ER图和关系数据库设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,E-R图和关系数据库设计PPT讲座,2.1,实体,-,联系模型,（,E-R,图,）,2.1.1,基本概念,实体联系模型（,ER,模型）为数据库建模提供了,3,个,基本的语义概念：实体（,Entity,）、联系（,Relationship,）、属性（,Attributes,）。,实体,是指客观存在的、对于建立数据库有意义的、能够被清晰地辨识的事物或概念，实体,用它的,若干属性,来描述的。,【,例,】,实体“学生”，具有属性学号”、“姓名”、“性别”、“年龄”。,基本概念,所谓,属性,是指事物的某一方面的特征，属性可以是基本属性或导出属性。例如，,学生的学号是一个简单属性；学生的家庭地址是一个复合属性，它由简单属性“城市”、“街道”、“门牌号”等组成。,属性可以是基本属性或导出属性。,例如，一个人的生日是基本属性，年龄是导出属性，年龄可以根据生日和当前日期导出。,属性值的取值范围称为值域（,Domain,），,例如人的年龄值域为,0250,，图书馆的馆藏资料类型的值域为（书籍、杂志、会议录、内部资料）。,基本概念,ER,模型中的,联系,是指实体类型之间的联系。,例如，教师教学生，,“,教,”,就是实体类型,“,教师,”,和,“,学生,”,之间的联系。,联系也可以有属性。,例如，学生实体与课程实体之间的联系,“,选课,”,，可以有属性学号、课程号、成绩等。,2.1.2 ER,图的组成,在,ER,图（,E-R Diagram,）中，基本的图形元素有,3,个,：实体集合框，联系集合框和属性框。,实体集合框,用,矩形框,表示，实体之间的,联系,用,菱形,框表示，,属性,用,椭圆形框,（或圆形框）表示。,ER,图示例,基数比约束,基数比约束,（,Cardinality Ratio Constraint,）,是对参与联系的,实体,的一种约束。一个联系的,基数,（,Cardinality,）是指，对应于该联系的另一方的实体集的单个实体，本实体集的实体的,数量,。,ER,模型支持的实体之间的,一对一、一对多、多对多,的联系。,基数比约束,示例,参与约束,参与约束是对,实体参与度,的约束。在一个给定的联系中的实体称为该联系的,参与者,。,所谓,实体参与度,是指实体参与联系的,最小和最大的次数,。参与的次数可以用一个整数偶对（,min,max,）来表示，其中,min,和,max,分别是实体参与联系的最小和最大的次数。,ER,图的联系类型,（,1,）,ER,图中的,联系类型,有：递归联系、二元联系和多元联系。,递归联系,，即一个实体集合与其本身的联系。,二元联系,是指两个实体集合之间的联系。,ER,图的联系类型,（,2,）,多元联系,是指三个以上实体集合之间的联系。,如何建立,ER,模型,在建立,ER,模型中，首先确定,实体,集合，然后确定,联系,集合，最后给出实体和联系的,属性,。,下面的一些,启发性规则,可以帮助确定实体：,对于汇集和维护企业组织的数据有重要意义的、确定的、可以标识的对象可以指定为实体；,每个实质性的确定的对象，如人员、位置、事物等可指定为实体；,抽象概念如部门或通信干线等可指定为实体；,在由唯一的术语标识的环境中的非实质性的概念，也可指定为实体，例如信用货款备忘录中的信用度，可作为一个实体。,ER,图示例,民航航班管理数据模型,首先选择实体集及相应的属性。为表示方便，约定如下符号：,CHAR(,n,),长度为,n,的字符串,INT(,n,),n,位数字的整数,实体集和属性选择如下。,实体集,1,旅客,PASSENGERS,属性：姓名,NAME,：,CHAR(30),住址,ADDRESS,：,CHAR(30),电话,PHONE,：,INT(10),NAME,和,ADDRESS,组成本实体集的关键字。,民航航班管理数据模型,实体集,2,航班,FLIGHTS,属性：航班号,NUMBER,：,INT(3),出发地,SOURCE,：,CHAR(3),目的地,DEST,：,CHAR(3),开点,DEP-TIME,：,INT(4),到点,ARR-TIME,：,INT(4),为简化起见，假设是直达航班。本实体集可用,NUMBER,作关键字，也可用,SOURCE,与,DEP-TIME,组成关键字。,民航航班管理数据模型,实体集,3,航次,DEPARTURES,属性：日期,DATE,：,INT(3),本实体集的每一个实体是在某日起飞的航次。,实体集,4,机型,PLANES,属性：制造厂,MANUFACTURER,：,CHAR(10),型号,MODEL-NO,：,CHAR(10),这两个属性组成实体集的关键字。,实体集,5,飞机,AIRCRAFT,属性：序号,SERIAL-NO,：,INT(5),民航航班管理数据模型,实体集,6,职工,PERSONNEL,属性：职工号,EMP-NO,：,INT(6),姓名,NAME,：,CHAR(30),住址,ADDRESS,：,CHAR(30),工资,SALARY,：,INT(6),职工号,EMP-NO,是本实体集的关键字。,实体集,7,飞行员,PILOTS,实体集,PILOTS,无属性。,民航航班管理数据模型,实体集之间的,联系集,定义如下：,（,1,）,ISA(PILOTS,，,PERSONNEL),用于指明具体的飞行员个人，它是一对一联系。,（,2,）,BOOKED-ON(PASSENGERS,，,DEPARTURES),表示订票，它是多对多联系。,（,3,）,INSTANCE-OF(DEPARTURES,，,FLIGHTS),表示一次飞行航班，从,DEPARTURES,到,FLIGHTS,是多对一联系。,民航航班管理数据模型,（,4,）,ASSIGNED-TO(PERSONNEL,，,DEPARTURES),表示每个航次的空中乘务员，它是多对多联系。,（,5,）,CAN-FLY(PILOTS,，,PLANES),表示能驾驶飞机的飞行员，是多对多联系。,（6）,TYPE(AIRCRAFT,，,PLANES),从,AIRCRAFT,到,PLANES,是多对一联系，表示每架飞机的机型。,实体间的依赖,如果,一个实体集合的存在与否,是,依赖于,另一个实体集合的,，那么称这两个实体集合之间存在依赖关系。,【,例,】,家属和职工、病房和医院,前者称为,依赖实体集合,，又叫作,弱实体集合,可用,双矩形框,表示弱实体集合（或用带圆角的矩形框表示）。,后者叫作,主实体集合或强实体集合,，用单个矩形框表示。,主实体集合与它的弱实体集合之间的联系称为,弱联系集合,或,依赖联系,。在表示联系的菱形框内,加上字符,E,，可表示弱联系集合（或用,双菱形框,表示）。,用一个指向弱实体集合框的箭头表示,依赖联系,。,【,例,】,实体间的依赖,2.2,实体-联系,模型,转换为,关系,模型,把一个E-R模型转化为关系模型，可遵守下列规则：,转换规则1,规则,1,：每一个,实体集,转换为一个关系。实体集中的实体的属性成为该关系的属性实体的标识符成为该关系的关键字。每个实体由该关系的一个元组表示。,例如实体集,product,转换成关系,PRODUCT(,product-number,product-name,cost-price),。,转换规则2,规则2：每一个,联系集,转换成一个关系，该联系集自身所拥有的,属性,，加入到该关系中去，而该关系的,主关键字,由该联系集所联系的实体集的关键字组成。,例如联系集 Warehouse-product-order 转换成关系,WAREHOUSE-PRODUCT-ORDER(,warehouse-no,product-no,order-no,quantity-order),转换规则3,规则,3,：如果一个联系集的两侧标明的,基数比,是,1,N,（一对多联系），且,联系,无自身的属性,，则在,1,侧,的实体集的关键字应,加入到,另一侧,的实体转换成的关系中，,联系集,本身可,不必,单独转换成关系。,例如下图实体集,CUSTOMER,的关键字应加入到对应于实体集,ORDER,的关系中去。经过转换后可得关系模式为：,CUSTOMER(,cus-no,cus-name),ORDER(,order-no,order-date,cus-no,),其中，对于关系,ORDER,，属性,cus-no,是外来关键字。,转换规则3,11,的联系也可以,类似处理,。如果,1,n,的,n,一方的实体是,部分参与,联系，为了,避免,在转换后的关系中的,外来关键字出现空值,（,NULL,），可以分别把实体集和联系集按照规则,1,、,2,转换,成关系。,【转换示例】,【例】一个简单的足球队数据模型。,实体集选择如下：,（1）球员 PLAYERS,属性：姓名 NAME,籍贯 BPLACE,生日BDATE,NAME为关键字。,（2）位置POSITIONS,属性：名称POSNAME,人数POSNUMBER,POSNAME或POSNUMBER均可作关键字，一般用POSNAME。,【转换示例】,（,3,）球队,TEAMS,属性：球队名,TEAM-NAME,城市,CITY,年,YEAR,TEAM-NAME,和,YEAR,组成关键字。,上述实体集之间的联系集有：,（,1,）打球,PLAYS(PLAYERS,，,POSITIONS),从,PLAYERS,到,POSITIONS,是多对多联系。,（,2,）参赛,SEASON(PLAYERS,，,TEAMS),从,PLAYERS,到,TEAM,是多对一联系。它有一个属性,BA,，表示比赛场次。,【转换示例】,由上述实体集和联系集构成的,ER,图如图所示，它所转换成的关系模型具有如下,5,个关系：,PLAYERS(NAME,BPLACE,BDATE),TEAMS(TEAM-NAME,CITY,YEAR),POSITIONS(POSNAME,POSNUMBER),PLAYS(NAME,POSNAME),SEASON(NAME,TEAM-NAME,YEAR,BA),2.3,关系数据库设计理论基础,概述,关系数据库设计的,核心,是,关系模式的设计,，即按照一定的原则，从数量众多而又相互关联的数据中，构造出一组既能较好地反映现实世界、又具有良好性能的关系模式。,关系范例的描述,SCT(S,，,C,，,CN,，,GRADE,，,TNAME,，,BDATE,，,SALARY).,其中的属性依次代表学号、课程号、课程名、成绩、任课教师姓名、教师出生日期和工资。,规定：,每个学生选修每门课只有一个成绩；每门课只有唯一的课程号，并且由一个教师担任。,【,示例,】,问题,SCT,（学号,课程号,课程名,成绩,任课教师姓名,教师出生日期和工资）,通过分析不难发现,SCT,存在如下问题。,1,数据冗余度问题,（如教师姓名）,2,修改问题,（如修改教师工资）,3,插入问题,（如未开课的教师信息）,4,删除问题,（如教师调离学校）,【,示例,】,改进,如果把,SCT,分为如下三关系模式：,选课关系：,SC(,学号,课程号,成绩,),课程关系：,C(,课程号,课程名,教师姓名,),教师关系：,T(,教师姓名,教师出生日期,工资,),则上述问题便都得到解决。,函数依赖（,1,）,设,R,(,U,),是属性集,U,上的一个关系模式，,X,和,Y,均为,U,A,1,，,A,2,，,，,A,n,的子集，,r,为,R,的任一个关系。如果对于,r,中的任意两个元组,u,、,v,，只要有,u,X,v,X,，就有,u,Y,v,Y,，则称,X,函数决定,Y,或称,Y,函数依赖于,X,，记为,X,Y,。其中,X,称为决定因素（,Determinant,）。,即对于关系模式,R,中的属性子集,X,的每一个值，任何时候都只有一个确定的,Y,值与之对应。,函数依赖示意图,但是,S#,和,C#,、,S#,和,TNAME,间,不存在,函数依赖关系。,函数依赖（,2,）,在,R,(,U,),中，如果,X,Y,，并且对于,X,的任何真子集,X,都有,X,Y,，则称,Y,完全,函数依赖于,X,，记作 （简记为,X,Y,）。,【,例,】C#CN,如果,X,Y,，且,X,中,存在一个,真子集,X,，使得,X,Y,成立，则称,Y,部分,函数依赖于,X,，记作 。,【,例,】(S#,C#)CN,根据联系确定函数依赖关系,如果,X,和,Y,之间的联系是,1:1,的，则存在函数依赖,XY,和,YX,。,【,如,】C#,和,CN,如果,X,和,Y,之间的联系是,n:1,的，则它们之间只存在函数依赖,XY,。,【,如,】C#TNAME,如果,X,和,Y,之间的联系是,m:n,的，则它们之间不存在函数依赖。,【,如,】C#,和,S#,关键字,设,R,(,U,),为一关系模式，,F,为,R,的函数依赖集，,X,为属性集,U,的子集，如果满足：,（,1,）,X,U,F,+,；,（,2,）不存在,Y,X,，使得,Y,U,F,+,；,则称,X,是,R,的关键字。,分析,条件（,1,）要求关键字能唯一地标识元组。,条件（,2,）保证关键字是最小的集合，不存在多余的属性。,关键字分类,候选关键字,：任何一个能函数决定全部属性的最小属性集。,主关键字,：在候选关键字中选定一个作为关键字，称为该关系的主关键字。关系中主关键字是,唯一,的。,外部关键字,：关系中某个属性或属性组合并非关键字，但却是另一个关系的主关键字，称此属性或属性组合为本关系的外部关键字。关系之间的联系是通过外部关键字实现的。,主属性,：包含在任一关键字中的属性。,关系模式的规范化,第一范式（,1NF,）,第二范式（,2NF,）,第三范式（,3NF,）,BCNF,1,、第一范式（,1NF,）,如果关系模式,R,的所有的域为,简单域,，其元素,不可再分,，则称,R,为第一范式的关系，简记为,R1NF,。,1NF,的关系模式要求属性不能再分，即属性项不能是属性组。,下列两个关系模式,均不是,第一范式：,部门,(,部门号，名称，经理,(,正经理，副经理,),雇员,(,雇员号，姓名，工资,(,基本工资，补贴，奖金,),可以,转化为如下,1NF,的关系：,部门,(,部门号，名称，正经理，副经理,),。,雇员,(,雇员号，姓名，基本工资，补贴，奖金,),。,2,、第二范式（,2NF,）,如果,R1NF,，且每个,非主属性,完全函数依赖于关键字,，则关系模式,R,属于第二范式，简记为,R2NF,。,【,例,】SCT(,S,，,C,，,CN,，,GRADE,，,TNAME,，,BDATE,，,SALARY).,它满足第一范式，但是,存在,非主属性对关键字的,部分函数依赖,。如：,C,TNAME,可以把,SCT,分解为如下两个关系模式：,SC(,S,C,GRADE),CT(,C,CN,TNAME,BDATE,SALARY),在,CT,中，,C,TNAME,TNAME SALARY,存在,SALARY,对,C,的,传递函数依赖,。,【,问题,】,不能增加没开课的教师信息。,3,、第三范式（,3NF,）,如果,R2NF,，且每个非主属性都,不,传递函数依赖,于关键字，则称关系模式,R,为第三范式，简记为,R3NF,。,SC,是第三范式的，,CT,不是第三范式的，可以把,CT,进一步分解为如下两个关系模式：,C(,C,，,CN,，,TNAME),T(,TNAME,，,BDATE,，,SALARY),3NF,问题示例,关系模式,R(S#,C#,CN,GRADE),中，（,S#,C#,）和（,S#,CN,）都可以作为关键字，,S#,、,C#,、,CN,都是,主属性,，,非主属性,GRADE,没有部分和传递函数依赖，所以,R3NF,。,【,问题,】,当一门课被多个学生选修时，,CN,的数据冗余,问题严重。,【,原因,】,主属性,C#,CN,，存在部分函数依赖。,【,解决方案,】,R(S#,C#,GRADE),4,、,BCNF,若关系模式,R1NF,，且函数依赖集中每一个形式为,XA,的非平凡函数依赖的决定因素都含有关键字，则称,R,是,Boyde/Codd,范式的，简记为,RBCNF,。,可以得出关于,BCNF,关系模式的以下,结论,：,（,1,）非主属性对关键字完全函数依赖；,（,2,）主属性对不包含它的关键字完全函数依赖；,（,3,）没有属性完全函数依赖于一组非主属性。,一个,BCNF,范式,必定是,3NF,的。,四种范式间的关系,四种范式之间存在如下的关系：,BCNF,3NF,2NF,1NF,即：,1NF,消除非主属性对关键字的部分函数依赖,2NF,消除非主属性对关键字的传递函数依赖,3NF,消除主属性对关键字的部分和传递函数依赖,BCNF,【,注意,】,在实际应用中最有价值的是,3NF,和,BCNF,，一般分解到,3NF,已经足够，但用来表示一个实体集或一个,1:n,联系的关系一般已经是,BCNF,。,在应用规范化理论时，千万,不要,盲目追求高范式，因为,并非,规范化程度越高的关系模式越好。,2.4,关系数据库设计,数据库设计的含义,数据库设计一般,不是指,DBMS的设计，而,是指,在现有DBMS上建立数据库的过程,。数据库应用系统的设计包含,两方面,的内容：,结构特性的设计,，也就是数据库模型或数据结构的设计。,（重点）,行为特性的设计,，即应用程序、事务处理的设计。,数据库设计的目标,1满足用户的应用要求，即能够正确地反映用户的现实环境。,2准确模拟现实世界，即准确地反映现实世界的信息类别与信息之间的联系。,3能被某个DBMS所接受。,4具有良好的性能、较高的质量。,存取效率：每个逻辑存取所需的平均物理存取次数的倒数。,存储效率：存储每个未加工的数据所需要的实际存储空间的平均字节数的倒数。,其他性能，如便于维护与扩充，有较好的安全性与完整性，系统出现故障时容易恢复等。数据库设计的一般过程,数据库,生命周期,一般包含数据库系统的规划、设计、实现、运行管理和维护、扩充和重构等大的阶段。数据库,设计过程,大致分为以下四个阶段。,1,需求分析,2,概念模型设计,3,逻辑设计,4,物理设计,2.4.1,数据需求分析,主要任务,是通过对现行的手工系统或已有的计算机系统进行调查和分析，以确定企业对即将建立的数据库应用系统的信息要求和处理要求。,系统调查,系统分析,系统分析文档,系统调查,系统调查：目的是了解企业的业务状况、信息流程、经营方式、处理要求以及组织机构等。可以包括以下几个方面：,（1）组织机构调查。,（2）业务流程调查。,（3）各部门对系统的信息要求和处理要求。,（4）企业的限制和目标。,系统分析,对调查所获得的原始资料必须进行综合的分析，权衡各方面的利弊，确定数据库结构设计和程序设计的策略和方案。,（,1,）业务流程分析。,（,2,）信息收集和分析。,（,3,）处理要求分析。,（,4,）其他各种限制和要求分析。,系统分析文档,系统分析的结果形成系统分析报告，其主要内容包括系统目标、需求定义、功能说明、系统结构、计算机处理的边界与流程、工作量与预算经费等。,其中，与数据库设计关系最大的文档有,业务流程图、,数据流图、数据词典,等。,一、数据流图,数据流图,数据流图（Data Flow Diagram，简称DFD）是描述系统的重要工具，它力图从,数据传递和处理,的角度，以,图形,的方式表示数据处理系统的工作状况。,数据流图的组成,数据流图通常由如图所示的,4,种,基本符号组成。,数据加工,（P）,外部项,（S）,数据流,（F）,数据存储,（D）,数据流图的组成,数据流。,数据流即流动中的,数据,，代表信息流过的通道。,数据加工。,数据加工是对进入的数据流进行特定,加工的过程,，数据流被处理后将产生新的数据流。,数据存储。,代表一种,数据的暂存场所,，可对其进行存取操作。,外部项。,外部项用以说明,数据的来源和归宿,，即表示数据的源点和终点。,示例,下图是一个简单的,DFD,。它表示数据流“付款单”从外部项“客户”（源点）流出，经加工“帐务处理”转换成数据流“明细帐”，再经加工“打印帐簿”转换成数据流“帐簿”，最后流向外部项“会计”（终点），加工“打印帐簿”在进行转换时，从数据存储“总帐”中读取数据。,F3,帐簿,F2,明细帐,F1,付款单,D,总帐,打印帐簿,P2,帐务处理,P1,S1,客户,S2,会计,说明,两个符号(加工、外部项、数据存储)之间可以有,多个,数据流存在。,加工的符号分成,标识部分,和,功能描述部分,。标识部分用于标注加工编号，应具有唯一性；功能描述部分用来简要写出加工名。,加工要,逐层分解,，以求得分解后的加工功能简单、易于理解。,数据流图的绘制步骤,(1),（1）,确定所开发的系统的,外部项（外部实体）即系统的数据来源和去处。,（2）,确定整个系统的输出数据流和输入数据流，把系统作为一个加工环节，,画出关联图,。,（3）,确定系统的主要信息处理功能，按此将整个系统分解成几个,加工环节,（子系统）确定每个加工的输出与输入数据流以及与这些加工有关的数据存储。,（4）,根据自顶向下，逐层分解的原则，对上层图中全部或部分加工环节进行,分解,，分为若干子图，下层是上层的进一步说明。,数据流图的绘制步骤,(2),（,5,）,重复步骤（,4,），直到逐层分解结束。,（,6,）,对图进行,检查和合理布局,，主要检查分解是否恰当、彻底，,DFD,中各层是否有遗漏、重复、冲突之处，各层,DFD,及同层,DFD,之间关系是否争取及命名、编号是否确切、合理等，对错误与不当之处进行修改。,（,7,）,和用户进行,交流,，在用户完全理解数据图的内容的基础上征求用户的意见。,数据流图的绘制步骤(3),a,关联图,.3,.2,图,0,B,Q,R,L,S,M,A,B,C,A,B,C,D,E,F,G,1,2,3,5,6,图,2.1,3,1,N,M,P,B,L,图,2,b,顶层图,d,三层图,c,二层图,绘制数据流图过程示意图,银行取款数据流图（1）,（1）储户将填好的取款单、存折交银行，银行做如下处理：,审核并查对帐目，将不合格的存折、取款单退回储户，合格的存折、取款单送取款处理。,处理取款修改帐目，将存折、利息单、结算清单及现金交储户，同时将取款单存档。,银行取款数据流图（2）,画出银行取款处理数据流图。,第一步，画出关联数据流图。,F2存折、利率单、结算清单,、现金,F1,取款单、存折,取款系统,P,S,储户,S,储户,取款处理关联图,银行取款数据流图（3）,第二步，逐层分解加工，画出下层,DFD,。,取款处理顶层图,F1,取款单、存折,F1.2,不合格存折、取款单,F2存折、利率单、结算清单,、现金,D1,帐目库,F1.1,合格存折、取款单,取款审核,P1,S,储户,S,储户,D2,取款记录,取款处理,P2,【,说明,】,数据流图,只能,描述系统的,概貌,，,无法,表达出每个数据和处理的,具体含义,，这就需要用,数据字典,来弥补缺点。,二、数据字典,数据字典,数据字典,（Data Dictionary，DD）用于定义数据流图中出现的所有数据元素和处理，即给出其确切的内涵解释。这些,元素是,：数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑和外部实体。,采用的符号,=,表示,定义为,。例如，学生情况学号+姓名+成绩+地址；,+,表示,“与”,：,|,表示,“或”,。如,性别男|女；,(),表示,整体,，与数学中用法相同；,m.n,表示,值域,。如,星期几=1.7，月份=1.12；,采用的符号,表示,重复若干次,。例如，通讯录文件：姓名+电话+邮码,表示,可选,。例如，存款单=储户帐号+存款额+日期+密码，表示存款时可以/不带密码。,【建议】,数据流编号用字母”DF”打头，数据结构用”DS”打头，数据元素用“D”打头，文件”F”打头，加工”P”打头，外部项”E”打头。,1、数据项,数据项又称数据元素，是系统处理的基本数据单元。,在数据字典中，数据项条目包括数据项编号（唯一）、名称、别名、意义、类型、长度、值域、备注等属性。,【例】数据项,数据项编号：,D02 01,数据项名称：材料编号,别 名：材料代号,简 述,:,某种材料的代码,类型及宽度：字符型，,4,位,取 值 范 围：,0001-9999,2、数据结构,数据结构描述数据项间的关系，可由若干数据项、数据结构或数据项+数据结构混合组成。,数据字典中，数据结构条目包括数据结构的名称、编号、简单描述及其组成等。,【例】数据结构,数据结构编号：DS03-01,数据结构名称：用户订货单,简 述：用户填的用户情况 及订货信息,数据结构组成：DS03-02+DS03-03+DS03-04,3、数据流,数据流描述数据项或数据结构在系统中的传输路径。,数据流条目包括数据流来源、去向、组成和流量等属性。,【例】数据流,数据流的编号：DF03 08 数据流的名称：领料单 简 述：车间开出的领料单 数据流的来源：车间 数据流的去向：发料处理模块 数据流的组成：材料编号+材料名称+,需用 数量+日期+领用单位 数 据 流 量：10份/每小时 高 峰 流 量：20份/小时,(上午 9:0011:00),4、数据存储,数据存储指数据暂存或永久保存的地方。,数据存储条目包括：名称、编号、流入,/,流出的数据流、组成、存取分析和关键字说明等。,【例】数据存储,数据存储编号：,F,03-08,数据存储名称：库存账 简 述：存放配件的库存量和单价 数据存储组成：配件编号,+,配件名称,+,单价,+,库存量,+,备注 关 键 字：配件编号 相关联的处理：,P02,，,P03,5、处理逻辑,处理逻辑条目是对数据流程图中最底层的处理逻辑加以说明。,处理逻辑条目包括：在数据流程图中的名称、编号、对处理过程的简单描述、处理过程的输入,/,输出、数据流及其来源和去向、主要功能的描述等。,【例】处理逻辑,处理逻辑编号：,P02 03,处理逻辑名称,:,检查库存情况简 述：根据合格订单零件号检查,零件库存，决定是否供货输入的数据流：合格订单处 理：若库存量,=,订货量，,则供货，否则不供货 输出的数据流：缺货通知单，供货单,6、外部实体,外部实体是系统环境中的源点和终点。,数据字典中，外部实体条目的内容包括编号、名称、输出数据流、输入数据流、备注。,【例】外部实体,外部实体编号,:,E,03 01,外部实体名称,:,用户 简 述：购置本单位配件的用户 输入的数据流：,F,03-06,，,F03-08,输出的数据流：,F,03-01,说明,数据字典（DD）可以是手工的，也可以是自动化的。,手工DD是把字典条目逐一填写到卡片或表格中，再把它们按一定顺序排好、装订成册以便查阅。,(适合小型系统),也可以编写电子DD。用计算机对字典实施管理。,(适合大、中型系统),2.4.2,概念结构设计,概念结构设计,数据库的概念模型是独立于任何计算机系统的信息结构模型，它是现实世界的“纯粹”表示。,按照,从简单到复杂,的原则，使用,E-R方法,设计概念模型一般要经过,三个,步骤，即设计用户分E-R图，合并用户分E-R图构成总体 E-R图，以及对总体E-R图进行优化。,一、分E-R图的设计,分E-R图即用户局部视图。,（1）划分用户组,首先应将数据要求和处理要求接近的用户分在一组；其次应考虑用户组的规模（一般局部视图内的实体数不超过9个）。,（2）确定实体及其属性,实体和属性之间,并不存在,一个形式上可以截然划分的界限。,【例】学生-系,分E-R图的设计,在给定的应用环境中，可以遵循以下基本准则来划分实体和属性。,属性与它所描述的实体之间只能是单值联系，即联系只能是一对多的。,【例】一个学生参加,社会团体,属性不能再有需要进一步描述的性质。,【例】学生和,系,作为属性的数据项，除了它所描述的实体之外，不能再与其他实体具有联系。,【例】社会团体的指导教师,符合这三条准则的数据项，一般把它,作为属性,。,分E-R图的设计,（3）确定实体之间的联系及其属性,在标定实体和属性的同时，要通过分析确定实体之间的联系以及联系的属性，并根据语义确定联系的类型。,【例】系-教师：1:n；学生-课程：m:n,联系“选课”的属性：成绩,分E-R图的设计,（4）设计分E-R图,在确定了实体、联系和属性之后，各分E-R图的设计就水到渠成了。,【例】学校教学管理,师资：涉及系、教师、课程、课题等,教务：系、学生、课程、教师等,文体：学生、指导教师、课外团体、特长等,【例】师资部门分E-R图,【例】教务部门分E-R图,【例】文体部门分E-R图,二、总体E-R图的设计,总体,E-R,图即全局视图，它的设计就是分,E-R,图的综合，即所谓视图的集成。,视图集成的具体做法是：选出最大的一个分,E-R,图作为基础，将其他分,E-R,图逐一合并上去。,总体E-R图的设计,在合并的过程中必须注意以下工作。,（1）消除命名冲突,（2）综合同一实体的所有属性,（3）保留两实体之间的不同联系,【例如】工厂管理数据库中：职工-设备,对生产部门来讲，联系为：使用,对设备管理部门来讲，联系为：保养,这两个联系均应保留。,【说明】,为了使总体E-R图简洁，可以,不,给出属性。,【例】综合的教学管理数据库总体E-R图,三、总体E-R图的优化,设法消去冗余。所谓优化主要就是指冗余信息的消除，使其保持最小冗余度。,冗余的数据可用分析的方法加以消除。,冗余的联系还可用规范化理论来消除，方法是：,（,1,）用函数依赖表达式表达,E-R,图中的每一个联系。,（,2,）求函数依赖表达式的最小覆盖。,（,3,）逐一检查不在最小覆盖中的函数依赖表达式，确认是否为冗余，若是则其对应的联系为冗余的联系，应当消去。,总体,E-R,图的优化,例如，对于学生、课程、教师这三个实体的两两之间的联系。,“教学”联系是冗余的,，因为某一教师教过哪些学生或某一学生听过哪些教师的课，完全可以通过学生所学过的课程间接求得。,2.4.3,逻辑结构设计,逻辑结构设计,关系数据模型是通过,关系,来反映客观世界的。,关系数据库的,逻辑设计的任务,，就是采取一定的策略，按照若干准则将,概念模型,转换为,关系数据库管理系统所能接受的一组,关系模式,，并利用,规范化的理论和方法,对这组关系模式进行处理。,E-R,图转换为关系模式（,1,）,（,1,）根据,规则,1,，对,E-R,图中的每一个,实体,分别建立一个关系模式。,系（系号，系名，系主任）,教师（教师号，教师名，年龄，职称）,学生（学号，姓名，性别，年龄，籍贯）,课程（课程号，课程名，学分）,课题（课题号，课题名，负责人，完成日期，经费,),团体（编号，名称，负责人，活动地点,),特长（编号，名称，特点）,E-R,图转换为关系模式（,2,）,（,2,）根据,规则,3,：,学生（学号，姓名，性别，年龄，籍贯，,系号，入学日期,),教师（教师号姓名，年龄，职称，,系号，入系日期,),团体（编号，名称，负责人，活动地点，,教师号,),课程（课程号，课程名，学时，学分，,先修课,）,E-R,图转换为关系模式（,3,）,（,3,）根据,规则,2,，对于实体之间的,m,:,n,联系，必须为它,单独建立,一个关系模式：,选课（学号，课程号，成绩）,同样，应对任课、参加、爱好、研究等,m,:,n,联系各建立一个关系模式：,任课（课程号，教师号，班级，学生数）,参加（学号，编号，参加日期,),爱好（学号，编号，程度,),研究（教师号，课程号，任务）,转换后的关系,系（系号，系名，系主任,),学生（学号，姓名，性别，年龄，籍贯，系号，入学日期,)教师（教师号，姓名，年龄，职称，系号，入系日期,),课程（课程号，课程名，学分，先修课,),课题（课题号，课题名，负责人，完成日期，经费,),团体（编号，名称，负责人，活动地点，教师号,),特长（编号，名称，特点,),选课（编号，课程号，成绩,),任课（课程号，教师号，班级，学生数）,参加（学号，编号，参加日期,),爱好（学号，编号，程度,),研究（教师号，课程号，任务）,关系的规范化,按照函数依赖的理论，逐一分析所构造的关系模式，检查是否存在部分函数依赖、传递函数依赖等，确定它们分别属于第几范式，根据应用要求进行调整。,2.4.4,物理结构设计,物理结构设计,数据库的物理结构设计,是指对一个给定的逻辑数据结构选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，使其,既能满足性能准则，同时又不违反结构准则,。,所谓,数据库的物理结构,主要是指数据库在物理上的存储结构和存取方法。,影响物理结构的主要因素,数据的特性：,主要指数据的结构、关系之间的联系、数据的检索频度、更新和增长率等。,【建立索引】,数据的使用特性：,包括各个用户视图、应用的频度、使用数据的方法、重要程度等。,【保证重点用户】,可用性要求：,适应用户要求，维护数据库逻辑、物理上的完整性的能力。,DBMS的特性,资源的限制,物理结构设计的主要内容,关系数据库的物理结构设计主要解决以下问题。,（1）确定存储分配,许多关系DBMS提供了一些,存储分配的参数,供设计者选择，如页面的大小和数量，缓冲区的大小和数量，溢出空间的大小等。这些参数的确定可能,会影响,到存取效率和空间的利用率。数据库设计者可以,估算,数据库需要的存储空间的大小和增长率，确定这些物理存储参数，并为未来的数据库扩展留有余地。,物理结构设计的主要内容,（2）选择索引,【有利有弊】,利：,加快检索,弊：建立和维护更新代价,什么关系应该建立索引？,一般来说，对经常需要检索、连接、统计操作而且记录较多的关系应该建立索引；对经常执行插入、删除、修改操作或记录较少的，尽量避免建立索引。,【折中办法】,可先删除、再重新建立索引，,如学生关系,物理结构设计的主要内容,选择哪个或哪些属性作为索引关键字？,一般选择经常用来检索记录的属性或需用作连接关键字的属性对关系建立索引。,当需要分别在多个属性上进行检索时，应该分别对这些属性建立多个索引或建立多属性索引。,物理结构设计的主要内容,（3）数据的簇集,为了改善性能，提高处理效率，经常要求一些数据在物理介质中聚集地存放在一起，称为数据的簇集（Clustering）。,【例如】查询年龄为20岁的学生,可以按照某一个簇集关键字集中存放元组，具有相同簇集关键字值得元组放在同一个物理块中，若放不下则链接多个物理块。,物理结构设计的主要内容,（4）数据安全性与完整性约束参数的确定,安全性：,用户标识和口令、授权、访问控制等,完整性：,设置值或结构的约束,有些系统可能还要考虑为数据库的恢复而提供转储、日志方面的信息，为多用户使用数据库而设计并发控制等。,2.4.5,数据库设计评价,数据库设计是一个设计和评价的迭代过程，物理设计完成之后，必须对设计方案进行评价。,数据库设计评价准则,1,功能,评价,根据系统分析说明书，检查设计方案是否支持用户的所有信息要求和处理要求。,2,性能,评价,一个较好的方案应该具有较好的,时空效率,。,（,1,）查询响应时间,（,2,）更新事务的开销,（,3,）报表生成的开销,（,4,）数据库重组的开销,（,5,）内存空间,（,6,）外存空间,本章结束,谢 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