《數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

2006年4月12日,1,第六章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì),2006年4月12日,2,本章主要內(nèi)容,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì) 6.6 數(shù)據(jù)庫的實(shí)施和維護(hù),2006年4月12日,3,6-1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述,什么是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)？ 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求（信息要求和處理要求） 在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域內(nèi)，常常把使用數(shù)據(jù)庫的各類系統(tǒng)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的重要組成部分 從事數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的專業(yè)人員應(yīng)該具備哪些知識？ 數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù) 計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計(jì)的方法和技巧 軟件工程的原理和方法 應(yīng)用領(lǐng)域的知識,2006年4月12日,4,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)有何特點(diǎn)？ 數(shù)據(jù)庫建設(shè)是硬件、軟件和干件的結(jié)合 三分技術(shù)，七分管理，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 技術(shù)與管理的界面稱之為“干件” 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)應(yīng)該與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合 結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)）設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫框架或數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 行為（處理）設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)應(yīng)用程序、事務(wù)處理等 結(jié)構(gòu)和行為分離的設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的軟件工程忽視對應(yīng)用中數(shù)據(jù)語義的分析和抽象，只要有可能就盡量推遲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的決策 早期的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)致力于數(shù)據(jù)模型和建模方法研究，忽視了對行為的設(shè)計(jì),2006年4月12日,5,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)有哪些方法？ 手工試湊法 設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和水平有直接關(guān)系 缺乏科學(xué)理論和工程方法的支持，工程的質(zhì)量難以保證 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行一段時間后常常又不同程度地發(fā)現(xiàn)各種問題，增加了維護(hù)代價 規(guī)范設(shè)計(jì)法 手工設(shè)計(jì)方法 基本思想：過程迭代和逐步求精 典型方法 新奧爾良（New Orleans）方法 將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為四個階段 S.B.Yao方法 將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為五個步驟 I.R.Palmer方法 把數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)當(dāng)成一步接一步的過程 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ORACLE Designer 2000 SYBASE PowerDesigner,2006年4月12日,6,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)有哪些基本步驟？,準(zhǔn)備工作： 選定參加設(shè)計(jì)的人員 1. 數(shù)據(jù)庫分析設(shè)計(jì)人員 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的核心人員 自始至終參與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 其水平?jīng)Q定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的質(zhì)量 2.用戶 在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中也是舉足輕重的 主要參加需求分析和數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行維護(hù) 用戶積極參與帶來的好處 加速數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 提高數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的質(zhì)量,3. 程序員 在系統(tǒng)實(shí)施階段參與進(jìn)來，負(fù)責(zé)編制程序 4. 操作員 在系統(tǒng)實(shí)施階段參與進(jìn)來，準(zhǔn)備軟硬件環(huán)境,2006年4月12日,7,設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu),需求收集和分析,設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)模型優(yōu)化,設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu),評價設(shè)計(jì),性能預(yù)測,物理實(shí)現(xiàn),試驗(yàn)性運(yùn)行,使用、維護(hù)數(shù)據(jù)庫,應(yīng)用需求 （數(shù)據(jù)、 處理）,轉(zhuǎn)換規(guī)則 DBMS功能 優(yōu)化方法,應(yīng)用要求 DBMS詳 細(xì)特征,需求分析階段,概念設(shè)計(jì)階段,邏輯設(shè) 計(jì)階段,物理設(shè) 計(jì)階段,數(shù)據(jù)庫 實(shí)施階段,數(shù)據(jù)庫運(yùn)行、維 護(hù)階段,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)步驟,需求分析階段 準(zhǔn)確了解與分析用戶需求（包括數(shù)據(jù)與處理） 是整個設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費(fèi)時間的一步,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 通過對用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個獨(dú)立于具體DBMS的概念模型,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型 對其進(jìn)行優(yōu)化,數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)階段 為邏輯數(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)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法）,數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段 運(yùn)用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果 建立數(shù)據(jù)庫 編制與調(diào)試應(yīng)用程序 組織數(shù)據(jù)入庫 并進(jìn)行試運(yùn)行,數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運(yùn)行后即可投入正式運(yùn)行。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須不斷地對其進(jìn)行評價、調(diào)整與修改。,2006年4月12日,8,軟件工程 人們認(rèn)為，應(yīng)該用科學(xué)知識、工程方面的紀(jì)律指導(dǎo)軟件開發(fā)的過程，以提高軟件質(zhì)量和開發(fā)效率，降低開發(fā)成本 。 軟件生存期 從軟件的規(guī)劃、研制、實(shí)現(xiàn)、投入運(yùn)行后的維護(hù)，直到它被新的軟件所取代而停止使用的整個期間。 數(shù)據(jù)庫工程 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)生存期 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)從開始規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)到最后被新的系統(tǒng)取代而停止使用的整個期間。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的輸入輸出,與其它軟件設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行對比,2006年4月12日,9,軟件生存期,數(shù)據(jù)庫生存期,2006年4月12日,10,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的輸入輸出,1、規(guī)劃階段的三個步驟： 系統(tǒng)調(diào)查 對企業(yè)組織作全面的調(diào)查，畫出組織層次圖，以了解企業(yè)的組織結(jié)構(gòu) 可行性分析 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、效益、法律等族方面對建立數(shù)據(jù)庫的可行性進(jìn)行分析；寫出可行性分析報告；組織專家進(jìn)行討論其可行性 確定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的總目標(biāo)和制定項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃,2、需求分析工作 分析用戶活動產(chǎn)生，產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程圖 確定系統(tǒng)范圍，產(chǎn)生系統(tǒng)范圍圖 分析用戶活動涉及的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流圖 分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)字典 還有全系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)存儲的描述,3、概念設(shè)計(jì) 為什么需要概念設(shè)計(jì)？ 概念設(shè)計(jì)的主要步驟： 進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計(jì)局部概念模式 將局部概念模式綜合成全局概念模式 評審,2006年4月12日,11,2006年4月12日,12,4、邏輯設(shè)計(jì)步驟,2006年4月12日,13,5、 物理設(shè)計(jì) 什么是數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)？ 物理設(shè)計(jì)的步驟 存儲記錄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定數(shù)據(jù)存放位置 存取方法的設(shè)計(jì) 完整性和安全性考慮 程序設(shè)計(jì),2006年4月12日,14,6、 數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫應(yīng)做的主要工作 用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)； 組織數(shù)據(jù)入庫； 對數(shù)據(jù)量不大的小型系統(tǒng)（人工）主要工作： 篩選數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式；輸入數(shù)據(jù)；校驗(yàn)數(shù)據(jù)。 大中型系統(tǒng)（自動）主要工作： 篩選數(shù)據(jù)；輸入數(shù)據(jù)；校驗(yàn)數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；綜合數(shù)據(jù)。 編制與調(diào)試應(yīng)用程序； 數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行。 功能測試 性能測試（時空代價）,2006年4月12日,15,7、數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行與維護(hù)工作 數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù) 數(shù)據(jù)庫安全性、完整性控制 數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進(jìn) 數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造,2006年4月12日,16,設(shè)計(jì)特點(diǎn),在設(shè)計(jì)過程中把數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)處理的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來 將這兩個方面的需求分析、抽象、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)在各個階段同時進(jìn)行，相互參照，相互補(bǔ)充，以完善兩方面的設(shè)計(jì),2006年4月12日,17,Creat Load,Main( ) if then end,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),物理設(shè)計(jì),2006年4月12日,18,6-2需求分析,需求分析的任務(wù)是什么？ 需求分析的方法有哪些？ 調(diào)查用戶需求的步驟有哪些？ 常用的調(diào)查的方法有哪些？ 什么是數(shù)據(jù)字典？,2006年4月12日,19,需求分析就是分析用戶的需要與要求 需求分析是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的起點(diǎn) 需求分析的結(jié)果是否準(zhǔn)確地反映了用戶的實(shí)際要求，將直接影響到后面各個階段的設(shè)計(jì)，并影響到設(shè)計(jì)結(jié)果是否合理和實(shí)用,2006年4月12日,20,需求分析的任務(wù),通過詳細(xì)調(diào)查現(xiàn)實(shí)世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)等），充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）工作概況，明確用戶的各種需求 在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。新系統(tǒng)必須充分考慮今后可能的擴(kuò)充和改變，不能僅僅按當(dāng)前應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫,2006年4月12日,21,需求分析的重點(diǎn),需求分析的重點(diǎn) 調(diào)查、收集與分析用戶在數(shù)據(jù)管理中的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。 信息要求 用戶需要從數(shù)據(jù)庫中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì) 由用戶的信息要求可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)要求，即在數(shù)據(jù)庫中需要存儲哪些數(shù)據(jù) 處理要求 對處理功能的要求 對處理的響應(yīng)時間的要求 對處理方式的要求(批處理 / 聯(lián)機(jī)處理) 新系統(tǒng)的功能必須能夠滿足用戶的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。,2006年4月12日,22,需求分析的難點(diǎn),確定用戶最終需求的難點(diǎn) 用戶缺少計(jì)算機(jī)知識，開始時無法確定計(jì)算機(jī)究竟能為自己做什么，不能做什么，因此無法一下子準(zhǔn)確地表達(dá)自己的需求，他們所提出的需求往往不斷地變化。 設(shè)計(jì)人員缺少用戶的專業(yè)知識，不易理解用戶的真正需求，甚至誤解用戶的需求。 新的硬件、軟件技術(shù)的出現(xiàn)也會使用戶需求發(fā)生變化。 解決方法 設(shè)計(jì)人員必須采用有效的方法，與用戶不斷深入地進(jìn)行交流，才能逐步得以確定用戶的實(shí)際需求,2006年4月12日,23,需求分析的方法,調(diào)查清楚用戶的實(shí)際需求并進(jìn)行初步分析 與用戶達(dá)成共識 進(jìn)一步分析與表達(dá)這些需求,2006年4月12日,24,調(diào)查與初步分析用戶需求的步驟, 調(diào)查組織機(jī)構(gòu)情況 組織部門的組成情況 各部門的職責(zé)等 調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動情況。調(diào)查重點(diǎn)之一。 各個部門輸入和使用什么數(shù)據(jù) 如何加工處理這些數(shù)據(jù) 輸出什么信息 輸出到什么部門 輸出結(jié)果的格式是什么 在熟悉業(yè)務(wù)活動的基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求。調(diào)查重點(diǎn)之二。 信息要求 處理要求 完全性與完整性要求 對前面調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行初步分析 確定新系統(tǒng)的邊界 確定哪些功能由計(jì)算機(jī)完成或?qū)頊?zhǔn)備讓計(jì)算機(jī)完成 確定哪些活動由人工完成 由計(jì)算機(jī)完成的功能就是新系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。,2006年4月12日,25,有關(guān)常用調(diào)查方法,做需求調(diào)查時，往往需要同時采用多種方法 無論使用何種調(diào)查方法，都必須有用戶的積極參與和配合 設(shè)計(jì)人員應(yīng)該和用戶取得共同的語言，幫助不熟悉計(jì)算機(jī)的用戶建立數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的共同概念，并對設(shè)計(jì)工作的最后結(jié)果共同承擔(dān)責(zé)任,2006年4月12日,26,常用調(diào)查方法有：,跟班作業(yè) 通過親身參加業(yè)務(wù)工作了解業(yè)務(wù)活動的情況 能比較準(zhǔn)確地理解用戶的需求，但比較耗時 開調(diào)查會 通過與用戶座談來了解業(yè)務(wù)活動情況及用戶需求 請專人介紹 詢問 對某些調(diào)查中的問題，可以找專人詢問 設(shè)計(jì)調(diào)查表請用戶填寫 如果調(diào)查表設(shè)計(jì)合理，則很有效，且易于為用戶接受 查閱記錄 查閱與原系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄,2006年4月12日,27,進(jìn)一步分析和表達(dá)用戶需求,分析和表達(dá)用戶的需求的常用方法 自頂向下的結(jié)構(gòu)化分析方法（Structured Analysis，簡稱SA方法） SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)入手，采用逐層分解的方式分析系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。,2006年4月12日,28,1首先把任何一個系統(tǒng)都抽象為： 2分解處理功能和數(shù)據(jù) （1）分解處理功能 將處理功能的具體內(nèi)容分解為若干子功能，再將每個子功能繼續(xù)分解，直到把系統(tǒng)的工作過程表達(dá)清楚為止。 （2）分解數(shù)據(jù) 在處理功能逐步分解的同時，其所用的數(shù)據(jù)也逐級分解，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)流圖表達(dá)了數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系 （3）表達(dá)方法 處理過程：用判定表或判定樹來描述 數(shù)據(jù)：用數(shù)據(jù)字典來描述 3將分析結(jié)果再次提交給用戶，征得用戶的認(rèn)可,2006年4月12日,29,2006年4月12日,30,需求分析小結(jié),實(shí)例：假設(shè)我們要開發(fā)一個學(xué)校管理系統(tǒng)。 1經(jīng)過可行性分析和初步需求調(diào)查，抽象出該系統(tǒng)最高層數(shù)據(jù)流圖，該系統(tǒng)由教師管理子系統(tǒng)、學(xué)生管理子系統(tǒng)、后勤管理子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)分別配備一個開發(fā)小組。 2進(jìn)一步細(xì)化各個子系統(tǒng)。 其中學(xué)生管理子系統(tǒng)開發(fā)小組通過進(jìn)行進(jìn)一步的需求調(diào)查，明確了該子系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行學(xué)籍管理和課程管理，包括學(xué)生報到、入學(xué)、畢業(yè)的管理，學(xué)生上課情況的管理。通過詳細(xì)的信息流程分析和數(shù)據(jù)收集后，他們生成了該子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。,2006年4月12日,31,數(shù)據(jù)字典,什么是數(shù)據(jù)字典？ 數(shù)據(jù)字典有何用途？ 數(shù)據(jù)字典中有哪些內(nèi)容？,2006年4月12日,32,數(shù)據(jù)字典的用途,數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合 數(shù)據(jù)字典是進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果 數(shù)據(jù)字典在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中占有很重要的地位,2006年4月12日,33,數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容,數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容 數(shù)據(jù)項(xiàng) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲 處理過程 數(shù)據(jù)項(xiàng)是數(shù)據(jù)的最小組成單位 若干個數(shù)據(jù)項(xiàng)可以組成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義來描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內(nèi)容。,2006年4月12日,34, 數(shù)據(jù)項(xiàng),數(shù)據(jù)項(xiàng)是不可再分的數(shù)據(jù)單位 對數(shù)據(jù)項(xiàng)的描述 數(shù)據(jù)項(xiàng)描述數(shù)據(jù)項(xiàng)名，數(shù)據(jù)項(xiàng)含義說明， 別名，數(shù)據(jù)類型，長度，取值范圍， 取值含義，與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系 取值范圍、與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系定義了數(shù)據(jù)的完整性約束條件,2006年4月12日,35, 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系。 一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以由若干個數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，也可以由若干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，或由若干個數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)混合組成。 對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義說明， 組成:數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2006年4月12日,36, 數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂健?對數(shù)據(jù)流的描述 數(shù)據(jù)流描述數(shù)據(jù)流名，說明，數(shù)據(jù)流來源， 數(shù)據(jù)流去向，組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 平均流量，高峰期流量 數(shù)據(jù)流來源是說明該數(shù)據(jù)流來自哪個過程 數(shù)據(jù)流去向是說明該數(shù)據(jù)流將到哪個過程去 平均流量是指在單位時間（每天、每周、每月等）里的傳輸次數(shù) 高峰期流量則是指在高峰時期的數(shù)據(jù)流量,2006年4月12日,37, 數(shù)據(jù)存儲,數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)停留或保存的地方，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一。 對數(shù)據(jù)存儲的描述 數(shù)據(jù)存儲描述數(shù)據(jù)存儲名，說明，編號， 流入的數(shù)據(jù)流 ，流出的數(shù)據(jù)流 ， 組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量，存取方式 流入的數(shù)據(jù)流：指出數(shù)據(jù)來源 流出的數(shù)據(jù)流：指出數(shù)據(jù)去向 數(shù)據(jù)量：每次存取多少數(shù)據(jù)，每天（或每小時、每周等）存取幾次等信息 存取方法：批處理 / 聯(lián)機(jī)處理；檢索 / 更新；順序檢索 / 隨機(jī)檢索,2006年4月12日,38, 處理過程,處理過程的具體處理邏輯一般用判定表或判定樹來描述。數(shù)據(jù)字典中只需要描述處理過程的說明性信息 處理過程說明性信息的描述 處理過程描述處理過程名，說明， 輸入:數(shù)據(jù)流，輸出:數(shù)據(jù)流， 處理:簡要說明 簡要說明：主要說明該處理過程的功能及處理要求 功能：該處理過程用來做什么 處理要求：處理頻度要求（如單位時間里處理多少事務(wù)，多少數(shù)據(jù)量）；響應(yīng)時間要求等 處理要求是后面物理設(shè)計(jì)的輸入及性能評價的標(biāo)準(zhǔn),2006年4月12日,39,例：學(xué)生學(xué)籍管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典。,數(shù)據(jù)項(xiàng)，以“學(xué)號”為例： 數(shù)據(jù)項(xiàng)： 學(xué)號 含義說明：唯一標(biāo)識每個學(xué)生 別名： 學(xué)生編號 類型： 字符型 長度： 8 取值范圍：00000000至99999999 取值含義：前兩位標(biāo)別該學(xué)生所在年級， 后六位按順序編號 與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系：,2006年4月12日,40,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 以“學(xué)生”為例,“學(xué)生”是該系統(tǒng)中的一個核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 學(xué)生 含義說明： 是學(xué)籍管理子系統(tǒng)的主體數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)，定義了一個學(xué)生的有關(guān)信息 組成： 學(xué)號，姓名，性別，年齡， 所在系，年級,2006年4月12日,41,數(shù)據(jù)流“體檢結(jié)果”可如下描述：,數(shù)據(jù)流： 體檢結(jié)果 說明： 學(xué)生參加體格檢查的最終結(jié)果 數(shù)據(jù)流來源：體檢 數(shù)據(jù)流去向：批準(zhǔn) 組成： 平均流量： 高峰期流量：,2006年4月12日,42,數(shù)據(jù)存儲“學(xué)生登記表”可如下描述：,數(shù)據(jù)存儲： 學(xué)生登記表 說明： 記錄學(xué)生的基本情況 流入數(shù)據(jù)流： 流出數(shù)據(jù)流： 組成： 數(shù)據(jù)量： 每年3000張 存取方式： 隨機(jī)存取,2006年4月12日,43,處理過程“分配宿舍”可如下描述：,處理過程：分配宿舍 說明： 為所有新生分配學(xué)生宿舍 輸入： 學(xué)生，宿舍， 輸出： 宿舍安排 處理： 在新生報到后，為所有新生分配學(xué) 生宿舍。要求同一間宿舍只能安排 同一性別的學(xué)生，同一個學(xué)生只能 安排在一個宿舍中。每個學(xué)生的居 住面積不小于3平方米。安排新生 宿舍其處理時間應(yīng)不超過15分鐘。,2006年4月12日,44,6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),6.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法與步驟 6.3.3 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計(jì) 6.3.4 視圖的集成,2006年4月12日,45,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述,什么是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 需求分析階段描述的用戶應(yīng)用需求是現(xiàn)實(shí)世界的具體需求 將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)，它比數(shù)據(jù)模型更獨(dú)立于機(jī)器、更抽象，從而更加穩(wěn)定。 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,2006年4月12日,46,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),（1）能真實(shí)、充分地反映現(xiàn)實(shí)世界，包括事物和事物之間的聯(lián)系，能滿足用戶對數(shù)據(jù)的處理要求。是對現(xiàn)實(shí)世界的一個真實(shí)模型。 （2）易于理解，從而可以用它和不熟悉計(jì)算機(jī)的用戶交換意見，用戶的積極參與是數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。 （3）易于更改，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求改變時，容易對概念模型修改和擴(kuò)充。 （4）易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。,2006年4月12日,47,什么是ER模型 ER模型的歷史 ER模型的基本元素 實(shí)體 聯(lián)系 屬性 例子,實(shí)體,聯(lián)系,屬性,ER模型圖例,描述概念模型的工具 E-R模型,2006年4月12日,48,屬性的分類,基本屬性和復(fù)合屬性（可否再分） 單值屬性和多值屬性（對一個實(shí)體對象是否只能取一個值） 多值屬性的處理 將原來的多值屬性用幾個新的單值屬性來表示。 將原來的多值屬性用一個新的實(shí)體類型表示 導(dǎo)出屬性 空值,零件編碼,2006年4月12日,49,聯(lián)系的設(shè)計(jì)之一,聯(lián)系集 聯(lián)系集是n（n2）個實(shí)體集上的數(shù)學(xué)關(guān)系，這些實(shí)體集不必互異。如果E1，E2，En為n個實(shí)體集，那么聯(lián)系集R是(e1，e2，en）|e1E1 ,e2E2，enEn的一個子集，而（e1，e2，en）是一個聯(lián)系。 聯(lián)系的元數(shù) 一個聯(lián)系涉及到的實(shí)體集個數(shù) 聯(lián)系的連通詞 聯(lián)系涉及到的實(shí)體集之間實(shí)體對應(yīng)的方式 實(shí)體的基數(shù) 有兩個實(shí)體集E1和E2，E1中每個實(shí)體與E2中有聯(lián)系實(shí)體的數(shù)目的最小值min和最大值max，稱為E1的基數(shù)，用（min，max）形式表示,2006年4月12日,50,6.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法與步驟,設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的四類方法 自頂向下 首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細(xì)化 自底向上 首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu) 逐步擴(kuò)張 首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴(kuò)充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至總體概念結(jié)構(gòu) 混合策略 將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計(jì)一個全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計(jì)的各局部概念結(jié)構(gòu)。,2006年4月12日,51,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法與步驟（續(xù)）,自頂向下策略,2006年4月12日,52,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法與步驟（續(xù)）,自底向上策略,2006年4月12日,53,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法與步驟（續(xù)）,逐步擴(kuò)張,2006年4月12日,54,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常用策略 自頂向下地進(jìn)行需求分析 自底向上地設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu) 自底向上設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的步驟 第1步：抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)局部視圖 第2步：集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu),2006年4月12日,55,6.3.3 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)抽象 局部視圖設(shè)計(jì),2006年4月12日,56,一、數(shù)據(jù)抽象,概念結(jié)構(gòu)是對現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象 從實(shí)際的人、物、事和概念中抽取所關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細(xì)節(jié) 把這些特性用各種概念精確地加以描述 這些概念組成了某種模型,2006年4月12日,57,三種常用抽象,1. 分類（Classification） 定義某一類概念作為現(xiàn)實(shí)世界中一組對象的類型 這些對象具有某些共同的特性和行為 它抽象了對象值和型之間的“is member of”的語義 在E-R模型中，實(shí)體型就是這種抽象 例：P216圖6.10 2. 聚集（Aggregation） 定義某一類型的組成成分 它抽象了對象內(nèi)部類型和成分之間“is part of”的語義 在E-R模型中若干屬性的聚集組成了實(shí)體型，就是這種抽象 例：P217圖6.11，圖6.12 3. 概括（Generalization） 定義類型之間的一種子集聯(lián)系 它抽象了類型之間的“is subset of”的語義 概括有一個很重要的性質(zhì)：繼承性。子類繼承超類上定義的所有抽象。 例：P217圖6.13,2006年4月12日,58,注：原E-R模型不具有概括，本書對E-R模型作了擴(kuò)充，允許定義超類實(shí)體型和子類實(shí)體型。 用雙豎邊的矩形框表示子類， 用直線加小圓圈表示超類-子類的聯(lián)系 數(shù)據(jù)抽象的用途 對需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織（聚集），形成 實(shí)體 實(shí)體的屬性，標(biāo)識實(shí)體的碼 確定實(shí)體之間的聯(lián)系類型(1:1，1:n，m:n),2006年4月12日,59,二、局部視圖設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)分E-R圖的步驟: 選擇局部應(yīng)用 逐一設(shè)計(jì)分E-R圖,2006年4月12日,60, 選擇局部應(yīng)用,需求分析階段，已用多層數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述了整個系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)分E-R圖首先需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，在多層的數(shù)據(jù)流圖中選擇一個適當(dāng)層次的數(shù)據(jù)流圖，讓這組圖中每一部分對應(yīng)一個局部應(yīng)用，然后以這一層次的數(shù)據(jù)流圖為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)分E-R圖。 通常以中層數(shù)據(jù)流圖作為設(shè)計(jì)分E-R圖的依據(jù)。原因： 高層數(shù)據(jù)流圖只能反映系統(tǒng)的概貌 中層數(shù)據(jù)流圖能較好地反映系統(tǒng)中各局部應(yīng)用的子系統(tǒng)組成 低層數(shù)據(jù)流圖過細(xì) 例：由于學(xué)籍管理、課程管理等都不太復(fù)雜，因此可以它們?nèi)胧衷O(shè)計(jì)學(xué)生管理子系統(tǒng)的分E-R圖。如果局部應(yīng)用比較復(fù)雜，則可以從更下層的數(shù)據(jù)流圖入手。,2006年4月12日,61, 逐一設(shè)計(jì)分E-R圖,任務(wù) 標(biāo)定局部應(yīng)用中的實(shí)體、屬性、碼，實(shí)體間的聯(lián)系 將各局部應(yīng)用涉及的數(shù)據(jù)分別從數(shù)據(jù)字典中抽取出來，參照數(shù)據(jù)流圖，標(biāo)定各局部應(yīng)用中的實(shí)體、實(shí)體的屬性、標(biāo)識實(shí)體的碼，確定實(shí)體之間的聯(lián)系及其類型（1:1，1:n，m:n） 注意區(qū)分實(shí)體和屬性 實(shí)體與屬性是相對而言的。同一事物，在一種應(yīng)用環(huán)境中作為“屬性”，在另一種應(yīng)用環(huán)境中就必須作為“實(shí)體”。 例：學(xué)校中的系，在某種應(yīng)用環(huán)境中，它只是作為“學(xué)生”實(shí)體的一個屬性，表明一個學(xué)生屬于哪個系；而在另一種環(huán)境中，由于需要考慮一個系的系主任、教師人數(shù)、學(xué)生人數(shù)、辦公地點(diǎn)等，這時它就需要作為實(shí)體了。,2006年4月12日,62,區(qū)分實(shí)體和屬性一般原則 屬性不能再具有需要描述的性質(zhì)。即屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，不能再由另一些屬性組成。 屬性不能與其他實(shí)體具有聯(lián)系。聯(lián)系只發(fā)生在實(shí)體之間。 符合上述兩條特性的事物一般作為屬性對待。 為了簡化E-R圖的處置，現(xiàn)實(shí)世界中的事物凡能夠作為屬性對待的，應(yīng)盡量作為屬性。舉例： 例1：“學(xué)生”由學(xué)號、姓名等屬性進(jìn)一步描述，根據(jù)準(zhǔn)則，“學(xué)生”只能作為實(shí)體，不能作為屬性。 例2：職稱通常作為教師實(shí)體的屬性，但在涉及住房分配時，由于分房與職稱有關(guān)，也就是說職稱與住房實(shí)體之間有聯(lián)系，根據(jù)準(zhǔn)則，這時把職稱作為實(shí)體來處理會更合適些。 例3：銷售管理子系統(tǒng)ER設(shè)計(jì)實(shí)例,2006年4月12日,63,6.3.4 視圖的集成,各個局部視圖即分E-R圖建立好后，還需要對它們進(jìn)行合并，集成為一個整體的數(shù)據(jù)概念結(jié)構(gòu)即總E-R圖。 視圖集成的兩種方式 一次集成（P224圖6.25(a)） 一次集成多個分E-R圖 通常用于局部視圖比較簡單時 逐步累積式（P224圖6.25(b)） 首先集成兩個局部視圖（通常是比較關(guān)鍵的兩個局部視圖） 以后每次將一個新的局部視圖集成進(jìn)來 集成局部E-R圖的步驟 1. 合并 2. 修改與重構(gòu),2006年4月12日,64,視圖的集成,2006年4月12日,65,ER模型的操作 包括實(shí)體類型、聯(lián)系類型和屬性的分裂、合并、增刪等等,2006年4月12日,66,設(shè)計(jì)局部ER模式,2006年4月12日,67,局部模式,現(xiàn)有的教學(xué) 管理系統(tǒng),初步分析系統(tǒng)的對象,根據(jù)服務(wù)種類分析教師子模塊,局部ER圖,2006年4月12日,68,其他局部模式,現(xiàn)有的教學(xué) 管理系統(tǒng),初步分析系統(tǒng)的對象,根據(jù)服務(wù)種類分析學(xué)生子模塊,局部ER圖,2006年4月12日,69,其他局部模式,現(xiàn)有的教學(xué) 管理系統(tǒng),初步分析系統(tǒng)的對象,根據(jù)服務(wù)種類分析課程子模塊,局部ER圖,2006年4月12日,70,設(shè)計(jì)全局 ER模式,2006年4月12日,71,全局ER模式的優(yōu)化,實(shí)體類型的合并 1:1聯(lián)系的兩個實(shí)體類型 具有相同鍵的實(shí)體類型 冗余屬性的消除 冗余聯(lián)系的消除：利用規(guī)范化理論中函數(shù)依賴的概念消除冗余聯(lián)系,2006年4月12日,72,例子：三個局部ER圖合并成一個ER圖,2006年4月12日,73,沖突的種類,1、屬性沖突 屬性域沖突：屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同。 例1， 由于學(xué)號是數(shù)字，因此某些部門（即局部應(yīng)用）將學(xué)號定義為整數(shù)形式，而由于學(xué)號不用參與運(yùn)算，因此另一些部門（即局部應(yīng)用）將學(xué)號定義為字符型形式。 例2， 某些部門（即局部應(yīng)用）以出生日期形式表示學(xué)生的年齡，而另一些部門（即局部應(yīng)用）用整數(shù)形式表示學(xué)生的年齡。 屬性取值單位沖突。 例：學(xué)生的身高，有的以米為單位，有的以厘米為單位，有的以尺為單位。 2、命名沖突 同名異義：不同意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有相同的名字 例，局部應(yīng)用A中將教室稱為房間， 局部應(yīng)用B中將學(xué)生宿舍稱為房間 異名同義（一義多名）：同一意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有不同的名字 例，有的部門把教科書稱為課本， 有的部門則把教科書稱為教材 命名沖突可能發(fā)生在屬性級、實(shí)體級、聯(lián)系級上。其中屬性的命名沖突更為常見。 3、結(jié)構(gòu)沖突,2006年4月12日,74,3類結(jié)構(gòu)沖突,1、同一對象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象 例，“課程”在某一局部應(yīng)用中被當(dāng)作實(shí)體，在另一局部應(yīng)用中則被當(dāng)作屬性 解決方法：通常是把屬性變換為實(shí)體或把實(shí)體變換為屬性，使同一對象具有相同的抽象。變換時要遵循兩個準(zhǔn)則。 2、同一實(shí)體在不同局部視圖中所包含的屬性不完全相同，或者屬性的排列次序不完全相同。 產(chǎn)生原因：不同的局部應(yīng)用關(guān)心的是該實(shí)體的不同側(cè)面。 解決方法：使該實(shí)體的屬性取各分E-R圖中屬性的并集，再適當(dāng)設(shè)計(jì)屬性的次序。 3、實(shí)體之間的聯(lián)系在不同局部視圖中呈現(xiàn)不同的類型 例1， 實(shí)體E1與E2在局部應(yīng)用A中是多對多聯(lián)系，而在局部應(yīng)用B中是一對多聯(lián)系 例2， 在局部應(yīng)用X中E1與E2發(fā)生聯(lián)系，而在局部應(yīng)用Y中E1、E2、E3三者之間有聯(lián)系。 解決方法：根據(jù)應(yīng)用語義對實(shí)體聯(lián)系的類型進(jìn)行綜合或調(diào)整。,2006年4月12日,75,2006年4月12日,76,二、修改與重構(gòu),基本任務(wù) 消除不必要的冗余，設(shè)計(jì)生成基本E-R圖,2006年4月12日,77,1冗余,冗余從何而來？ 冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本數(shù)據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)， 冗余的聯(lián)系是指可由其他聯(lián)系導(dǎo)出的聯(lián)系。 冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系容易破壞數(shù)據(jù)庫的完整性，給數(shù)據(jù)庫維護(hù)增加困難并不是所有的冗余數(shù)據(jù)與冗余聯(lián)系都必須加以消除，有時為了提高某些應(yīng)用的效率，不得不以冗余信息作為代價。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)時，哪些冗余信息必須消除，哪些冗余信息允許存在，需要根據(jù)用戶的整體需求來確定。消除不必要的冗余后的初步E-R圖稱為基本E-R圖。,2006年4月12日,78,2消除冗余的方法,分析方法 以數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖為依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)字典中關(guān)于數(shù)據(jù)項(xiàng)之間邏輯關(guān)系的說明來消除冗余。 例，教師工資單中包括該教師的基本工資、各種補(bǔ)貼、應(yīng)扣除的房租水電費(fèi)以及實(shí)發(fā)工資。 由于實(shí)發(fā)工資可以由前面各項(xiàng)推算出來，因此可以去掉，在需要查詢實(shí)發(fā)工資時根據(jù)基本工資、各種補(bǔ)貼、應(yīng)扣除的房租水電費(fèi)數(shù)據(jù)臨時生成。 如果是為了提高效率，人為地保留了一些冗余數(shù)據(jù)，則應(yīng)把數(shù)據(jù)字典中數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的說明作為完整性約束條件。 一種更好的方法是把冗余數(shù)據(jù)定義在視圖中,2006年4月12日,79,消除冗余的方法,規(guī)范化理論 函數(shù)依賴的概念提供了消除冗余聯(lián)系的形式化工具 方法 1. 確定分E-R圖實(shí)體之間的數(shù)據(jù)依賴FL 。實(shí)體之間一對一、一對多、多對多的聯(lián)系可以用實(shí)體碼之間的函數(shù)依賴來表示。 例： 班級和學(xué)生之間一對多的聯(lián)系： 學(xué)號班級號 學(xué)生和課程之間多對多的聯(lián)系： （學(xué)號，課程號） 成績 2. 求FL的最小覆蓋GL ，差集為 D = FL-GL。 逐一考察D中的函數(shù)依賴，確定是否是冗余的聯(lián)系，若是，就把它去掉。,2006年4月12日,80,冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系： (1) 學(xué)生實(shí)體中的年齡屬性可以由出生日期推算出來，屬于冗余數(shù)據(jù)，應(yīng)該去掉。這樣不僅可以節(jié)省存儲空間，而且當(dāng)某個學(xué)生的出生日期有誤，進(jìn)行修改后，無須相應(yīng)修改年齡，減少了產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致的機(jī)會。 學(xué)生：學(xué)號，姓名，出生日期，所在系， 年級，平均成績 (2) 教室實(shí)體與班級實(shí)體的上課聯(lián)系可以由教室與課程之間的開設(shè)聯(lián)系、課程與學(xué)生之間的選修聯(lián)系、學(xué)生與班級之間的組成聯(lián)系三者推導(dǎo)出來，因此屬于冗余聯(lián)系，可以消去。 (3) 學(xué)生實(shí)體中的平均成績可以從選修聯(lián)系中的成績屬性中推算出來 由于應(yīng)用中需要經(jīng)常查詢某個學(xué)生的平均成績，每次都進(jìn)行這種計(jì)算效率就會太低，因此為提高效率，保留該冗余數(shù)據(jù) 但定義一個觸發(fā)器來保證學(xué)生的平均成績等于該學(xué)生各科成績的平均值。 任何一科成績修改后，或該學(xué)生學(xué)了新的科目并有成績后，就觸發(fā)該觸發(fā)器去修改該學(xué)生的平均成績屬性值。,2006年4月12日,81,三、驗(yàn)證整體概念結(jié)構(gòu),視圖集成后形成一個整體的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)，對該整體概念結(jié)構(gòu)還必須進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，確保它能夠滿足下列條件： 整體概念結(jié)構(gòu)內(nèi)部必須具有一致性，不存在互相矛盾的表達(dá)。 整體概念結(jié)構(gòu)能準(zhǔn)確地反映原來的每個視圖結(jié)構(gòu)，包括屬性、實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系。 整體概念結(jié)構(gòu)能滿足需要分析階段所確定的所有要求。 整體概念結(jié)構(gòu)最終還應(yīng)該提交給用戶，征求用戶和有關(guān)人員的意見，進(jìn)行評審、修改和優(yōu)化，然后把它確定下來，作為數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)，作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的依據(jù)。,2006年4月12日,82,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程 需求分析 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 實(shí)施 運(yùn)行維護(hù) 設(shè)計(jì)過程中往往還會有許多反復(fù)。,2006年4月12日,83,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟 抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)局部視圖 集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu) 驗(yàn)證整體概念結(jié)構(gòu),2006年4月12日,84,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié),數(shù)據(jù)抽象 分類 聚集 概括,2006年4月12日,85,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié),設(shè)計(jì)局部視圖 選擇局部應(yīng)用 逐一設(shè)計(jì)分E-R圖 標(biāo)定局部應(yīng)用中的實(shí)體、屬性、碼，實(shí)體間的聯(lián)系 用E-R圖描述出來,2006年4月12日,86,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié),集成局部視圖 1.合并分E-R圖，生成初步E-R圖 消除沖突 屬性沖突 命名沖突 結(jié)構(gòu)沖突 2. 修改與重構(gòu) 消除不必要的冗余，設(shè)計(jì)生成基本E-R圖 分析方法 規(guī)范化理論,2006年4月12日,87,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù) 概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)。為了能夠用某一DBMS實(shí)現(xiàn)用戶需求，還必須將概念結(jié)構(gòu)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，這正是數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)。 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型 將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換 對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化,2006年4月12日,88,2006年4月12日,89,6.4.1 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換內(nèi)容 轉(zhuǎn)換原則,2006年4月12日,90,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換內(nèi)容,E-R圖由實(shí)體、實(shí)體的屬性和實(shí)體之間的聯(lián)系三個要素組成 關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合 將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型：將實(shí)體、實(shí)體的屬性和實(shí)體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式。,2006年4月12日,91,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則1,一個實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：實(shí)體型的屬性 關(guān)系的碼：實(shí)體型的碼 例，學(xué)生實(shí)體可以轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，所在系，年級，平均成績） 性別、宿舍、班級、檔案材料、教師、課程、教室、教科書都分別轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。,2006年4月12日,92,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則2,一個m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的碼：各實(shí)體碼的組合 例，“選修”聯(lián)系是一個m:n聯(lián)系，可以將它轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中學(xué)號與課程號為關(guān)系的組合碼： 選修（學(xué)號，課程號，成績）,2006年4月12日,93,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則3,一個1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 1) 轉(zhuǎn)換為一個獨(dú)立的關(guān)系模式 關(guān)系的屬性：與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的碼：n端實(shí)體的碼 2) 與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 合并后關(guān)系的屬性：在n端關(guān)系中加入1端關(guān)系的碼和聯(lián)系本身的屬性 合并后關(guān)系的碼：不變 可以減少系統(tǒng)中的關(guān)系個數(shù)，一般情況下更傾向于采用這種方法,2006年4月12日,94,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則4, 一個1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 1) 轉(zhuǎn)換為一個獨(dú)立的關(guān)系模式 關(guān)系的屬性：與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的候選碼：每個實(shí)體的碼均是該關(guān)系的候選碼 2) 與某一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 合并后關(guān)系的屬性：加入對應(yīng)關(guān)系的碼和聯(lián)系本身的屬性 合并后關(guān)系的碼：不變,2006年4月12日,95,例，“管理”聯(lián)系為1:1聯(lián)系，可以有三種轉(zhuǎn)換方法： （1）轉(zhuǎn)換為一個獨(dú)立的關(guān)系模式： 管理（職工號，班級號） 或 管理（職工號，班級號） （2）“管理”聯(lián)系與班級關(guān)系模式合并，則只需在班級關(guān)系中加入教師關(guān)系的碼，即職工號： 班級：（班級號，學(xué)生人數(shù)，職工號） （3）“管理”聯(lián)系與教師關(guān)系模式合并，則只需在教師關(guān)系中加入班級關(guān)系的碼，即班級號： 教師：（職工號，姓名，性別，職稱，班級號， 是否為優(yōu)秀班主任）,2006年4月12日,96,注意： 從理論上講，1:1聯(lián)系可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 但在一些情況下，與不同的關(guān)系模式合并效率會大不一樣。因此究竟應(yīng)該與哪端的關(guān)系模式合并需要依應(yīng)用的具體情況而定。 由于連接操作是最費(fèi)時的操作，所以一般應(yīng)以盡量減少連接操作為目標(biāo)。 例如，如果經(jīng)常要查詢某個班級的班主任姓名，則將管理聯(lián)系與教師關(guān)系合并更好些。,2006年4月12日,97,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則5, 三個或三個以上實(shí)體間的一個多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：與該多元聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的碼：各實(shí)體碼的組合 例，“講授”聯(lián)系是一個三元聯(lián)系，可以將它轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中課程號、職工號和書號為關(guān)系的組合碼： 講授（課程號，職工號，書號）,2006年4月12日,98,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則6, 同一實(shí)體集的實(shí)體間的聯(lián)系，即自聯(lián)系，也可按上述1:1、1:n和m:n三種情況分別處理。 例，如果教師實(shí)體集內(nèi)部存在領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的1:n自聯(lián)系，我們可以將該聯(lián)系與教師實(shí)體合并，這時主碼職工號將多次出現(xiàn)，但作用不同，可用不同的屬性名加以區(qū)分： 教師：職工號，姓名，性別，職稱，系主任,2006年4月12日,99,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則7, 具有相同碼的關(guān)系模式可合并。 目的：減少系統(tǒng)中的關(guān)系個數(shù)。 合并方法：將其中一個關(guān)系模式的全部屬性加入到另一個關(guān)系模式中，然后去掉其中的同義屬性（可能同名也可能不同名），并適當(dāng)調(diào)整屬性的次序。 例，“性別”關(guān)系模式： 性別（學(xué)號，性別） 與學(xué)生關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，所在系，年級， 班級號，平均成績） 都以學(xué)號為碼，可以將它們合并為一個關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，所在系， 年級，班級號，平均成績）,2006年4月12日,100,實(shí)例 按照上述七條原則，學(xué)生管理子系統(tǒng)中的18個實(shí)體和聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為下列關(guān)系模型： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，所在系， 年級，班級號，平均成績，檔案號） 宿舍樓（宿舍樓號，性別） 住宿（學(xué)號，宿舍編號） 宿舍（宿舍編號，宿舍樓號，地址，性別，人數(shù)） 班級（班級號，學(xué)生人數(shù)） 教師（職工號，姓名，性別，職稱，班級號， 是否為優(yōu)秀班主任） 指導(dǎo)（職工號，學(xué)號） 課程（課程號，課程名，學(xué)分，教室號） 選修（學(xué)號，課程號，成績） 教科書（書號，書名，價錢） 教室（教室編號，地址，容量） 講授（課程號，教師號，書號） 檔案材料（檔案號，） 。 。,2006年4月12日,101,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,該關(guān)系模型由12個關(guān)系模式組成。 其中： 學(xué)生關(guān)系模式包含了“擁有”聯(lián)系、“組成”聯(lián)系、“歸檔”聯(lián)系所對應(yīng)的關(guān)系模式 教師關(guān)系模式包含了“管理”聯(lián)系所對應(yīng)的關(guān)系模式； 宿舍關(guān)系模式包含了“住宿”聯(lián)系所對應(yīng)的關(guān)系模式； 課程關(guān)系模式包含了“開設(shè)”聯(lián)系所對應(yīng)的關(guān)系模式。,2006年4月12日,102,ER圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式集的規(guī)則,將每個實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成一個關(guān)系模式，實(shí)體的屬性即為關(guān)系模式的屬性，實(shí)體標(biāo)識符即為關(guān)系模式的鍵 二元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換 若實(shí)體間聯(lián)系是1:1，可以在兩個實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的兩個關(guān)系模式中任意一個關(guān)系模式的屬性中加入另一個關(guān)系模式的鍵和聯(lián)系類型的屬性。 若實(shí)體間聯(lián)系是1:N，則在N端實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式中加入1端實(shí)體類型的鍵和聯(lián)系類型的屬性。 若實(shí)體間聯(lián)系是M:N，則將聯(lián)系類型也轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為兩端實(shí)體類型的鍵加上聯(lián)系類型的屬性，而鍵為兩端實(shí)體鍵的組合 一元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換:同二元聯(lián)系 三元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換 總是將三元聯(lián)系類型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為三端實(shí)體類型的鍵加上聯(lián)系類型的屬性，而鍵為三端實(shí)體鍵的組合。,2006年4月12日,103,ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換實(shí)例,2006年4月12日,104,ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換實(shí)例,零件,零件號,零件名,規(guī)格,數(shù)量,組成,M,N,M,N,P,零件（零件號，零件名，規(guī)格） 組成（零件號，子零件號，數(shù)量）,倉庫（倉庫號，倉庫名，地址） 商店（商店號，商店名） 商品（商品號，商品名） 進(jìn)貨（商店號，商品名，倉庫號，日期，數(shù)量）,2006年4月12日,105,采用ER方法的邏輯設(shè)計(jì)步驟,2006年4月12日,106,例1 庫存銷售信息管理系統(tǒng)的ER模型及轉(zhuǎn)換,庫存系統(tǒng)ER圖,車間(車間號,車間名,主任名) 產(chǎn)品(產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，單價) 倉位(倉位號，地址，主任名) 客戶(客戶號，客戶名，聯(lián)系人，電話， 地址，稅號，賬號) 銷售員(銷售員號,姓名,性別,學(xué)歷,業(yè)績）,實(shí)體,入庫（入庫單號,入庫量,入庫日期,經(jīng)手人, 車間號,倉位號,產(chǎn)品名） 出庫（出庫單號，出庫量，出庫日期，經(jīng)手人， 客戶號，產(chǎn)品名，倉位號） 訂單（訂單號，數(shù)量，折扣，總價，訂單日期， 產(chǎn)品號，客戶號，銷售員號） 存儲(倉位號,產(chǎn)品號,核對日期,核對員,存儲量),聯(lián)系,2006年4月12日,107,例2：公司車隊(duì)信息系統(tǒng)的ER模型,2006年4月12日,108,1、 弱實(shí)體,什么是弱實(shí)體 弱實(shí)體的表示方法 包含弱實(shí)體的ER圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式,ER模型的擴(kuò)充,2006年4月12日,109,2 子類實(shí)體與超類實(shí)體,什么是子類和超類 子類和超類的性質(zhì) 子類與超類之間具有繼承性，但子類本身還能包含比超類更多的屬性。 子類和超類有相同的標(biāo)識符,人員,教師,本科生,學(xué)生,研究生,學(xué)校人事系統(tǒng)中實(shí)體之間的聯(lián)系,人員（身份證號，姓名，年齡，性別） 教師（身份證號，教師編號，職稱） 學(xué)生（身份證號，學(xué)號，系別，專業(yè)） 本科生（身份證號，入學(xué)年份） 研究生（身份證號，研究方向，導(dǎo)師姓名）,對應(yīng)的關(guān)系模式,2006年4月12日,110,6.4.2 向特定DBMS規(guī)定的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換,一般的數(shù)據(jù)模型還需要向特定DBMS規(guī)定的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換的主要依據(jù)是所選用的DBMS的功能及限制。沒有通用規(guī)則。 對于關(guān)系模型來說，這種轉(zhuǎn)換通常都比較簡單。,2006年4月12日,111,6.4.3 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化,數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的結(jié)果不是唯一的。 得到初步數(shù)據(jù)模型后，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)匦薷?、調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，這就是數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化通常以規(guī)范化理論為指導(dǎo)。,2006年4月12日,112,優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的方法, 確定數(shù)據(jù)依賴 按需求分析階段所得到的語義，分別寫出每個關(guān)系模式內(nèi)部各屬性之間的數(shù)據(jù)依賴以及不同關(guān)系模式屬性之間數(shù)據(jù)依賴。 例，課程關(guān)系模式內(nèi)部存在 下列數(shù)據(jù)依賴： 課程號課程名 課程號學(xué)分 課程號教室號 選修關(guān)系模式中存在 下列數(shù)據(jù)依賴： （學(xué)號，課程號）成績,學(xué)生關(guān)系模式中存在 下列數(shù)據(jù)依賴： 學(xué)號姓名 學(xué)號性別 學(xué)號出生日期 學(xué)號所在系 學(xué)號年級 學(xué)號班級號 學(xué)號平均成績 學(xué)號檔案號,學(xué)生關(guān)系模式的學(xué)號與選修關(guān)系 模式的學(xué)號之間存在數(shù)據(jù)依賴： 學(xué)生.學(xué)號選修.學(xué)號,2006年4月12日,113,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）, 對于各個關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。 按照數(shù)據(jù)依賴的理論對關(guān)系模式逐一進(jìn)行分析，考查是否存在部分函數(shù)依賴、傳遞函數(shù)依賴、多值依賴等，確定各關(guān)系模式分別屬于第幾范式。 例如經(jīng)過分析可知，課程關(guān)系模式屬于BC范式。 按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，分析對于這樣的應(yīng)用環(huán)境這些模式是否合適，確定是否要對它們進(jìn)行合并或分解。,2006年4月12日,114,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,并不是規(guī)范化程度越高的關(guān)系就越優(yōu)。 當(dāng)一個應(yīng)用的查詢中經(jīng)常涉及到兩個或多個關(guān)系模式的屬性時，系統(tǒng)必須經(jīng)常地進(jìn)行聯(lián)接運(yùn)算，而聯(lián)系運(yùn)算的代價是相當(dāng)高的，可以說關(guān)系模型低效的主要原因就是做聯(lián)接運(yùn)算引起的，因此在這種情況下，第二范式甚至第一范式也許是最好的。 非BCNF的關(guān)系模式雖然從理論上分析會存在不同程度的更新異常，但如果在實(shí)際應(yīng)用中對此關(guān)系模式只是查詢，并不執(zhí)行更新操作，則就不會產(chǎn)生實(shí)際影響。 對于一個具體應(yīng)用來說，到底規(guī)范化進(jìn)行到什么程度，需要權(quán)衡響應(yīng)時間和潛在問題兩者的利弊才能決定。一般說來，第三范式就足夠了。,2006年4月12日,115,例：在關(guān)系模式 學(xué)生成績單(學(xué)號,英語,數(shù)學(xué),語文,平均成績) 中存在下列函數(shù)依賴： 學(xué)號英語 學(xué)號數(shù)學(xué) 學(xué)號語文 學(xué)號平均成績 (英語, 數(shù)學(xué), 語文)平均成績 顯然有： 學(xué)號(英語,數(shù)學(xué),語文) 因此該關(guān)系模式中存在傳遞函數(shù)信賴，是2NF關(guān)系。 雖然平均成績可以由其他屬性推算出來，但如果應(yīng)用中需要經(jīng)常查詢學(xué)生的平均成績，為提高效率，我們?nèi)匀豢杀Ａ粼撊哂鄶?shù)據(jù)，對關(guān)系模式不再做進(jìn)一步分解。,2006年4月12日,116,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）, 按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，對關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解或合并，以提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲空間的利用率 常用分解方法 水平分解 垂直分解,2006年4月12日,117,什么是水平分解？ 把(基本)關(guān)系的元組分為若干子集合，定義每個子集合為一個子關(guān)系，以提高系統(tǒng)的效率。 水平分解的適用范圍 1. 滿足“80/20原則”的應(yīng)用 80/20原則：一個大關(guān)系中，經(jīng)常被使用的數(shù)據(jù)只是關(guān)系的一部分，約20% 把經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)分解出來