学习情境二 数据库设计

1. 学习情境二 数据库设计

2. 学习情境描述 • 根据前面对学籍管理系统所作的需求分析,画出数据库E-R图，并完成数据库的逻辑和物理设计

3. 所需知识 • 数据库的基本概念 • 数据库设计的基本步骤 • 数据库逻辑设计的方法 • 数据库物理设计的方法

4. 重点、难点 • 数据库概念结构的设计（即E-R图的设计） • 数据库的逻辑设计 • 数据库设计方法

5. 能力目标 • 培养数据库的分析设计能力 • 培养学生良好的团队合作意识及沟通协调能力、接受新知识的能力 • 培养学生分析问题、解决问题及逻辑思维能力

6. 数据库设计步骤 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理设计 数据库实施 数据库运行和维护 返回书目

7. 数据库设计 数据库设计概述 数据库设计的内容和要求 数据库设计过程

8. 数据库设计概述 • 数据库设计的内容和要求 • 数据库设计通常是指数据库应用系统的设计。要建立一个数据库应用系统，需要根据数据处理的规模，对应用系统的性能要求等选择合适的计算机硬件配置(如计算机的选型，是否上网等)、软件配置(如操作系统、汉字系统等)、选定DBMS系统，组织开发人员小组，在熟悉计算机硬件及DBMS的基础上，完成整个应用系统的设计工作。 • 人们通常把以数据库为核心的应用系统称为管理信息系统(Management Information System，MIS)。如何建立一个高效适用的数据库应用系统是数据库应用领域研究的一个主要课题。

9. 数据库设计概述 • 一个数据库的设计主要包括两个方面: • 1．结构特性的设计 • 结构特性的设计是指数据结构的设计。设计结果能否得到一个合理的数据模型，这是数据库设计的关键。 • 2．行为特性的设计 • 行为特性的设计是指应用程序的设计。在分析用户需要处理哪些数据的基础上，完成对各个功能模块的设计，如完成对数据的查询、修改、插入、删除、统计和报表等。

10. 数据库设计概述 行为特性设计内容 结构特性设计内容

11. 数据库设计概述 • 数据库设计的要求 • 一个满足应用要求的数据库系统应具有良好的性能。数据库的性能包括数据库的存取效率和存储效率。数据库的存取效率主要体现在对数据访问的请求和存取次数。存取次数是指为查找一个记录所需存取逻辑记录的次数。存储效率是指存储数据的空间利用率，即存储用户数据所占有实际存储空间的大小。存取效率和存储效率经常是一对矛盾体，有时为了提高存取效率，不得不保存大量中间数据，降低存储效率。计算机硬件的进步也主要是提高运算及存取速度和增加内部及外部存储空间。

12. 数据库设计概述 • 随着计算机硬件和软件技术的不断发展，数据库使用越来越普及，数据库应用系统是否便于使用、便于维护和便于扩充等方面，越来越成为衡量数据库系统性能的重要指标，因为这些指标直接影响到数据库应用系统是否具有较长的使用寿命。

13. 数据库设计概述 • 设计过程 • 1．需求分析 • 需求分析阶段主要是对所要建立数据库的信息要求和处理要求的全面描述。通过调查研究，了解用户业务流程，对需求与用户取得一致认识。 • 2．概念设计 • 概念设计阶段要对收集的信息和数据进行分析整理，确定实体、属性及它们之间的联系，将各个用户的局部视图合并成总的全局视图，形成独立于计算机的反映用户观点的概念模式。概念模式与具体DBMS无关，接近现实世界，结构稳定，用户容易理解，能较准确地反映用户的信息需求。 • 3．逻辑设计 • 逻辑设计要在概念模式的基础上导出数据库可处理的逻辑结构(仍然与具体DBMS无关)，即确定数据库模式和子模式，包括确定数据顶、记录及记录间的联系、安全性和一致性约束等。

14. 数据库设计概述 • 4．物理设计 • 物理设计的任务是确定数据在介质上的物理存储结构，即数据在介质上如何存放，包括存取方式及存取路径的选择。物理设计的结果将导出数据库的存取模式。 • 逻辑设计和物理设计的好坏对数据库的性能影响很大。在物理设计完毕后，要进行性能分析和测试。如果有问题，要重新设计逻辑结构。在逻辑结构和物理结构确定后，就可以建立数据库了。 • 5．数据库实施和运行 • 数据库实施阶段包括建立实际数据库结构、装入数据、完成编码和进行测试，然后就可以投入运行了。 • 6．数据库的使用和维护 • 按照软件工程的设计思想，软件生存期指软件从开始分析、设计直到停止使用的整个时间，使用和维护阶段是整个生存期的最长时间段。数据库使用和维护阶段需要不断完善系统性能和改进系统功能，进行数据库的再组织和重构造，以延长数据库使用时间。

15. 应用需求 （数据、处理） 概念设计阶段 需求分析阶段 物理实现 概念结构设计 逻辑结构设计 模式评价 物理结构设计 需求收集和分析 试运行 转换规则 DBMS功能 评价方法 逻辑设计阶段 不满意 应用要求 DBMS详细 特征 物理设计阶段 评价设计 性能预测 不满意 实施阶段 不满意 数据库 运行和维护 使用维护阶段 数据库设计概述 数据库设计过程

16. 数据库设计 需求分析 需求分析的任务及其工作 需求分析例：学生学籍管理系统的信息需求

17. 需求分析 • 需求分析阶段要做的工作包括如下几个方面： • （1）调查未来系统所涉及的用户的当前职能、业务活动及其流程；确定系统范围；明确用户业务活动中的哪些工作应由计算机系统来做，哪些由人工来做。 • （2）确定用户对未来系统的各种要求，包括信息要求、处理要求、安全性和完整性要求。在此过程中必须重点了解各用户在业务活动中要输入什么数据，对这些数据的格式、范围有何要求。另外还需了解用户会使用什么数据，如何处理这些数据，经过处理的数据的输出内容、格式是什么。最后还应明确处理后的数据该送往何处，谁有权查看这些数据。 • （3）深入分析用户的业务处理，用数据流程图表达整个系统的数据流向和对数据进行的处理，描述数据与处理间的关系。 • （4）分析系统数据，产生数据字典，以描述数据流程图中涉及的各数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理等。

18. 需求分析 • 学生学籍管理系统的信息需求 • 我校为加强信息化管理，准备设计与开发一个管理信息系统，该系统包括学生学籍管理、班级管理、成绩管理等子系统。为简化起见，下面仅给出其中的学籍管理子系统的信息需求。

19. 需求分析 • 1．学籍管理系统 • （1）存储的信息。教学管理子系统需存储的信息包括： • 学生：包括学号、姓名、性别和年龄等信息。学生通过学号标识。 • 班级：包括班级号、班级名和人数等信息。班级通过班级号标识。 • 课程：包括课程号、课程名、学分、周学时、课程类型等信息。 • 专业：包括专业号、专业名、选修门数等信息。专业通过专业号来标识。 • 系：包括系号、系名等信息。系通过系号来标识。

20. 需求分析 • （2）各对象间的联系。教学管理子系统中各对象间的联系有： • 每个学生都属于一个班级，而一个班级可以有多个学生。 • 每个班级属于一个专业，—个专业可以有多个班级。 • 一个专业属于一个系，一个系可以有多个专业。 • 每个学生可以修读若干门课程(选修课或必修课)，每门课程可以有多个学生修读。 • 某个具体的学生参加了某门课程的学习。

21. 概念结构设计 这一阶段将需求分析得到的用户需求抽象为反映用户观点的概念模型。数据库概念结构的设计就是E-R模型的设计，而E-R模型的设计又分为局部E-R模型的设计和全局E-R模型的设计两个阶段。 • 局部E-R模型的设计 • 全局E-R模型的设计

22. 概念结构设计 • 局部E-R模型的设计 • 局部E-R模型的设计步骤 • 教学管理子系统的E-R模型 • 工资及福利管理子系统的E-R 模型

23. 概念结构设计 • 局部E-R模型的设计步骤 • （1）根据需求分析所产生的文档，确定每一局部结构的范围。每个应用系统都可以分成几个子系统，每个子系统又可以进一步划分成更小的子系统。 • （2）分析每一局部结构所包含的实体、属性和相互间的联系，设计每一局部结构的E-R模型，直到所有的局部E-R模型都设计完为止。 局部E-R模型的设计

24. 概念结构设计 • 全局E-R模型的设计 • 合并局部E-R模型 • 检查合并后的全局E-R模 • 高校管理系统的全局E-R模型

25. 概念结构设计 • 合并局部E-R模 • 局部E-R模型间的冲突 • 属性冲突 • 属性域的冲突 • 属性取值单位的冲突 • 命名冲突 • 同名异义 • 异名同义 • 结构冲突 • 同一对象在不同的局部E-R模型中具有不同的抽象 • 同一实体在不同的局部E-R模型中的属性组成不一致 • 实体间的联系在不同的局部E-R模型中呈现不同的类型

26. 逻辑结构设计 • 逻辑结构的设计过程 • 逻辑结构设计 • 逻辑结构设计例

27. 逻辑结构设计 • 逻辑结构的设计过程 选择哪一种DBMS存放数据，是由系统分析员和用户决定的。需要考虑的因素包括DBMS产品的性能和价格，以及所设计的应用系统的功能复杂程度。

28. 逻辑结构设计 逻辑结构的设计

29. 逻辑结构设计 • 逻辑结构设计 一般来说，E-R图转换为关系模型可遵循如下原则： • 实体集的转换 • 联系的转换

30. 逻辑结构设计 • 实体集的转换 • 对于E-R图中每个实体集，都应当转换为一个关系，该关系应包括对应实体的全部属性，并根据关系所表达的语义确定哪个属性或哪几个属性组作为“主关键字”，主关键字用来标识实体。例如，学生实体可以转换为如下关系模式： 学生(学号，姓名，性别，年龄) 其中加下划线字段为主关键字。

31. 逻辑结构设计 • 联系的转换 • 对于E-R图中的联系，情况比较复杂，根据实际联系方式的不同，可以采取不同的手段加以实现。 • （1）两实体集间的1：1联系 • （2）两实体集间的1：n联系 • （3）一个m：n联系

32. 学籍管理子系统的E-R模型

33. 物理设计 • 数据库的物理设计是指为给定的一个逻辑数据模型选择最适合应用环境的物理结构。 • 数据库的物理结构 • 评价物理结构

34. 物理设计 • 数据库的物理结构 为确定数据库的物理结构，设计人员必须了解以下问题： • 详细了解给定的DBMS的功能和特点，特别是该DBMS所提供的物理环境和功能。 • 熟悉应用环境，了解所设计的应用系统中各部分的重要程度、处理频率、对响应时间的要求，并把它们作为物理设计过程中平衡时间和空间效率时的依据。 • 了解外存设备的特性，如分块原则、块因子大小的规定、设备的I/O特性等。

35. 物理设计 • 数据库的物理结构 物理设计的内容 • 确定数据的存储结构 • 选择合适的存取路径 • 确定数据的存放位置 • 确定存取分布

36. 数据库的sql server实现 （1）系统数据库xs的建立

37. 数据库的sql server实现 （2）数据表的建立 1、数据表user_Info的建立

38. 数据库的sql server实现 2、数据表xsZY的建立

39. 数据库的sql server实现 3、数据表xsKC的建立

40. 数据库的sql server实现 4、数据表xtZZ的建立

41. 数据库的sql server实现 5、数据表xsBJ的建立

42. 数据库的sql server实现 6、数据表xsXJ的建立

43. 数据库的sql server实现 7、数据表xsScore的建立

44. 数据库实施 • 数据库数据的载入和应用程序的编制调 • 建立数据库的结构 • 将原始数据装入数据库 • 应用程序的编制调试 • 数据库的试运行

45. 数据库运行和维护 • 数据库维护的主要工作包括： • 数据库的转储和恢复。 • 数据库的安全性和完整性控制。 • 数据库性能的监督、分析和改造。 • 数据库的重组织与重构造。

46. 小结 • 小结 • 数据库设计通常是指数据库应用系统的设计。 • 本情境主要讨论数据库设计的内容、方法和过程，详细介绍了数据库设计中需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、数据库实施、运行与维护各个阶段的任务和方法。其中的重点是概念结构的设计（即E-R图的设计）和逻辑结构设计，这也是数据库设计过程中最重要的两个环节。 • 学习本情境，要求学生努力掌握基本方法，还要能在实际工作中运用这些思想，设计符合应用需求的论数据库应用系统。