2023/9/291第八章數據庫系統的開發

與數據庫設計8.1數據庫設計概述8.2數據庫設計常用方法8.3數據庫設計的基本步驟8.4數據庫應用系統的開發方法8.5客戶/服務器應用規劃綜述2023/9/292第八章數據庫系統的開發

與數據庫設計任務：

掌握數據庫設計的概念結構設計和邏輯結構設計內容了解數據庫應用系統的開發方法了解客戶/服務器應用規劃；2023/9/2938.1數據庫設計概述

數據庫設計的概念數據庫設計是指對于一個給定的應用環境，構造（設計）優化的數據庫邏輯模式和物理結構，并據此建立數據庫及其應用系統，使之能夠有效地存儲和管理數據，滿足各種用戶的應用需求，包括信息管理要求和數據操作要求。目標：為用戶和各種應用系統提供一個信息基礎設施和高效率的運行環境。2023/9/2948.1數據庫設計概述

數據庫設計的定義廣義的是指基于數據庫的應用系統或管理信息系統的設計，包括應用設計和數據庫結構設計。狹義的是專指數據庫模式或結構的設計。2023/9/2958.1數據庫設計概述廣義：數據庫設計與數據庫應用系統設計相結合。即數據庫設計包括兩個方面：結構特性的設計與行為特性的設計。結構特性的設計就是數據庫框架和數據庫結構設計。其結果是得到一個合理的數據模型，以反映真實的事務間的聯系;目的是匯總各用戶的視圖，盡量減少冗余，實現數據共享。結構特性是靜態的，一旦成型之后，通常不再輕易變動。行為特性設計是指應用程序設計，如查詢、報表處理等。它確定用戶的行為和動作。用戶通過一定的行為與動作存取數據庫和處理數據。行為特性現在多由面向對象的程序給出用戶操作界面。2023/9/2968.1數據庫設計概述現實世界概念模型設計子模式設計物理數據庫設計邏輯數據庫設計建立數據庫數據分析功能分析功能模型功能說明事務設計程序說明應用程序設計程序編碼調試結構和行為分離的設計2023/9/297數據庫建設的基本規律三分技術，七分管理，十二分基礎數據管理數據庫建設項目管理企業（即應用部門）的業務管理基礎數據收集、入庫更新新的數據8.1數據庫設計概述2023/9/2988.2數據庫設計方法新奧爾良（NewOrleans）方法將數據庫設計分為若干階段和步驟

基于E-R模型的數據庫設計方法概念設計階段廣泛采用3NF（第三范式）的設計方法邏輯階段可采用的有效方法ODL（ObjectDefinitionLanguage）方法面向對象的數據庫設計方法2023/9/2998.2數據庫設計方法手工設計

計算機輔助設計ORACLEDesigner2000SYBASEPowerDesigner規范設計法

2023/9/29108.3

數據庫設計的基本步驟數據庫設計分6個階段需求分析—最困難、最耗費時間的一步概念結構設計邏輯結構設計物理結構設計數據庫實施數據庫運行和維護

需求分析和概念設計獨立于任何數據庫管理系統邏輯設計和物理設計與選用的DBMS密切相關2023/9/29118.3.1需求分析階段需求分析的任務需求分析的方法需求分析的步驟

2023/9/29128.3.1

需求分析階段—需求分析的任務需求分析階段的設計目標是通過詳細調查現實世界要處理的對象（組織、部門、企業等），充分了解原系統的工作概況，明確用戶的各種需求，然后在此基礎上確定新系統的功能。2023/9/29138.3.1

需求分析階段—需求分析的任務調查的內容是數據與處理，即獲得用戶對數據庫的如下要求：信息要求，指用戶需要從數據庫中獲得信息的內容與性質，在數據庫中需要存儲哪些數據。處理要求，指用戶要完成什么處理功能。對處理的響應時間有什么要求，處理方式是批處理還是聯機處理。安全性和完整性要求，安全性的意思是保護數據不被未授權的用戶破壞，完整性的意思是保護數據不被授權的用戶破壞。

2023/9/29148.3.1

需求分析階段—需求分析的方法

調查與分析用戶的需求一般要四步：1．調查組織機構情況。包括了解該組織的部門組成情況，各部門的職責，為分析信息流程作準備。2．調查各部門的業務活動情況。包括了解各部門輸入和使用什么數據，如何加工和處理這些數據、輸出什么信息、輸出到什么部門、輸出結果的格式是什么，這是調查的重點。3．在熟悉了業務活動的基礎上，協助用戶明確對新系統的各種要求，包括信息要求、處理要求、完整性與安全性的要求。4．最后對前面調查結果進行初步分析，確定系統的邊界，即確定哪些工作由人工完成，哪些工作由計算機系統來完成。

2023/9/29158.3.1

需求分析階段—需求分析的步驟

分析用戶的活動確定新系統功能包括的范圍分析用戶活動所涉及的數據分析系統數據。

具體步驟的內容會在軟件工程課程中講解2023/9/29168.3.2概念結構設計階段現實世界機器世界信息世界需求分析概念結構設計2023/9/29178.3.2

概念結構設計階段

概念結構設計階段的重要性概念結構設計階段的主要特點概念結構設計的方法概念結構設計的工具概念結構設計的步驟2023/9/29188.3.2

概念結構設計階段（一）概念結構設計階段的重要性整個數據庫設計的關鍵。通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型。2023/9/2919

8.3.2概念結構設計階段（二）概念結構反映的是信息世界的結構，主要特點是：能真實、充分反映現實世界，包括事物和事物之間的聯系。易于理解，可以用它和不熟悉計算機的用戶交換意見。易于更改，當環境和應用要求改變時，容易對概念模型修改和擴充。易于向關系、網狀、層次等各種數據模型轉換。2023/9/29208.3.2概念結構設計階段（三）概念結構設計四類方法自頂向下：先定義全局概念結構的框架，然后逐步細化。2023/9/2921

（三）概念結構設計四類方法自底向上：先定義局部應用的概念結構，再集合起來得到全局概念結構。8.3.2概念結構設計階段2023/9/29228.3.2概念結構設計階段（三）概念結構設計四類方法逐步擴張：先定義核心的概念結構，再擴充生成其他概念結構，直至總體概念結構。2023/9/2923（三）概念結構設計四類方法（三）概念結構設計四類方法混合策略：將自頂向下和自底向上相結合，用自頂向下策略設計一個全局概念結構的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設計的各局部概念結構。2023/9/2924概念結構設計常用策略

自頂向下地進行需求分析自底向上地設計概念結構2023/9/29258.3.2概念結構設計階段（四）概念結構設計的常用工具是E-R圖確定實體；確定實體的屬性；確定實體的標識屬性；確定實體的聯系和聯系類型；畫出表示概念模型的E-R圖；確定實體間的依賴關系。2023/9/2926

8.3.2概念結構設計階段（五）自底向上設計概念結構的步驟 第1步：抽象數據并設計局部視圖 第2步：集成局部視圖，得到全局概念結構2023/9/29278.3.2概念結構設計階段（五）自底向上設計概念結構的步驟局部視圖設計(即分E-R圖)的步驟：⒈選擇局部應用⒉逐一設計分E-R圖2023/9/29288.3.2概念結構設計階段（五）自底向上設計概念結構的步驟—設計分E-R圖逐一設計分E-R圖的任務將各局部應用涉及的數據分別從數據字典中抽取出來參照數據流圖，標定各局部應用中的實體、實體的屬性、標識實體的主關鍵字。確定實體之間的聯系及其類型（1:1，1:n，m:n）兩條準則：（1）屬性不能再具有需要描述的性質。即屬性必須是不可分的數據項，不能再由另一些屬性組成。（2）屬性不能與其他實體具有聯系。聯系只發生在實體之間。2023/9/29298.3.2概念結構設計階段設計分E-R圖2023/9/29308.3.2概念結構設計階段視圖的集成各個局部視圖即分E-R圖建立好后，還需要對它們進行合并，集成為一個整體的數據概念結構即總E-R圖。集成局部E-R圖的步驟1.合并2.修改與重構2023/9/29318.3.2概念結構設計階段視圖的集成基本任務消除不必要的冗余，設計生成基本E-R圖合并初步E-R圖分E-R圖可能存在冗余的數據和冗余的實體間聯系基本E-R圖消除不必要的冗余2023/9/29328.3.2概念結構設計階段視圖的集成分E-R圖合并為初步E-R圖時特別注意以下一些問題：表示相同事物的實體名和屬性名要統一要消除同名異義和同義異名在不同的局部E-R圖中同一實體包含的屬性可能有所區別，合并時要統一實體初步E-R圖消除冗余后得到基本E-R圖的方法－規范化理論函數依賴的概念提供了消除冗余聯系的形式化工具2023/9/29338.3.2概念結構設計階段驗證整體概念結構視圖集成后形成一個整體的數據庫概念結構，對該整體概念結構還必須進行進一步驗證，確保它能夠滿足下列條件：整體概念結構內部必須具有一致性，不存在互相矛盾的表達整體概念結構能準確地反映原來的每個視圖結構，包括屬性、實體及實體間的聯系整體概念結構能滿足需求分析階段所確定的所有要求2023/9/29348.3.3邏輯結構設計階段邏輯結構設計的任務邏輯結構設計的步驟E-R圖向關系模型的轉換轉換內容轉換原則數據模型的優化設計用戶子模式2023/9/29358.3.3邏輯結構設計階段（一）邏輯結構設計的任務把概念結構設計階段設計好的基本E-R圖轉換為與選用DBMS產品所支持的數據模型相符合的邏輯結構（二）邏輯結構設計的步驟將概念結構轉化為一般的關系、網狀、層次模型將轉換來的關系、網狀、層次模型向特定DBMS支持下的數據模型轉換對數據模型進行優化2023/9/29368.3.3邏輯結構設計階段（三）E-R圖向關系模型的轉換E-R圖向關系模型的轉換要解決的問題如何將實體型和實體間的聯系轉換為關系模式如何確定這些關系模式的屬性和主關鍵字轉換內容將E-R圖轉換為關系模型：將實體、實體的屬性和實體之間的聯系轉換為關系模式。2023/9/29378.3.3邏輯結構設計階段（三）E-R圖向關系模型的轉換實體的屬性就是關系的屬性，實體的主關鍵字就是關系的主關鍵字。實體型間的聯系有以下不同情況：(1)一個1:1聯系可以轉換為一個獨立的關系模式，也可以與任意一端對應的關系模式合并。轉換為一個獨立的關系模式與某一端實體對應的關系模式合并(2)一個1:n聯系可以轉換為一個獨立的關系模式，也可以與n端對應的關系模式合并。轉換為一個獨立的關系模式與n端對應的關系模式合并2023/9/29388.3.3邏輯結構設計階段（三）E-R圖向關系模型的轉換(3)一個m:n聯系轉換為一個關系模式。 例，“選修”聯系是一個m:n聯系，可以將它轉換為如下關系模式，其中學號與課程號為關系的組合碼：選修（學號，課程號，成績）2023/9/29398.3.3邏輯結構設計階段（三）E-R圖向關系模型的轉換(4)三個或三個以上實體間的一個多元聯系轉換為一個關系模式。 例，“講授”聯系是一個三元聯系，可以將它轉換為如下關系模式，其中課程號、職工號和書號為關系的組合關鍵字：

講授（課程號，職工號，書號）2023/9/29408.3.3邏輯結構設計階段（三）E-R圖向關系模型的轉換(5)具有相同碼的關系模式可合并目的：減少系統中的關系個數合并方法：將其中一個關系模式的全部屬性加入到另一個關系模式中，然后去掉其中的同義屬性（可能同名也可能不同名），并適當調整屬性的次序2023/9/29418.3.3邏輯結構設計階段⒊邏輯結構設計階段還需考慮的問題確定各關系模式的主關鍵字，考慮實體完整性。確定各關系模式的外部關鍵字，考慮參照完整性。確定各關系模式中屬性的約束、規則和默認值，考慮域完整性。考慮用戶完整性。根據用戶需求設計視圖。考慮安全方案和用戶使用權限。2023/9/29428.3.3邏輯結構設計階段（四）數據模型的優化得到初步數據模型后，還應該適當地修改、調整數據模型的結構，以進一步提高數據庫應用系統的性能，這就是數據模型的優化關系數據模型的優化通常以規范化理論為指導2023/9/29438.3.3邏輯結構設計階段優化數據模型的步驟確定數據依賴：按需求分析階段所得到的語義，分別寫出每個關系模式內部各屬性之間的數據依賴，以及不同關系模式屬性之間數據依賴消除冗余的聯系：對于各個關系模式之間的數據依賴進行極小化處理，消除冗余的聯系。確定所屬范式：按照數據依賴的理論對關系模式逐一進行分析考查是否存在部分函數依賴、傳遞函數依賴、多值依賴等確定各關系模式分別屬于第幾范式2023/9/29448.3.3邏輯結構設計階段優化數據模型的步驟按照需求分析階段得到的各種應用對數據處理的要求，分析對于這樣的應用環境這些模式是否合適，確定是否要對它們進行合并或分解。注意：并不是規范化程度越高的關系就越優，一般說來，第三范式就足夠了2023/9/2945例：在關系模式學生成績單(學號,英語,數學,語文,平均成績)

中存在下列函數依賴：學號→英語學號→數學學號→語文學號→平均成績

(英語,數學,語文)→平均成績2023/9/2946顯然有：學號→(英語,數學,語文)

因此該關系模式中存在傳遞函數信賴，是2NF關系雖然平均成績可以由其他屬性推算出來，但如果應用中需要經常查詢學生的平均成績，為提高效率，仍然可保留該冗余數據，對關系模式不再做進一步分解2023/9/2947設計用戶子模式定義用戶外模式時應該注重的問題包括三個方面：

(1)使用更符合用戶習慣的別名

(2)針對不同級別的用戶定義不同的View，以滿足系統對安全性的要求。

(3)簡化用戶對系統的使用2023/9/29488.3.3邏輯結構設計階段設計用戶子模式定義用戶外模式時應該注重的問題包括三個方面：

(1)使用更符合用戶習慣的別名

(2)針對不同級別的用戶定義不同的View，以滿足系統對安全性的要求。

(3)簡化用戶對系統的使用2023/9/29498.3.4數據庫物理設計階段數據庫物理設計的內容數據庫物理設計的步驟2023/9/29508.3.4數據庫物理設計階段

數據庫物理設計的內容是為邏輯數據模型選取一個最適合應用環境的物理結構（包括存儲結構，存儲容量，設計索引，和設計備份策略，它依賴于給定的DBMS）2023/9/29518.3.4數據庫物理設計