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1第三章数据库系统设计2什么是数据库设计数据库设计是指对于一个给定的应用环境，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（信息要求和处理要求）数据库设计概述•数据库设计的内容数据库的结构设计：指根据给定的应用环境，进行数据库的模式或子模式的设计。它包括数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计。又称为静态模型设计。数据库的行为设计：是指确定数据库用户的行为和动作。又称为动态模型设计即应用程序的设计。3数据库设计的内容数据库的结构设计是指根据给定的应用环境，进行数据库的模式或子模式的设计。它包括数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计。又称为静态模型设计。数据库的行为设计是指确定数据库用户的行为和动作。又称为动态模型设计即应用程序的设计。4现实世界数据分析用户业务活动分析概念设计功能模型逻辑设计事务设计物理设计程序说明子模式设计应用程序设计加载试验数据程序编码调试性能考核满意?是否加载数据库运行和维护5数据库设计的基本步骤1、需求分析：2、概念结构设计阶段3、逻辑结构设计阶段4、数据库物理设计阶段5、数据库实施阶段6、数据库运行和维护阶段数据库设计之前，首先必须选定参加设计的人员，包括系统分析员、数据库设计人员、程序员、用户、数据库管理员。6需求分析需求分析的基本内容：任务：通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各种需求（①信息需求②处理需求）需求分析是设计数据库的起点重点是调查、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。7需求分析需求分析的具体步骤：理清业务流程复杂业务可以进行分解，最好画出业务流程图确定系统功能明确系统的边界与人工操作的接口画出数据流程图（DFD）用一组符号来描述整个系统中信息的全貌，综合的反映出数据在系统中的流动、处理和存储的逻辑关系。编写数据字典（DD）对系统中的各个部分进行更加细致定义的集合。8需求分析需求分析方法：⑴跟班作业⑵开调查会⑶请专人介绍⑷询问⑸设计调查表请用户填写⑹查阅记录9储户检验付款登录取款信息取款信息付款信息存折账目存折需求分析数据流图数据处理数据存储外部实体10数据字典的内容：数据项数据结构数据流数据存储处理过程数据项是数据的最小组成单位若干个数据项可以组成一个数据结构通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流、数据存储的逻辑内容需求分析数据字典：在数据流程图的基础上，对数据流程图的各个元素进行详细的定义与描述，起到对数据流程图进行补充说明的作用。11概念结构设计什么是概念设计：将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定。概念结构设计是整个数据库设计的关键概念设计的任务：将需求分析的结果进行概念化抽象，获得系统的E-R图。描述概念模型的工具：E-R模型12设计概念结构的四类方法自顶向下自底向上逐步扩张混合策略首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架，以它为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构概念结构设计13概念结构设计需求全局概念模式概念模式概念模式概念模式概念模式概念模式概念模式自顶向下设计模式14概念结构设计子需求子需求子需求子需求概念模式概念模式概念模式概念模式概念模式概念模式全局概念模式自底向上设计模式15概念结构设计核心需求核心概念结构概念结构需求全局概念结构…逐步扩张16区分实体与属性的一般原则即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成。属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。现实世界中事物能做属性对待的，尽量作属性对待。概念结构设计例：职称通常作为教师实体的属性，但在涉及住房分配时，由于分房与职称有关，也就是说职称与住房实体之间有联系，根据准则２，这时把职称作为实体来处理会更合适些。例：“学生”由学号、姓名等属性进一步描述，根据准则１，“学生”只能作为实体，不能作为属性。17步骤：1、确定各局部E—R模型描述的范围通常采用的方法是将总的功能划分为几个子系统，每个子系统又划分几个子系统。2、逐一设计分E-R图设计分E-R图主要完成以下工作：确定实体（集）、确定实体（集）的属性、确定实体间的联系。概念结构设计18概念结构设计返回用户征求意见知道满意为止数据抽象、局部试图的设计视图集成需求分析概念结构设计逻辑结构设计DFDDD分E-R图总E-R图概念结构设计步骤消除冲突消除不必要的冗余19任务：把概念结构设计阶段设计好的基本E-R图转换为与选用DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。关系、网状、层次三种数据模型：•逻辑结构设计阶段的步骤：E-R图向关系模型的转换用关系数据理论对关系模式的规范化关系模式的优化逻辑结构设计20逻辑结构设计⒈一个实体型转换为一个关系模式。关系的属性：实体型的属性关系的码：实体型的码2.一个m:n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身的属性关系的码：各实体码的组合转换原则：学生学号姓名出生日期所在系年级平均成绩学生（学号，姓名，出生日期，所在系，年级，平均成绩）例：选修（学号，课程号，成绩）学生（学号，系别）课程（课程号，课程名）学生选修课程nm课程名课程号成绩系别学号212)与n端对应的关系模式合并合并后关系的属性：在n端关系中加入1端关系的码和联系本身的属性合并后关系的码：不变⒊一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。1)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身的属性关系的码：n端实体的码聘用（工号，系号，聘期）系（系号，系名，电话）教师（工号，姓名，性别，年龄）系教师聘用系号电话姓名年龄工号性别1n聘期系名例：系（系号，系名，电话）教师（工号，姓名，性别，年龄，系号，聘期）系教师聘用系号电话姓名年龄工号性别1n聘期系名例：逻辑结构设计22逻辑结构设计2)与某一端对应的关系模式合并合并后关系的属性：加入对应关系的码和联系本身的属性合并后关系的码：不变⒋一个1:1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。1)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身的属性关系的候选码：每个实体的码均是该关系的候选码任职（校名，姓名，任职年月）校长（姓名，性别，年龄，职称）学校（校名，地址，电话）学校校长任职校名电话性别职称姓名年龄11任职年月地址例：学校（校名，地址，电话，姓名，任职年月）校长（姓名，性别，年龄，职称）学校校长任职校名电话性别职称姓名年龄11任职年月地址例：学校（校名，地址，电话）校长（姓名，性别，年龄，职称，校名，任职年月）23⒌三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式。关系的属性：与该多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性关系的码：各实体码的组合逻辑结构设计课程教师教材讲授课程号职工号书号课时n1m讲授（课程号，职工号，书号，课时）24教师领导1n职工号姓名性别职称教师（职工号，姓名，性别，职称，系主任）⒍同一实体集的实体间的联系，即自联系，也可按上述1:1、1:n和m:n三种情况分别处理。逻辑结构设计25⒎具有相同码的关系模式可合并。目的：减少系统中的关系个数。合并方法：将其中一个关系模式的全部属性加入到另一个关系模式中，然后去掉其中的同义属性（可能同名也可能不同名），并适当调整属性的次序。例：“拥有”关系模式：拥有（学号，性别）与学生关系模式：学生（学号，姓名，出生日期，所在系，年级，班级号，平均成绩）合并为一个关系模式：学生（学号，姓名，性别，出生日期，所在系，年级，班级号，平均成绩）逻辑结构设计26物理结构设计数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，就是数据库的物理设计。数据库物理设计的步骤确定数据库的物理结构对物理结构进行评价，评价的重点是时间和空间效率27物理结构设计设计数据库物理存储结构的内容：确定数据的存储结构设计合适的存取路径（索引方法、聚簇方法、HASH方法）确定数据的存放位置确定系统配置（同时使用数据库的用户数、同时打开的数据库对象数，内存分配参数、缓冲区分配参数，时间片的大小及数据库的大小等）评价物理结构：综合权衡时间效率、空间效率、维护代价和各种用户的要求28需求分析概念结构逻辑结构物理结构实施运行维护数据流图数据字典调查研究自顶向下抽象数据，设计局部E-R图集成到全局E-R图自底向上消除冲突消除不必要的冗余基本E-R图七条原则转换成关系模型关系模型优化数据库系统设计小结