第3章-數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)ppt課件(全)

第3章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述需求分析概念、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的實(shí)施與維護(hù)本章主要內(nèi)容本章技能目標(biāo)掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的概念了解需求分析了解概念、邏輯、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了解數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)與維護(hù)3.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述3.2需求分析3.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.6數(shù)據(jù)庫的實(shí)施與維護(hù)3.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述3.1.1數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)3.1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特征3.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法3.1.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng)是密不可分的，數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。一個(gè)信息系統(tǒng)的各個(gè)部分能否緊密地結(jié)合在一起以及如何結(jié)合，關(guān)鍵在數(shù)據(jù)庫。對(duì)于一個(gè)從事數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的專業(yè)人員來說，不能只憑個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)或技巧來完成設(shè)計(jì)，而應(yīng)把軟件工程的原理和方法應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫建設(shè)中，同時(shí)還應(yīng)具備多方面的技術(shù)和知識(shí)。這些技術(shù)和知識(shí)主要有：(1)數(shù)據(jù)庫的基本知識(shí)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)。(2)計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和程序設(shè)計(jì)的方法和技巧。(3)軟件工程的原理和方法。(4)應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特征數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程不僅是一項(xiàng)龐大的工程項(xiàng)目，而且是一項(xiàng)涉及多學(xué)科的綜合性技術(shù)，同時(shí)也牽涉到與此相關(guān)的方方面面的人員，如系統(tǒng)分析員、DBA、應(yīng)用程序員等。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和其他工程設(shè)計(jì)一樣，具有如下3個(gè)特征：1.反復(fù)性2.試探性3.分階段進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)方法(DesignMethodology)是指設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫所使用的理論和步驟。目前的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)通常采用規(guī)范設(shè)計(jì)法：1.新奧爾良(NewOrleans)方法2.基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法3.基于3NF的設(shè)計(jì)方法(1)設(shè)計(jì)企業(yè)模式。(2)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的概念模式。(3)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的物理模式。(4)對(duì)物理模式進(jìn)行評(píng)價(jià)。(5)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。3.1.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程可以使用軟件工程的生存周期的概念來描述，稱為“數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的生存期”，它是指從數(shù)據(jù)庫研制到不再使用它的整個(gè)時(shí)期。按規(guī)范設(shè)計(jì)法可將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為6個(gè)階段，它們是：1.需求分析2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.數(shù)據(jù)庫實(shí)施6.數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)3.2需求分析需求分析就是分析用戶的需求。需求分析是數(shù)據(jù)庫的起點(diǎn)，需求分析的結(jié)果是否正確將直接影響到后面各個(gè)階段的設(shè)計(jì)思想以及最后結(jié)果的合理性與實(shí)用性。需求分析階段成果是系統(tǒng)說明書，此說明書主要包括數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖和必要的說明。系統(tǒng)需求說明書是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)文件。3.2.1需求分析的任務(wù)3.2.2需求分析方法3.2.3數(shù)據(jù)字典3.2.1需求分析的任務(wù)需求分析是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵地一步，其結(jié)果直接左右其后各階段的設(shè)計(jì)思想。需求分析的任務(wù)是通過詳細(xì)調(diào)查現(xiàn)實(shí)世界要處理的對(duì)象(組織、部門、企業(yè)等)，充分了解原系統(tǒng)(手工系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng))工作概況，明確用戶的各種需求，然后在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。由于技術(shù)和信息需求不斷進(jìn)步和提高，因此新系統(tǒng)的需求分析必須充分考慮到今后可能的擴(kuò)充和改變，不能僅僅按當(dāng)前的應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。在需求分析階段，從多方面對(duì)整個(gè)要處理的對(duì)象進(jìn)行調(diào)查，收集和分析各項(xiàng)應(yīng)用對(duì)信息和處理兩方面的需求。調(diào)查的重點(diǎn)是“數(shù)據(jù)”和“處理”，通過調(diào)查、收集與分析，獲得用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的如下要求：(1)信息需求(2)處理需求(3)安全性與完整性需求3.2.2需求分析方法1.基本符號(hào)數(shù)據(jù)流圖是最常用的結(jié)構(gòu)化分析工具之一，用于表達(dá)和描述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向和對(duì)數(shù)據(jù)的處理功能。數(shù)據(jù)流圖有4種基本符號(hào)，如圖所示。

3.2.2需求分析方法2.數(shù)據(jù)流圖實(shí)例某學(xué)校教務(wù)管理系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)學(xué)生選課、成績(jī)登錄等功能，需要得到其相關(guān)的數(shù)據(jù)流圖。3.2.3數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是對(duì)數(shù)據(jù)的詳細(xì)描述，是對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性列出清單，它將數(shù)據(jù)信息以特定格式記錄下來，所形成的文檔。主要包括：數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、加工、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理過程五個(gè)部分。1.數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)是數(shù)據(jù)中最小的、不可再分割的單位，一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的描述通常如下：數(shù)據(jù)項(xiàng)描述={數(shù)據(jù)項(xiàng)名、數(shù)據(jù)項(xiàng)含義說明、別名、數(shù)據(jù)類型、長(zhǎng)度、取值范圍、與其它數(shù)據(jù)項(xiàng)的關(guān)系}其中：取值范圍、與其它數(shù)據(jù)項(xiàng)的關(guān)系定義了數(shù)據(jù)的完整性約束條件，是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)功能的依據(jù)。3.2.3數(shù)據(jù)字典2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是有意義的數(shù)據(jù)的集合，它反映了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系。一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以由若干個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，也可以由若干個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，或由若干個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)混合組成。對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述通常包括：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述={數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名、含義說明、組成:{數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}}3.數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂?。它既可以是?shù)據(jù)項(xiàng)也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)流的描述通常包括：數(shù)據(jù)流描述={數(shù)據(jù)流名、說明、數(shù)據(jù)流來源、數(shù)據(jù)流去向、數(shù)據(jù)流組成：{數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}、平均流量、高峰期流量}3.2.3數(shù)據(jù)字典4.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)停留或保存的地方，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的描述通常包括：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)描述={數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名、說明、編號(hào)、流入的數(shù)據(jù)流、流出的數(shù)據(jù)流、組成：{數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}、數(shù)據(jù)量、存取方式}5.處理過程數(shù)據(jù)字典中只需要描述處理過程的說明性信息，通常包括：處理過程描述={處理過程名、說明、輸入：{數(shù)據(jù)流}，輸出：{數(shù)據(jù)流}，處理：{簡(jiǎn)要說明}}3.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1概念設(shè)計(jì)的必要性3.3.2概念模型3.3.3概念模型設(shè)計(jì)的策略和主要步驟3.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1概念設(shè)計(jì)的必要性3.3.2概念模型3.3.3概念模型設(shè)計(jì)的策略和主要步驟3.3.2概念模型概念模型有如下特點(diǎn)：(1)能真實(shí)地反映現(xiàn)實(shí)世界。(2)易于理解。(3)易于更改。(4)易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。概念模型與數(shù)據(jù)模型之間的關(guān)系3.3.3概念模型設(shè)計(jì)的策略和主要步驟1.設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的策略設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的策略有以下4種：(1)自頂向下：首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，再逐步細(xì)化。(2)自底向上：先定義每一個(gè)局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后按一定的規(guī)則將它們集成，得到全局的概念結(jié)構(gòu)。(3)逐步擴(kuò)張：首先定義核心結(jié)構(gòu)，然后向外擴(kuò)張。(4)混合策略：就是先自頂向下和自底向上結(jié)合起來，先用前一種方法確定框架，再用自底向上設(shè)計(jì)局部概念，然后再結(jié)合起來。在設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)時(shí)通常采用自底向上策略。3.3.3概念模型設(shè)計(jì)的策略和主要步驟2.采用E-R方法的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)步驟(1)設(shè)計(jì)局部E-R模型(2)設(shè)計(jì)全局E-R模型(3)全局E-R模型的優(yōu)化3.4邏輯結(jié)構(gòu)分析邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是將概念模型E-R模型轉(zhuǎn)化成特定的DBMS系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般分3步：(1)將概念結(jié)構(gòu)向一般的關(guān)系模型轉(zhuǎn)換。(2)將轉(zhuǎn)換來的關(guān)系模型向特定的RDBMS支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。(3)對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。3.4.1E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換3.4.2數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化處理3.4.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)3.4.1E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換E-R模型向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換有以下規(guī)則：1.實(shí)體的轉(zhuǎn)換一個(gè)實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。實(shí)體的屬性就是關(guān)系的屬性，實(shí)體所對(duì)應(yīng)的碼就是關(guān)系的關(guān)鍵字。2.1:1聯(lián)系的轉(zhuǎn)換一個(gè)1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與任意1端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。如果轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，則相連的每個(gè)實(shí)體的關(guān)鍵字及該聯(lián)系的屬性是該關(guān)系模式的屬性，每個(gè)實(shí)體的關(guān)鍵字是該關(guān)系模式的候選關(guān)鍵字。3.1:N聯(lián)系的轉(zhuǎn)換3.4.1E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換一個(gè)1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與n端所對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。如果轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的關(guān)鍵字及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，而關(guān)系的關(guān)鍵字為n端實(shí)體的關(guān)鍵字。4.m:n聯(lián)系的轉(zhuǎn)換一個(gè)m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各個(gè)實(shí)體的關(guān)鍵字及聯(lián)系本身的屬性轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，而該關(guān)系的關(guān)鍵字為各實(shí)體的關(guān)鍵字的組合。3.4.1E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換5.三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體間的多元聯(lián)系的轉(zhuǎn)換三個(gè)以上的實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，與該多元聯(lián)系相連的各實(shí)體的關(guān)鍵字及聯(lián)系本身的屬性轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，而該關(guān)系的關(guān)鍵字為各實(shí)體關(guān)鍵字的組合。6.具有相同碼的關(guān)系的處理具有相同碼的關(guān)系可以合并。如果兩個(gè)關(guān)系模型具有相同的主碼，可以考慮將它們合并為一個(gè)關(guān)系模式。合并的方法是將其中一個(gè)關(guān)系模式的全部屬性加入到另一個(gè)關(guān)系模式中，然后去掉其中的同義屬性，并適當(dāng)調(diào)整屬性的次序。3.4.2數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化處理一般來說，將關(guān)系模式規(guī)范化為3NF和BCNF就可以了。規(guī)范化處理的具體方法如下：(1)確定數(shù)據(jù)依賴(2)確定鍵，消除冗余的聯(lián)系(3)確定關(guān)系模式的范式級(jí)別3.4.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟如下：(1)導(dǎo)出初始的關(guān)系模式：將E-R模型按規(guī)則轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。(2)規(guī)范化處理：消除異常，改善完整性、一致性和存儲(chǔ)效率。(3)模式評(píng)價(jià)：檢查數(shù)據(jù)庫模式是否能滿足用戶的要求，它包括功能評(píng)價(jià)和性能評(píng)價(jià)。(4)優(yōu)化模式：采用增加、合并、分解關(guān)系的方法優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能。(5)形成邏輯設(shè)計(jì)說明書。3.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇合適的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取路徑，即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式。數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇合適的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取路徑，即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式。數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)通常包括兩個(gè)方面：其一，提高數(shù)據(jù)庫的性能，主要是對(duì)用戶應(yīng)用性能的滿足；其二，有效地利用存儲(chǔ)空間。3.5.1數(shù)據(jù)庫的存取方法3.5.2確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)3.5.1數(shù)據(jù)庫的存取方法數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇合適的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取路徑，即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式。數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇合適的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取路徑，即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式。數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)通常包括兩個(gè)方面：其一，提高數(shù)據(jù)庫的性能，主要是對(duì)用戶應(yīng)用性能的滿足；其二，有效地利用存儲(chǔ)空間。3.5.2確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇合適的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取路徑，即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式。數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇合適的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取路徑，即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式。數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)通常包括兩個(gè)方面：其一，提高數(shù)據(jù)庫的性能，主要是對(duì)用戶應(yīng)用性能的滿足；其二，有效地利用存儲(chǔ)空間。3.6數(shù)據(jù)庫的實(shí)施與維護(hù)3.6.1數(shù)據(jù)庫的實(shí)施數(shù)據(jù)庫的實(shí)施主要包括定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和組織數(shù)據(jù)入庫兩方面的內(nèi)容。1.定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.組織數(shù)據(jù)入庫3.6數(shù)據(jù)庫的實(shí)施與維護(hù)3.6.2數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行和維護(hù)數(shù)據(jù)庫的日常維護(hù)工作主要由DBA完