《数据库原理》课件第8章 数据库设计.ppt

1、2024-9-6 1数据库设计和数据库设计和ER模型模型第第8章章 数据库设计数据库设计2024-9-6 2主要内容主要内容v数据库设计概述（了解）数据库设计概述（了解）v数据库设计的数据库设计的6个阶段的任务和工作个阶段的任务和工作（领会）（领会）重点：概念结构设计、逻辑结构设计重点：概念结构设计、逻辑结构设计vER模型（综合应用）模型（综合应用）vER模型到关系模型的转换（综合应用）模型到关系模型的转换（综合应用）vER模型实例分析（理解）模型实例分析（理解）v小结小结2024-9-6 3数据库设计概述数据库设计概述v软件工程软件工程用科学知识、工程方面的纪律指导软件开发的过程，以用科学知

2、识、工程方面的纪律指导软件开发的过程，以提高软件质量和开发效率，降低开发成本提高软件质量和开发效率，降低开发成本。v软件生存期软件生存期从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护，直到它被新的软件所取代而停止使用的整个期间。它被新的软件所取代而停止使用的整个期间。v数据库工程数据库工程 v数据库系统生存期数据库系统生存期数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间。被新的系统取代而停止使用的整个期间。v数据库设计步骤数据库设计步骤隶属关系隶属关系2024-9-6

3、 4规划规划需求分析需求分析系统设计系统设计 程序编制程序编制 调试调试 运行维护运行维护 运行和维护运行和维护 实现实现 物理设计物理设计逻辑设计逻辑设计概念设计概念设计需求分析需求分析规划规划软件生存期软件生存期数据库生存期数据库生存期2024-9-6 5处理需求处理需求DBMSDBMS特征特征总体信息需求总体信息需求第第4步步物理设计物理设计第第2步步概念设计概念设计第第3步步逻辑设计逻辑设计第第0步步前期调研前期调研第第1步步需求描述和分析需求描述和分析硬件和硬件和OSOS特征特征物理数据库结构物理数据库结构需求说明书需求说明书 信息结构信息结构（独立于硬件、软件（独立于硬件、软件）逻

4、辑数据库结构逻辑数据库结构（DBMSDBMS能处理的）能处理的）应用程序说明书应用程序说明书数据库设计步骤数据库设计步骤中设计阶段中设计阶段2024-9-6 6数据库设计的任务数据库设计的任务v根据一个单位的根据一个单位的信息需求、处理需求信息需求、处理需求和数据库的支撑环境，和数据库的支撑环境，设计出数据模式设计出数据模式(包括外模式、逻辑（概念）模式和内模式包括外模式、逻辑（概念）模式和内模式)以及典型的应用程序。其中以及典型的应用程序。其中信息需求信息需求表示一个单位所需要的数据及其结构。表示一个单位所需要的数据及其结构。处理需求处理需求表示一个单位需要经常进行的数据处理。表示一个单位需

5、要经常进行的数据处理。前者表达了对数据库的内容及结构的要求，前者表达了对数据库的内容及结构的要求，也就是静态要求也就是静态要求；后者；后者表达了基于数据库的数据处理要求，表达了基于数据库的数据处理要求，也就是动态要求也就是动态要求。v信息需求信息需求定义所设计的数据库将要用到的所有信息，描述实定义所设计的数据库将要用到的所有信息，描述实体、属性、联系的性质体、属性、联系的性质,描述数据之间的联系。描述数据之间的联系。v处理需求处理需求定义所设计的数据库将要进行的数据处理，描述操定义所设计的数据库将要进行的数据处理，描述操作的优先次序、操作执行的频率和场合，描述操作与数据之作的优先次序、操作执行

6、的频率和场合，描述操作与数据之间的联系。间的联系。2024-9-6 7数据库设计的方法数据库设计的方法v以信息需求为主，兼顾处理需求，这种以信息需求为主，兼顾处理需求，这种方法称为方法称为面向数据的设计方法面向数据的设计方法v以处理需求为主，兼顾信息需求，这种以处理需求为主，兼顾信息需求，这种方法称为方法称为面向过程的设计方法面向过程的设计方法。2024-9-6 8数据库设计的全过程数据库设计的全过程v需求分析阶段需求分析阶段v概念结构设计阶段概念结构设计阶段v逻辑结构设计阶段逻辑结构设计阶段v物理设计阶段物理设计阶段v数据库实施阶段数据库实施阶段v数据库运行和维护阶段数据库运行和维护阶段20

7、24-9-6 9需求分析需求分析v首先必须确认数据库的用户和用途。由于数据库是一个单位首先必须确认数据库的用户和用途。由于数据库是一个单位（企业）的模拟，数据库设计者必须对一个单位的基本情况（企业）的模拟，数据库设计者必须对一个单位的基本情况有所了解。收集和分析这些资料的过程称为需求分析。有所了解。收集和分析这些资料的过程称为需求分析。v需求分析方法需求分析方法系统调查系统调查v对企业组织作全面的调查，画出组织层次图，以了解企业的组织结构对企业组织作全面的调查，画出组织层次图，以了解企业的组织结构可行性分析可行性分析v从技术、经济、效益、法律等族方面对建立数据库的可行性进行分析；从技术、经济、

8、效益、法律等族方面对建立数据库的可行性进行分析；写出可行性分析报告；组织专家进行讨论其可行性写出可行性分析报告；组织专家进行讨论其可行性确定数据库系统的总目标和制定项目开发计划确定数据库系统的总目标和制定项目开发计划v需求分析工作需求分析工作分析用户活动产生，产生分析用户活动产生，产生业务流程图业务流程图确定系统范围，产生确定系统范围，产生系统范围图系统范围图分析用户活动涉及的数据，产生分析用户活动涉及的数据，产生数据流图数据流图分析系统数据，产生分析系统数据，产生数据字典数据字典2024-9-6 10概念结构设计概念结构设计v用概念数据模型，表示数据及其相互间的联系，产生反映用户用概念数据模

9、型，表示数据及其相互间的联系，产生反映用户信息需求和处理需求的数据库概念模式。应用最广泛的是实体信息需求和处理需求的数据库概念模式。应用最广泛的是实体联系联系ERER模型。模型。v数据库概念模型是独立于任何数据库管理系统、面向现实世界数据库概念模型是独立于任何数据库管理系统、面向现实世界的数据模型。的数据模型。v概念设计的任务包括两个方面：概念设计的任务包括两个方面：数据库概念模式设计：以需求分析阶段所识别的数据项为基础，使用数据库概念模式设计：以需求分析阶段所识别的数据项为基础，使用高级数据模型建立数据库概念模式高级数据模型建立数据库概念模式事务设计：考察需求分析阶段提出的数据库操作任务，形

10、成数据库事事务设计：考察需求分析阶段提出的数据库操作任务，形成数据库事务的高级说明务的高级说明 v概念设计的主要步骤概念设计的主要步骤进行数据抽象，设计局部概念模式进行数据抽象，设计局部概念模式将局部概念模式综合成全局概念模式将局部概念模式综合成全局概念模式评审评审2024-9-6 11概念结构设计（续）概念结构设计（续）v数据库概念设计方法主要有两种，一种是集中式设计数据库概念设计方法主要有两种，一种是集中式设计方法，另一种是视图综合设计方法。方法，另一种是视图综合设计方法。v视图综合设计法视图综合设计法视图综合设计法不要求综合成一个统一的需求说明，而是视图综合设计法不要求综合成一个统一的需

11、求说明，而是以各部分的需求说明为基础，分别设计各自的局部模式。以各部分的需求说明为基础，分别设计各自的局部模式。这些局部模式实际上相当于各部分的视图，然后再以这些这些局部模式实际上相当于各部分的视图，然后再以这些视图为基础，集成为一个全局模式。在视图集成过程中，视图为基础，集成为一个全局模式。在视图集成过程中，可能会发现一些冲突，须对视图做适当的修改。修改后的可能会发现一些冲突，须对视图做适当的修改。修改后的视图可以作为逻辑设计的基础。视图可以作为逻辑设计的基础。v策略策略自顶向下、自底向上、逐步扩张、混合策略自顶向下、自底向上、逐步扩张、混合策略 2024-9-6 12逻辑结构设计逻辑结构设

12、计v数据库逻辑设计的任务是把数据库概念设计阶段产生的数据数据库逻辑设计的任务是把数据库概念设计阶段产生的数据库概念模式转换成以库概念模式转换成以DBMS的逻辑数据模型表示的逻辑模式。的逻辑数据模型表示的逻辑模式。v数据库逻辑设计依赖于逻辑数据模型和数据库管理系统。数据库逻辑设计依赖于逻辑数据模型和数据库管理系统。v从从E-R图转换而来的关系模式还只是逻辑模式的雏形，要成图转换而来的关系模式还只是逻辑模式的雏形，要成为逻辑模式，还需要进行下列几步的处理：为逻辑模式，还需要进行下列几步的处理：适应适应DBMS限制条件的修改；限制条件的修改；对性能、存储空间等的优化；对性能、存储空间等的优化；v减少

13、连接运算：连接是开销较大的运算，参与连接的关系越多开销也就减少连接运算：连接是开销较大的运算，参与连接的关系越多开销也就越大。越大。v减小关系的大小和数据量：关系的大小对查询的速度影响很大。减小关系的大小和数据量：关系的大小对查询的速度影响很大。用用DBMS提供的提供的DDL定义逻辑模式。定义逻辑模式。2024-9-6 13逻辑设计步骤逻辑设计步骤导出初始导出初始DBMS模式说明模式说明概念模式概念模式子模式设计子模式设计应用程序设计草图应用程序设计草图模式评价模式评价处理结束处理结束模式需要修正模式需要修正模式修正模式修正进入物理设计阶段进入物理设计阶段返回到前面阶段返回到前面阶段是是 是是

14、 否否否否2024-9-6 14数据库的物理设计数据库的物理设计v根据数据库的逻辑和概念模式、根据数据库的逻辑和概念模式、DBMSDBMS及计算机系统及计算机系统所提供的功能和施加的限制，设计数据库文件的物所提供的功能和施加的限制，设计数据库文件的物理存储结构、各种存取路径。理存储结构、各种存取路径。v数据库物理设计的任务是，为每个关系模式选择合数据库物理设计的任务是，为每个关系模式选择合适的适的存储结构存储结构和和存取路径存取路径。v数据库的物理设计分为如下三个步骤：数据库的物理设计分为如下三个步骤：分析影响数据库物理设计的因素；分析影响数据库物理设计的因素；为关系模式选择存取方法；为关系模

15、式选择存取方法；设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。2024-9-6 15数据库的实施和维护数据库的实施和维护v根据数据库的逻辑设计和物理设计的结果，根据数据库的逻辑设计和物理设计的结果，建立实际的数据库结构、装建立实际的数据库结构、装入数据、进行测试和试运行入数据、进行测试和试运行的过程称为数据库的实施。的过程称为数据库的实施。建立实际数据库结构建立实际数据库结构装入试验数据，调试应用程序装入试验数据，调试应用程序装入实际数据装入实际数据进入试运行进入试运行 v数据库的运行和维护数据库的运行和维护数据库的转储和恢复数据库的转储和恢复维持数据库的

16、安全性与完整性维持数据库的安全性与完整性监测并改善数据库性能监测并改善数据库性能数据库的重组和重构数据库的重组和重构v重组与重构的差别在于：重组并不修改原有的逻辑模式和内模式；而重构则会部重组与重构的差别在于：重组并不修改原有的逻辑模式和内模式；而重构则会部分修改原有的逻辑模式和内模式。分修改原有的逻辑模式和内模式。2024-9-6 16小结小结v数据库设计的基本任务：根据一个单位的信息需求、处理需数据库设计的基本任务：根据一个单位的信息需求、处理需求和数据库的支撑环境求和数据库的支撑环境(包括包括DBMSDBMS、操作系统和硬件、操作系统和硬件)，设计，设计出数据模式出数据模式(包括外模式、

17、逻辑包括外模式、逻辑(概念概念)模式和内模式模式和内模式)以及典以及典型的应用程序。型的应用程序。v在不同的设计阶段将形成数据库的三层模式。在不同的设计阶段将形成数据库的三层模式。需求分析阶段，综合用户应用需求；需求分析阶段，综合用户应用需求；概念设计阶段，形成独立于数据库管理系统概念设计阶段，形成独立于数据库管理系统DBMSDBMS的的概念模式概念模式；逻辑设计阶段，将概念模式（可用逻辑设计阶段，将概念模式（可用E-RE-R图描述）转换成图描述）转换成DBMSDBMS支持的数支持的数据模型（如关系模型），形成数据库的据模型（如关系模型），形成数据库的逻辑模式逻辑模式；根据用户处理的；根据用户

18、处理的要求和安全性的考虑，在基本表的基础上建立必要的视图，形成数要求和安全性的考虑，在基本表的基础上建立必要的视图，形成数据库的据库的外模式外模式；物理设计阶段，根据物理设计阶段，根据DBMSDBMS的特点和处理的需要，选择存储结构，建的特点和处理的需要，选择存储结构，建立索引，形成数据库的立索引，形成数据库的内模式内模式。2024-9-6 17数据库的各级模式数据库的各级模式应用应用1应用应用3应用应用2概念模式概念模式概念要求概念要求概念要求概念要求概念要求概念要求应用应用1 1应用应用3 3应用应用2 2逻辑模式逻辑模式内模式内模式外模式外模式3外模式外模式2外模式外模式1综合综合转换转换映像映像映像映像