数据库设计(需求分析、概念结构设计)

数据库设计教学目的：本章主要讨论数据库设计的方法和步骤，通过实例，详细介绍了数据库设计各个阶段的目标、方法、应注意的事项。教学重点：1、需求分析的设计2、概念结构的设计3、逻辑结构的设计教学难点：1、DFD画法和数据字典设计2、E-R图画法及转化为关系模式数据库设计的步骤什么是数据库设计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（信息需求和处理要求）在数据库领域内，常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。数据库是信息系统的核心和基础数据库是信息系统的各个部分能否紧密地结合在一起以及如何结合的关键所在数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分按照应用的要求、工作环境要求，在DBMS支持下，对其结构（数据）设计和行为（处理）设计，从而设计出一个结构合理、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。数据库设计目标数据库设计的内容数据库结构设计(静态)1）逻辑数据库设计局部逻辑结构全局逻辑结构2）物理数据库设计存储结构数据库行为设计(动态)1）数据的装载2）应用程序设计参加设计的人员1.数据库分析设计人员数据库设计的核心人员自始至终参与数据库设计其水平决定了数据库系统的质量2.用户在数据库设计中也是举足轻重的主要参加需求分析和数据库的运行维护用户积极参与带来的好处加速数据库设计提高数据库设计的质量3.程序员在系统实施阶段参与进来，负责编制程序4.操作员在系统实施阶段参与进来，准备软硬件环境参加设计的人员（续）数据库分析设计人员应具备的知识计算机技术数据库技术软件工程知识应用领域的知识数据库设计的过程(六个阶段)①需求分析阶段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设计一个完善的数据库应用系统往往是上述六个阶段的不断反复。①需求分析阶段综合各个用户的应用需求，是整个设计过程的基础需求分析做的不好，可能会导致整个数据库设计失败②概念结构设计阶段是整个数据库设计的关键通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型③逻辑结构设计阶段将概念结构转换成具体的数据库产品支持的数据模型，并对其模型进行优化，形成数据库逻辑模式。根据用户处理的要求、安全性考虑，在基本表上建立必要的视图，形成数据的外模式④数据库物理设计阶段为逻辑数据模型选取合适的物理结构。根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，建立索引，形成数据库内模式。⑤数据库实施阶段运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库编制与调试应用程序组织数据入库并进行试运行⑥数据库运行和维护阶段正式运行，并不断对其进行评价、调整和修改。分析系统需求设计概念结构设计逻辑结构优化数据模型决策评价决策评价设计物理结构决策评价实施数据库使用维护数据库6、数据库运行和维护阶段5、数据库实施阶段4、数据库物理结构设计阶段3、逻辑结构设计阶段1、系统需求分析阶段2、概念结构设计阶段数据库设计步骤设计阶段设计描述数据处理需求分析数据字典、全系统中数据项、数据流、数据存储的描述数据流图和判定表（判定树）、数据字典中处理过程的描述逻辑结构设计概念模型（E-R图）数据字典系统说明书包括：①新系统要求、方案和概图②反映新系统信息流的数据流图概念结构设计某种数据模型关系非关系系统结构图（模块结构）物理设计存储安排方法选择存取路径建立模块设计IPO表实施阶段编写模式装入数据数据库试运行程序编码、编译联结、测试运行维护性能监测、转储/恢复数据库重组和重构新旧系统转换、运行、维护（修正性、适应性、改善性维护）Creat……Load……IPO表……输入：输出：处理：分区1分区2……Main()……if……then……end4.2需求分析需求分析就是分析用户的需要与要求需求分析是设计数据库的起点需求分析的结果是否准确地反映了用户的实际要求，将直接影响到后面各个阶段的设计，并影响到设计结果是否合理和实用需求分析的任务①需求分析的任务②需求分析的重点③需求分析的难点①需求分析的任务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在此基础上确定新系统的功能。新系统必须充分考虑今后可能的扩充和改变，不能仅仅按当前应用需求来设计数据库②需求分析的重点需求分析的重点是调查、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。信息要求用户需要从数据库中获得信息的内容与性质由信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需存储哪些数据处理要求对处理功能的要求对处理的响应时间的要求对处理方式的要求(批处理/联机处理)新系统的功能必须能够满足用户的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。③需求分析的难点确定用户最终需求的难点用户缺少计算机知识，开始时无法确定计算机究竟能为自己做什么，不能做什么，因此无法一下子准确地表达自己的需求，他们所提出的需求往往不断地变化。设计人员缺少用户的专业知识，不易理解用户的真正需求，甚至误解用户的需求。新的硬件、软件技术的出现也会使需求发生变化。③需求分析的难点(续)解决方法设计人员必须采用有效的方法，与用户不断深入地进行交流，才能逐步得以确定用户的实际需求需求分析的方法①调查清楚用户的实际需求并进行初步分析②与用户达成共识③进一步分析与表达这些需求1)调查组织机构情况(1)该组织由哪些部门组成(2)各部门的职责和任务2)调查各部门的业务活动情况(1)各部门输入输出的数据和格式(2)所需的表格和卡片(3)如何加工处理这些数据(4)输入输出的部门①调查与初步分析用户需求3)协助用户明确对新系统的各种需求(1)信息要求(2)处理要求(3)安全性要求(4)完整性要求4)确定新系统的边界(1)哪些功能由计算机完成(2)哪些活动由人工完成5)分析系统功能(1)系统应具有哪些功能，完成哪些任务(2)设计人员和用户协商、确定、备案(3)尽量满足用户的要求(4)不要随便承诺用户不合理或无法实现的要求(5)注意功能与条件的谐调6)分析系统数据(1)需要存储哪些数据1.实体集2.实体的属性集3.实体集间的联系(2)数据是否有矛盾1.基本数据2.导出数据(3)用户对数据的处理要求1.完成什么样的处理2.响应时间3.安全性要求4.完整性要求(4)绘制数据流程图(5)编制数据字典7)编写系统分析报告(1)提交用户的决策部门审核(2)报告内容1.系统概况2.系统功能说明3.设计阶段划分4.可行性分析5.系统软硬件环境要求(1)计算机配置；(2)操作系统；(3)汉字平台(4)数据库管理系统；(5)网络环境6.结构图表(1)组织机构图；(2)组织间联系图；(3)各机构功能业务图7.数据图表(1)数据流程图；(2)功能模块图；(3)数据字典8)后续工作(1)组织专家评估报告(2)项目双方签字(3)签订协议书简单概括:需求分析的步骤有四步分析用户活动，产生用户活动图（即用户的业务流程图);确定系统范围，产生系统范围图（即确定人机界面）;分析用户活动所涉及的数据,产生数据流图(数据的流向及加工);分析系统数据，产生数据字典。需求分析阶段的输入和输出输入是总体信息需求和处理需求。输出是需求说明书包括系统的数据流程和数据字典。数据流图和数据字典数据流图DFD有四个基本成分：用箭头表示数据流、用圆圈表示加工或处理，用双线段表示文件、用方框表示外部实体。返回③进一步分析和表达用户需求结构化分析方法SA方法，StructuredAnalysis是从最上层的系统组织机构入手，采用自顶向下，逐层分解的方式分析系统，并用数据流图和数据字典描述系统。1．首先把任何一个系统都抽象为：数据流数据流数据存储信息要求数据来源处理数据输出处理要求2．分解处理功能和数据（1）分解处理功能将处理功能的具体内容分解为若干子功能，再将每个子功能继续分解，直到把系统的工作过程表达清楚为止。（2）分解数据在处理功能逐步分解的同时，其所用的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图数据流图表达了数据和处理过程的关系（3）表达方法处理过程：用判定表或判定树来描述数据：用数据字典来描述3．将分析结果再次提交给用户，征得认可补充：数据流程图数据流图(DFD,DataFlowDiagram)是描述数据在系统中流动和变换的过程，表达了数据和处理过程的关系从数据传递和加工的角度，以图形的方式刻画数据流从输入到输出的移动变换过程是系统分析人员与用户进行交流的手段和系统设计的主要依据之一数据流程图基本组成1）外部项（外部实体）描述系统的数据来源和去向的各种实体或工作环节。2）数据处理逻辑描述系统对信息进行处理的逻辑功能。3）数据存储逻辑意义上的数据存储环节。4）数据流是描述系统信息处理功能有关的各种信息的载体，是各个加工环节进行处理和输出的数据集合。数据流程图绘制方法外部实体进程分段进程数据存储数据流数据流表示数据的流动情况；加工（进程）表示对数据的加工处理过程，它的名字应能简明扼要地表明所完成的是什么加工；数据存贮在数据流图中起着保存数据的作用，指向数据存贮的数据流可以理解为写数据，从数据存贮引出的数据流可以理解为读数据，双向数据流可以理解为修改数据；数据源点或终点，表示图中出现数据的始发点或终止点，它在图中的出现仅仅是一种符号，并不需要以软件的形式进行设计和实现。改正错误后的数据流非法的数据流需要一个过程在外部代理之间交换数据流需要一个过程从一个数据存储移动数据到另一个数据存储需要一个过程从一个数据存储中表现数据需要一个过程修改（或使用）一个数据存储实例：开发一个学校管理系统1．可行性分析和初步需求调查抽象出该系统最高层数据流图，该系统由教师管理子系统、学生管理子系统、后勤管理子系统组成，每个子系统分别配备一个开发小组。2．进一步细化各个子系统其中学生管理子系统开发小组通过进行进一步的需求调查，明确了该子系统的主要功能是进行学籍管理和课程管理，包括学生报到、入学、毕业的管理，学生上课情况的管理。毕业登记表毕业证书毕业登记表学生基本情况学生档案1.0报到2.0入学3.0毕业班主任学生招生办公室学管理数据流图：同意/不同意接受核对通知书体检结果毕业生名单离校手续日常管理录取通知报到证新生名单体检表宿舍描述奖罚情况报到证学生1.1核对录取通知书1.2核对体检结果1.3同意入学招生办公室新生名单体检表录取通知已核对体检结果同意或不同意审核已核对录取通知同意或不同意接受同意/不同意选课成绩单教室安排评定成绩3.0考试允许参加考试平时成绩同意/不同意接受核对选课单2.0上课选课已选课程名单选课名单1.0选课学生课程任课教师介绍教师课程介绍申请选课教师选课单成绩教材教室选用教材教室安排教室安排考场安排评定考试成绩考场试卷成绩考场安排试卷成绩课程管理数据流图返回数据库原理与设计之---数据流图数据库原理与设计之---数据流图“先全局后局部,先整体后细节,先抽象后具体”通常可将这种分层的DFD图,分为顶层、中间层、底层。具体步骤：1。先确定系统范围，画出顶层的DFD图。2。逐层分解顶层DFD图，获得若干中间层DFD图。3。画出底层的DFD图。画分层DFD图的方法顶层图说明了系统的边界,即系统的输入和输出数据流，顶层图只有一张。底层图由一些不能再分解的加工组成，这些加工都已足够简单，称为基本加工。在顶层和底层之间的是中间层。中间层的数据流图描述了某个加工的分解，而它的组成部分又要进一步分解。画各层DFD图时，“由外向内”。数据库原理与设计之---数据流图数据库原理与设计之---数据流