數(shù)據(jù)庫課件5章

1、 第五章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 數(shù)據(jù)庫設(shè)計: 數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造（設(shè)計）最優(yōu)的數(shù)據(jù)模型，然后據(jù)此建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求。 DB設(shè)計的內(nèi)容:(1)結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(2)行為特性設(shè)計DB設(shè)計的目標:滿足要求與模擬精確程度 良好的數(shù)據(jù)庫性能5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述DB設(shè)計的步驟:需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計數(shù)據(jù)庫實施數(shù)據(jù)庫運行和維護需求收集和分析設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型優(yōu)化設(shè)計物理結(jié)構(gòu)評價設(shè)計、性能預測物理實現(xiàn)、試運行使用維護、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫規(guī)劃系統(tǒng)定義定義系統(tǒng)任務(wù)和目標確定應(yīng)用范圍和系統(tǒng)邊界 5

2、.2 數(shù)據(jù)庫規(guī)劃 數(shù)據(jù)庫規(guī)劃階段的主要工作是清楚地定義數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的任務(wù)及其任務(wù)目標。 可通過與用戶單位主管、各部門領(lǐng)導、開發(fā)人員、員工等交談，了解他們的日常工作，所要處理的數(shù)據(jù)，使用的報表，提供的服務(wù)等，以確定數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的任務(wù)與目標。 5.3 系統(tǒng)定義 系統(tǒng)定義的目的是確定數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的范圍、邊界以及它的主要用戶的視圖。 應(yīng)該和用戶交流以澄清和擴展上一階段所獲得的數(shù)據(jù)。也可以檢查原有的案例文檔，來定義數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的系統(tǒng)邊界，并對收集到的數(shù)據(jù)進行分析，以便定義數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的主要用戶視圖。 5.4 需求分析一、需求分析的任務(wù) 收集與分析用戶的信息及應(yīng)用處理的要求，并將結(jié)果按照一定的格式形成需求說明書。

3、二、需求分析的方法 1. 需求信息的收集 （1）了解組織的機構(gòu)設(shè)置 （2）主要業(yè)務(wù)活動和職能 （3）了解系統(tǒng)的各種外部要求2. 常用的調(diào)查方法 檢查文檔、跟班作業(yè)、面談、問卷調(diào)查等。概念設(shè)計調(diào)查組織機構(gòu)情況調(diào)查各部門業(yè)務(wù)活動情況明確用戶的需求DFDDD用戶、分析員、設(shè)計員 5.4 需求分析3. 需求信息的分析整理 用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述。 三、數(shù)據(jù)流圖(DFDData Flow Diagram) DFD用來表示收集到的各業(yè)務(wù)流程中涉及到的數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系。 數(shù)據(jù)流圖的基本成分：表示同類數(shù)據(jù)的集中存放處，通常指數(shù)據(jù)文件表示對數(shù)據(jù)的處理表示不同處理過程之間傳遞的數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)的發(fā)送者和接收者

4、5.4 需求分析數(shù)據(jù)流圖（例）1.1注冊1.2選課1.3分配專業(yè)要求學習情況入校學生通知單畢業(yè)學生派遣單1學習入校學生通知單畢業(yè)學生派遣單 課表 成績表5.4 需求分析四、數(shù)據(jù)字典（DDData Dictionary) 數(shù)據(jù)字典是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的描述信息的集合。1.數(shù)據(jù)字典在DBMS中的作用 （1）滿足DBMS快速查詢有關(guān)對象的要求。 （2）供數(shù)據(jù)庫管理員掌握整個系統(tǒng)運行的情況。2.DBMS數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容 （1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所有對象及其屬性的描述信息。 （2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對象之間關(guān)系的描述信息。 （3）數(shù)據(jù)安全性、完整性約束條件、數(shù)據(jù)庫日志等。 （4）記錄數(shù)據(jù)字典變化的歷史。 5.4 需求分析3數(shù)

5、據(jù)字典與DBMS的關(guān)系（1） 結(jié)合式數(shù)據(jù)字典 DBMS和數(shù)據(jù)字典軟件包融合在一起。（2） 獨立式數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)字典軟件包不依附DBMS獨立存在。4數(shù)據(jù)字典的訪問 （1） 與人的接口 通過DBMS提供的數(shù)據(jù)字典訪問工具實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問。（2） 與軟件的接口 通過DBMS的應(yīng)用程序接口（API）實現(xiàn)對數(shù)據(jù)字典信息的訪問和處理。 5.4 需求分析3.數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典 包括：數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲處理過程 5.4 需求分析例：下圖給出了某機器制造廠的零配件采購子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。該子系統(tǒng)要處理的工作是生產(chǎn)部門提出的生產(chǎn)計劃根據(jù)零配件當前價格計算成本送主管部門審批，對已批準生產(chǎn)計劃制定

6、采購計劃，準備好訂貨單給供應(yīng)商。 零配件采購子系統(tǒng)DFD核對預算確定采購計劃編制訂貨單供應(yīng)商零配件采購記錄生產(chǎn)計劃批準/不批準批準/不批準核對預算產(chǎn)品預算零件價格零件庫存量報價單供應(yīng)商報價采購計劃訂單細節(jié)訂貨單 5.4 需求分析數(shù)據(jù)項描述數(shù)據(jù)項名，數(shù)據(jù)項含義說明，別名，數(shù)據(jù)類型，長度， 取值范圍，取值含義，與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系例：數(shù)據(jù)項名：訂貨單號 類型： CHAR 長度： 8 別名： 采購單號 取值范圍：10000000-99999999 5.4 需求分析 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是若干數(shù)據(jù)項有意義的集合。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)項或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：采購細節(jié) 說明：作為采購計劃的

7、組成部分，說明對某個產(chǎn)品要 采購哪些零件，哪種零件采購多少數(shù)量。 組成：零件號、零件名、數(shù)量 5.4 需求分析 數(shù)據(jù)流表示加工處理過程的輸入或輸出數(shù)據(jù)。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，組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，平均流量，高峰期流量例：數(shù)據(jù)流名：采購計劃 說明：由各產(chǎn)品所需零件數(shù)，選定的供應(yīng)商，審核情 況組成采購零配件計劃。 來源：確定采購計劃 去向：編制訂貨單 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：-采購細節(jié) -采購審核 5.4 需求分析 數(shù)據(jù)存儲是處理過程中要存取的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲描述數(shù)據(jù)存儲名，說明，編號，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，存取方式例：數(shù)據(jù)存儲名：產(chǎn)品 說明：對每種產(chǎn)品的品名、

8、規(guī)格的描述，并對每種產(chǎn) 品做成本預算。在核對生產(chǎn)計劃書的成本時用。 輸出數(shù)據(jù)流：預算 組成：產(chǎn)品號、產(chǎn)品名、預算 數(shù)據(jù)量：每月3040件 存取方式：隨機存取 5.4 需求分析 處理過程是對加工處理過程的描述。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:簡要說明例：處理過程：確定采購計劃 說明：對要采購的每一零件，根據(jù)零件庫存量確定采購數(shù)量， 再根據(jù)每位供應(yīng)商的報價選擇適當?shù)墓?yīng)商，制定采購 計劃。 輸入：供應(yīng)商報價、零件庫存、已批準生產(chǎn)計劃 輸出：采購計劃 簡要說明:（1）對應(yīng)采購的每種零件查找供應(yīng)商報價表，選 擇報價最低的供應(yīng)商號。 （2）將此供應(yīng)商號填入應(yīng)采購零件表的相

9、應(yīng)列中。5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計1、概念結(jié)構(gòu)概念模型主要特點： (1)能反映現(xiàn)實、 滿足處理要求 (2)易于理解 (3)易于更改 (4)易于數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換概念結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)： 將用戶需求抽象為概念模型 (E-R圖)。 2、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法自頂向下自底向上逐步擴張混合策略步驟：1)數(shù)據(jù)抽象、局部視圖設(shè)計2)視圖集成需求分析DFD、DD局部E-R圖基本E-R圖邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計自底向上方法步驟：一. 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計 根據(jù)需求分析的結(jié)果（數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典等）對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)進行抽象，設(shè)計各個局部視圖，即分E-R圖。1. 選擇局部應(yīng)用 可利用機構(gòu)職能關(guān)系進行局部處理。2. 逐一設(shè)計分

10、E-R圖 設(shè)計時注意： （1）實體與屬性的劃分原則 屬性應(yīng)是系統(tǒng)中最小的信息單位，不再具有描述性質(zhì)。 屬性不能與其他實體有聯(lián)系。 5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計例：有職工、部門及其相關(guān)信息。eno職工E部門DE-Dagenamednodname部門Ddnoaddr.職工Eeno部門.5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計病人住院號姓名病房號病人住院號姓名住在1n醫(yī)療病房號病房醫(yī)生級別床位數(shù)編號姓名1m職稱5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）數(shù)據(jù)抽象兩種抽象：人體頭足手身聚集工人人農(nóng)民學生干部概括聚集定義了某一類型的組成成分。它抽象了對象內(nèi)部類型和成分之間的“is part of”的語義。 概括(繼承)定義類型之間的一種子集聯(lián)系。它

11、抽象了類型之間的“is subset of”的語義。5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）屬性單值屬性：用橢圓表示。多值屬性：用雙橢圓表示。派生屬性：用虛橢圓表示。 復合屬性：包含其它屬性的屬性。 （4）基數(shù) 在相互聯(lián)系的實體中，實體出現(xiàn)一次而可能引起的另一個實體出現(xiàn)的最小和最大次數(shù)稱為前一個實體的基數(shù)。例5.3、5.4（5）弱實體 必須以另一個實體或多個實體的存在為前提的實體。用雙線矩形框表示。 5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計二. 視圖集成（全局視圖設(shè)計）1. 合并分E-R圖，生成初步E-R圖 合并的過程實際上是一個發(fā)現(xiàn)沖突和解決沖突的過程。 沖突主要有： （1）屬性沖突 屬性值類型、取值范圍等發(fā)生沖突。 （2）

12、命名沖突 同名異義、異名同義 （3）結(jié)構(gòu)沖突 同一對象在不同視圖中有不同抽象。 同一實體在不同視圖中屬性組成不同。 相同實體間聯(lián)系在不同視圖中呈現(xiàn)不同類型。5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計2. 消除不必要的冗余，設(shè)計基本E-R圖 冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本數(shù)據(jù)導出的數(shù)據(jù)，冗余的聯(lián)系是指可由其他聯(lián)系導出的聯(lián)系。 （1） 用分析法消除冗余數(shù)據(jù) 例：實發(fā)工資、應(yīng)發(fā)工資 注意：并不是所有的冗余都必須消除。有時為了提高效率，不得不以冗余為代價。 （2）利用關(guān)系規(guī)范化理論來消除冗余聯(lián)系 確定局部E-R圖實體之間的函數(shù)依賴。 求F的最小依賴集Fm，求其差集，即 D=F-Fm 逐一考察D中每一函數(shù)依賴，確定是否為冗余，若是，

13、就把它去掉。 5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計例：設(shè)計一個工廠產(chǎn)品、零件和材料的基本E-R模型。局部E-R模型設(shè)計技術(shù)部門：關(guān)心的是產(chǎn)品的編號、性能、由哪些零件組成，每個零件的零件號、消耗的材料名和數(shù)量。供銷部門：關(guān)心的是產(chǎn)品的編號、價格和庫存量。 初步E-R模型設(shè)計 基本E-R模型設(shè)計5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品編號組成性能參數(shù)零件數(shù)零件號規(guī)格耗用量材料名編號價格用量材料名價格庫存量使用消耗產(chǎn)品零件材料材料技術(shù)部門的局部E-R模型供銷部門的局部E-R模型mn1mmn5.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品編號組成性能參數(shù)零件數(shù)零件號規(guī)格耗用量價格用量材料名價格庫存量使用消耗零件材料系統(tǒng)初步E-R模型mn1mmn5.5 概念

14、結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品編號組成性能參數(shù)零件數(shù)零件號規(guī)格耗用量價格材料名價格庫存量消耗零件材料系統(tǒng)基本E-R模型mn1m5.6 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)：將基本E-R模型轉(zhuǎn)換為DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系型邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟：1) 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型2) 優(yōu)化模型3) 設(shè)計適合DBMS的子模式關(guān)系模型優(yōu)化的模型轉(zhuǎn)換規(guī)則RDBMS的特點和限制優(yōu)化方法RDBMS的表、視圖基本E-R圖5.6 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計一、E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的一般原則： (1)一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 (2)一個1：1聯(lián)系可轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可與任一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 (3)一個1：n聯(lián)系可轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系

15、模式，也可與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 (4)一個m: n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 (5)三個或三個以上實體間的多元聯(lián)系可轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 (6) 相同碼的關(guān)系模式可合并。5.6 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計P(P#，PP，PC)S(S#，SP)M(M#，MC)L(L#，LC)P-S(P#，S#，Q1)S-M(S#，M#，Q2)M-L(M#，L#，Q3)Q1組成mnP#PP產(chǎn)品PSPS#零件SQ3存放mn材料MM#MC倉庫LL#LOCPCQ2消耗n1？合并關(guān)系DB設(shè)計例職工（工號，姓名，年齡，性別，職務(wù)）親屬（工號，親屬姓名，親屬關(guān)系）職工工號姓名年齡性別職稱親屬親屬關(guān)系親屬姓名有關(guān)系DB設(shè)計例職工工號姓名

16、年齡民意測驗性別職稱領(lǐng)導1m職工（工號，姓名，年齡，性別，職稱，領(lǐng)導者工號，民意測驗）關(guān)系DB設(shè)計例零件代號名稱數(shù)量價格組裝mn零件（代號，名稱，價格）組裝（代號，組裝件代號，數(shù)量）關(guān)系DB設(shè)計例機械師職工飛行員管理人員職工（職工號，姓名，性別，年齡，參加工作時間）飛行員（職工號，飛行時間，健康檢查，飛機型號）機械師（職工號，學歷，級別，專業(yè)職稱）管理人員（職工號，職務(wù)，職稱）注意：為查詢方便，可在超類實體表中增加一個指示器屬性，根據(jù)指示器的值直接查詢子類實體表。,指示器關(guān)系DB設(shè)計例職工（職工號，姓名，出生日期，省，市，郵政編碼，街道號，街道名，樓棟號）職工電話（職工號，電話號碼）職 工 姓

17、名職工號地址省街道號樓棟號年齡街道名市電話號碼出生日期郵政編碼街道5.6 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計二、數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化 1) 分析數(shù)據(jù)依賴。 2) 對數(shù)據(jù)依賴進行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。 3) 確定各關(guān)系模式的范式。 4) 按照處理要求，對某些模式進行合并或分解。 5) 為提高效率和利用率，對關(guān)系模式進一步分解。常用的兩種分解方法：垂直分解水平分解三 、 設(shè)計用戶子模式 考慮：系統(tǒng)的使用安全、簡便、用戶習慣例:R R1 R2r1r2R5.7 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計：為給定的數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過程。步驟：確定DB的物理結(jié)構(gòu) (存取方法、存儲結(jié)構(gòu))評價結(jié)構(gòu)的時、空效率 (取決于

18、DBMS)目標：設(shè)計優(yōu)化的物理DB結(jié)構(gòu)，使得響應(yīng)時間短、空間利用率高、事務(wù)吞吐率大。 設(shè)計準備：1、分析要運行的事務(wù)，獲得選擇物理設(shè)計所需要的參數(shù)。2、了解所用RDBMS的存取方法和存儲結(jié)構(gòu)。如：對數(shù)據(jù)庫查詢事務(wù)，需得到：查詢的關(guān)系：查詢條件所涉及的屬性；連接條件所涉及的屬性；查詢的投影屬性。5.7 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計RDB物理設(shè)計的主要內(nèi)容：1、為關(guān)系模式選擇存取方法索引方法聚簇方法HASH方法建立索引的一般原則是： 主碼和外碼上一般建立索引。有利于主鍵惟一性的檢查。有助于參照完整性的檢查。可加快以主碼和外碼為連接條件屬性的連接操作。 可在經(jīng)常查詢的列上建立索引。5.7 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計 為經(jīng)常有如下情況的列建立索引： ORDER BY GROUP BY 在經(jīng)常作為最大值和最小值等集函數(shù)的列上建立索引。 在經(jīng)常作為連接操作的連接條件中出現(xiàn)的列上建立索引。5.7 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計不適合建立索引的情況有： 太小的表。 不出現(xiàn)或很少出現(xiàn)在查詢條件中的屬性。 屬性值可能取值的個數(shù)很少的屬性（如：性別）。 屬性值分布嚴重不均的屬性（如：年齡）。 經(jīng)常更新的屬性和表。 屬性的值過長。5.7 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計 聚簇是將