数据库设计综合案例(数据库原理与应用)课件.ppt
概念结构设计,数据库设计综合案例,以一个学校管理系统的开发过程，说明数据库设计的基本方法和步骤,需求分析,设计局部视图,集成视图,逻辑结构设计,设计逻辑结构,优化逻辑模型,物理设计,实施,运行和维护,需求分析,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,需求分析,重点调查、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),需求分析,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用户需求发生变化,需求分析,方法调查清楚用户的实际需求并进行初步分析调查组织机构情况（部门的组成情况，各部门的职责等）调查各部门的业务活动情况各个部门输入和使用什么数据如何加工处理这些数据输出什么信息输出到什么部门输出结果的格式是什么在熟悉业务活动的基础上，协助用户明确对新系统的各种要求对前面调查的结果进行初步分析，确定新系统的边界与用户达成共识进一步分析与表达这些需求,进一步分析和表达用户需求,常用方法自顶向下的结构化分析方法（Structured Analysis，简称SA方法）SA方法从最上层的系统组织机构入手，采用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,数据流,数据流,处理,数据存储,数据来源,数据输出,进一步分析和表达用户需求,分解处理功能和数据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,一个学校管理系统的需求分析,经过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,一个学校管理系统的需求分析,进一步细化各个子系统例如，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。通过详细的信息流程分析和数据收集后，他们生成了该子系统的数据流图,需求分析,数据字典用途：数据字典是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结果内容数据项：不可再分的数据单位数据结构：可以由若干个数据项组成，也可以由若干个数据结构组成，或由若干个数据项和数据结构混合组成，反映了数据之间的组合关系数据流：数据结构在系统内传输的路径数据存储：数据结构停留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一处理过程：具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息,学生学籍管理子系统的数据字典,数据项（以“学号”为例）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：前两位标别该学生所在年级，后六位按顺序编号与其他数据项的逻辑关系：,取值范围、与其他数据项的逻辑关系定义了数据的完整性约束条件,学生学籍管理子系统的数据字典,数据结构（以“学生”为例）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,学生学籍管理子系统的数据字典,数据流“体检结果”可描述如下：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：,学生学籍管理子系统的数据字典,数据存储“学生登记表”可描述如下：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,学生学籍管理子系统的数据字典,处理过程“分配宿舍”可描述如下：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：在新生报到后，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,概念结构设计,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常用策略自顶向下地进行需求分析自底向上地设计概念结构,概念结构设计,步骤第1步：抽象数据并设计局部视图第2步：集成局部视图，得到全局概念结构,数据抽象,用途：对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织（聚集），形成：实体实体的属性，标识实体的码确定实体之间的联系类型(1:1，1:n，m:n),三种常用抽象,分类（Classification）定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型这些对象具有某些共同的特性和行为它抽象了对象值和型之间的“is member of”的语义在E-R模型中，实体型就是这种抽象,三种常用抽象,聚集（Aggregation）定义某一类型的组成成分它抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义在E-R模型中若干属性的聚集组成了实体型，就是这种抽象,三种常用抽象,概括（Generalization）定义类型之间的一种子集联系它抽象了类型之间的“is subset of”的语义概括有一个很重要的性质：继承性。子类继承超类上定义的所有抽象,局部视图设计,选择局部应用在多层的数据流图中选择一个适当层次的数据流图，让这组图中每一部分对应一个局部应用，然后以这一层次的数据流图为出发点，设计分E-R图将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取出来，参照数据流图，标定各局部应用中的实体、实体的属性、标识实体的码，确定实体之间的联系及其类型（1:1，1:n，m:n）,学籍管理局部应用的分ER图,主要涉及的实体包括学生、宿舍、档案材料、班级、班主任、教室实体之间的联系：由于一个宿舍可以住多个学生，而一个学生只能住在某一个宿舍中，因此宿舍与学生之间是1:n的联系。由于一个班级往往有若干名学生，而一个学生只能属于一个班级，因此班级与学生之间也是1:n的联系由于班主任同时还要教课，因此班主任与学生之间存在指导联系，一个班主任要教多名学生，而一个学生只对应一个班主任，因此班主任与学生之间也是1:n的联系。而学生和他自己的档案材料之间，班级与班主任之间都是1:1的联系,学籍管理局部应用的分ER图,学籍管理局部应用的分ER图,调整ER图在一般情况下，性别通常作为学生实体的属性，但在学籍管理的局部应用中，由于宿舍分配与学生性别有关，应该把性别作为实体对待数据存储“学生登记表”，由于是手工填写，供存档使用，其中有用的部分已转入学生档案材料中，因此这里就不必作为实体了,学籍管理局部应用的分ER图,课程管理局部应用的分ER图,视图集成,一般采用逐步积累的方式首先集成两个局部视图（通常是比较关键的两个局部视图）以后每次将一个新的局部视图集成进来,合并分E-R图，生成初步E-R图,关键：合理消除各分E-R图的冲突冲突种类属性冲突：属性域冲突、属性取值单位冲突命名冲突：同名异义、异名同义结构冲突同一对象在不同应用中具有不同的抽象同一实体在不同局部视图中所包含的属性不完全相同，或者属性的排列次序不完全相同实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型,学生管理系统的初步E-R图,班主任实际上也属于教师，也就是说学籍管理中的班主任实体与课程管理中的教师实体在一定程度上属于异名同义可以将学籍管理中的班主任实体与课程管理中的教师实体统一称为教师教师：职工号，姓名，性别，职称，是否为优秀班主任,学生管理系统的初步E-R图,将班主任改为教师后，教师与学生之间的联系在两个局部视图中呈现两种不同的类型学籍管理中教师与学生之间的指导联系课程管理中教师与学生之间的教学联系由于指导联系实际上可以包含在教学联系之中，因此可以将这两种联系综合为教学联系,学生管理系统的初步E-R图,性别在两个局部应用中具有不同的抽象在学籍管理中为实体在课程管理中为属性在合并后的E-R图中性别只能作为实体，否则它无法与宿舍实体发生联系,学生管理系统的初步E-R图,在两个局部E-R图中，学生实体属性组成及次序都存在差异，应将所有属性综合，并重新调整次序,学生管理系统的初步E-R图,修改与重构，生成基本ER图,基本任务：消除不必要的冗余冗余的数据是指可由基本数据导出的数据冗余的联系是指可由其他联系导出的联系冗余数据和冗余联系容易破坏数据库的完整性，给数据库维护增加困难并不是所有的冗余数据与冗余联系都必须加以消除，有时为了提高某些应用的效率，不得不以冗余信息作为代价,消除冗余的方法,以数据字典和数据流图为依据，根据数据字典中关于数据项之间逻辑关系的说明来消除冗余如果是为了提高效率，人为地保留了一些冗余数据，则应把数据字典中数据关联的说明作为完整性约束条件一种更好的方法是把冗余数据定义在视图中,学生管理系统的基本E-R图,学生实体中的年龄属性可以由出生日期推算出来，属于冗余数据，应该去掉可以节省存储空间当某个学生的出生日期有误，进行修改后，无须相应修改年龄，减少了产生数据不一致的机会,学生管理系统的基本E-R图,教室实体与班级实体的上课联系可以由教室与课程之间的开设联系、课程与学生之间的选修联系、学生与班级之间的组成联系三者推导出来，因此属于冗余联系，可以消去,学生管理系统的基本E-R图,学生实体中的平均成绩可以从选修联系中的成绩属性中推算出来由于应用中需要经常查询某个学生的平均成绩，每次都进行这种计算效率就会太低，因此为提高效率，保留该冗余数据但需要定义一个触发器来保证学生的平均成绩等于该学生各科成绩的平均值。任何一科成绩修改后，或该学生学了新的科目并有成绩后，就触发该触发器去修改该学生的平均成绩属性值,
