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第7章数据库设计2022/12/5第7章数据库设计2/54学习要点数据库设计的特点数据库设计的基本步骤2022/12/5第7章数据库设计3/547.1数据库设计概述数据库设计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使用数据库的各类系统信息系统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数据库是信息系统的核心和基础2022/12/5第7章数据库设计4/54数据库设计所需技术知识数据库基本知识和设计技术软件工程的原理和方法应用领域的知识补充知识2022/12/5第7章数据库设计5/54数据库设计的特点硬件、

软件、技术与管理的综合体“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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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)2022/12/5第7章数据库设计6/54数据库设计方法简述手工试凑法和技术人员水平和经验有关规范设计法将数据库设计分阶段进行E-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Design2000(ORACLE),PowerDesigner(SYBASE)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，ComputerAidedSoft

wareEngineering）工具2022/12/5第7章数据库设计7/54Sybase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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对UML的全面支持扩大了现有的Java,C++,CorbaIDL,PowerBuilder和XML的编码生成增加了对Microsoft.Net平

台上的最流行语言的支持2022/12/5第7章数据库设计8/54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2022/12/5第7章数据库设计9/54数据库结构设计阶段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2022/12/5第7章数据库设计11/547.2需求分析需求分析的任务：调查、收集、分析用户对数据库

的要求信息要求•需存储的数据处理要求•要完成的功能、响应时间、处理方式等安全性与完整性要求•用户管理、数据管理、数据一致性等2022/12/5第7章数据库设计12/54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)2022/12/5第7章数据库设计13/54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2022/12/5第7章数据库设计14/54抽象需求分析的方法结构化分析(SA)方法自顶向下、逐层分解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2022/12/5第7章数据库设计15/54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D

FDDD用户设计员领书单进书通知购书单缺书单示意：售书系统学生教材购销系统书库保管员售书系统领书单进书通知进书通知购书单缺书单1销售2采购书库保管员学生F1教材存量表F2缺书登记表顾客P1销售P2采购供应商F1配件库存P3会计付款付款收据应付款通知收款通知到货通知订货单

订货单发货单发货单例子：销售采购管理系统第1层数据流图F2配件目录顾客P1.1编辑订货单业务员P1.3确定订货P1.5产生暂存订货单P1.2登录新顾客F3顾客P1.4开发货单修改库存P1.6对照暂存订货单采购F4暂存订货单P1.8编制销售、库存报表P1.7检索库存F1配件库存经

理F5销售历史F10应收款明细帐第2层数据流图之一（销售）发货单订货单不合格合格新顾客不满足的订货可发的订货到货通知F4暂存订货单P2.1按配件汇总P2.2确定订货的配件P2.5修改库存、待订数量F6待订货的配件P2

.6编制到货通知P2.4核对发货单F1配件库存P2.3按供应商汇总F8向供应商的订货单F9应付款明细帐销售供应商订货单发货单错误发货单正确发货单第2层数据流图之二（采购）顾客P3.1开收据并修改明细帐P3.5编制会计报表经

理P3.4修改总帐F10应收款明细帐F11总帐P3.3付款并修改明细帐P3.2核对付款单F9应付款明细帐供应商第2层数据流图之三（会计）应付款通知付款收据2022/12/5第7章数据库设计22/54数据字典描述系统中的数据，包括数

据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程数据项描述={数据项名，数据项含义说明，别名，数据类型，长度，取值范围，取值含义，与其它数据项的逻辑关系，数据项之间的联系}数据结构描述={数据结构名，含义说明，

组成：{数据项或数据结构}}数据流描述={数据流名，说明，数据流来源，数据流去向，组成：{数据结构}，平均流量，高峰期流量}数据存储描述={数据存储名，说明，编号，输入的数据流，输出的数据流，组成：{数据结

构}，数据量，存取频度，存取方式}处理过程描述={处理过程名，说明，输入：{数据流}，输出：{数据流}，处理：{简要说明}}数据依赖数据完整性约束数据完整性约束2022/12/5第7章数据库设计23/54需求分析需求分析的结果反馈给用户审定需求分析需要考虑需求变更和

扩充，强调用户参与2022/12/5第7章数据库设计24/547.3概念结构设计概念结构将在需求分析阶段得到的应用需求抽象为信息世界的结构，常用E-R模型来描述独立于机器概念结构的特点真实充分地反映客观世界易于理解易于更改易于转换成为数据模型

2022/12/5第7章数据库设计25/54概念结构设计的方法自顶向下首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化自底向上首先定义各局部应用的概念结构，然后集成逐步扩张首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充混合策略首

先用自顶向下策略设计全局概念结构的框架，再集成用自底向上策略设计的各局部概念结构P214图2022/12/5第7章数据库设计26/54概念结构设计的步骤需求分析逻辑结构设计数据抽象局部视图设计视图集成用户反馈直至满意DDDFD局部E-R图总E-R图2022/12/5第7章数据库设计27/54数

据抽象数据抽象抽象出对客观世界中的概念、对象的本质特性用于在需求分析阶段将收集到的数据进行分类、组织(聚集)，从而形成实体、实体的属性，标识实体的码，确定实体间的联系类型，以便设计相应的E-R图三类数据抽象

机制分类聚集概括2022/12/5第7章数据库设计28/54数据抽象机制之一分类将一类具有共同特性和行为的对象定义为一种某类型，在E-R模型中的实体型就是这种抽象，如学生，课程抽象了对象的值和型之间“ismemberof”语义学生“ismemberof”张英王平赵斌实体型

课程“ismemberof”C语言数据库操作系统实体型2022/12/5第7章数据库设计29/54数据抽象机制之二聚集定义某类型的组成成分，对应E-R模型中实体的属性抽象了对象类型和其成分之间的“ispar

tof”语义学生学号姓名专业班级仓库号面积主任仓库姓名年龄性别工资“ispartof”实体型属性2022/12/5第7章数据库设计30/54数据抽象机制之三概括定义类型之间的子集联系，形成超(父)类、子类抽象了类

型之间“issubsetof”语义概括的重要性质：继承，即子类集成超类的所有抽象是E-R模型的抽象机制的扩充学生本科生研究生概括的E-R表示“issubsetof”超类子类学号,姓名,性别,年龄专业，综合排名导师，研究方向2022/12/5第7章

数据库设计31/54概念设计的第一步利用抽象机制，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，确定实体间的联系类型设计局部E-R图2022/12/5第7章数据库设计32/54局部E-

R图设计方法选择局部应用：中层数据流图为依据如物资管理、人事管理、销售管理等逐一设计局部E-R图根据数据抽象后所的得DD，并参照DFD，标定局部应用中的实体、实体属性、实体码，确定实体间的联系及类型设计准则(某事物作为实体还是作为属性更恰当？)•能作为属性对待的事物尽量

作为属性对待•能作为属性的事物必须–不能再具有需要描述的性质–不能与其他实体具有联系(E-R图中的联系是实体之间的联系)2022/12/5第7章数据库设计33/54职工职工号姓名年龄职称职工职工号姓名年龄职称职称代号号工资住房标准附加福利聘任

当职称没有需进一步描述的特性时，作属性当职称有需进一步描述的特性时，作实体如：P219如销售管理子系统的局部E-R图顾客应收帐订单订单细则折扣规则产品描述组成参照1参照2订货支付1nn1n1n1n1顾客号，顾客名，地址，电话，…顾客号，订单号，发票号，应收

金额，支付日期，…订单号，顾客号，订货日期，…订单号，细则号，零件号，订货数，金额，…产品号，产品名，单价，…产品号，订货量，折扣P220如公司部门管理系统的E-R图部门项目职工电话包括承担n1n1房间号，面积项目号，预算费参与mn办公室包含1n包括n1职

务承担11部门号，预算费，领导人职工号电话号码，说明职工号，姓名，办公电话工资情况2022/12/5第7章数据库设计36/54E-R图集成集成方式多个局部E-R图一次集成，或以累加方式逐步集成集成

步骤合并局部E-R图，生成初步E-R图•依靠协商或应用语义消除各局部E-R图之间的–属性冲突：如属性的类型、取值范围冲突，或属性取值单位冲突–命名冲突：如同名异义，或一义多名–结构冲突：如不同应用中，同一对象有不同的抽象或同一实体

包含的属性不完全相同修改和重构，生成基本E-R图•依据分析和规范化理论来消除冗余2022/12/5第7章数据库设计37/547.4逻辑结构设计逻辑结构设计的任务将基本E-R图转换为与选用DBMS所支持的数据模

型相符合的逻辑结构逻辑结构设计的步骤概念模型基本E-R图一般数据模型关系、网状、层次特定DBMS支持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2022/12/5第7章数据库设计38/54E-R图向关系模型的转换任务将实体和实体的属性及实体间的联系转换

为关系模式确定关系模式的属性和码2022/12/5第7章数据库设计39/54E-R图向关系模型的转换原则一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码对实体间的联系一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意对应的关系模

式合并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一个m:n联系转换为一个关系模式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具有相同码的关系模式可以合并20

22/12/5第7章数据库设计40/54如公司部门管理系统的E-R图及其转换成的关系模式部门项目职工电话包括承担n1n1办公室号，面积项目号，预算费参与mn办公室包含1n包括n1职务承担11部门号，预算费，领导人职工号电话号码，

说明职工号，姓名，办公电话担任时期，工资分担任务部门(部门号，部门预算费，领导人职工号)职工(职工号，姓名，办公电话，部门号)办公室(办公室号，面积，部门号)项目(项目号，项目预算费，部门号)电话(电话号码，说明，办公室号)项目承担情况(职工号，项目号，

分担任务)工资历史(职工号，职务，担任时期，工资)部门（D#,Buget,MgrE#）职工（E#,D#,J#,Phone#）项目（J#,D#,JBuget）办公室（O#,D#,Area）电话（Phone#,O#,Owner）工

资史（E#,职务,工资）2022/12/5第7章数据库设计41/54数据模型的优化优化通常以规范化理论为指导优化方法确定数据依赖对各个关系模式之间的数据依赖进行极小化处理，消除冗余按照数据依赖的理论对关系模式逐一分析，确定各关系模式属于第几范式

按用户需求分析这些模式是否合适，是否需合并或分解对关系模式进行必要的分解，提高数据操作效率和存储空间利用率2022/12/5第7章数据库设计42/54设计用户子模式根据局部应用需求设计用户子模式设计用户子模式的目的保证系统安全性简化用户对系统的使用DB

MS中一般采用视图(View)机制2022/12/5第7章数据库设计43/547.5数据库的物理设计数据库的物理设计为一个给定的逻辑数据模型选定一个最合适应用要求的物理结构的过程数据库的物理设计的依据应用环境对所需处理的事务、所涉及到的数据，各种操作的运行频率及响应时间等性能要求数据库的

物理设计的目标事务响应时间小、存储空间利用率高、事物吞吐率大2022/12/5第7章数据库设计44/54数据库的物理设计数据库的物理结构数据库在物理设备上的存储结构与存取方法依赖于给定的计算机系统关系数据库的物理设计内容设计关系、索引等数据库文

件的物理存储结构为关系模式选择存取方法数据库的物理设计步骤确定数据库的物理结构对物理结构进行评价2022/12/5第7章数据库设计45/54数据库的物理设计步骤(一)确定数据库的物理结构确定需要存储的数据对象•如关系、索引、聚簇、日志、备份等确定数据的存放位置•如区分稳定数

据和易变数据、经常存取部分和不常存取部分、机密数据和普通数据等，分开存放确定数据的存储结构•如顺序结构、随机结构、链表结构、树状结构等确定数据的存取方法•如索引(如B树、B+树、R树等)、聚簇、HASH法等确定系统配

置•如同时使用数据库的最大用户数、同时打开的数据库对象数、内存分配参数、缓冲区分配参数、存储分配参数、物理块大小、物理块装填因子、时间片大小、数据库大小、锁的数目等2022/12/5第7章数据库设计46/54对物理结构进行评价分析时间效率、空间效率、维护代价及用户要求等数据库的

物理设计步骤(二)2022/12/5第7章数据库设计47/54关系模式存取方法选择一般对同一关系建立多条存取路径以满足多用户系统的不同应用的数据存取要求常用的存取方法索引法•为加快按某个属性(组)进行存取的效率，根据该属

性(组)建立索引，如B+树•索引建立在单个关系上2022/12/5第7章数据库设计48/54关系模式存取方法选择(续)聚簇(Cluster)法•为提高按聚簇码进行查询的效率，将聚簇码上具有相同值的元组存放在连续物理块•一个数据库可以建立多个聚簇，但一个关系只能由一个聚簇•聚簇可以建立在单表上

，也可建立在进行连接操作的多个表上•SQL中与聚簇有关的操作如ORDERBY,GROUPBY,UNION,DISTINCT等HASH法•设计合理的HASH函数，根据关键字值计算得到存储地址•对可能出现的地址冲

突现象设计合理的解决方案•当某属性(组)主要出现在等连接条件或相等比较条件中，而且关系的大小可以预知，或关系大小动态变化而DBMS提供了HASH存取方法时，可考虑选用2022/12/5第7章数据库设计

49/547.6数据库的实施和维护数据库实施阶段的任务模式定义•使用选定DBMS支持的DDL语言数据载入•手工逐条录入•数据转换工具应用程序编码和调试数据库试运行•用实验数据测试系统功能和性能2022/12/

5第7章数据库设计50/54数据库的实施和维护数据库的运行和维护主要由DBA完成进行数据库转储和恢复，数据库安全、完整性控制，数据库性能监督、分析和改造，数据库重组和重构•数据库重组：不改变原设计中的逻辑和物理结构，而对部分表重新组织其存储情况，如重新安排存储位置、回收垃圾

等，以提高系统性能•数据库重构：部分调整或修改数据库的逻辑和物理结构，以满足新的应用需求。2022/12/5第7章数据库设计51/54•设计订货系统的数据库，包括顾客、货物和订货单信息初模式：顾客(顾客号，收货地址，赊购限额，余额，折扣)货物(货物号，

制造厂商，实际存货量，规定的最低存货量，货物描述)订货单(订货单号，顾客号，货物号，订货数量，订货细则，未发数量，订货日期，经办人)改进模式：顾客及其地址(顾客号，收货地址)顾客及其余额(顾客号，赊购限额，余额，折扣)货物及其厂商(货物号，制造厂商，实际存货量，规定的最低存货量)货物及其描述-2

(货物号，货物描述)订货单(订货单号，顾客号，货物号，订货数量，订货日期，经办人)未发货情况(订货单号，未发货量)订货单细则(订货单号，订货细则)问题分析：顾客模式中，顾客号不能唯一决定收货地址货物模式

中，货物描述部分依赖于码订货单模式中，未发数量将随发货过程更新，而其他信息相对静态；订货细则有多条2022/12/5第7章数据库设计52/54欲设计移动公司手机信息管理系统，用于管理：1、手机销售信息（由营业厅售给用户）2、手机用户档案信息（用户名，证件号码等）3、手机通话

信息（每一次通话的详细情况）4、手机话费信息（每月的话费组成）在此基础上实现常用的查询，如：1、每月手机的销售情况2、每种机型的销售情况3、每个营业厅的手机销售情况4、根据手机号码查询其用户信息5、根据手机号码查询某时间段内的通话情况6、每月手机话费

收入7、欠费用户查询试设计合适的数据库，并在此基础上用SQL实现所有的查询2022/12/5第7章数据库设计53/54设计关系模式如：营业厅(营业厅编号，地址，负责人)销售记录(营业厅编号，机型，数量，日期，经办人)

手机销售单价(机型，单价)手机用户信息(手机号码，用户名，住址，证件号码)手机通话记录(手机号码，被叫号码，日期，起始时刻，通话时长)手机话费信息(手机号码，话费，漫游费，短信费)话费缴费信息(手机号码，缴费日期，金额，缴费营业厅)码？销售记录？2022

/12/5第7章数据库设计54/54作业P234题18,19