1、123.1 数据库设计概述31、需求分析：需求收集和分析，得到数据字典描述的数据需求（和数据流图描述的处理需求)。 2、概念结构设计：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，可以用E-R图或类图表示。3、逻辑结构设计：将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型（例如关系模型），并对其进行优化。4、数据库物理设计：为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。 5、数据库实施：运用DBMS提供的数据语言（例如SQL）及其宿主语言（例如C），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、
2、数据库运行和维护：数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。4需求收集和分析物理实现使用、维护数据库设计概念结构设计逻辑结构设计物理结构评价设计，性能预测数据模型优化试验运行应用需求（数据、处理）转化规则、 DBMS功能、优化方法应用要求，DBMS详细特征不满意需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段数据库实施数据库运行、维护不满意53.2 需求分析6用户需要从数据库中获得信息的内容与性质由用户的信息要求可以导出数据要求，即在数据库中需要存储哪些数据系统对数据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
3、机处理)对数据处理的安全性和完整性的约束78符号 说明 加工。输入数据在此处进行变换产生输出数据，需要注明处理过程的名称。 数据输入的源点 （source） 或数据输出的汇点 （sink） ， 需要注明源点或汇点的名称。 数据流。被处理的数据和数据流向，箭头旁边应该注明数据流名称，可以用名词或名词性短语命名。 数据存储文件。必须用名词或名词性短语命名。 91.0报到2.0入学3.0毕业学生基本情况报到证学生招生办公室录取通知书宿舍描述宿舍描述学生档案学生情况体检表体检结果新生名单名单毕业证书，派遣证毕业登记表教师档案教师描述离校手续离校手续清单毕业生名单毕业生名单同意/不同意接收核对通知书检查
4、体检结果分配工作 新生登记表宿舍地址，班级，班主任班主任学生名单工作安排宿舍分配学生档案 分配工作清单记录已毕业同意/不同意入学宿舍分配清单10第一层第一层第二层第二层第三层第三层11四、数据字典（DD：Data Dictionary） 1、定义：是系统中各类数据描述的集合，是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要成果。数据字典在数据库设计中占有很重要的地位。2、包含内容：包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程五个部分。（1）、数据项：不可分割的数据单位格式：数据项描述=数据项名，数据项含义说明，别名，数据类型，长度，取值范围，取值含义，与其他数据项的逻辑关系，数据项之间的联系例：
5、 数据项：学号 含义说明：唯一标识每个学生 别名：学生编号 类型：字符型 长度：8 取值范围：00000000至99999999 取值含义：前两位表示该学生所在年级，后六位按顺序编号12（2）、数据结构：反映了数据之间的组合关系.格式：数据结构描述=数据结构名，含义说明，组成：数据项或数据结构例：系统中的一个核心数据结构“学生”： 数据结构：学生 含义说明：是学籍管理子系统的主体数据结构，定义了 一个学生的有关信息 组成：学号，姓名，性别，年龄，所在系，年级 13（3）、数据流：是数据结构在系统内传输的路径格式：数据流描述=数据流名，说明，数据流来源，数据流去向，组成：数据结构，平均流量，高峰
6、期流量例：“体检结果”数据流： 数据流：体检结果 说明：学生参加体格检查的最终结果 数据流来源：体检 数据流去向：批准 组成: .平均流量：. 高峰期流量：. 14（4）、数据存储：数据保存的地方格式：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，存取方式例：数据存储“学生登记表” ： 数据存储：学生登记表 说明：记录学生的基本情况 流入数据流：. 流出数据流：.组成：.数据量：每年3000张 存取方式：随机存取 15（5）、处理过程：具体处理逻辑一般用判定表和判定树表示格式：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
7、：简要说明例：处理过程“分配宿舍”： 处理过程： 分配宿舍 说明： 为所有新生分配学生宿舍 输入： 学生，宿舍 输出： 宿舍安排 处理： 新生报到后，为所有新生分配学生宿舍。要求同一间宿舍只能安排同一性别的学生，同一个学生只能安排在一个宿舍中。每个学生的居住面积不小于3平方米。安排新生宿舍其处理时间应不超过15分钟。 163.3 数据库的概念设计 定义：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。171.0报到2.0入学3.0毕业学生基本情况报到证学生招生办公室录取通知书宿舍描述宿舍描述学生档案学生情况体检表体检结果新生名单名单毕业证书，派遣证毕业登记表教师档案教师
8、描述离校手续离校手续清单毕业生名单毕业生名单同意/不同意接收核对通知书检查体检结果分配工作 新生登记表宿舍地址，班级，班主任班主任学生名单工作安排宿舍分配学生档案 分配工作清单记录已毕业同意/不同意入学宿舍分配清单班主任管理班级组成学生1n1n上课教室n归档档案1性别拥有1nm1指导1n宿舍住宿1n数据流图数据流图E-R图图181、概念模型（不依赖于具体的DBMS）的特点： 1）有丰富的语义表达能力。2）易于交流和理解。3）易于变动。4）易于向各种数据模型转换。2、概念结构的设计方法:1）自顶向下。2）自底向上。 3）自内向外。 4）混合策略。 19需求全局概念模式概念模式概念模式概念模式概念
9、模式概念模式（a）自顶向下策略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子需求子需求子需求子需求（b）自底向上策略核心需求核心概念结构全局概念结构需求（c）自内向外策略20二、数据抽象1、定义：找出现实世界中事物的本质特征，忽略无关细节，将事物的特征精确地描述成各种概念模型。 张三、李四、王五学生学生学号、姓名、专业、班级学生学生本科生、研究生学生学生2、数据抽象方法：1）分类（classfication） v定义某一类概念作为现实世界中一组对象的概念模型v这些对象具有某些共同的特性和行为v它抽象了对象值和型之间的“is member of”的语义张三、李四、王五学生学生21
10、2）聚集（aggregation） v定义某一类型的组成成分v它抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义学号、姓名、专业、班级学生学生3） 概括（Generalization）v定义类型之间的一种子集联系v它抽象了类型之间的“is subset of”的语义本科生、研究生学生学生3、数据抽象的目的：对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织，形成v实体v实体的属性，标识实体的码v确定实体之间的联系类型(1:1，1:n，m:n)22三、设计三、设计E-RE-R图图具体思路：具体思路：v选择中层选择中层DFDDFD作为出发点，设计其作为出发点，设计其E-RE-R图（图（分分E-RE
11、-R图图）。）。v对各分对各分E-RE-R图按一定原则图按一定原则集成集成。第一层第一层第二层第二层第三层第三层231 1、分、分E-RE-R图设计过程：图设计过程：步骤：步骤：（1 1）确定）确定实体实体和和属性属性 区分实体和属性的区分实体和属性的原则原则: : 属性不需要再进一步描述；属性不需要再进一步描述； 属性不能与其他实体具有联系。属性不能与其他实体具有联系。 根据语义分析依赖关系根据语义分析依赖关系, ,确定确定候选码候选码及及主码主码（2 2）确定确定联系类型联系类型 联系类型联系类型: : 1:n,1:1,m:n1:n,1:1,m:n 注意的问题注意的问题: : 不要丢掉不要
12、丢掉联系的属性联系的属性 尽量取消冗余的联系尽量取消冗余的联系 给联系命名给联系命名: (: (选择反映联系语义的动词选择反映联系语义的动词) )（3 3）画出局部画出局部E-RE-R图图24例：学籍管理局部应用的分例：学籍管理局部应用的分E-R图图1.0报到2.0入学3.0毕业学生基本情况报到证学生招生办公室录取通知书宿舍描述宿舍描述学生档案学生情况体检表体检结果新生名单名单毕业证书，派遣证毕业登记表教师档案教师描述离校手续离校手续清单毕业生名单毕业生名单同意/不同意接收核对通知书检查体检结果分配工作 新生登记表宿舍地址，班级，班主任班主任学生名单工作安排宿舍分配学生档案 分配工作清单记录已
13、毕业同意/不同意入学宿舍分配清单251 1、实体：、实体：学生、宿舍、档案、班级、班主任学生、宿舍、档案、班级、班主任2 2、实体之间的联系：、实体之间的联系：宿舍与学生宿舍与学生：一个学生只能住在一个宿舍中，而一个宿一个学生只能住在一个宿舍中，而一个宿舍可以安排多个学生，舍可以安排多个学生，所以是一对多所以是一对多（1 1：n n）的关系；的关系；班级与学生：班级与学生：一个学生只能属于一个班级，但一个班级一个学生只能属于一个班级，但一个班级常常有多个学生，常常有多个学生，所以是一对多所以是一对多（1 1：n n）的关系；的关系；班主任与学生：班主任与学生：一个学生只能对应一个班主任，而班主
14、一个学生只能对应一个班主任，而班主任一般要教多名学生，任一般要教多名学生，所以是一对多所以是一对多（1 1：n n）的关系；的关系；班主任与班级：班主任与班级：一个班级只能对应一个班主任，而班主一个班级只能对应一个班主任，而班主任常常管理多个班级，任常常管理多个班级，所以是一对多所以是一对多（1 1：n n）的关系；的关系；学生与档案：学生与档案：一个学生只能对应一份档案，一个学生只能对应一份档案，因此是一对因此是一对一一（1 1：1 1）的关系。的关系。 261 1、实体：、实体：学生、宿舍、档案、班级、班主任学生、宿舍、档案、班级、班主任2 2、实体之间的联系：、实体之间的联系：宿舍与学生
15、宿舍与学生：1 1：n n；班级与学生：班级与学生：1 1：n n；班主任与学生：班主任与学生：1 1：n n；班主任与班级：班主任与班级：1 1：n n；学生与档案：学生与档案：1 1：1 1。 性别性别班主任管理班级组成学生1n1n上课教室n归档档案1性别拥有1nm1指导1n宿舍住宿1n273 3、各实体属性：、各实体属性：学生：学生： 学号学号，姓名，生日，姓名，生日， 性别：性别： 性别性别 档案：档案： 档案号档案号，姓名，内容，姓名，内容， 班级：班级： 班级号班级号，班长，团支书，人数，是否为优秀班级，班长，团支书，人数，是否为优秀班级 班主任：班主任： 教师号教师号，所在系号，
16、姓名，性别，电话，所在系号，姓名，性别，电话 宿舍：宿舍： 宿舍号宿舍号，宿舍长，位置，人数，是否为优秀宿舍，宿舍长，位置，人数，是否为优秀宿舍 例：课程管理局部应用的分例：课程管理局部应用的分E-R图图学生：学生： 学号学号，所在系号，姓名，所在系号，姓名，性别，生日，年级，性别，生日，年级， 教师：教师： 教师号教师号，所在系号，姓名，所在系号，姓名，性 别 ， 电 话 ， 是 否 为 班 主性 别 ， 电 话 ， 是 否 为 班 主任，任， 课程：课程： 课程号课程号，名称，学分，性，名称，学分，性质 ， 教 材 ， 参 考 书 ， 上 课 教质 ， 教 材 ， 参 考 书 ， 上 课
17、教室，室， 教材：教材： 书号书号，名称，价格，出版，名称，价格，出版社，存货数量，社，存货数量， 教室：教室： 教室号教室号，地址，面积，容，地址，面积，容量，是否为多媒体，量，是否为多媒体， 282 2、分、分E-RE-R图的集成：图的集成：步骤：步骤：（1 1）先进行）先进行合并合并，消除消除各个分各个分E-RE-R图之间的图之间的冲突冲突；（2）再进行）再进行修改和重构修改和重构，消除消除不需要的不需要的冗余冗余，生成基本，生成基本E-R图。图。 方法：方法：（1 1）一次集成法；）一次集成法；（2）分步集成法。）分步集成法。 E-RE-RE-RE-RE-R初步E-R基本E-R（a）一
18、次集成法E-RE-RE-RE-RE-R初步E-R基本E-R（b）分步集成法E-RE-RE-R29（1 1）合并分）合并分E-RE-R图，消除冲突，生成初步图，消除冲突，生成初步E-RE-R图图v冲突的分类：冲突的分类：属性冲突、命名冲突和结构冲突属性冲突、命名冲突和结构冲突 A.属性冲突属性冲突 ：分类：分类：属性域冲突，即属性的类型、取值集合、取值范围不同。属性域冲突，即属性的类型、取值集合、取值范围不同。属性取值单位冲突。属性取值单位冲突。 解决方法：解决方法：通过讨论或按照国家标准、行业标准等统一起来通过讨论或按照国家标准、行业标准等统一起来 。B.B.命名冲突命名冲突 ：分类：分类：同
19、名多义，即不同含义的对象在不同的视图中名字相同。同名多义，即不同含义的对象在不同的视图中名字相同。 同义多名，即相同含义的对象在不同的视图中名字不同。同义多名，即相同含义的对象在不同的视图中名字不同。 解决方法：解决方法：通过讨论或按照国家标准、行业标准等统一起来通过讨论或按照国家标准、行业标准等统一起来 。30C.结构冲突 ：分类：身份冲突，即同一对象在不同的应用中具有不同的抽象。 解决办法是将同一对象统一成相同的抽象，要么将实体转换成属性，要么将属性转换成实体。 组成冲突，即同一实体在不同的分E-R图中属性个数、组成、顺序不同。 解决方法是令该实体取各个分E-R图中属性的并集，再适当调整属
20、性的顺序。 关系冲突，即实体之间联系在不同的局部视图中呈现出不同的类型。 解决方法是根据应用的语义对实体的联系类型进行综合或调整。 视图集成的目的 ：消除上述各种冲突，形成一个能够被整个系统的所有用户共同理解和接受的统一的数据模型，得到系统的初步E-R图。31存在冲突 ：1、班主任与教师。2、班主任与学生的指导联系和教师与学生的教学联系。3、性别的不同抽象实体和属性。4、学生的属性组成、顺序不同。32档案材料归档学生教学上课班级组成选修课程开设教室性别教科书宿舍住宿拥有成绩讲授教师管理mnn111n11n1m11n1m1nnn33（2）修改与重构，消除不必要冗余，生成基本E-R图 v冗余：冗余
21、数据、冗余联系 A.冗余数据 ：冗余数据指的是可以由其他数据得到的数据。 B.冗余联系 ：冗余联系指的是可以从其他联系导出的联系。 34档案材料归档学生教学班级组成选修课程开设教室性别教科书宿舍住宿拥有成绩讲授教师管理mnn111n11n111n1m1nn（1）整体概念结构内部必须具有一致性，即不能表达相互矛盾。（2）整体概念结构能够准确地反映原来的每个视图结构，包括实体、属性及实体之间的联系。（3）整体概念结构能够满足需求分析阶段所确定的所有要求。 353.4 数据库的逻辑结构设计 一、逻辑结构设计的目标将概念结构进一步转化为相应的数据模型，以便用具体的DBMS实现用户需求。二、步骤36三、
22、E-R图向数据模型（关系）转换的实质将E-R图中反映的实体、属性和实体之间的联系转化为关系模式。 档案材料归档学生教学班级组成选修课程开设教室性别教科书宿舍住宿拥有成绩讲授教师管理mnn111n11n111n1m1nn37（1）学生（学号，姓名，性别，出生日期，所在系，年级，班级号，平均成绩，档案号）（2）性别（性别，宿舍楼）（3）宿舍（宿舍编号，地址，性别，人数）（4）班级（班级号，学生人数）（5）教师（职工号，姓名，性别，职称，班级号，是否为优秀班主任）（6）教学（职工号，学号）（7）课程（课程号，课程名，学分，教室号）（8）选修（学号，课程号，成绩）（9）教科书（书号，书名，价钱）（10
23、）教室（教室编号，地址，容量）（11）讲授（课程号，教师号，书号）（12）档案材料（档案号，）38四、E-R图向数据模型（关系）转换的原则 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：实体型的码例：学生实体可以转换为如下关系模式：学生（学号，姓名，出生日期，所在系，年级，平均成绩） 性别、宿舍、班级、档案材料、教师、课程、教室、教科书都分别转换为一个关系模式。 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：各实体码的组合例：“选修”联系是一个m:n联系，可以将它转换为如下关系模式，其中学号与课程号为关系的组合码：选修（学号
24、，课程号，成绩）39 一个一个1:n1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n n端对端对应的关系模式合并。应的关系模式合并。（1 1） 转换为一个独立的关系模式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：关系的码：n n端实体的码端实体的码例：班级例：班级-组成组成-学生学生 “ “组成组成”联系为联系为1:n1:n联系。联系。组成（组成（学号学号，班级号），班级号）（2 2） 与与n n端对应的关系模式合并端对应的关系模式合并合并后关系的属性：
25、在合并后关系的属性：在n n端关系中加入端关系中加入1 1端关系的码和联系本身的端关系的码和联系本身的属性属性合并后关系的码：不变合并后关系的码：不变例：班级例：班级-组成组成-学生学生 “ “组成组成”联系为联系为1:n1:n联系联系 将其学生关系模式合并：将其学生关系模式合并： 学生（学生（学号学号，姓名，出生日期，所在系，年级，姓名，出生日期，所在系，年级，班级号班级号，平，平 均成绩）均成绩）40 一个一个1:11:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意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。一端对应的关系模式合并。（1 1） 转换为一个独立的关
26、系模式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关系的候选码：每个实体的码均是该关系的候选码（2 2）与某一端对应的关系模式合并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：不变合并后关系的码：不变41例例: :班级班级-管理管理-教师教师 “ “管理管理”联系联系为为1:11:1联系，可以有三种转换方法：联系，可以有三种转换方法：（1 1）转换为一个独立的关系模式：
27、）转换为一个独立的关系模式： 管理（管理（职工号职工号，班级号），班级号） 或或管理（职工号，管理（职工号，班级号班级号）（2 2）“管理管理”联系与班级关系模式合并，联系与班级关系模式合并，则只需在则只需在班级关系中加入教师关系的码，即职工号：班级关系中加入教师关系的码，即职工号： 班级：（班级：（班级号班级号，学生人数，学生人数，职工号职工号）（3 3）“管理管理”联系与教师关系模式合并，联系与教师关系模式合并，则只需在则只需在教师关系中加入班级关系的码，即班级号：教师关系中加入班级关系的码，即班级号：教师：（教师：（职工号职工号，姓名，性别，职称，姓名，性别，职称，班级号班级号， 是否为
28、班主任）是否为班主任）42 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：各实体码的组合例:“讲授”联系是一个三元联系，可以将它转换为如下关系模式，其中课程号、职工号和书号为关系的组合码：讲授（课程号，职工号，书号）课程课程教师教师教科书教科书讲授讲授43 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。例，如果教师实体集内部存在领导与被领导的1:n自联系，我们可以将该联系与教师实体合并，这时主码职工号将多次出现，但作用不同，可用不同的属性名加以区分：教师：职工号，姓名，性别，职称
29、，系主任44 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。45五、数据模型的优化 1、优化的目的：（1）、实体类型个数尽可能少 。（2）、实体类型所含属性尽可能少 。（3）、实体类型间联系无冗余。 2、优化的方法：（1）、确定数据依赖。（2）、对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，消除冗余联系。 （3）、按照数据依赖的理论对关系模式逐一进行分析，考查是否存在部分函数依赖、传递函数依赖、多值依赖等，确定各关系模式分别属于第几范式。 （4）、按照需
30、求分析阶段得到的各种应用对数据处理的要求，分析对于该应用环境这些模式是否合适，以确定是否要将它们合并或分解。 （5）、对需要分解的关系模式进行必要的分解。 46六、设计用户外模式六、设计用户外模式 根据局部应用需求，结合具体根据局部应用需求，结合具体DBMS的特点，设计用户的的特点，设计用户的外模式。（外模式。（对关系数据库实质是设计视图对关系数据库实质是设计视图）3.5 3.5 数据库的物理设计数据库的物理设计 一、数据库的物理设计的目的一、数据库的物理设计的目的对已确定的逻辑数据库结构，利用DBMS所提供的方法、技术，以较优的存储结构、数据存取路径、合理的数据存放位置以及存储分配，设计出一
31、个高效的、可实现的最适合应用环境的数据库物理结构。 二、数据库的物理设计步骤二、数据库的物理设计步骤1 1、确定数据库的物理结构、确定数据库的物理结构2 2、评价该物理结构、评价该物理结构47三、确定数据库的物理结构三、确定数据库的物理结构 1 1、确定数据的存储结构、确定数据的存储结构 2 2、设计数据的存取路径、设计数据的存取路径 3 3、确定数据的存放位置、确定数据的存放位置 4 4、确定系统配置、确定系统配置 四、评价数据库的物理结构四、评价数据库的物理结构 1 1、查询和响应时间、查询和响应时间 2 2、更新事务的开销、更新事务的开销 3 3、报告生成的开销、报告生成的开销 4 4、主存储空间开销、主存储空间开销 5 5、辅助存储空间、辅助存储空间 483.6 其他设计 1、数据库的再组织设计 2、故障恢复方案设计 3、安全性考虑 4、事务控制 3.7 数据库的实施 1、用DDL建立实际的数据库结构。 2、装入实际或模拟数据，即数据库加载，建立起实际数据库。3、编制应用程序，装入实验数据试运行，对应用程序进行测试，以确认其功能和性能满足设计要求，并检查对时空等资源的占用情况。 4、数据库试运行。 3.8 数据库的运行与维护 1、数据库的转储和恢复 2、维护数据库的安全性、完整性 3、监测、分析并改善数据库的性能 4、进行数据库的重组织和重构造
