1、数据库设计方法,数据库系统的设计过程 需求分析 概念设计 逻辑结构设计 物理设计 数据库的实施、运行和维护,数据库设计：针对一个给定的应用系统，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。包括： 数据库的结构设计：静态的数据模型设计（模式和子模式设计） 数据设计：应用程序设计（在模型上的动态操作） 一般地：数据库设计是以一个现成的DBMS为基础开发数据库应用系统,数据库系统的设计过程,数据库设计方法： 新奥尔良法(New Orleans) 规范化方法 基于ER模型的数据库设计方法 数据库设计过程：遵循软件的生命周期理论，分为6个阶段 独立于任何
2、DBMS的阶段 需求分析：与系统用户相互交流，了解他们对数据的需求及已有的业务流程，并把这些信息用数据流图和数据字典或文字的形式记录下来，最终与用户对系统的信息需求和处理需求取得一致。,概念设计：对需求分析中收集的信息和数据进行分析和抽象，确定实体、属性及他们之间的联系，将各个用户的局部视图合并成一个总的全局视图，形成独立于计算机的反映用户需求的概念模型。目的是描述数据库的信息内容。 与具体的DBMS有关的阶段 逻辑设计：在概念模型的基础上导出数据库的逻辑模型。 逻辑模型：可被DBMS所处理的数据库逻辑结构。包括数据库、记录及记录之间的联系、安全性和一致性约束等。 导出的逻辑结构是否与概念模式
3、一致，从功能和性能上是否满足用户的需求。要进行模式评价。如果达不到用户要求，还要反复、修正或进行重新设计。 物理设计：根据DBMS的特点和处理的需求，进行物理存储的安排，建立索引，形成数据库的内模式。,数据库的实施：建立实际的数据库结构，装入数据、完成编码和进行测试，最终使系统投入使用。 数据库的运行和维护：整个数据库生存周期中的最长的阶段。根据系统运行中产生的问题及用户的新需求不断完善系统功能和提高系统的性能。 在每一个设计阶段完成后都要进行设计分析，评价一些重要的设计指标，与用户进行交流，如果不满足要求则进行修改。在设计过程中，这种评价和修改可能要重复若干次，以求得到理想的结果。 数据库设
4、计的辅助开发工具：CA公司的ERWin，Sybasde公司的PowerDesign等,需求分析,主要任务：通过详细调查要处理的对象，包括某个组织、某个部门、某个企业的业务管理等，充分了解原手工或原计算机系统的工作概况及工作流程，明确用户的各种需求，产生数据流图和数据字典，然后在此基础上确定新系统的功能，并产生需求说明书。 新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变。 步骤： 用户需求的收集 用户需求的分析 撰写需求说明书,收集用户需求,重点：调查、收集和分析用户在数据管理中的信息需求、处理需求、安全性需求与完整性需求 信息需求是指用户需要从数据库中获得的信息的内容和性质。由用户的信息要求可以导出数
5、据要求。 处理需求是指用户要求完成什么处理功能，对某种要求的响应时间，处理方式是联机处理还是实时处理等。明确用户的处理要求，将有利于后期应用程序模块的设计。 调查、收集用户需求的具体做法 了解组织机构的情况 了解各部门的业务活动情况 确定新系统的边界,调查的方法：跟班作业、咨询业务权威、设计调查问卷、查阅历史记录等。 必须有用户的参与和配合,分析用户需求,方法：结构化分析方法（SA）：采用自顶向下，逐层分解的方式分析系统，用数据流图（DFD）、数据字典（DD）描述系统。 使用数据流图分析信息处理过程 数据流图 基本符号：Page 73 数据流图是有层次之分的，越高层次的数据流图表现的业务逻辑逻
6、辑越抽象，越低层次的数据流图表现的业务逻辑越具体。 在SA方法中，最高层次的数据流图如下图：,数据存储,数据来源,处理,数据输出,数据流,数据流,要反映更详细的内容，可将处理功能分解为若干子功能，每个子功能还可继续分解，直到把系统工作过程表示清楚为止。在处理功能逐步分解的同时，它们所用的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图。如下图：,XX系统,子模块1,子模块2,子模块n,子模快1.1,子模块1.n,最高层数据流,数据流图1.n,数据流图1.1,数据流图1,数据流图2,数据流图n,实例:假设某工厂要设计一个数据库查询系统。其中： 主管生产的部门：需要要掌握产品的性能、各种零件的用料，和每种产
7、品的零件组成；并据此编制工厂的生产计划。 主管供应的部门：需要了解产品的价格、各种零件的用料情况以及这些材料的价格与库存量；并据此提出产品的采购计划。,查询产品性能,查阅产品用料,输出查询结果,编制零件 生产计划,输出产品零 件一览表,查询产品零 件一览表,产品零件一览表,零件用料表,产品性能表,判断查 询项目,生产查询,生产部门的业务流程,查询产品价格,查阅产品用料,输出查询结果,编制材料 订货计划,接受待查 产品数据,查询材料价 格或库存量,材料价格或库存表,产品用料表,产品价格表,判断查 询项目,供应查询,供应部门的业务流程图,产生“缺料 清单”,缺料查询,数据查询系统,生产部门子系统,
8、供应部门子系统,缺料查询,供应查询,系统功能分解,缺料查询的数据流图,产品数据,材料库存,产品用料表,接受查 询数据,计算产 品用料,计算 缺料,缺料清单,缺料查询请求,使用数据字典汇总各类数据 数据字典是各类数据描述的集合。包含： 数据项 数据结构 数据流：可以是数据项，也可以是数据结构。表示某一处理过程的输入输出 数据存储：处理过程中存储的数据。常常是手工凭证、手工文档或计算机文件 处理过程 描述的内容： 数据项描述=数据项名、数据项含义说明、别名、类型、长度、取值范围、与其它数据项的逻辑联系 数据结构描述数据结构名、含义说明、组成：数据项或数据结构 数据流描述数据流名、说明、数据流来源、
9、数据流去向、组成：数据结构、平均流量、高峰期流量 数据存储描述数据存储名、说明、编号、输入的数据流、输出的数据流、组成：数据结构、数据量、存取频度、存取方式,处理过程描述处理过程名、说明、输入：数据流、输出：数据流、处理：简要说明 简要说明：说明该处理过程的功能和处理要求 功能：该处理过程做什么（不是怎么做） 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、响应时间的要求等。（这些要求是后面物理设计的依据及性能评价的标准） 数据描述实例:,撰写需求说明书,需求分析后建立的文档资料，对开发项目需求分析的全面描述 需求说明书应该可读性强，无二义性。为数据库的概念设计和物理设计提供准
10、确和详细的资料。 内容： 需求分析的目标和任务 具体需求说明 系统功能和性能 系统的运行环境 在分析过程中得到的数据流图、数据字典、系统功能结构图和系统配置图 需求说明书完成之后要交用户审查。需要反复，直到与用户达成一致,概念设计,任务：在需求说明书的基础上，按照特定的方法把他们抽象为一个不依赖于任何具体机器的数据模型，即概念模型。 概念模型使设计者能够从复杂的现实细节中解脱出来，而只集中在重要的信息的组织结构和处理模式上,概念模型的特点及设计方法,特点 是对现实世界的抽象和概括，它真实、充分地反映了现实世界地事务和事务之间地联系，能满足用户对数据地处理要求 由于它简洁、明晰、独立于机器，很容
11、易理解，因此，可以用概念模型和不熟悉计算机地用户交换意见，使用户能够积极参与数据库地设计工作，保证设计工作顺利进行。 易于更新 容易向关系、网状、层次等各种数据模型转化,描述概念模型的工具：ER图 概念设计采用的方法： 自顶向下的方法 先定义全局概念结构框架，然后逐步细化，形成最终的概念模型 自底向上的方法 首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成，形成全局概念结构 在实际设计中使用更多的是自底向上的策略,需求,需求,需求,需求,需求,需求,需求,概念模型,概念模型,概念模型,概念模型,概念模型,概念模型,概念模型,需求分析 （自顶向下）,概念结构设计 （自底向上）,自底向上的方法分两步进
12、行 首先，抽象数据，并建立局部概念模型 然后，将局部概念模型合并，建立全局概念模型,需求分析,DFD;DD,分ER图,总ER图,数据抽象、局 部视图的设计,视图集成,示意图,逻辑设计,返回用户征求意见直到满意为止,局部概念模型的设计,步骤 第一步：明确局部应用的范围 第二步：选择实体，确定实体的属性及标识实体的关键字 在实际应用中，实体和属性是相对的，很难有截然的界限 划分实体的属性时，一般遵循以下的经验性原则： 属性是不可再分的数据项，不能再有需要说明的信息。否则，该属性应定义为实体 属性不能再与其它实体发生联系，联系只能发生在实体之间 为了简化ER图，现实世界中的对象，凡能够作为属性的尽量
13、作为属性 第三步：确定实体之间的联系，产生局部ER图,供应部门的局部ER图,产品,材料,使用,使用量,产品号,产品名,价格,仓库,库存量,价格,材料名,材料号,M,N,生产部门的局部ER图,产品,零件,组装,零件数量,产品号,产品名,性能,材料用量,材料名,零件名,零件号,M,N,假设材料分别放在多个仓库中，同时应用中需要仓库地点或仓库面积等数据。则：供应部门的局部ER图：,产品,材料,使用,用量,产品号,产品名,价格,仓库号,库存量,价格,材料名,材料号,M,N,存放,仓库,面积,地点,M,N,供应部门的局部ER图,合成全局概念模型,集成的方式 多个ER模型一次性集成 逐步集成：首先集成两个
14、关键的分ER图，以后每次将一个新的分ER图集成进来，直至所有分ER图集成完备。 较大系统一般采用此方法。 局部概念模型归并一般分为两步： 第一步：先解决各分ER模型之间的冲突，将分ER模型合并起来生成初步ER模型 第二步：对初步ER模型进行修改，消除步必要的冗余，生成基本的ER模型,消除冲突，合并分ER模型,冲突 命名冲突 同名异义 异名同义 属性冲突 属性取值单位的冲突 属性域冲突 结构冲突 同一对象在局部ER模型中有不同的冲突 同一实体在不同的局部ER模型中所包含的属性不完全相同，或属性的排列次序不同 实体之间的联系在不同的局部ER模型中类型不一致,实例:生产部门和供应部门的局部ER模型综
15、合后形成的初步ER模型 “材料”与“零件”两个实体之间增加了联系“消耗” 联系“消耗”增加了属性“消耗量” “产品”实体的属性增加为4个 “零件”实体去掉了属性“材料名”和“耗用量”,消除冗余，得到基本ER模型 冗余 冗余的数据：可以由基本数据导出的数据 冗余的联系：可以由基本联系导出的联系 消除冗余的办法 用分析的办法 用关系数据库的设计理论 实例: 每个产品使用材料的“用量”可以用每个零件的“材料消耗量”与每个产品的“零件数”导出。所以“用量”是冗余数据 “产品”和“材料”之间的“使用”，可以用联系“组成”与联系“消耗”导出。所以，“使用”是冗余联系。,产品,仓库,材料,零件,组装,存放,
16、消耗,性能,产品名,产品号,价格,性能,仓库号,库存量,价格,材料名,材料号,消耗量,性能,性能,面积,地点,m,n,m,n,m,n,系统总ER图,练习,某销售公司的数据库系统需要进行如下数据处理： 每月造一张月报表，表中包括如下信息： 顾客订单号、订货日期、交货日期、产品号、产品名、产品类型、定购数量、单价、金额、顾客号、顾客姓名、地址。,订货产品要组织货源，需要在终端上查询： 输入：产品号 输出：产品号、产品名、生产厂、出厂价、交货日期、交货数量,经理要了解某段时间的业务情况： 输入:交货日期范围 输出：客户所定货物的总数量、总金额,经理还要了解某段时间不同类型产品的订货情况： 输入：订货日期范围 输出：产品类型、订货数量、订货金额 请画出该系统的ER图,
