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1、第十三讲第十三讲结构化系统设计结构化系统设计（）系统物理设计系统物理设计（）数据库设计数据库设计数据库设计的目的数据库设计的目的 信息系统的主要任务是通过对数据的信息系统的主要任务是通过对数据的处理获得组织（企业）运行及决策所需处理获得组织（企业）运行及决策所需要的信息，因此系统必须存储与管理大要的信息，因此系统必须存储与管理大量的数据，这就需要以良好的数据结构量的数据，这就需要以良好的数据结构形式进行数据存储与管理结构的设计，形式进行数据存储与管理结构的设计，在目前来讲，最普及的也是最好的数据在目前来讲，最普及的也是最好的数据存储与管理的组织形式就是数据库存储与管理的组织形式就是数据库（Da
2、ta Base）。）。数据库设计的流程数据库设计的流程用户用户开发者开发者数据需求数据需求分析分析概念数据模型概念数据模型设计设计逻辑数据模型逻辑数据模型设计设计物理数据模型物理数据模型设计设计调查分析调查分析实体实体-联系联系模型模型关系模型关系模型在选定的在选定的DBMS平台上平台上数据库文件数据库文件 数据需求数据需求数据模型数据模型（Data Model-DM）数据模型是现实世界中的事物及其间联系的数据模型是现实世界中的事物及其间联系的一种抽象表示，是一种形式化描述一种抽象表示，是一种形式化描述 数据结构；数据结构；数据操作；数据操作；数据约束条件。数据约束条件。的方法。的方法。数据结
3、构数据结构 规定了数据模型的静态特征。规定了数据模型的静态特征。数据结构类型：数据结构类型：层次模型；层次模型；网状模型；网状模型；关系模型关系模型 （目前普遍使用的数据模型）。（目前普遍使用的数据模型）。数据操作数据操作 规定了数据模型的动态特征，规定了数据模型的动态特征，指对指定数据结构的任何有效操作。指对指定数据结构的任何有效操作。规定了操作的含义、规则与实现规定了操作的含义、规则与实现操作的语言。操作的语言。数据的约束条件数据的约束条件 是一组完整性规则（是一组完整性规则（rules）集合，）集合，定义数据结构的制约和依存规则。定义数据结构的制约和依存规则。保证数据库中数据的正确性、有
4、保证数据库中数据的正确性、有效性与相容性。效性与相容性。数据模型的类型数据模型的类型 数据模型是从现实世界到数据世界数据模型是从现实世界到数据世界的一个变换过程的中间结果，是数的一个变换过程的中间结果，是数据库设计员手中的一个重要工具。据库设计员手中的一个重要工具。概念数据模型概念数据模型（Conceptual Data Model-CDM）特点：特点：是用户眼中的模型，直接模拟现实世界。是用户眼中的模型，直接模拟现实世界。直观、语义丰富。直观、语义丰富。与数据库管理系统（与数据库管理系统（DBMS）无关。）无关。具体应用模型：具体应用模型：E-R数据模型。数据模型。（Entity-Relat
5、ionship DM）实体（实体（Entity）是客观存在的且可以区别的事物。是客观存在的且可以区别的事物。可以是具体的事物或人，也可是抽象的概念。可以是具体的事物或人，也可是抽象的概念。实体集（实体集（Entity Sets）联系（联系（Relationship）是实体集之间关系的抽象表示。是实体集之间关系的抽象表示。有联系有联系 属性属性(Attribute)实体或联系所具有的特性。实体或联系所具有的特性。概念数据模型概念数据模型（Conceptual Data Model-CDM）E-R图图 图例：图例：实体名实体名联系名联系名属性名属性名实体集实体集实体间的联系实体间的联系属性属性概念
6、数据模型概念数据模型（Conceptual Data Model-CDM）学生学生课程课程选修选修学号学号出生出生年月年月性别性别姓名姓名入学入学总分总分政治政治面貌面貌籍贯籍贯院系院系专业专业考试考试成绩成绩考查考查成绩成绩学分学分数数课程课程性质性质课程课程类型类型课程课程名称名称课程课程编号编号概念数据模型概念数据模型（Conceptual Data Model-CDM）学生选课系统学生选课系统 特点：特点：用户从系统中看到的数据模型（二用户从系统中看到的数据模型（二维表）维表）与数据库管理系统（与数据库管理系统（DBMS）有关）有关必须采用相应的数据库管理系统。必须采用相应的数据库管理
7、系统。逻辑数据模型逻辑数据模型（Logical Data Model-LDM）具体应用模型：关系数据模型。具体应用模型：关系数据模型。关系：数据二维表：关系：数据二维表：A1A2AJAna11a12a1ja1na21a22a2ja2nam1am2amjamn逻辑数据模型逻辑数据模型（Logical Data Model-LDM）属性名属性名A1,A2,Aj An(j=1 n)反映实体的特性。反映实体的特性。元组：对实体集中每一个体的描述。元组：对实体集中每一个体的描述。属性值：实体集中每一个体的某属性的属性值：实体集中每一个体的某属性的值。值。aij(i=1 m,j=I n)关键字：在一个关系
8、中唯一识别一个元关键字：在一个关系中唯一识别一个元组的属性值。组的属性值。Key=(Ak1,Ak2,Akk)是是k个属个属性，性，k=n的一种组合。的一种组合。逻辑数据模型逻辑数据模型（Logical Data Model-LDM）转换规则：转换规则：从概念数据模转换成逻辑数据模型从概念数据模转换成逻辑数据模型的规则。的规则。E-R图中的每一个实体集转换成图中的每一个实体集转换成一关系。一关系。E-R图中的每一个实体的联系转图中的每一个实体的联系转换成一个关系。换成一个关系。逻辑数据模型逻辑数据模型（Logical Data Model-LDM）应用实例应用实例Relation Student
9、:学号学号姓名姓名性别性别出生出生年月年月院系院系专业专业入学入学总分总分政治政治面貌面貌籍贯籍贯Key=(Key=(学号学号)逻辑数据模型逻辑数据模型（Logical Data Model-LDM）Relation Course:课程编号课程编号课程名称课程名称类型类型性质性质学分学分Key=(Key=(课程编号课程编号)逻辑数据模型逻辑数据模型（Logical Data Model-LDM）学号学号课程编号课程编号考试成绩考试成绩考查成绩考查成绩Relation Selection:Key=(Key=(学号，课程编号学号，课程编号)逻辑数据模型逻辑数据模型（Logical Data Mod
10、el-LDM）特点：特点：是数据库管理员（是数据库管理员（DBA）的数据模型。）的数据模型。选定数据库管理系统平台，在这平台上实选定数据库管理系统平台，在这平台上实现物理数据模型。现物理数据模型。是现实世界的计算机实现。（静态）是现实世界的计算机实现。（静态）物理数据模型物理数据模型（Physical Data Model-PDM）具体应用模型：选具体应用模型：选VFP 6.0数据库管理系统平台。数据库管理系统平台。Create Student.dbf 字段名字段名 类型类型 字段宽度字段宽度 小数位数小数位数 学号学号 C 10 姓名姓名 C 8 性别性别 C 2 籍贯籍贯 C 16 逻辑数
11、据模型逻辑数据模型（Logical Data Model-LDM）关系代数（关系代数（Relation Algebra）我们选择关系作为逻辑数据模型，即将我们选择关系作为逻辑数据模型，即将E-R图转换成关系（二维表），就可以用关系代数图转换成关系（二维表），就可以用关系代数作为语言对关系进行操作：对数据库中一些现作为语言对关系进行操作：对数据库中一些现存关系的运算就可以生成另一些在数据库中并存关系的运算就可以生成另一些在数据库中并不现成存在的新关系，以满足用户对这些新关不现成存在的新关系，以满足用户对这些新关系的需求。我们称之为：系的需求。我们称之为：有限存在有限存在 无限需求无限需求满足满足
12、数据操作数据操作 关系运算的类型：关系运算的类型：传统的集合运算：关系的并、传统的集合运算：关系的并、差、积（笛卡儿积）、交；差、积（笛卡儿积）、交；专门的关系运算：关系的选择、专门的关系运算：关系的选择、投影、连接。投影、连接。数据操作数据操作关系的选择运算（关系的选择运算（Selection）：）：运算内容：在一个关系内按一定的条件选运算内容：在一个关系内按一定的条件选择记录组成一个新的关系。择记录组成一个新的关系。运算符号：运算符号：F(Rel R)其中其中F是选择运算的条件。是选择运算的条件。实例：实例：Rel mstudent=性别性别=“男男”(Rel Student)数据操作数据
13、操作 关系的投影运算（关系的投影运算（Injection）运算内容：选择关系中若干个属性进行重新排列后运算内容：选择关系中若干个属性进行重新排列后组成一个新的关系。组成一个新的关系。运算符号：运算符号：Ai1,Ai2,Aik(Rel R)其中其中Ai1,Ai2,Aik是是Rel R属性属性A1,A2,An中的中的k 个属性的一种排列。个属性的一种排列。(kn)实例：实例：Rel Stu1=姓名，性别，出生年月，院系，专业姓名，性别，出生年月，院系，专业（Rel Student）数据操作数据操作选择与投影运算的组合：选择与投影运算的组合：实质：选择是在关系中进行行的挑选，投实质：选择是在关系中进
14、行行的挑选，投影是在关系中进行列的挑选，因此两种运算的实影是在关系中进行列的挑选，因此两种运算的实质是可以任意分割一个关系而产生许多新的关系。质是可以任意分割一个关系而产生许多新的关系。特征：两种运算的次序可调换，不改变运特征：两种运算的次序可调换，不改变运算结果。算结果。Rel mstu=性别性别=“男男”(姓名，性别，出生年月，院系，专业姓名，性别，出生年月，院系，专业(Rel Student)=姓名，性别，出生年月，院系，专业姓名，性别，出生年月，院系，专业(性别性别=“男男”(RelStudent)数据操作数据操作 关系的连接运算（关系的连接运算（Join）（条件连接）（条件连接）运算
15、内容：根据给定的条件运算内容：根据给定的条件，将满足，将满足 条件的两个关系中条件的两个关系中的元组连成一个元组，这样来组成一个新的关系。的元组连成一个元组，这样来组成一个新的关系。运算符号：运算符号：Rel R1 Rel R2 实例：实例：Rel Student Rel Selection Student.学号学号=Selection.学号学号数据操作数据操作关系运算的综合应用：关系运算的综合应用：运算过程与逻辑：运算过程与逻辑：Rel Student学号姓名性别出生年月学号姓名性别出生年月 院系院系 专业专业 入学总分入学总分 政治面貌政治面貌Rel Course课程编号课程名称类型性质课
16、程编号课程名称类型性质 学分学分Rel Selection学号学号 课程名称课程名称 考试成绩考试成绩 考查成绩考查成绩Rel Score姓名姓名 课程名称课程名称 考试成绩考试成绩 考查成绩考查成绩数据操作数据操作数据库设计应用数据库设计应用数据库设计的目标数据库设计的目标 最大限度地满足用户的应用功能对数最大限度地满足用户的应用功能对数据的需求。据的需求。要使建成的数据库具有良好的数据共要使建成的数据库具有良好的数据共享性、独立性、完整性及安全性。享性、独立性、完整性及安全性。对现实世界模拟的精确度要高。对现实世界模拟的精确度要高。应充分利用和发挥选定的应充分利用和发挥选定的DBMS的功能
17、的功能与性能。与性能。数据库设计案例之一数据库设计案例之一航空公司订座子系统的数据库设计航空公司订座子系统的数据库设计 数据库设计应用数据库设计应用航班航班客户客户订座订座时间时间机型机型到达到达时间时间出发出发时间时间目的地目的地出发出发地地日期日期机长机长折扣折扣座位座位数数目的目的地地手机手机电话电话联系联系地址地址工作工作单位单位身份证身份证号码号码时间时间日期日期姓名姓名性别性别航班航班号号票价票价等级等级价格价格数据库设计应用数据库设计应用 Rel Airline 航班号日期时间出发地目的地出发时间到达时间机型座位数票价折扣航班号日期时间出发地目的地出发时间到达时间机型座位数票价折
18、扣 机长机长 Rel Client 姓名性别身份证号码工作单位联系地址电话手机姓名性别身份证号码工作单位联系地址电话手机 目的地日期目的地日期 Rel Book 身份证号码身份证号码 航班号航班号 等级等级 价格价格数据库设计应用数据库设计应用企业产品设计、生产与库存管理系统的数据库设计企业产品设计、生产与库存管理系统的数据库设计 工厂技术部门局部工厂技术部门局部E-R模型：模型：工厂供销部门局部工厂供销部门局部E-R模型：模型：产品产品材料材料零件零件组成组成消耗消耗产品产品号号性能性能参数参数零件零件数数规格规格零件零件号号材料材料名名耗用耗用量量产品产品材料材料使用使用产品产品号号价格价格使用使用量量材料材料名名仓库仓库号号库存库存量量价格价格数据库设计应用数据库设计应用