第5章 数据库设计学习要点:数据库设计的特点 :数据库设计的基本步骤51 数据库设计概述:数据库设计u对于一个给定的应用环境构造最优的数据库模 式 :数据库应用系统u使用数据库的各类系统 :信息系统u信息系统是提供信息，辅助人们对应用环境进 行控制和进行决策的系统u数据库是信息系统的核心和基础数据库设计必备的技术知识:数据库基本知识和设计技术:计算机科学基础知识、程序设计的方法和技巧:软件工程的原理和方法:应用领域的知识补充知识数据库设计的内容:硬件、软件、技术与管理的综合体u“三分技术，七分管理，十二分基础数据” :数据库设计与应用系统相结合u过去的结构化设计和逐步求精设计方法 着重于处理过程的特性，而推迟数据结构的 设计u早期的数据库设计 致力于对数据建模法，而忽视行为设计（ P204图）结构特性(数据分析)行为特性(功能分析)现实世界数据分析概念模型分析逻辑数据库设计物理数据库设计子模式设计数据库运行数据分析功能模型事务设计程序说明应用程序设计程序编码调试功能说明图5-1 结构和行为分离和并行的设计数据库设计的目标数据库设计的核心问题：是如何建立一个好 的模型。一般而言，这个好的模型应该满足若干准则 ，这些准则可以分为两类：结构准则和性能准 则。结构准则：讨论如何保持数据的特性。性能准则：主要是考虑资源合理使用、系统使 用方便和效率高的数据库。具体而言，数据库设计应该达到以下的目标 ：:1满足用户的信息需求和处理需求 。 :2准确模拟现实世界 :3具有DBMS的支持 :4具有良好的性能数据库设计的目标四、 数据库设计的基本步骤:按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开 发全过程，将数据库设计分为以下六个阶段 ：u需求分析；u概念结构设计；u逻辑结构设计；u物理结构设计；u数据库实施；u数据库运行和维护。 数据库设计的基本步骤需求收集和分析设计概念结构设计逻辑结构数据模型优化设计物理结构设计评价，性能预测物理实现试验性运行使用、维护数据库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阶段数据库运行维护阶段应用需求 (数据、处理)转换规则、 DBMS功能、 优化方法应用要求 DBMS详细特征不满意不满意需求文档 数据字典 数据流图等用E-R图描述 的概念模型某种数据模型 并优化存储安排 方法选择 存取路径建立编写模式 数据装入 数据库试运行性能检测、转储/恢复 数据库重组和重构按照规范化设计的方法过程迭代、逐步求精的设计思想需求收集和分析，结果得 到数据字典描述的数据需 求(和数据流图描述的处理 需求) 对用户需求进行综合、归 纳与抽象，形成独立于具 体DBMS的概念模型，可 用E-R图表示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)运用DBMS提供的数据语 言(如SQL)及其宿主语言( 如C)，建立数据库，编制 调试应用程序，组织数据 入库，试运行数据库应用系统经过试运 行后即可投入正式运行。 但必须不断地对其进行评 价、调整与修改:设计过程各个阶段的设计描述：数据库设计方法简述:手工试凑法u和技术人员水平和经验有关 :规范设计法u将数据库设计分阶段进行uE-R模型、关系范式理论等方法应用于设计的不 同阶段 本质上还是手工设计法，基本思想是设计过程 迭代、逐步求精 :自动数据库设计工具uDesign 2000(ORACLE), PowerDesigner(SYBASE)u数据设计和应用设计同时进行 很多计算机辅助软件工程（CASE，Computer Aided Software Engineering）工具Sybase建模工具:PowerDesigner10.0:满足企业对所有业务、数据和对象建模的需求 :建模工具集 u数据建模、UML建模和业务流程建模 :将商业需求与应用技术紧密结合，不论终端用户 的技术水平如何 :保证了所有企业所用来开发软件服务的一种语言 或多种语言、组件及应用都能够被全面支持 u对UML的全面支持u扩大了现有的Java, C+, Corba IDL, PowerBuilder和XML的编码生成u增加了对Microsoft .Net平台上的最流行语言的支 持数据库设计工具数据库设计 阶段:数据库的设计必须与数据处理的设计在每一各设计步 骤中紧密结合，相互参照，相互补充设计阶 段设计描述 数据处理 需求分析数据字典、数据项、数据流、 数据存储的描述数据流图和判定树、数据字典 中处理过程的描述 概念结构设计概念模型(E-R图)、数据字典系统说明书 (系统要求、方案 、概图、数据流图) 逻辑结 构设计某种数据模型(如关系)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、维护设计过程中形成的数据库各级模式概念 模式逻辑 模式内模式应用要求应用要求应用要求应用要求外模式外模式外模式外模式综合转换映象映象应用1应用2应用3应用4应用1应用2应用3应用4需求分析 阶段概念设计 阶段逻辑设计 阶段逻辑设计 阶段物理设计 阶段:6.2.1 规划 :6.2.2 需求调查 :6.2.3 需求分析 :6.2.4 需求报告6.2 需求分析总体需求处理需求DBMS特征硬件和 OS特征输入：数据库设计步骤：工作：规规 划划需求分析需求分析概念设计概念设计逻辑设计逻辑设计物理设计物理设计系统可行性研究,专家论证；编 写可行性分析报告，领导审批收集用户需求；编写需求分析报告 （数据流图DFD和数据字典DD）设计概念模型（ER模型）把ER模型转换成关系模型设计DB物理结构（存储结构和存储方法）输出：完整的DB结构,应用程序的设计准则。 运行和维护运行和维护59页l建立数据库的必要性及可行性分析，l确定数据库系统在组织中和信息系统中的地位，l确定各个数据库之间的联系。返回6.2.1 规划阶段1、规划阶段的主要任务实例：图书馆图书管理系统需求分析图书管理系统需求分析内容包括：信息范围、信息来源、人力资源、设备 资源、软件及支持工具资源、开发成本估算、开 发进度计划、现行系统向新系统过渡计划等。返回6.2.1 规划阶段2、规划阶段的工作规划工作完成后应写出详尽的l可行性分析报告 l数据库系统规划纲要6.2.2 需求调查（第1步）:需求分析的任务：调查、收集、记录用户 对数据库的要求u信息要求需存储的数据u处理要求要完成的功能、响应时间、处理方式等u安全性与完整性要求用户管理、数据管理、数据一致性等1、调查用户需求的步骤:调查组织机构情况:调查各部门的业务活动情况:熟悉业务活动，明确新系统的各种要求:确定新系统的边界(需计算机化的部分):企业限制调查用户需求的方法:跟班作业 :开调查会 :请专人介绍 :询问 :填写调查表 :查阅原系统的工作记录:需求分析的内容：分析用户对数据库的要求u信息要求分析 需存储的数据u处理要求分析 要完成的功能、响应时间、处理方式等u安全性与完整性要求分析 用户管理、数据管理、数据一致性等6.2.3 需求分析（第2步）1、需求的内容2、需求分析的步骤（1）分析用户活动，产生用户活动图。 （2）确定系统范围，产生系统范围图。 （3）分析用户活动所涉及的数据，产生数据流图。 （4）分析系统数据，产生数据字典。 : 需求分析阶段的活动主要由以下的四个步 骤组成。:结构化分析(SA)方法u自顶向下、逐层分解u形成需求文档、数据字典(DD)及多层数据 流图(DFD)数据来源数据存储数据输出处理某一层次的抽象图3、 需求分析方法4、数据流图（1）数据流图（Data Flow Diagram， DFD）是描述系统的重要工具，它力图从数据 传递和处理的角度以图形的方式表示数据处理 系统的工作状况，较好地抓住问题的本质，具 有直观、容易理解的优点，便于一组人同时进 行审查。 （2）绘制数据流程图的符号数据源点或终点：指本系统之外的人或单位， 他们与本系统有信息传递关系。数据存储文件：指通过数据文件、文件夹或 账本等存储数据。数据处理：数据处理对进入的数据流进行特定 的加工的过程，处理后将产生新的数据流 处理标识 处理名称数据流：表示流动着的数据，它可以是一项 数据，也可以是一组数据。数据流名称（3）数据流图分解为了很好地表达数据处理过程的数据加工情 况，需要采用层次结构的数据流图。 顶层图：将整个系统作为一 个数据加工项，着重描述系 统与外部实体的联系。明确 系统的边界。 第0层图：对顶层图中的数据加 工进行分解，形成系统较详细 的数据流程图第一层图：对顶层图中的数据 加工进一步分解，形成系统更 详细的数据流程图。5、 需求分析的过程调查组织 机构总体 情况明确 用户需求熟悉 业务活动概念 设计确定 系统边界DFDDD用户设计员6.2.5 图书管理系统需求分析1、需求调查:组织机构采 编 组书库阅 览 室工 具 书 室馆 长目 录 厅借 阅 室:图书管理员要为每个学生建立学生借阅账户，并给学生 发放不同类别的借阅卡，账户内存储学生的个人基本信息和 借阅记录信息。 :持有借阅卡的学生可以通过管理员（作为学生的代理人 与系统交互）借阅、归还图书，不同类别的学生可借阅图书 的范围、数量和期限不同。 :学生可通过互联网或图书馆内查询终端查询图书信息和 个人借阅情况，以及进行续借图书（系统审核符合续借条件 ）。1 1、业务流程、业务流程: 借阅图书时，先输入学生的借阅卡号，系统验证借阅卡的有效性和学生是否可继续借阅图书，无效则提 示其原因，有效则显示学生的基本信息（包括照片） ，供管理员人工核对。然后输入要借阅的书号，系统 查阅图书信息数据库，显示图书的基本信息，供管理 员人工核对。最后提交借阅请求，若被系统接受则存 储借阅纪录，并修改可借阅图书的数量。 归还图书时，输入学生借阅卡号和图书号 ，系统验证是否有此借阅纪录以及是否超期借 阅，无则提示，有则显示学生和图书的基本信 息供管理员人工审核。如果有超期借阅或丢失 情况，先转入过期罚款或图书丢失处理。然后 提交还书请求，系统接受后删除借阅纪录，修 改可借阅图书的数量。 图书管理员定期或不定期对图书信息进行 入库、修改、删除等图书信息管理以及注销（ 不外借），包括图书类别和出版社管理。3、数据流图:根据之前的描述，建立了图书管理系统的顶层数据流程图 。顶层数据流图第0层数据流图然而，顶层数据流图毕竟太抽象了， 从这张图上对图书管理系统所能了解到的信 息非常有限。下面再对它一步一步地分解， 把基本模型细化，描述系统的主要功能。分 解时要注意下层数据流必须与上层数据流图 保持一致。下一层的数据流图必须有上图的 所有输入/输出数据流和外部实体。 把顶层数据流图分解后得到如图5-5所示 的图书管理系统第0层图。 第0层数据流图第1层数据流图接下来应该对功能级数据流图中描绘的系 统主要功能进一步细化。（1）图书管理P1.1 图书类别 管理P1.2 图书信息 管理P1.3 出版社 管理E1 图书管理员图书新类别D4出版社信息出版社信息出版社信息D5图书类别表 D2图书信息表图书信息图书信息类别信息出版社信息类别信息E1 图书管理员图书信息图书情况E2 学生图书信息图书查询条件第1层数据流图。（2）学生管理第1层数据流图 （3）借阅管理4、数据字典。 所谓数据字典就是对数据流程图中的各个数据元素 做更进一步的详细说明。数据流程图配以数据字典，就 可以从图形和文字两个方面对系统的逻辑模型作进一步 完整地描述。数据字典的内容如下：数据项数据流数据存储处理过程4、 数据字典（1）数据项。数据项是不可再分的数据单位。 对数据项的描述通常包括以下内容： 数据项名称：借书证号