數據庫武大版6章數據庫設計.ppt

計算機科學與技術學院,第六章 數據庫設計,第六章 數據庫設計,6.1 數據庫設計概述 6.2 需求分析 6.3 概念結構設計 6.4 邏輯結構設計 6.5 數據庫的物理設計 6.6 數據庫實施 6.7 數據庫運行與維護 6.8 小結,6.1 數據庫設計概述,6.1.1 數據庫和信息系統 6.1.2 數據庫設計的特點 6.1.3 數據庫設計方法簡述 6.1.4 數據庫設計的基本步驟,數據庫設計概述（續(xù)）,什么是數據庫設計 數據庫設計是指對于一個給定的應用環(huán)境，構造最優(yōu)的數據庫模式，建立數據庫及其應用系統，使之能夠有效地存儲數據，滿足各種用戶的應用需求（信息要求和處理要求） 在數據庫領域內，常常把使用數據庫的各類系統統稱為數據庫應用系統。,6.1.1 數據庫和信息系統,數據庫是信息系統的核心和基礎 把信息系統中大量的數據按一定的模型組織起來 提供存儲、維護、檢索數據的功能 使信息系統可以方便、及時、準確地從數據庫中獲得所需的信息 數據庫是信息系統的各個部分能否緊密地結合在一起以及如何結合的關鍵所在 數據庫設計是信息系統開發(fā)和建設的重要組成部分,數據庫設計人員應該具備的技術和知識,數據庫的基本知識和數據庫設計技術 計算機科學的基礎知識和程序設計的方法和技巧 軟件工程的原理和方法 應用領域的知識,6.1 數據庫設計概述,6.1.1 數據庫和信息系統 6.1.2 數據庫設計的特點 6.1.3 數據庫設計方法簡述 6.1.4 數據庫設計的基本步驟,6.1.2 數據庫設計的特點,數據庫建設是硬件、軟件和干件的結合 三分技術，七分管理，十二分基礎數據 技術與管理的界面稱之為“干件” 數據庫設計應該與應用系統設計相結合 結構（數據）設計：設計數據庫框架或數據庫結構 行為（處理）設計：設計應用程序、事務處理等,數據庫設計的特點（續(xù)）,結構和行為分離的設計 傳統的軟件工程忽視對應用中數據語義的分析和抽象，只要有可能就盡量推遲數據結構設計的決策 早期的數據庫設計致力于數據模型和建模方法研究，忽視了對行為的設計,數據庫設計的特點（續(xù)）,6.1 數據庫設計概述,6.1.1 數據庫和信息系統 6.1.2 數據庫設計的特點 6.1.3 數據庫設計方法簡述 6.1.4 數據庫設計的基本步驟,6.1.3 數據庫設計方法簡述,手工試湊法 設計質量與設計人員的經驗和水平有直接關系 缺乏科學理論和工程方法的支持，工程的質量難以保證 數據庫運行一段時間后常常又不同程度地發(fā)現各種問題，增加了維護代價,數據庫設計方法簡述（續(xù)）,規(guī)范設計法 手工設計方法 基本思想 過程迭代和逐步求精,數據庫設計方法簡述（續(xù)）,規(guī)范設計法(續(xù)) 典型方法 新奧爾良（New Orleans）方法 將數據庫設計分為四個階段 S.B.Yao方法 將數據庫設計分為五個步驟 I.R.Palmer方法 把數據庫設計當成一步接一步的過程,數據庫設計方法簡述（續(xù)）,計算機輔助設計 ORACLE Designer 2000 SYBASE PowerDesigner,6.1 數據庫設計概述,6.1.1 數據庫和信息系統 6.1.2 數據庫設計的特點 6.1.3 數據庫設計方法簡述 6.1.4 數據庫設計的基本步驟,6.1.4 數據庫設計的基本步驟,一、數據庫設計的準備工作 選定參加設計的人員 1. 數據庫分析設計人員 數據庫設計的核心人員 自始至終參與數據庫設計 其水平決定了數據庫系統的質量,6.1.4 數據庫設計的基本步驟,2. 用戶 在數據庫設計中也是舉足輕重的 主要參加需求分析和數據庫的運行維護 用戶積極參與帶來的好處 加速數據庫設計 提高數據庫設計的質量,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,3. 程序員 在系統實施階段參與進來，負責編制程序 4. 操作員 在系統實施階段參與進來，準備軟硬件環(huán)境,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,二、數據庫設計的過程(六個階段) 需求分析階段 準確了解與分析用戶需求（包括數據與處理） 是整個設計過程的基礎，是最困難、最耗費時間的一步,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,概念結構設計階段 是整個數據庫設計的關鍵 通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,邏輯結構設計階段 將概念結構轉換為某個DBMS所支持的數據模型 對其進行優(yōu)化,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,數據庫物理設計階段 為邏輯數據模型選取一個最適合應用環(huán)境的物理結構（包括存儲結構和存取方法）,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,數據庫實施階段 運用DBMS提供的數據語言、工具及宿主語言，根據邏輯設計和物理設計的結果 建立數據庫 編制與調試應用程序 組織數據入庫 并進行試運行,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,數據庫運行和維護階段 數據庫應用系統經過試運行后即可投入正式運行。 在數據庫系統運行過程中必須不斷地對其進行評價、調整與修改。,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,設計一個完善的數據庫應用系統往往是上述六個階段的不斷反復。 P206圖6.2,設計特點,在設計過程中把數據庫的設計和對數據庫中數據處理的設計緊密結合起來 將這兩個方面的需求分析、抽象、設計、實現在各個階段同時進行，相互參照，相互補充，以完善兩方面的設計 設計過程各個階段的設計描述：P208圖6.3,Creat Load,Main( ) if then end,概念結構設計,邏輯結構設計,物理設計,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,數據庫各級模式的形成過程(P209圖6.4) 需求分析階段 綜合各個用戶的應用需求 概念設計階段 形成獨立于機器特點，獨立于各個DBMS產品的概念模式(E-R圖),數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,邏輯設計階段 首先將E-R圖轉換成具體的數據庫產品支持的數據模型，如關系模型，形成數據庫邏輯模式 然后根據用戶處理的要求、安全性的考慮，在基本表的基礎上再建立必要的視圖(View)，形成數據的外模式,數據庫設計的基本步驟（續(xù)）,物理設計階段 根據DBMS特點和處理的需要，進行物理存儲安排，建立索引，形成數據庫內模式,第六章 數據庫設計,6.1 數據庫設計概述 6.2 需求分析 6.3 概念結構設計 6.4 邏輯結構設計 6.5 數據庫的物理設計 6.6 數據庫實施 6.7 數據庫運行與維護 6.8 小結,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數據字典,需求分析（續(xù)）,需求分析就是分析用戶的需要與要求 需求分析是設計數據庫的起點 需求分析的結果是否準確地反映了用戶的實際要求，將直接影響到后面各個階段的設計，并影響到設計結果是否合理和實用,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數據字典,6.2.1 需求分析的任務,一、需求分析的任務 二、需求分析的重點 三、需求分析的難點,一、需求分析的任務,通過詳細調查現實世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)等），充分了解原系統（手工系統或計算機系統）工作概況，明確用戶的各種需求 在此基礎上確定新系統的功能。新系統必須充分考慮今后可能的擴充和改變，不能僅僅按當前應用需求來設計數據庫,二、需求分析的重點,需求分析的重點是調查、收集與分析用戶在數據管理中的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。 信息要求 用戶需要從數據庫中獲得信息的內容與性質 由用戶的信息要求可以導出數據要求，即在數據庫中需要存儲哪些數據,需求分析的重點（續(xù)）,處理要求 對處理功能的要求 對處理的響應時間的要求 對處理方式的要求(批處理 / 聯機處理) 新系統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。,三、需求分析的難點,確定用戶最終需求的難點 用戶缺少計算機知識，開始時無法確定計算機究竟能為自己做什么，不能做什么，因此無法一下子準確地表達自己的需求，他們所提出的需求往往不斷地變化。 設計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、軟件技術的出現也會使用戶需求發(fā)生變化。,需求分析的難點(續(xù)),解決方法 設計人員必須采用有效的方法，與用戶不斷深入地進行交流，才能逐步得以確定用戶的實際需求,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數據字典,6.2.2 需求分析的方法,調查清楚用戶的實際需求并進行初步分析 與用戶達成共識 進一步分析與表達這些需求,一、 調查與初步分析用戶需求, 調查組織機構情況 組織部門的組成情況 各部門的職責等,調查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 調查各部門的業(yè)務活動情況。調查重點之一。 各個部門輸入和使用什么數據 如何加工處理這些數據 輸出什么信息 輸出到什么部門 輸出結果的格式是什么,調查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 在熟悉業(yè)務活動的基礎上，協助用戶明確對新系統的各種要求。調查重點之二。 信息要求 處理要求 完全性與完整性要求,調查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 對前面調查的結果進行初步分析 確定新系統的邊界 確定哪些功能由計算機完成或將來準備讓計算機完成 確定哪些活動由人工完成 由計算機完成的功能就是新系統應該實現的功能。,二、常用調查方法,做需求調查時，往往需要同時采用多種方法 無論使用何種調查方法，都必須有用戶的積極參與和配合 設計人員應該和用戶取得共同的語言，幫助不熟悉計算機的用戶建立數據庫環(huán)境下的共同概念，并對設計工作的最后結果共同承擔責任,常用調查方法（續(xù)）,常用調查方法 跟班作業(yè) 通過親身參加業(yè)務工作了解業(yè)務活動的情況 能比較準確地理解用戶的需求，但比較耗時 開調查會 通過與用戶座談來了解業(yè)務活動情況及用戶需求 請專人介紹,常用調查方法（續(xù)）,詢問 對某些調查中的問題，可以找專人詢問 設計調查表請用戶填寫 如果調查表設計合理，則很有效，且易于為用戶接受 查閱記錄 查閱與原系統有關的數據記錄,三、進一步分析和表達用戶需求,分析和表達用戶的需求的常用方法 自頂向下的結構化分析方法（Structured Analysis，簡稱SA方法） SA方法從最上層的系統組織機構入手，采用逐層分解的方式分析系統，并用數據流圖和數據字典描述系統。,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,1首先把任何一個系統都抽象為：,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,2分解處理功能和數據 （1）分解處理功能 將處理功能的具體內容分解為若干子功能，再將每個子功能繼續(xù)分解，直到把系統的工作過程表達清楚為止。 （2）分解數據 在處理功能逐步分解的同時，其所用的數據也逐級分解，形成若干層次的數據流圖 數據流圖表達了數據和處理過程的關系,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,（3）表達方法 處理過程：用判定表或判定樹來描述 數據：用數據字典來描述,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,3將分析結果再次提交給用戶，征得用戶的認可,四、需求分析小結,P211圖6.6,需求分析小結（續(xù)）,實例：假設我們要開發(fā)一個學校管理系統。 1經過可行性分析和初步需求調查，抽象出該系統最高層數據流圖，該系統由教師管理子系統、學生管理子系統、后勤管理子系統組成，每個子系統分別配備一個開發(fā)小組。 2進一步細化各個子系統。 其中學生管理子系統開發(fā)小組通過進行進一步的需求調查，明確了該子系統的主要功能是進行學籍管理和課程管理，包括學生報到、入學、畢業(yè)的管理，學生上課情況的管理。通過詳細的信息流程分析和數據收集后，他們生成了該子系統的數據流圖。,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數據字典,6.2.3 數據字典,一、數據字典的用途 二、數據字典的內容,一、數據字典的用途,數據字典是各類數據描述的集合 數據字典是進行詳細的數據收集和數據分析所獲得的主要結果 數據字典在數據庫設計中占有很重要的地位,二、數據字典的內容,數據字典的內容 數據項 數據結構 數據流 數據存儲 處理過程 數據項是數據的最小組成單位 若干個數據項可以組成一個數據結構 數據字典通過對數據項和數據結構的定義來描述數據流、數據存儲的邏輯內容。, 數據項,數據項是不可再分的數據單位 對數據項的描述 數據項描述數據項名，數據項含義說明， 別名，數據類型，長度，取值范圍， 取值含義，與其他數據項的邏輯關系 取值范圍、與其他數據項的邏輯關系定義了數據的完整性約束條件, 數據結構,數據結構反映了數據之間的組合關系。 一個數據結構可以由若干個數據項組成，也可以由若干個數據結構組成，或由若干個數據項和數據結構混合組成。 對數據結構的描述 數據結構描述數據結構名，含義說明， 組成:數據項或數據結構, 數據流,數據流是數據結構在系統內傳輸的路徑。 對數據流的描述 數據流描述數據流名，說明，數據流來源， 數據流去向，組成:數據結構， 平均流量，高峰期流量 數據流來源是說明該數據流來自哪個過程 數據流去向是說明該數據流將到哪個過程去 平均流量是指在單位時間（每天、每周、每月等）里的傳輸次數 高峰期流量則是指在高峰時期的數據流量, 數據存儲,數據存儲是數據結構停留或保存的地方，也是數據流的來源和去向之一。 對數據存儲的描述 數據存儲描述數據存儲名，說明，編號， 流入的數據流 ，流出的數據流 ， 組成:數據結構，數據量，存取方式 流入的數據流：指出數據來源 流出的數據流：指出數據去向 數據量：每次存取多少數據，每天（或每小時、每周等）存取幾次等信息 存取方法：批處理 / 聯機處理；檢索 / 更新；順序檢索 / 隨機檢索, 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。數據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:數據流，輸出:數據流， 處理:簡要說明,處理過程（續(xù)）,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，多少數據量）；響應時間