第六章 数据库设计
6.1 数据库设计概述
数据库设计是研制数据库及其应用系统的技术,是数据
库在应用领域中主要的研究课题。
6.1.1 数据库和信息系统
一,数据库和信息系统的关系
二, 数据库设计人员应具备的知识
1、数据库的基本知识和数据库设计技术；
2、计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧；
3、软件工程的原理和方法；
4、应用领域的知识。
6.1.2 数据库设计的特点
一、特点之一：数据库建设是硬件、软件和干件的结合。
二、特点之二：数据库设计和应用系统设计相结合。
现实世界
数据分析
概念模型设计
逻辑数据库设计
物理数据库设计
子模式设计
建立数据
功能分析
功能说明功能模型
事务设计
程序说明
应用程序设计
程序编码调试
图 6.1 结构和行为分离的设计
6.1.3 数据库设计方法简述
一, 规范设计法中比较著名的有新奥尔良 (New Orleans)
方法
1.需求分析
2.概念设计 新奥尔良方法设计数据库的四个阶段
3.逻辑设计
4.物理设计
二, 基于 E-R模型的数据库设计法及其它
6.1.4 数据库设计步骤
1.需求分析
2.概念结构设计
3.逻辑结构设计
4.数据库物理设计
5.数据库实施
6.数据库运行和维护
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
评价设计,性能预测
物理实现
试验性运行
使用、维护数据库
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
需求分析阶段
数据库运行、维护阶段
不满意
不满意
数据库
实施阶段
物理设计阶段
逻辑设计阶段
概念设计阶段
图 6-2 数据库设计步骤
注意时间
6.2.2 需求分析的方法
一, 调查用户需求的具体步骤
1,调查组织机构情况 ;
2,调查各部门的业务活动情况 ;
3,协助用户明确对新系统的各种要求 ;
4,确定新系统的边界,
二, 常用的调查方法
1,跟班作业 ;
2,开调查会 ;
3,请专人介绍 ;
4,询问 ;
5,设计调查表请用户填写 ;
6,查阅记录,
6.2 需 求 分 析
6.2.1 需求分析的任务
.
需求分析
调查组
织机构总
体情况
熟悉业
务活动
明确
用户需求
确定系
统边界
用户 数据库
设计人员
….
DD
DD
DFD
概念
设计
图 6.6 需求分析过程
6.2.3 数据字典
一,数据字典的五部分,
1、数据项；
2、数据结构；
3、数据流；
4、数据存储；
5、处理过程。
二、需要特别注意的
1、设计人员应充分考虑到可能的扩充和可改变 ;
2、必须强调用户的参与。
6.3 概念结构设计
6.3.1 概念结构
概念结构的主要特点,
1,能真实、充分地反映现实世界。
2,易于理解 ;
3,易于更改 ;
4,易于向关系、
6.3.2 概念设计的方法与步骤
一, 概念设计的方法
1,自顶向下
2,自底向上
4,逐步扩张
4,混合策略
二,概念设计的步骤
6.3.3 数据抽象与局部视图设计
一, 三种抽象
1,分类 (Classification)
2,聚类 (Aggregation)
学 生
张英 王平 刘勇 …… 赵亮
“is member of”
3,概括 (Generalization)
学 生
学号 姓名 专业 班级
“is part of,
实体型
属性
学 生
本科生 研究生
“is subset of,
二, 具体做法
1,选择局部应用
2,逐一设计分 E-R图
职 工
职工号 职工号 职工号 职工号
职工 聘 任 职称
职工号 姓名 年龄 职工代码 工资 住房标准 附加福利
图 6.15 职称做为一个实体
三, 实例
销售管理子系统分 E-R图的设计
顾 客 支付
参照 1 参照 2
组成
订货
折扣规则 产品描述顾 客
订 单
应收帐1
1
1
1
n
n
n
n
n
1
图 6.24 销售管理子系统的分 E-R图
6.3.4 视图的集成
视图集成的两种方式,
* 多个分 E-R图一次集成,(a)
*逐步集成,用累加的方式一次集成两个分 E-R图, (b)
(E-R)1 (E-R)2 (E-R)n…
…
基本 E-R
初步 E-R
(E-R)3(E-R)12
(E-R)2(E-R)1
初步 E-R
基本 E-R
…
(a) (b)
图 6.25 视图集成的两种方式
一,合并分 E-R图，生成初步 E-R图
合理消除各分 E-R图的冲突是合并分 E-R图的主要工作
与关键所在。各分 E-R图之间主要有三类冲突。
1、属性冲突
(1) 属性域冲突
(2) 属性取值单位冲突
2、命名冲突
(1) 同名异义
(2) 异名同义
3、结构冲突
(1) 同一对象在不同应用中具有不同定抽象
(2) 同一实体在不同分 E-R图中所包含的属性个数和属性
排列次序不完全相同,
二、消除不必要的冗余，设计基本 E-R图
(一 ),采用分析方法消除冗余
(二 ),用规范化理论消除冗余
1,确定分 E-R图实体之间的数据依赖,
2,求 FL的最小覆盖 GL,差集为,
D=FL-GL
(三 ),实例, 某工厂管理信息系统的视图集成
6.4 逻辑设计
概念结构
基本 E-R图
一般数据模型
关系、网状、层次
特定的 DBMS
支持下的数据
模型
优化的
数据模型
转换规则 DBMS的特点和限制 优化方法
6.4.1 E-R图向关系模型的转换
转换一般遵循如下原则,
1、一个实体型转换为一个关系模式,
2、一个 1:1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。
3、一个 1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与 n
端对应的关系模式合并。
4、一个 m:n联系可以转换为一个关系模式。
5、三个或三个以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关
系模式。
6、具有相同码的关系模式可合并。
6.4.2 数据模型的优化
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
冗余的联系。
3、按照数据依赖的理论对关系模式逐一进行分析，确定各关
系模式分别属于第几范式。
4、按照需求分析阶段得到的处理要求，分析这些模式对于这
样的应用环境是否合适。
5、对关系模式进行必要的分解，提高数据操作的效率和存储
空间的利用率。
6.1 数据库设计概述
数据库设计是研制数据库及其应用系统的技术,是数据
库在应用领域中主要的研究课题。
6.1.1 数据库和信息系统
一,数据库和信息系统的关系
二, 数据库设计人员应具备的知识
1、数据库的基本知识和数据库设计技术；
2、计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧；
3、软件工程的原理和方法；
4、应用领域的知识。
6.1.2 数据库设计的特点
一、特点之一：数据库建设是硬件、软件和干件的结合。
二、特点之二：数据库设计和应用系统设计相结合。
现实世界
数据分析
概念模型设计
逻辑数据库设计
物理数据库设计
子模式设计
建立数据
功能分析
功能说明功能模型
事务设计
程序说明
应用程序设计
程序编码调试
图 6.1 结构和行为分离的设计
6.1.3 数据库设计方法简述
一, 规范设计法中比较著名的有新奥尔良 (New Orleans)
方法
1.需求分析
2.概念设计 新奥尔良方法设计数据库的四个阶段
3.逻辑设计
4.物理设计
二, 基于 E-R模型的数据库设计法及其它
6.1.4 数据库设计步骤
1.需求分析
2.概念结构设计
3.逻辑结构设计
4.数据库物理设计
5.数据库实施
6.数据库运行和维护
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
评价设计,性能预测
物理实现
试验性运行
使用、维护数据库
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
需求分析阶段
数据库运行、维护阶段
不满意
不满意
数据库
实施阶段
物理设计阶段
逻辑设计阶段
概念设计阶段
图 6-2 数据库设计步骤
注意时间
6.2.2 需求分析的方法
一, 调查用户需求的具体步骤
1,调查组织机构情况 ;
2,调查各部门的业务活动情况 ;
3,协助用户明确对新系统的各种要求 ;
4,确定新系统的边界,
二, 常用的调查方法
1,跟班作业 ;
2,开调查会 ;
3,请专人介绍 ;
4,询问 ;
5,设计调查表请用户填写 ;
6,查阅记录,
6.2 需 求 分 析
6.2.1 需求分析的任务
.
需求分析
调查组
织机构总
体情况
熟悉业
务活动
明确
用户需求
确定系
统边界
用户 数据库
设计人员
….
DD
DD
DFD
概念
设计
图 6.6 需求分析过程
6.2.3 数据字典
一,数据字典的五部分,
1、数据项；
2、数据结构；
3、数据流；
4、数据存储；
5、处理过程。
二、需要特别注意的
1、设计人员应充分考虑到可能的扩充和可改变 ;
2、必须强调用户的参与。
6.3 概念结构设计
6.3.1 概念结构
概念结构的主要特点,
1,能真实、充分地反映现实世界。
2,易于理解 ;
3,易于更改 ;
4,易于向关系、
6.3.2 概念设计的方法与步骤
一, 概念设计的方法
1,自顶向下
2,自底向上
4,逐步扩张
4,混合策略
二,概念设计的步骤
6.3.3 数据抽象与局部视图设计
一, 三种抽象
1,分类 (Classification)
2,聚类 (Aggregation)
学 生
张英 王平 刘勇 …… 赵亮
“is member of”
3,概括 (Generalization)
学 生
学号 姓名 专业 班级
“is part of,
实体型
属性
学 生
本科生 研究生
“is subset of,
二, 具体做法
1,选择局部应用
2,逐一设计分 E-R图
职 工
职工号 职工号 职工号 职工号
职工 聘 任 职称
职工号 姓名 年龄 职工代码 工资 住房标准 附加福利
图 6.15 职称做为一个实体
三, 实例
销售管理子系统分 E-R图的设计
顾 客 支付
参照 1 参照 2
组成
订货
折扣规则 产品描述顾 客
订 单
应收帐1
1
1
1
n
n
n
n
n
1
图 6.24 销售管理子系统的分 E-R图
6.3.4 视图的集成
视图集成的两种方式,
* 多个分 E-R图一次集成,(a)
*逐步集成,用累加的方式一次集成两个分 E-R图, (b)
(E-R)1 (E-R)2 (E-R)n…
…
基本 E-R
初步 E-R
(E-R)3(E-R)12
(E-R)2(E-R)1
初步 E-R
基本 E-R
…
(a) (b)
图 6.25 视图集成的两种方式
一,合并分 E-R图，生成初步 E-R图
合理消除各分 E-R图的冲突是合并分 E-R图的主要工作
与关键所在。各分 E-R图之间主要有三类冲突。
1、属性冲突
(1) 属性域冲突
(2) 属性取值单位冲突
2、命名冲突
(1) 同名异义
(2) 异名同义
3、结构冲突
(1) 同一对象在不同应用中具有不同定抽象
(2) 同一实体在不同分 E-R图中所包含的属性个数和属性
排列次序不完全相同,
二、消除不必要的冗余，设计基本 E-R图
(一 ),采用分析方法消除冗余
(二 ),用规范化理论消除冗余
1,确定分 E-R图实体之间的数据依赖,
2,求 FL的最小覆盖 GL,差集为,
D=FL-GL
(三 ),实例, 某工厂管理信息系统的视图集成
6.4 逻辑设计
概念结构
基本 E-R图
一般数据模型
关系、网状、层次
特定的 DBMS
支持下的数据
模型
优化的
数据模型
转换规则 DBMS的特点和限制 优化方法
6.4.1 E-R图向关系模型的转换
转换一般遵循如下原则,
1、一个实体型转换为一个关系模式,
2、一个 1:1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。
3、一个 1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与 n
端对应的关系模式合并。
4、一个 m:n联系可以转换为一个关系模式。
5、三个或三个以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关
系模式。
6、具有相同码的关系模式可合并。
6.4.2 数据模型的优化
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
冗余的联系。
3、按照数据依赖的理论对关系模式逐一进行分析，确定各关
系模式分别属于第几范式。
4、按照需求分析阶段得到的处理要求，分析这些模式对于这
样的应用环境是否合适。
5、对关系模式进行必要的分解，提高数据操作的效率和存储
空间的利用率。
