总体设计。进行概念结构设计的同时进行的是系统的总体设计。457.4 7.4 逻辑结构设计逻辑结构设计逻辑结构设计逻辑结构设计逻辑结构设计是对数据在计算机中的组织形式的设计，逻辑结构设计是对数据在计算机中的组织形式的设计，即依照即依照DBMS支持的逻辑模型，设计用户数据的组织形式支持的逻辑模型，设计用户数据的组织形式(模式设计模式设计)

49、。同样，逻辑结构设计也是建立在概念结构设计同样，逻辑结构设计也是建立在概念结构设计的基础上，为下一步数据的存储设计的基础上，为下一步数据的存储设计(物理设计物理设计)作准备。作准备。F本节内容：7.4.1 逻辑结构设计的任务和步骤逻辑结构设计的任务和步骤7.4.2 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换7.4.3 关系模式的优化关系模式的优化7.4.4 设计用户子模式设计用户子模式467.4.1 7.4.1 逻辑结构设计的任务和步骤逻辑结构设计的任务和步骤逻辑结构设计的任务和步骤逻辑结构设计的任务和步骤F逻辑结构设计的任务 逻辑结构设计就是将概念结构设计阶段所得到的概念模逻辑结构设计就是将

50、概念结构设计阶段所得到的概念模型型(通常是通常是E-R图图)转换成某一逻辑模型转换成某一逻辑模型(层次模型、网状模型、层次模型、网状模型、关系模型关系模型)的数据结构。具体选用的模型应该是规划阶段所的数据结构。具体选用的模型应该是规划阶段所确定的确定的DBMS支持的模型，在现阶段无疑应该是关系模型。支持的模型，在现阶段无疑应该是关系模型。因此可以说，因此可以说，逻辑结构设计的任务就是将逻辑结构设计的任务就是将E-R图转换为关系图转换为关系模式模式。随后应该进行的工作是对关系模式的规范化和优化，。随后应该进行的工作是对关系模式的规范化和优化，以及面向应用程序设计的用户子模式设计。以及面向应用程序

51、设计的用户子模式设计。F逻辑结构设计的步骤(1)依照选用的依照选用的DBMS支持的模型，确定欲转换的逻辑模型；支持的模型，确定欲转换的逻辑模型；(2)根据确定的逻辑模型进行根据确定的逻辑模型进行E-R图向该模型的转换；图向该模型的转换；(3)对得到的逻辑模型进行优化；对得到的逻辑模型进行优化；(4)设计子模式。设计子模式。477.4.1 7.4.1 逻辑结构设计的任务和步骤逻辑结构设计的任务和步骤逻辑结构设计的任务和步骤逻辑结构设计的任务和步骤F逻辑结构设计过程示意图：特定DBMS的特点与限制优化方法如规范化理论逻辑结构设计逻辑结构设计转化为一般逻辑模型转化为特定DBMS支持下的逻辑模型优化模

52、型概念结构设计数据库物理设计基本E-R图转换规则逻辑模型487.4.2 E-R7.4.2 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换F转换内容：E-R图由图由实体实体、实体属性实体属性和和实体间的联系实体间的联系三个要素组成三个要素组成关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合将将E-R图转换为关系模型：将实体、实体属性和实体间的图转换为关系模型：将实体、实体属性和实体间的联系转化为关系模式联系转化为关系模式F转换方法：1.一个实体型转换为一个关系模式一个实体型转换为一个关系模式实体型实体型的属性转换为的属性转换为关系关系的

53、属性的属性实体标识符实体标识符转换为转换为关系的码关系的码例例 学生实体：学生学生 学号学号出生出生日期日期年级年级所在系所在系 平均平均成绩成绩姓名姓名转换为如下关系模式：学生学生(学号学号,姓名姓名,出生日期出生日期,所在系所在系,年级年级,平均成绩平均成绩)497.4.2 E-R7.4.2 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换2.联系的转换联系的转换1)一个一个 1:1 联系可以转换为一个独立的关系模式，也可联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。以与任意一端对应的关系模式合并。转换为一个独立的关系模式转换为一个独立

54、的关系模式关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性身的属性关系的候选码：关系的候选码：每个每个实体的码均是该关系的候选码实体的码均是该关系的候选码转换成如下关系模式：班级班级(班号班号,系别系别,班主任班主任,入学时入学时间间)班长班长(学号学号,姓名姓名,性别性别,年龄年龄)班级班级-班长班长(班号班号,学号学号,任期任期)严格地讲，如果一个班组在不同时期有不同的班长，应是1:n联系，此处只为举例。班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1 联系联系任期任期507.4.2 E-R7.4.2 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转

55、换图向关系模型的转换图向关系模型的转换2.联系的转换联系的转换1)一个一个 1:1 联系可以转换为一个独立的关系模式，也可联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。以与任意一端对应的关系模式合并。与某一端对应的关系模式合并与某一端对应的关系模式合并合并后关系的属性：加入另一关系的码和联系本身的合并后关系的属性：加入另一关系的码和联系本身的属性属性合并后关系的码：合并后关系的码：不变不变班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1 联系联系任期任期转换成如下关系模式：班级班级(班号班号,系别系别,班主任班主任,入学时入学时间间,班长学号班长学号,班长任期班长任期)班长

56、班长(学号学号,姓名姓名,性别性别,年龄年龄)或 班级班级(班号班号,系别系别,班主任班主任,入学时入学时间间)班长班长(学号学号,姓名姓名,性别性别,年龄年龄,班级班级,任期任期)517.4.2 E-R7.4.2 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换2.联系的转换联系的转换2)一个一个 1:n 联系可以转换为一个独立的关系模式，也可联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与以与n端端对应的关系模式合并。对应的关系模式合并。转换为一个独立的关系模式转换为一个独立的关系模式关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本关系的属性：与该联系相连的各实体的码

57、以及联系本身的属性身的属性关系的码：关系的码：n端端实体的码实体的码班级班级成员成员学生学生1n1:n联系联系转换成如下关系模式：班级班级(班号班号,系别系别,班主任班主任,入学时入学时间间)学生学生(学号学号,姓名姓名,性别性别,年龄年龄)成员成员(学号学号,班号班号)527.4.2 E-R7.4.2 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换2.联系的转换联系的转换2)一个一个 1:n 联系可以转换为一个独立的关系模式，也可联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与以与n端端对应的关系模式合并。对应的关系模式合并。与与n端对应的关系模式合并端对应的关系模

58、式合并合并后关系的属性：在合并后关系的属性：在n端关系中加入端关系中加入1端关系的码和端关系的码和联系本身的属性联系本身的属性合并后关系的码：合并后关系的码：不变不变班级班级成员成员学生学生1n1:n联系联系转换成如下关系模式：班级班级(班号班号,系别系别,班主任班主任,入学时入学时间间)学生学生(学号学号,姓名姓名,性别性别,年龄年龄,班号班号)实际使用中通常采用这种方法以减少关系模式，因为多一个关系模式就意味着查询过程中要进行连接运算，而降低查询的效率。537.4.2 E-R7.4.2 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换2.联系的转换联系的转换3

59、)一个一个m:n联系转换为一个关系模式。联系转换为一个关系模式。关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性身的属性关系的码：各实体码的组合关系的码：各实体码的组合m:n联系联系课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩转换成如下关系模式：课程课程(课程号课程号,课程名课程名,学分学分,先修课先修课号号)学生学生(学号学号,姓名姓名,性别性别,年龄年龄)选修选修(学号学号,课程号课程号,成绩成绩)547.4.2 E-R7.4.2 E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换图向关系模型的转换2.联系的转换联系的转换4)三个或三个

60、以上实体间的一个三个或三个以上实体间的一个多元联系多元联系转换为一个关转换为一个关系模式。系模式。关系的属性：与该多元联系相连的各实体的码以及联关系的属性：与该多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性系本身的属性关系的码：各实体码的组合关系的码：各实体码的组合项目项目供应商供应商零件零件供应供应供应量供应量转换成如下关系模式：供应商供应商(供应商代号供应商代号,供应商名称供应商名称,供应商状态供应商状态,供应商所在城市供应商所在城市)项目项目(项目代码项目代码,项目名项目名,项目所在地项目所在地)零件零件(零件代码零件代码,零件名零件名,颜色颜色,重量重量)供应供应(供应商代号供应商代号,项

61、目代码项目代码,零件代零件代码码,供应量供应量)557.4.3 7.4.3 关系模式的优化关系模式的优化关系模式的优化关系模式的优化现阶段由概念模型到逻辑模型的过程通常就是将现阶段由概念模型到逻辑模型的过程通常就是将E-R图图转换为关系模式，而经过这一转换过程之后得到的一组关系转换为关系模式，而经过这一转换过程之后得到的一组关系模式未必是最模式未必是最“好好”的，还需要经过进一步的优化。的，还需要经过进一步的优化。F关系模式的优化应该从以下几方面实施：(1)关系模式规范化关系模式规范化规范化的目的在于解决更新异常和数据冗余，应该分解规范化的目的在于解决更新异常和数据冗余，应该分解关系模式使其达

62、到关系模式使其达到3NF或或BCNF，对于存在对于存在MVD的关系模式的关系模式应达到应达到4NF。(2)对关系模式进行必要的合并对关系模式进行必要的合并对具有关联的关系模式进行合并，通常这类关系模式会对具有关联的关系模式进行合并，通常这类关系模式会经常被查询而频繁地进行连接运算而降低查询的效率，合并经常被查询而频繁地进行连接运算而降低查询的效率，合并后的关系模式可能会带来冗余后的关系模式可能会带来冗余(存在部分依赖或传递依赖存在部分依赖或传递依赖)，但这样做还是值得的。但这样做还是值得的。567.4.3 7.4.3 关系模式的优化关系模式的优化关系模式的优化关系模式的优化(3)进行合理的分解

63、进行合理的分解(不是为了达到更高范式)水平分解水平分解 把把(基本基本)关系的元组分为若干子集合，定义每个子关系的元组分为若干子集合，定义每个子集合为一个子关系集合为一个子关系(相同结构的关系模式，但名称不同相同结构的关系模式，但名称不同)，以提高系统的效率。，以提高系统的效率。水平分解的原因：数数据据使使用用中中的的“80/20原原则则”，即即一一个个关关系系中中只只有有20%的的数数据据会会被被经经常常使使用用。将将这这些些数数据据单单独独存存储储于于高高速速存存储储设设备备(高高速速硬硬盘盘)上上，可可以以从从总总体体上上提提高高访访问问效效率；率；并并发发事事务务经经常常存存取取不不相

64、相交交的的数数据据，这这些些事事务务(对对数数据据的的访访问问操操作作)通通常常是是由由对对等等的的平平级级用用户户来来执执行行。如如各各系系的的管管理理员员，他他们们只只会会(也也只只允允许许)访访问问自自己己系系的的学学生生数数据据，而而不不会会访访问问其其他他系系的的，将将学学生生数数据据按按不不同同的的系系分分别别建建立立不不同同的的关关系系分分开开存存储储，可可以以提提高高并并发发性性(减减少锁等待少锁等待)。577.4.3 7.4.3 关系模式的优化关系模式的优化关系模式的优化关系模式的优化(3)进行合理的分解进行合理的分解(不是为了达到更高范式)垂直分解垂直分解把关系模式把关系模

65、式R的属性分解为若干子集合，形成若干关的属性分解为若干子集合，形成若干关系模式。系模式。垂直分解的原则：垂直分解的原则：把经常在一起使用的属性从把经常在一起使用的属性从R中分解中分解出来形成一个关系模式。出来形成一个关系模式。垂直分解的优点：垂直分解的优点：可以提高那些经常对该关系模式进可以提高那些经常对该关系模式进行访问的事务的执行效率。行访问的事务的执行效率。垂直分解的缺点：垂直分解的缺点：会使另一些事务不得不执行连接操会使另一些事务不得不执行连接操作，从而降低其执行效率。作，从而降低其执行效率。垂直分解注意事项：垂直分解注意事项：应从所有事务执行的总效率出发考虑分解的必要性应从所有事务执

66、行的总效率出发考虑分解的必要性垂直分解必须不损失关系模式的语义垂直分解必须不损失关系模式的语义(保持无损连保持无损连接性和保持函数依赖接性和保持函数依赖)587.4.4 7.4.4 设计用户子模式设计用户子模式设计用户子模式设计用户子模式用户子模式即外模式，是面向不同用户的应用程序所访用户子模式即外模式，是面向不同用户的应用程序所访问的数据视图。问的数据视图。F为什么要引入子模式？(1)实现数据的逻辑独立性实现数据的逻辑独立性(2)使用更符合用户习惯的别名使用更符合用户习惯的别名由于在视图集成阶段消除了同一实体的命名差异，但并由于在视图集成阶段消除了同一实体的命名差异，但并不符合用户的使用习惯或约定成俗的称谓，如负责学籍管理不符合用户的使用习惯或约定成俗的称谓，如负责学籍管理的用户习惯于称教师模式的职工号为教师编号，而负责人事的用户习惯于称教师模式的职工号为教师编号，而负责人事管理的用户则习惯于称为职工编号，因此可以定义面向学籍管理的用户则习惯于称为职工编号，因此可以定义面向学籍管理的视图，将职工号定义为别名管理的视图，将职工号定义为别名“教师编号教师编号”。当然，在企业进行信息化的过