數(shù)據(jù)庫武大版6章數(shù)據(jù)庫設計.ppt

計算機科學與技術學院,第六章 數(shù)據(jù)庫設計,第六章 數(shù)據(jù)庫設計,6.1 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫的物理設計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護 6.8 小結,6.1 數(shù)據(jù)庫設計概述,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 6.1.2 數(shù)據(jù)庫設計的特點 6.1.3 數(shù)據(jù)庫設計方法簡述 6.1.4 數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟,數(shù)據(jù)庫設計概述（續(xù)）,什么是數(shù)據(jù)庫設計 數(shù)據(jù)庫設計是指對于一個給定的應用環(huán)境，構造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應用需求（信息要求和處理要求） 在數(shù)據(jù)庫領域內，常常把使用數(shù)據(jù)庫的各類系統(tǒng)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心和基礎 把信息系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)按一定的模型組織起來 提供存儲、維護、檢索數(shù)據(jù)的功能 使信息系統(tǒng)可以方便、及時、準確地從數(shù)據(jù)庫中獲得所需的信息 數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫設計是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設的重要組成部分,數(shù)據(jù)庫設計人員應該具備的技術和知識,數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫設計概述,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 6.1.2 數(shù)據(jù)庫設計的特點 6.1.3 數(shù)據(jù)庫設計方法簡述 6.1.4 數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟,6.1.2 數(shù)據(jù)庫設計的特點,數(shù)據(jù)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(shù)據(jù) 技術與管理的界面稱之為“干件” 數(shù)據(jù)庫設計應該與應用系統(tǒng)設計相結合 結構（數(shù)據(jù)）設計：設計數(shù)據(jù)庫框架或數(shù)據(jù)庫結構 行為（處理）設計：設計應用程序、事務處理等,數(shù)據(jù)庫設計的特點（續(xù)）,結構和行為分離的設計 傳統(tǒng)的軟件工程忽視對應用中數(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)結構設計的決策 早期的數(shù)據(jù)庫設計致力于數(shù)據(jù)模型和建模方法研究，忽視了對行為的設計,數(shù)據(jù)庫設計的特點（續(xù)）,6.1 數(shù)據(jù)庫設計概述,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 6.1.2 數(shù)據(jù)庫設計的特點 6.1.3 數(shù)據(jù)庫設計方法簡述 6.1.4 數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟,6.1.3 數(shù)據(jù)庫設計方法簡述,手工試湊法 設計質量與設計人員的經(jīng)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(shù)據(jù)庫運行一段時間后常常又不同程度地發(fā)現(xiàn)各種問題，增加了維護代價,數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫設計分為四個階段 S.B.Yao方法 將數(shù)據(jù)庫設計分為五個步驟 I.R.Palmer方法 把數(shù)據(jù)庫設計當成一步接一步的過程,數(shù)據(jù)庫設計方法簡述（續(xù)）,計算機輔助設計 ORACLE Designer 2000 SYBASE PowerDesigner,6.1 數(shù)據(jù)庫設計概述,6.1.1 數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 6.1.2 數(shù)據(jù)庫設計的特點 6.1.3 數(shù)據(jù)庫設計方法簡述 6.1.4 數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟,6.1.4 數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟,一、數(shù)據(jù)庫設計的準備工作 選定參加設計的人員 1. 數(shù)據(jù)庫分析設計人員 數(shù)據(jù)庫設計的核心人員 自始至終參與數(shù)據(jù)庫設計 其水平?jīng)Q定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的質量,6.1.4 數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟,2. 用戶 在數(shù)據(jù)庫設計中也是舉足輕重的 主要參加需求分析和數(shù)據(jù)庫的運行維護 用戶積極參與帶來的好處 加速數(shù)據(jù)庫設計 提高數(shù)據(jù)庫設計的質量,數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,3. 程序員 在系統(tǒng)實施階段參與進來，負責編制程序 4. 操作員 在系統(tǒng)實施階段參與進來，準備軟硬件環(huán)境,數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,二、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,概念結構設計階段 是整個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)模型 對其進行優(yōu)化,數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫物理設計階段 為邏輯數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫實施階段 運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設計和物理設計的結果 建立數(shù)據(jù)庫 編制與調試應用程序 組織數(shù)據(jù)入庫 并進行試運行,數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫運行和維護階段 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中必須不斷地對其進行評價、調整與修改。,數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,設計一個完善的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫的設計和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫產品支持的數(shù)據(jù)模型，如關系模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式 然后根據(jù)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(shù)據(jù)的外模式,數(shù)據(jù)庫設計的基本步驟（續(xù)）,物理設計階段 根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進行物理存儲安排，建立索引，形成數(shù)據(jù)庫內模式,第六章 數(shù)據(jù)庫設計,6.1 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫的物理設計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)實世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)等），充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)）工作概況，明確用戶的各種需求 在此基礎上確定新系統(tǒng)的功能。新系統(tǒng)必須充分考慮今后可能的擴充和改變，不能僅僅按當前應用需求來設計數(shù)據(jù)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(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)庫中獲得信息的內容與性質 由用戶的信息要求可以導出數(shù)據(jù)要求，即在數(shù)據(jù)庫中需要存儲哪些數(shù)據(jù),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(lián)機處理) 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。,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(xiàn)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(shù)據(jù)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(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(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)應該實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(tǒng)有關的數(shù)據(jù)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(tǒng)組織機構入手，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)。,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,1首先把任何一個系統(tǒng)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(shù)據(jù) （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(tǒng)的工作過程表達清楚為止。 （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)流圖表達了數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)：用數(shù)據(jù)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(tǒng)。 1經(jīng)過可行性分析和初步需求調查，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進一步細化各個子系統(tǒng)。 其中學生管理子系統(tǒng)開發(fā)小組通過進行進一步的需求調查，明確了該子系統(tǒng)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(shù)據(jù)收集后，他們生成了該子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)字典,6.2.3 數(shù)據(jù)字典,一、數(shù)據(jù)字典的用途 二、數(shù)據(jù)字典的內容,一、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)字典是進行詳細的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結果 數(shù)據(jù)字典在數(shù)據(jù)庫設計中占有很重要的地位,二、數(shù)據(jù)字典的內容,數(shù)據(jù)字典的內容 數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)結構 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲 處理過程 數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)的最小組成單位 若干個數(shù)據(jù)項可以組成一個數(shù)據(jù)結構 數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結構的定義來描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內容。, 數(shù)據(jù)項,數(shù)據(jù)項是不可再分的數(shù)據(jù)單位 對數(shù)據(jù)項的描述 數(shù)據(jù)項描述數(shù)據(jù)項名，數(shù)據(jù)項含義說明， 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)項的邏輯關系 取值范圍、與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關系定義了數(shù)據(jù)的完整性約束條件, 數(shù)據(jù)結構,數(shù)據(jù)結構反映了數(shù)據(jù)之間的組合關系。 一個數(shù)據(jù)結構可以由若干個數(shù)據(jù)項組成，也可以由若干個數(shù)據(jù)結構組成，或由若干個數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結構混合組成。 對數(shù)據(jù)結構的描述 數(shù)據(jù)結構描述數(shù)據(jù)結構名，含義說明， 組成:數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結構, 數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結構在系統(tǒng)內傳輸?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)結構， 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, 數(shù)據(jù)存儲,數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)結構停留或保存的地方，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)結構，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(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,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(shù)據(jù)量）；響應時間