数据库设计实例需求分析、概念结构、逻辑结构
数据库系统概论-第七章
7.1.3 数据库设计的基本步骤
一、数据库设计的准备工作
参加数据库设计的人员：
1) 数据库分析设计人员 ，其水平决定了数据库系统的质量 (1) 数据库设计的核心人员 (2) 自始至终参与数据库的设计
2) 管理员和用户 (1) 参与需求分析 (2) 参与数据库的运行维护
3) 程序员和操作员 ，在系统实施阶段参与进来 (1) 负责编制程序 (2) 准备软硬件环境
(E-R)1 (E-R)2
(E-
(E-
R)12
R)3
初步E-R
基本E-R 逐步集成
视图集成的步骤
1. 合并分E-R图，解决冲突，生成初步E-R图
(1) 属性冲突——讨论、协商等解决 1) 属性域冲突：(1) 属性值的类型； (2) 取值范围 2) 属性取值单位冲突
(2) 命名冲突——讨论、协商等解决 1) 同名异义；2) 异名同义
课程管理局部应用的E-R图
教室编号 地址
容量
课程名
学分
课程号
所在系
年级 平均成绩
姓名 学号 性别 年龄
教室
1 开设 1
1
m
课班程级
1
讲授
选修
成绩 n
n 学生
m
教学 n
教科书
教师
书号 书名 价钱
职工号 姓名 性别 职称
7.3.4 视图的集成
(E-R)1 (E-R)2
(ER)n
初步ER
基本E-R
一次集成
描述概念模型的工具： E-R模型
7.3.2 概念结构设计的方法与步骤
设计概念结构的四类方法：
♦ 自顶向下 ♦ 自底向上 ♦ 逐步扩张 ♦ 混合策略
常用策略：自底向上
数据库设计的一般步骤及例子
一、数据库设计的一般流程1.概述包括课程设计选题、项目背景、课程设计报告编写目的、课程设计报告的组织等内容。
2.课程设计任务的需求分析2.1设计任务2.2设计要求2.3需求描述的规范文档3.概念结构设计3.1概念结构设计工具（E-R模型）3.2XXX子系统（局部）3.2.1子系统描述3.2.2分E-R图3.2.3说明3.3YYY子系统3.3.1子系统描述3.3.2 分E-R图3.3.3 说明……3.X 总体E-R图3.X.1 E-R图的集成3.X.2 总体E-R图4.逻辑结构设计4.1关系数据模式4.2视图的设计4.3优化5.数据库物理设计与实施5.1数据库应用的硬件、软件环境介绍5.2物理结构设计5.3 索引的设计5.4建立数据库5.5 加载数据库测试数据6.数据操作要求及实现6.1数据查询操作6.2数据更新操作6.3数据维护操作6.4其他7.数据库应用系统的实现8.设计心得体会9.参考文献二、例子：学生选课管理系统在高校教学管理系统中，学生选课管理是很重要的功能模块。
需求分析：该系统应该能管理学校的教师信息、学生信息、专业信息、学校开设的所有课程信息、学生选修课程的信息等。
选课系统主要满足三类用户的要求，这三类用户分别是教务处的系统管理员、教师和学生。
他们所具有的操作权限以及操作内容是不同的。
具体的需求分析如下：系统管理员1）维护学生的个人基本信息，实现对学生个人信息的增、删、改等。
学生信息包括…2）维护教师的个人基本信息，实现对教师个人信息的增、删、改等。
教师信息包括…3）维护课程的个人基本信息，实现对课程个人信息的增、删、改等。
课程信息包括…学生用户1）查询和修改个人信息。
2）进行选课操作3）学生可以查看自己所选课程信息及以前所选课程的成绩信息。
教师用户1）查询和修改个人信息2）课程结束后，登记成绩3）教师可查看自己的教学安排。
数据库概念结构设计：概念结构设计的常用工具是ER图。
分下面几步完成。
数据库第7章-数据库设计(2)-概念结构设计
第七章 数据库设计
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 数据库设计概述 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 数据库的物理设计 数据库实施 数据库运行与维护 小结
需求分析阶段
调查 机构 情况
熟悉 业务 活动
明确 用户 需求
确定 系统 边界
分析 系统 功能
分析 系统 数据
编写 分析 报告
概念 设计 阶段
数据 流程图 DFD
数据库 设计人员
用户
数据 字典 DD
7.3 概念结构设计
什么是概念结构设计
需求分析阶段描述的用户应用需求是现实世界 的具体需求 将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即
概念模型的过程就是概念结构设计
概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数
性别
分配
1
住房
设计分E-R图的步骤
（1）以数据字典为出发点定义E-R图。
实体与属性是相对而言的。
同一事物，在一种应用环境中作为“属性”， 另一种应用环境中就必须作为“实体”。 例： 学 校 中 的 系 ， 在 某 种 应 用 环 境 中 ， 它 只 是 作为 “学生”实体的属性，表明学生属于哪个系； 另一种环境中，由于需要考虑一个系的系主任、
教师人数、学生人数、办公地点等，这时它就需
“is member of”
张英
王平
刘勇
……
赵斌
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分之间“is part of”的语义 在E-R模型中若干属性的聚集组成实体型，就是这种抽象
实体型
学 生
数据库结构设计方案
数据库结构设计方案摘要：数据库结构设计是建立和规划数据库的过程，它关乎到整个系统的运行效率和数据安全性。
本文介绍了数据库结构设计的基本原则和步骤，并给出了一个实际的案例，展示了如何设计一个高效、安全的数据库结构。
一、引言数据库是现代信息系统中的核心组成部分，它承载了系统中的重要数据和业务逻辑。
良好的数据库结构设计可以提高系统的性能和可维护性，并保证数据的一致性和完整性。
二、数据库结构设计的基本原则在进行数据库结构设计时，应遵循以下原则：1. 数据冗余最小化：通过合理的表结构设计，避免数据的重复存储，以节省存储空间，并减少数据更新时的复杂性。
2. 数据一致性保证：通过定义适当的关系和约束，确保数据在数据库中的一致性和完整性，避免数据冲突和错误。
3. 性能优化：通过合理的表关联设计、索引优化等手段，提高数据库的查询效率和响应速度。
4. 扩展性和可维护性：在设计数据库结构时考虑系统未来的扩展需求，并使用标准化的命名规范和注释，以提高代码的可读性和可维护性。
三、数据库结构设计的步骤数据库结构设计可以分为以下几个步骤：1. 需求分析：通过与系统用户的沟通，理解系统的功能需求和数据需求，确定数据库中的实体、属性和关系。
2. 概念设计：在需求分析的基础上，使用ER图或UML图等工具，绘制出系统的概念模型，明确实体、属性和关系之间的逻辑结构。
3. 逻辑设计：在概念设计的基础上，将概念模型转化为数据库中的表结构设计，确定每个实体对应的表以及表之间的关系。
4. 物理设计：在逻辑设计的基础上，考虑实际数据库管理系统的特点和限制，进行表空间规划、索引设计、性能优化等工作。
5. 实施和测试：根据设计结果，创建数据库，并进行测试和验证，确保数据库结构满足系统需求，且能够正常运行。
四、案例分析假设我们需要设计一个图书管理系统的数据库结构，包含以下几个实体：图书、作者、图书馆、借阅记录。
根据需求分析，我们可以得到以下设计方案：1. 图书表(Book)：包含图书的基本信息，如书名、ISBN号、出版日期等。
(完整版)数据库课程设计-试题库管理系统
《数据库系统概论》课程设计实验报告题目试题库管理系统学院商学院专业信息管理与信息系班级信息101学号201052275130学生姓名杨贵文同组成员周杭施建炉王于宾指导教师宣军英编写日期2012-06-19——2012-06-29一、课题名称：试题库管理系统二、课题要求：结合所学知识，开发一个简易的试题库管理系统。
三、实验目的：结合本学期所学知识，使学生温故而知新，并在实践操作上增加对数据库系统设计的认识和理解。
四、实验步骤：五、1、需求分析2、概念结构设计3、逻辑结构设计4、物理结构设计5、数据库实施6、数据库运行和维护六、课程开发内容：5.1 需求分析5.1.1 系统调查对现行的试题库管理业务进行了详细的调查和研究是了解系统需求和进行系统分析和设计的重要基础工作，因此要对我们的试题库管理工作进行全面的细致的调查研究。
首先与相关的老师进行了交流和沟通，了解他们对试题库管理的看法，看看有没有什么新的要求，在这个基础上，结合自身所掌握的知识水平，量力而行开发相应的试题库管理系统。
在调查中我们可以发现，高校的试题库是极其庞大的，如果没有一个智能的系统将人们从手工阶段解放出来，那么一个庞大的、完整的试题库是无法有效运行的，甚至出题的老师也无法有效、准确地在试题库中抽取自己所需要的试题，这等于说是一个没有实际运用价值的试题库。
所以说，他们对希望有这样的一个可以详细地表示试题属性的这样的一个试题库。
那么今天我们就围绕着这样的一个目标展开我们的工作。
5.1.2 用户需求要设计一个性能良好的管理系统，明确用户的应用环境对系统的要求是首要的和基本的。
本系统从以下四个方面对用户需求进行了分析：1）用户的需求信息：出题老师可以看到题目所属的类型和题目所考察的内容以及试题的分值和难度等级。
当然这个权限也给管理员和系主任。
2）用户的处理要求：管理员可以对试题库进行插入和删除操作，出题老师可以凭借自己自定义的选题要求在试题库中选择自己需求的试题，这个权限也对系主任开放。
数据库设计之逻辑结构设计
E-R图向关系模型的转换（续）
? 由于连接操作是最费时的操作，所以 一般应以尽量减少连接操作为目标。 例如，如果经常要查询某个班级的班 主任姓名，则将管理联系与教师关系 合并更好些。
E-R图向关系模型的转换（续）
转换原则⒌ 三个或三个以上实体间的一个
多元联系转换为一个关系模式。
– 关系的属性：与该多元联系相连的各实体的键
通常多采用这个方法利用dd和dfd来分析冗余幵消除乊数据模型的优化续当一个应用的查询中经常涉及到两个或多个关系模式的属性时系统必须经常地进行联接运算而联系运算的代价是相当高的可以说关系模型低效的主要原因就是做联接运算引起的因此在这种情况下第二范式甚至第一范式也许是最好的非bcnf的关系模式虽然从理论上分析会存在丌同程度的更新异常但如果在实际应用中对此关系模式只是查询幵丌执行更新操作则就丌会产生实际影响
选修（学号，课程号，成绩）
E-R图向关系模型的转换（续）
转换原则⒊ 一个1:n联系可以转换为一个独
立的关系模式，也可以与n端对应的关系模 式合并。
– 1) 转换为一个独立的关系模式
– 关系的属性：与该联系相连的各实体的
键以及联系本身的属性
– 关系的键：n端实体的键
E-R图向关系模型的转换（续）
转换原则⒊ 一个1:n联系可以转换为一个独
E-R图向关系模型的转换（续）
例，“拥有”关系模式：
拥有（学号，性别）
与学生关系模式：
学生（学号，姓名，出生日期，所在系，年级， 班级号，平均成绩）
都以学号为码，可以将它们合并为一个关系模式：
学生（学号，姓名，性别，出生日期，所在系， 年级，班级号，平均成绩）
E-R图向关系模型的转换（续）
实例 ? 按照上述七条原则，学生管理子系统中的
《数据库设计》ppt课件
数据库设计流程与步骤
步骤
1. 收集和分析用户需求，确定系统功能和性能要求。
2. 选择合适的数据模型，设计概念结构，形成概念模式。
数据库设计流程与步骤
02
03
04
01
数据库设计流程与步骤
3. 将概念模式转换为逻辑模式，进行逻辑优化。
4. 选择物理存储结构，设计物理模式，进行物理优化。
5. 用DDL定义数据库结构，组织数据入库，编制与调试应用程序。
《数据库设计》ppt课件
目录
数据库设计概述 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理结构设计 数据库实施与维护 案例分析与实战演练
01
CHAPTER
数据库设计概述
数据库设计是指根据用户需求，运用数据库技术，设计数据库结构、建立数据库及其应用系统的过程。
定义
数据库设计是信息系统开发过程中的重要环节，直接影响系统的性能、可扩展性、可维护性等。
数据模型优化与规范化
外模式/内模式映射
定义用户子模式与逻辑模式之间的映射关系，实现数据的逻辑独立性和物理独立性。
安全性控制
在用户子模式设计中考虑数据的安全性控制，如访问权限、加密等。
视图设计
根据用户需求和安全控制要求，设计相应的视图来限制用户对数据的访问。
用户子模式设计
05
CHAPTER
物理结构设计
联系
用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1, 1:n, m:n）。
码
在属性下方加上下划线表示该属性为码属性。
视图集成
将多个用户的局部视图合并成一个全局视图的过程。包括合并各个局部视图的实体、属性和联系，生成全局视图。
数据库系统的设计方法(1)
设计步骤是：首先要将现实世界中的数据及应用情况用 数据流程图和数据字典表示，并详细描述其中的数据操作要求 （即操作对象、方法、频度和实时性要求），进而得出系统的层 次结构、功能模块结构和数据库的子模式。
3. 数据库的物理模式设计
要求：根据库结构的动态特性（即数据库应用处理要求）， 在选定的DBMS环境下，把数据库的逻辑结构模型加以物理实现，从 而得出数据库的存储模式和存取方法。
内容：数据库的结构特性设计、行为特性设计和物理模式 设计。在数据库系统设计过程中，数据库结构特性的设计起着关键 作用，行为特性设计起着辅助作用，两者结合起来，相互参照，同 步进行，才能较好地达到设计目标。
1. 数据库的结构特性设计 数据库的结构特性是指数据库的逻辑结构特征。数据库的
结构特性设计又称为数据库的静态结构设计。 设计过程是：先将现实世界中的事物、事物间的联系用E-R
程。数据库设计过程是结构设计和行为设计分离设计、相互参照、 反复探寻的过程。
● 3.1.3 数据库设计的基本方法
手工试凑法。使用手工试凑法设计数据库与设计人员的 经验和水平有直接关系
新奥尔良（New Orleans）方法。是规范设计法中的一种， 它将数据库设计分为4个阶段：需求分析、概念设计、逻辑设计和 物理设计。其后，经过改进，认为数据库设计应分6个阶段进行： 需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据 库实施和数据库运行与维护。
在概念结构的设计过程中，设计者要对用户需求进行综合、 归纳和抽象，形成一个独立于具体计算机和DBMS的概念模型。 3.逻辑结构设计阶段
数据逻辑结构设计的主要任务是将概念结构转换为某个 DBMS所支持的数据模型，并将其性能进行优化。
4.数据库物理结构设计阶段 主要任务是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物
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数据库设计实例分析
一、需求分析实例
现要开发高校图书管理系统。
经过可行性分析和初步的需求调查，确定了系统的功能边界，该系统应能完成下面的功能：
（1）读者注册。
（2）读者借书。
（3）读者还书。
（4）图书查询。
1、数据流图
顶层数据流图反映了图书管理系统与外界的接口，但未表明数据的加工要求，需要进一步细化。
根据前面图书管理系统功能边界的确定，再对图书管理系统顶层数据流图中的处理功能做进一步分解，可分解为读者注册、借书、还书和查询四个子功能，这样就得到了图书管理系统的第0层数据流图
从图书管理系统第0层数据流图中可以看出，在图书管理的不同业务中，借书、还书、查询这几个处理较为复杂，使用到不同的数据较多，因此有必要对其进行更深层次的分析，即构建这些处理的第1层数据流图。
下面的图8-7分别给出了借书、还书、查询子功能的第1层数据流图
2、数据字典
数据项
数据项名称：借书证号
别名：卡号
含义说明：惟一标识一个借书证
类型：字符型
长度：20
……
数据结构
（1）名称：读者类别
含义说明：定义了一个读者类别的有关信息
组成结构：类别代码+类别名称+可借阅数量+借阅天数+超期罚款额
（2）名称：读者
含义说明：定义了一个读者的有关信息
组成结构：姓名+性别+所在部门+读者类型
（3）名称：图书
含义说明：定义了一本图书的有关信息
组成结构：图书编号+图书名称+作者+出版社+价格
……
数据流
（1）数据流名称：借书单
含义：读者借书时填写的单据
来源：读者
去向：审核借书
数据流量：250份/天
组成：借书证编号+借阅日期+图书编号
（2）数据流名称：还书单
含义：读者还书时填写的单据
来源：读者
去向：审核还书
数据流量：250份/天
组成：借书证编号+还书日期+图书编号
……
数据存储
（1）数据存储名称：图书信息表
含义说明：存放图书有关信息
组成结构：图书+库存数量
说明：数量用来说明图书在仓库中的存放数
（2）数据存储名称：读者信息表
含义说明：存放读者的注册信息
组成结构：读者+卡号+卡状态+办卡日期
说明：卡状态是指借书证当前被锁定还是正常使用
（3）数据存储名称：借书记录
含义说明：存放读者的借书、还书信息
组成结构：卡号+书号+借书日期+还书日期
说明：要求能立即查询并修改
……
处理过程
（1）处理过程名称：审核借书证
输入：借书证
输出：认定合格的借书证
加工逻辑：根据读者信息表和读者借书证，如果借书证在读者信息表中存在并且没有被锁定，那么借书证是有效的借书证，否则是无效的借书证。
……
二、概念结构设计实例
1．标识图书管理系统中的实体和属性
参照数据字典中对数据存储的描述，可初步确定三个实体的属性为：
读者：｛卡号，姓名，性别，部门，类别、办卡日期，卡状态｝
读者类别：{类别代码，类别名称，可借阅天数、可借阅数量，超期罚款额}
图书：｛书号，书名，作者，价格，出版社，库存数量｝
借还记录：｛卡号，书名，借书日期，还书日期｝
其中有下划线的属性为实体的码。
2．确定实体间的联系
三、逻辑结构设计实例
1、图书管理系统的关系模型
将在概念结构阶段得到的基本E-R图转换成关系模型，如下表所示：
2、将关系设计成SQL Server 2005下相应的表reader（读者表）
dzclass（读者类别表）
book（图书表）
borrow（借还表）。