数据库原理第5章

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5.3概念设计

概念设计的目标是设计出反映某个组织部门信 息需求的数据库系统概念模式。概念结构设计 的重点在于信息结构的设计，它是整个数据库 系统设计的关键。
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5.3概念设计




概念模式的主要特点是： 1.能真实、充分地反映现实世界，包括事物 和事物之间的联系，能满足用户对数据的处理 要求，是对现实世界建立的一个真实模型； 2.易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机 的用户交换意见，用户的积极参与是数据库设 计成功的关键； 3.易于更改，当系统应用环境和应用要求改 变时，容易对概念模型进行修改和扩充； 4.易于向关系、网状、层次等各种数据模型 转换。
“is member of”
学生
实体
学生
张英 李明 王宏 赵强
属性
学号
姓名
专业
班级
图5-4 分类
图5-5 聚集
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5.3概念设计


3）概括（generalization）
定义类型之间的一种子集联系。它抽象了类型之间的“is subset of” 的语义。例如学生是一个实体型，本科生、研究生也是实体型，本科 生、研究生均是学生的子集。则把学生称为超类（super-class）。本 科生、研究生称为学生的子类（subclass ），如图5-6所示。
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5.1数据库应用设计步骤

6.数据库运行和维护阶段 数据库应用系统经过试运行后即可投人正式 运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对 其进行评价、调整与修改。
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5.2用户需求描述与分析

需求分析简单地说就是分析用户的需要与要求。 需求分析是设计数据库的起点，需求分析的结 果是否准确反映了用户的实际要求，将直接影 响到后面各个阶段的设计，并影响到设计结果 是否合理和实用。


2）聚集（aggregation）
定义某一类型的组成成分。它抽象了对象内部类型和成员 之间“is part of”的语义。在E-R模型中若干属性的聚集 组成了实体型，就是这种抽象。例如：学号、姓名、专业、 年级等属性的聚集组成了学生这个实体型，如图5-5所示。 29
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5.3概念设计
物理设计阶段
物理实施 数据库实施阶段 试运行 不满意 数据库运行和维护 运行、维护阶段 运行、维护阶段
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5.1数据库应用设计步骤

1.需求分析阶段 在这个阶段，数据库设计人员需要全面了解 用户的实际需求。需求分析做的是否充分与准 确，决定了构建数据库系统的速度与质量。
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5.1数据库应用设计步骤
图5-8 E-R图示例
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5.3概念设计

【例5-1】某单位人事管理子系统分E-R图设计。 某单位要开发信息系统。经过可行性分析和 详细调查，决定先开发人事管理子系统。为其 成立了开发小组。开发小组的成员经过需求调 查、信息流程分析和数据收集，明确了该子系 统的功能是：统计各部门人员需求，生成招聘 需求信息；查询面试者信息，对初选合格者进 行面试；根据面试记录，对面试合格者建立职 工记录；建立工作安排表，查询职工排班情况； 建立职工出勤记录；生成职工出勤统计表，作 为发放奖金的依据。
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5.2用户需求描述与分析

5.2.3用户需求描述与分析 调查了解了用户的需求以后，还需要进一步分 析和表达用户的需求。分析和表达用户需求常 采用的方法是自上而下的结构化分析方法 （structured analysis，SA）。该方法从最上 层的系统组织机构入手，采用逐层分解的方式 分析系统，并用数据流图和数据字典描述系统。
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5.3概念设计


5.3.1概念设计的方法与步骤 设计概念通常有4类方法。 1.自顶向下：即首先定义全局概念结构的框架， 然后逐步细化。 2.自底向上：即首先定义各局部应用的概念结 构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构。

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5.3概念设计


2.概念结构设计阶段 概念结构设计即设计数据库的概念结构。概 念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过 对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个 独立于具体DBMS的概念模型。最常用的概念 结构设计的方法是E-R图。
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5.1数据库应用设计步骤

3.逻辑结构设计阶段 逻辑结构设计的任务是将抽象的概念结构转 换成所选用的DBMS支持的逻辑数据模型，并 对其进行优化。主要是考虑如何将E-R图转化 为关系模型。
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5.2用户需求描述与分析

5.2.3用户需求描述与分析 1. 数据流图（data flow diagram，DFD）
数据存储
数据存储
数据来源 处理 数据输出
数据存储
数据源点 或终点
数据处理
数据流
图5-1 系统高层数据流图
图5-2 数据流图使用符号
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5.2用户需求描述与分析
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5.2用户需求描述与分析


5.2.3用户需求描述与分析 2. 数据字典（data dictionary，DD） 1）数据项，是不可再分的数据单位，包括数据项名、 数据项含义说明、别名、类型、长度、取值范围、与 其他数据项的逻辑关系等。其中“取值范围”和“与 其他数据的逻辑关系”（如该数据项等于另外几个数 据项之和，该数据项值与其他数据项值的关系等）定 义了数据的完整性约束条件，是设计数据检验功能的 依据。 数据项描述={数据项名，数据项含义说明，别名， 数据类型，长度，取值范围，取值含义，与其他数据 项的逻辑关系}
学生
超类 “is subset of” 子类 本科生
研究生
图5-6 概况
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5.3概念设计

2.局部视图设计 概念结构设计的第一步就是利用上面介绍的抽 象机制对需求分析阶段收集到的数据进行分类、 组织（聚集），形成实体、实体的属性，标识 实体的码，确定实体之间的联系类型（1：1， 1 ：N，N： M），设计局部视图（也称分E-R 图），具体做法如下。
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5.2用户需求描述与分析

需求分析的过程是对现实世界深入了解的过程， 数据库系统能否正确的反映现实世界，主要取 决于需求分析。需求分析人员既要对数据库技 术有一定的了解，又要对组织部门的情况比较 熟悉，一般由数据库系统设计人员和本组织部 门的有关工作人员合作进行。需求分析的结果 整理成需求分析说明书，这是数据库技术人员 与应用组织部门的工作人员取得共识的基础， 必须得到有关组织部门人员的确认。

供应商 信息
图5-3给出了一个数据流图的示例。
采购员
确定供 应商
签订进 货合同
供应商
商品参 考价格
订货合同 记录
图5-3 系统数据流图示例
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5.2用户需求描述与分析

5.2.3用户需求描述与分析 2. 数据字典（data dictionary，DD） 数据字典通常包括数据项、数据结构、数据流、 数据存储和处理过程5个部分。其中数据项是 数据的最小组成单位，若干个数据项可以组成 一个数据结构，数据字典通过对数据项和数据 结构的定义来描述数据流、数据存储的逻辑内 容。每部分内容说明如下。

5.3.1概念设计的方法与步骤 设计概念通常有4类方法。 3.逐步扩充：首先定义最重要的核心概念结构， 然后向外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他 概念结构，直至总体概念结构。 4.混合策略：即将上述三种方法与实际情况结 合起来使用。
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5.3概念设计

5.3.2数据抽象与局部E-R图设计 1. 数据抽象 所谓抽象是对实际的人、物、事和概念进行人 为处理，抽取所关心的共同特性，忽略非本质 的细节，并把这些特征用各种概念精确的加以 描述。一般有3类抽象：
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5.2用户需求描述与分析


4）数据存储 数据存储描述={数据存储名，说明，编号，流 入的数据流，流出的数据流，组成：{数据结 构}，数据量，存取方式} 5）处理过程 处理过程描述={处理过程名，说明，输人： {数据流}，输出：{数据流}，处理：{简要说 明}}
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5.2用户需求描述与分析

5.2.1需求分析的任务 需求分析的任务是给出应用域中数据项、数据 项之间的关系和数据操作任务的详细定义，为 数据库系统的概念设计、逻辑设计和物理设计 奠定基础，为优化数据库系统的逻辑结构和物 理结构提供可靠依据。设计人员应与用户密切 合作，用户则应积极参与，从而使设计人员对 用户需求有全面、准确的理解。
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5.2用户需求描述与分析



2）数据结构，包括数据结构名、含义说明、 组成（数据项名）等。 数据结构描述={数据结构名，含义说明，组成： {数据项或数据结构}} 3）数据流 数据流描述={数据流名，说明，数据流来源， 数据流去向，组成：{数据结构}，平均流量， 高峰期流量}
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5.3概念设计

1）分类（classification）
定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型。这些 对象具有某些共同的特性和行为。它抽象了对象值和型之 间的“is member of”的语义。在E-R模型中，实体型就 是这种抽象。例如在学校环境中，张英是学生，表示张英 是学生中的一员，具有学生们共同的特性和行为，如在某 个班学习某种专业，选修某些课程，如图5-4所示。