实验十二 系统需求分析和关系数据库设计
数据库设计流程及各阶段的主要任务
数据库设计流程及各阶段的主要任务数据库设计是软件开发中非常重要的一环，它决定了系统的数据结构、数据存储和数据操作方式。
数据库设计流程主要包括需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计四个阶段，每个阶段都有其独特的任务和目标。
一、需求分析阶段需求分析是数据库设计的第一步，它的主要任务是明确系统的需求和功能。
在这个阶段，我们需要与客户或系统使用者进行沟通，了解他们的需求和期望。
通过与他们的交流，我们可以了解到系统所需要存储的数据类型、数据量以及数据之间的关系。
此外，还需要考虑系统的性能要求、安全性要求和数据一致性要求等。
通过需求分析，我们可以明确系统的功能和数据需求，为后续的数据库设计提供基础。
二、概念设计阶段概念设计是数据库设计的第二步，它的主要任务是建立系统的概念模型。
在这个阶段，我们需要根据需求分析阶段的结果，设计出一个概念模型，用于描述系统中的实体、属性和关系。
概念模型通常采用实体-属性-关系图（ER图）来表示，通过实体和实体之间的关系来描述系统中的数据结构。
在设计ER图时，需要识别出系统中的主要实体、实体的属性和实体之间的关系，同时还需要考虑到实体和关系的约束条件。
通过概念设计，我们可以对系统的数据结构有一个初步的把握，为后续的逻辑设计提供依据。
三、逻辑设计阶段逻辑设计是数据库设计的第三步，它的主要任务是将概念模型转化为逻辑模型。
在这个阶段，我们需要根据概念模型设计出一个符合数据库管理系统要求的逻辑模型。
逻辑模型通常采用关系模型来表示，通过表和表之间的关系来描述系统中的数据结构。
在设计关系模型时，需要将实体和关系转化为表和表之间的关系，同时还需要考虑到表的属性和关系之间的约束条件。
在逻辑设计中，还需要进行数据规范化，将重复的数据和冗余的数据进行处理，以提高数据库的性能和数据的一致性。
通过逻辑设计，我们可以为后续的物理设计提供一个基础。
四、物理设计阶段物理设计是数据库设计的最后一步，它的主要任务是将逻辑模型转化为物理模型。
《数据库系统》：关系数据库设计
《数据库系统》：关系数据库设计关系数据库设计关系数据库设计的⽬的是得到⼀组合适的关系模式，使其不含冗余，结构良好，便于获取信息。
概念和数学基础码超码：⼀个或多个属性的集合，这个集合可以唯⼀地区分出⼀个元组（⼀⾏）候选码：包含属性最少的超码，可能有多个主码：⼈为地选中，作为⼀⾏的区分标准的候选码。
本节中候选码更常⽤另⼀个常⽤的码是外码，与本节⽆关，不详细介绍函数依赖函数依赖是⼀个形如 α→β 的逻辑推理式，表⽰属性集 α 决定(determine)属性集 β ，或称 β 依赖 α . 同⼀模式中包含的多条函数依赖称为函数依赖集。
例如，R 上的两个属性 α 和 β ，如果关系实例中的所有元组对 t1，t2 都符合 若 t1[α]=t2[α] ，则 t1[β]=t2[β]。
也就是说，只要我们知道 α 的值，就能唯⼀确定 β 的值，称 α 决定β 。
特别地，如果β⊆α，称为平凡的函数依赖。
由此，我们得出超码的新定义：对于关系R和函数依赖集K，若 K→R 在 r(R) 上成⽴，则 K 是 r(R) 的⼀个超码。
闭包有了函数依赖集F，我们就可以由已知的函数依赖得出其他的函数依赖。
如 r(A,B,C)中有A→B,B→C，则 A→C（具体推理⽅法见下⽂Armstrong公理）。
类似的推理被称为逻辑蕴涵。
不断将这些新的函数依赖加⼊F，最终能够得到⼀个被原F逻辑蕴涵的所有函数依赖的集合，称为F的闭包，记作 F+.Armstrong公理系统反复运⽤以下三条Armstrong公理，就能通过F求出F+，保证结果是正确有效的。
⾃反律：若α为⼀属性集，β⊆α，则α→β增补律：若α→β，γ为⼀属性集，则γα→γβ传递律：若α→β且β→γ，则α→γArmstrong公理是完备的。
下⾯还有⼀些推论规则，使⽤起来更⽅便。
合并律：若α→β且α→γ，则α→βγ分解律：若α→βγ，则α→β且α→γ伪传递律：若α→β且γβ→δ，则αγ→δ属性闭包与函数依赖集的闭包相似，属性闭包是某⼀属性（或属性集）决定的所有属性的集合。
数据库系统设计实例分析
数据库系统设计实例分析一、需求分析阶段在数据库系统设计过程中，首先要进行需求分析。
需求分析的目的是明确用户对数据库系统的需求，并确定系统的功能、性能和安全性等要求。
在需求分析阶段，需要与用户进行沟通，了解用户的业务流程和需求，然后对业务流程进行梳理和整理，形成需求文档。
需求分析的主要任务包括以下几个方面：1.确定用户需求。
通过与用户沟通，明确用户对数据库系统的需求和期望，形成需求文档。
2.分析业务流程。
通过对用户业务流程的分析，确定系统的功能需求，并将业务流程转化为数据流程。
3.确定数据要素。
通过对业务流程的分析，确定系统中需要存储和管理的数据要素，包括实体、属性和关系。
4.确定系统性能和安全性要求。
根据用户需求和系统功能，确定数据库系统的性能和安全性要求。
二、概念模型设计阶段在需求分析阶段完成后，将根据需求文档进行概念模型设计。
概念模型是指对业务流程和数据要素进行抽象和建模，以实现对数据库系统的清晰描述。
概念模型设计的主要任务包括以下几个方面：1.绘制实体关系图。
根据需求文档中定义的实体、属性和关系，使用ER模型或UML类图等工具，绘制实体关系图。
2.确定实体和关系的约束。
根据需求文档中的数据要素定义，确定实体和关系的约束条件，包括实体的唯一性约束、属性的数据类型和取值范围等。
3.确定实体和关系的属性。
根据需求文档中的数据要素定义，确定实体和关系的属性，并确定属性的数据类型和取值范围。
4.确定实体和关系的操作。
根据需求文档中的业务流程定义，确定实体和关系允许的操作，包括查询、插入、更新和删除等。
三、逻辑模型设计阶段在概念模型设计完成后，将根据概念模型进行逻辑模型设计。
逻辑模型是指在概念模型的基础上，转化为数据库系统可以实现的模型。
逻辑模型设计的主要任务包括以下几个方面：1.转化为关系模型。
根据实体关系图，将实体和关系转化为关系模型，确定表的结构和属性。
2.确定关系模式。
根据实体关系图和数据要素定义，确定关系模式的名称、属性和结构。
数据库设计 实验报告
数据库设计实验报告数据库设计实验报告一、引言数据库设计是计算机科学中至关重要的一环，它涉及到数据的组织、存储和管理。
本实验报告旨在介绍数据库设计的基本原理和实践经验，以及本次实验的设计过程和结果。
二、数据库设计原理1. 数据库设计的目标数据库设计的主要目标是满足用户需求，提供高效、可靠、安全的数据存储和访问方式。
设计师需要深入了解用户的需求，并根据需求制定合理的设计方案。
2. 数据库设计过程数据库设计通常包括需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计四个阶段。
需求分析阶段需要明确用户需求和系统功能，概念设计阶段将需求转化为概念模型，逻辑设计阶段将概念模型转化为逻辑模型，物理设计阶段将逻辑模型映射到具体的数据库管理系统。
3. 实体关系模型实体关系模型是数据库设计中常用的概念模型，它通过实体、属性和关系描述现实世界的数据结构。
实体表示现实世界中的对象，属性表示实体的特性，关系表示实体之间的联系。
4. 范式理论范式理论是数据库设计中的重要概念，它描述了数据的结构和依赖关系。
常用的范式包括第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）。
设计师需要根据需求和数据特点选择合适的范式，并遵循范式理论进行设计。
三、实验设计过程本次实验的数据库设计目标是创建一个图书管理系统。
根据需求分析，我们确定了以下实体和关系：1. 实体：- 书籍（书名、作者、出版社、出版日期、价格等属性）- 读者（姓名、年龄、性别、联系方式等属性）- 图书馆（名称、地址、管理员等属性）2. 关系：- 借阅关系（读者ID、书籍ID、借阅日期、归还日期等属性）根据实体关系模型和范式理论，我们进行了如下设计过程：1. 概念设计：根据需求分析，我们创建了实体-属性关系图，明确了实体和属性之间的关系。
2. 逻辑设计：根据概念设计的结果，我们将实体关系图转化为关系模式，并进行了范式分析。
通过分析，我们确定了每个关系模式的主键和外键，并消除了冗余和不合理的依赖关系。
数据库设计的步骤和要点总结
数据库设计的步骤和要点总结数据库设计是构建数据库系统的基础，一个良好设计的数据库可以保证数据的完整性、一致性和高效性。
以下是数据库设计的步骤和要点总结：1. 需求分析- 收集需求：与项目干系人（比如客户、用户、管理者）沟通，收集业务需求。
- 确定数据范围：明确数据库需要处理的数据类型、数据来源和数据用途。
2. 概念设计- 实体-关系模型（ER模型）：识别系统中的实体及其属性，以及实体之间的关系。
- 确定实体和关系的属性：为每个实体和关系指定属性，并区分主键。
3. 逻辑设计- 规范化：避免数据冗余，减少更新异常，确保数据一致性。
- 数据模型选择：根据需求选择合适的数据模型，如关系模型、文档模型等。
- 定义表结构：根据ER模型定义表结构，确定字段类型、约束等。
- 设计索引：根据查询需求设计索引，提高查询效率。
4. 物理设计- 存储结构：确定数据文件的存储方式，如顺序文件、索引文件等。
- 文件组织：设计数据文件的分布，考虑数据的存取效率和存储空间利用率。
- 确定存储分配：为数据库对象（表、索引等）分配存储空间。
5. 数据库实施- 数据迁移：将现有数据迁移到新数据库中。
- 应用程序集成：确保应用程序能够正确地与数据库交互。
- 测试：进行数据库测试，确保满足性能和功能要求。
6. 维护- 监控：定期监控数据库性能，及时发现并解决性能问题。
- 备份与恢复：定期进行数据备份，设计恢复策略以应对数据丢失或损坏的情况。
- 调整：根据实际运行情况调整数据库结构或参数。
7. 安全性设计- 用户权限管理：定义用户的访问权限，确保数据安全。
- 数据加密：对敏感数据进行加密存储。
- 审计与日志：记录所有对数据库的访问和操作，以便于事后审计。
8. 考虑特殊需求- 事务管理：确保数据库系统能够支持事务，保证数据的一致性。
- 并发控制：设计机制以处理多用户同时访问数据库的情况。
- 数据完整性：通过约束（如主键、外键、唯一性约束）确保数据的准确性和可靠性。
系统需求分析实验报告(软件工程)
二、实验目的
1.确定课题，组织组员，合理分工，熟悉软件开发环境，培养团队精神。
2.确定项目的可实施性，在此基础上完成系统的逻辑功能模型的建立，掌握结构化分析技术；
3.通过绘制系统流程图和数据流图，熟练掌握系统流程图和数据流图的基本原理，并能对简单问题进行系统流图和数据流图的分析，独立地完成数据流图设计。此外，学会使用Case工具完成数据流图和系统流程图的分析与实现。
三、实验要求：
每小组4人，共同形成一份需求规格说明文档
四、实验条件
1、装有 Windows2007以上操作系统的微型计算机；
2、Microsoft Office Visio 2013 软件。
3、其他可以完成实验的相应软件
五、实验分工情况
姓名
所完成工作名称
姓名
所完成工作名称
A
0层数据流图绘制、数据字典内容划分
实 验 报 告
课程名称：
院（系）：
专业：
班级：
项目经理：
学号：
项目成员：
指导老师：
实 验 报 告
实验名称：需求分析
项目经理
项目成员
实验项目
系统需求分析
实验日期
实验类别
1.验证性实验或基础性实验 2.综合性实验
3.设计性实验 4.创新性实验和研究性实验
教师评语
实验成绩
指导教师（签名）
年月日
一、实验内容：
1.根据各组选择的课题，实行项目经理制，各组推荐一名项目经理，统一管理整个项目的实施过程，并合理调整资源和负责项目全局；根据项目的难易合理分配组员的任务，对问题达成一致的看法；针对项目的实施，熟悉相应的软件开发工具的使用环境。
关系数据库设计方法
关系数据库设计方法
关系数据库设计方法主要包括以下几个步骤：
1. 需求分析：这是设计数据库的第一步，需要了解并分析用户的需求，包括数据类型、数据量、数据来源、数据使用方式等。
2. 概念设计：根据需求分析的结果，设计出符合用户需求的概念模型，如实体、属性、关系等。
这一步需要遵循数据库的命名规范和设计原则，如减少数据冗余、保持数据一致性和完整性等。
3. 逻辑设计：将概念模型转换为逻辑模型，如关系模型、层次模型等。
这一步需要确定数据库的结构，包括表、字段、约束等，并按照一定的范式理论（如3NF）来消除数据依赖中不合理的部分。
4. 物理设计：根据逻辑模型和实际需求，设计数据库的物理结构，包括存储方式、索引、查询优化等。
这一步需要考虑数据库的性能和可扩展性。
5. 实施与维护：根据设计的物理结构，创建数据库，并导入或生成数据。
在数据库运行过程中，还需要进行维护，包括备份、恢复、优化等。
以上是关系数据库设计的基本步骤，每一步都需要仔细考虑和评估，以确保最终设计的数据库能够满足用户的需求并具有高效、稳定、安全的特点。
关系数据库的设计原则
关系数据库的设计原则关系数据库是一种常用的数据库管理系统，它将数据以表格的形式进行组织和存储。
根据实际需求，设计一个高效且可靠的关系数据库非常关键。
以下是关系数据库设计的一些原则和指导：1. 数据库需求分析：在设计关系数据库之前，首先需要进行数据库需求分析。
这包括确定数据库中需要存储的数据类型、数据量以及数据之间的关系。
通过深入了解业务需求，可以确保数据库的准确性和完整性。
2. 数据库规范化：数据库规范化是关系数据库设计的基本原则之一。
它通过将数据分解成更小的、更规范的表来消除数据冗余和不一致性。
常用的规范化形式包括第一范式、第二范式和第三范式。
规范化能够提高数据库的性能和可维护性。
3. 主键设计：主键是用来唯一标识数据库表中每个记录的字段。
在设计关系数据库时，需要为每个表选择一个合适的主键。
主键应该具有唯一性和稳定性，并且不应该包含可变的信息。
常用的主键类型包括自增长整数、全局唯一标识符（GUID）等。
4. 外键关系：外键是用来建立不同表之间的关联关系的字段。
在设计关系数据库时，需要使用外键来确保数据的完整性和一致性。
外键能够实现表之间的关联查询和数据的级联操作，但需要注意外键的索引和性能优化。
5. 索引设计：索引是提高数据库查询性能的重要手段。
在设计关系数据库时，需要根据查询需求选择合适的索引字段。
索引应该选择具有高选择性的字段，并避免过多的索引和冗余的索引。
同时，需要定期对索引进行维护和优化。
6. 数据类型选择：在设计关系数据库时，需要选择合适的数据类型来存储数据。
常见的数据类型包括整数、字符、日期、时间等。
正确选择数据类型可以提高数据库的存储效率和查询性能。
7. 数据库安全性设计：数据库安全性是关系数据库设计的重要考虑因素之一。
在设计关系数据库时，需要考虑数据的访问权限、用户身份验证、数据加密等安全措施。
合理的安全设计可以保护数据库免受未经授权的访问和数据泄露的风险。
8. 性能优化设计：性能优化是关系数据库设计的关键目标之一。
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实验十二系统需求分析和关系数据库设计
[实验目的]
1.掌握商品化的数据库设计工具软件：Power Designer R15.0
2.掌握数据库设计的方法和主要步骤；
3.掌握概念结构的建立方法和常用工具（E—R图）；
4.掌握概念结构到逻辑结构的转换原则；
5.掌握数据库优化的主要内容和常用方法；
6.掌握数据库应用程序开发的主要步骤。
[实验时数]8 学时
[实验内容]
要求学生根据周围的实际情况，自选一个小型的数据库应用项目，并深入到应用项目的现实世界中，进行系统分析和数据库设计。
可以选择给定的五个叙述性题目或附录1的选题表中选择一个课题。
学生分成至多3人一组，成员自由组合。
[实验步骤]
主要作重于数据库设计的六个阶段中的前四阶段：需求分析(分析用户要求)、概念设计(信息分析和定义)、逻辑设计(设计实现)和物理设计(物理数据库设计)进行。
概念模型设计时采用自底向上的方法，即自顶向下地进行需求分析，然后再自底向上地设计概念结构。
1、系统分析与数据库设计阶段
①通过社会调查，选择一个实际应用数据库系统的课题。
②进行系统需求分析和系统设计，写出系统分析和设计报告。
③设计数据模型并进行优化，确定数据库结构、功能结构和系统安全性和完整性要求。
2、应用程序设计阶段
①完成数据库定义工作，实现系统数据的数据处理和数据录入。
②实现应用程序的设计、编程、优化功能，实现数据安全性、数据完整性和并发控制技术等功能，并针对具体课题问题提出解决方法。
3、系统集成调试阶段
对系统的各个应用程序进行集成和调试，进一步优化系统性能，改善系统用户界面。
[实验报告要求]
1、完成问题陈述中所提到的所有需求功能；
2、要求撰写不少于3000个文字的文档，设计报告按照以下提纲书写：
●概述（包括项目背景、编写目的、软件定义、开发环境等内容）
●需求分析（问题陈述、需完成的功能。
）
●数据库概念结构设计（画出E-R模型图）
●数据库逻辑结构设计（把E-R模型图转换为关系表。
描述每一个基本表关系。
定义视图、定义索引、主关键字、定义权限）
●数据流图及程序结构框图
●程序原代码及其说明
●总结
●参考文献
3、主要内容及装订顺序：封面(统一格式)、目录、正文、参考文献。
4、设计报告严禁抄袭，即使是同一小组也不允许雷同，否则按不及格论。
[课程设计题目]
请在给定的五个叙述性题目或附录1中任选一个题目完成本门课程的设计任务。
1、中小学智能排课系统
中小学校教务处作为中小学校所有教学事务的管理中心，是一所学校教学计划能够顺利进行的指挥和协调部门。
其中排课室工作人员有限，排课的任务重，而引起课程变化的因素多，工作量大，迫切需要一套完善的计算机自动排课系统，以提高排课效率。
为此，要求软件主要完成的功能有：能根据教师要求（如某天不得排课）、课程约束（如体育不能排在上午第一节课）、班级约束（如某班星期五下午最后一节课不排课）、校级约束（如全校所有班级星期一下午第一节课都为班会）等信息自动为班级和教师生成课程表，要求主课尽量排在上午和下午一、二节课，副课尽量排在上午和下午的最后一节课，如体育课排在上午第一节课是不太合适的。
对于软件不能安排的少数课程，教务工作者能够在自动排出的课程表上进行手工调课。
要求：（1）系统可以进行两节连课处理，如作文课可以连课上；（2）排出的课程表中不允许有教师冲突的情况，比如，一个教师同时给两个班级上课是不允许的；（3）要求课程表中的课程要有所变化，比如一个班级的所有数学课总是排在上午第一节课是不好的课程表。
（4）每周上课天数可以是5天也可以是六天，每天上课节数可以是7节或是8节；（5）每个年级所开课程是一样的，而且所开课程可以变化；（6）一个教师可以教授多门课程；（7）系统可以为每个班级和每位教师打印课程表；（8）系统可以把生成的课程表自动转化成网页在网上公布；（9）在课表生效后，教师可以要求调课；（10）教师数量是动态的，所开课程的数量也是动态的。
2、学生学籍管理信息系统
学生学籍管理工作包括学生档案、学籍、成绩、升学等内容的管理；面对大量的学生数据、报表，手工处理方式已经很难跟上现代化的步伐。
随着计算机技术及网络通讯技术的飞速发展，许多学校已经有了较好的计算机应用甚至网络硬件建设基础。
因此为提高学校管理工作的现代化、科学化水平，保证信息处理的即时化、准确化，开发一套对学生学籍进行管理的软件是极其重要的。
应完成的主要功能：（1）学生档案的管理，即录入、修改、查询、输出学生档案信息，这些信息包括学生基本情况、学生简历情况、学生奖励情况、学生处分情况、学生家庭信息、学生体检情况。
（2）学生学籍管理，录入、修改、查询、输出学生学籍信息，这些信息包括学生奖贷学金情况、学生注册、学生异动情况、学生军训情况、学生毕业情况。
（3）学生成绩管理，录入修改、查询、输出学生入校成绩，各学期、各门课程的成绩信息，并支持按年级、班级等条件的统计、查询、报表输出。
3、人事管理系统
⑴系统功能的基本要求：
●员工各种信息的输入，包括员工的基本信息、学历信息、婚姻状况信息、职称等。
●员工各种信息的修改；
●对于转出、辞职、辞退、退休员工信息的删除；
●按照一定的条件，查询、统计符合条件的员工信息；至少应该包括每个员工详细信
息的查询、按婚姻状况查询、按学历查询、按工作岗位查询等，至少应该包括按学
历、婚姻状况、岗位、参加工作时间等统计各自的员工信息；
●对查询、统计的结果打印输出。
⑵数据库要求：在数据库中至少应该包含下列数据表：
●员工基本信息表；
●员工婚姻情况表，反映员工的配偶信息；
●员工学历信息表，反映员工的学历、专业、毕业时间、学校、外语情况等；
●企业工作岗位表；
●企业部门信息表。
4、工资管理系统
⑴系统功能的基本要求：
●员工每个工种基本工资的设定
●加班津贴管理，根据加班时间和类型给予不同的加班津贴；
●按照不同工种的基本工资情况、员工的考勤情况产生员工的每月的月工资；
●员工年终奖金的生成，员工的年终奖金计算公式＝（员工本年度的工资总和＋津贴
的总和）/12；
●企业工资报表。
能够查询单个员工的工资情况、每个部门的工资情况、按月的工资
统计，并能够打印；
⑵数据库要求：在数据库中至少应该包含下列数据表：
●员工考勤情况表；
●员工工种情况表，反映员工的工种、等级，基本工资等信息；
●员工津贴信息表，反映员工的加班时间，加班类别、加班天数、津贴情况等；
●员工基本信息表
●员工月工资表。
5、高校图书管理系统
主要完成图书管理系统的设计。
用户有以下需求：建立读者档案；建立图书档案，建立书目索引；完成日常图书检索、借还工作，对读者档案、图书档案、借还系统的访问，必需进行身份验证。
具体要求如下：
①读者档案
数据包括：借书证号、姓名、性别、出生日期、身份证号、单位、通讯地址、邮政编码、联系电话、办证日期、借阅范围（书库）、允许最多借书册数、借书期限、照片、职业等。
②图书档案
数据包括：书号、书名、作者、出版单位、出版日期、版次、单价、内容提要、分类号、索书号、藏书册数、每册图书馆藏注册号、所在书库、入库日期等。
③检索系统
能根据书号、书名、作者、出版单位、内容提要关键字、分类号、索书号、每册图书馆藏注册号等进行查询。
④借书系统
输入借书条后，能根据借书证号判断该读者可以借书的书库，借书是否超出最大允许借书册数，书库中是否还有该书可借。
⑤还书系统
对过期未还图书进行罚款，对归还的图书能从借书登记表中取消，对丢失的图书进行登记。
附录1：数据库设计课题选题表
5 宾馆客房管理系统
6 车站售票管理系统
7 汽车销售管理系统
8 仓储物资管理系统
9 企业人事管理系统
10 选修课程管理系统。