数据库的概念结构设计
数据库设计
浅谈数据库设计 数据库设计属于系统设计的范畴，通常把使用数据的系统称为数据库应用系统，把数据库应用系统的设计简称为数据库设计。数据库设计把数据库应用系统分为需求分析阶段、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施阶段、数据库运行与维护六个阶段。下面简要介绍各个步骤的主要任务及方法。 1.需求分析阶段 需求分析是在项目确定之后，用户和设计人员通过详细的调查研究，充分了解用户的组织机构、业务规则、数据需求等等。所谓需求是指用户对软件的功能和性能的要求，就是用户希望软件能做什么事情，完成什么样的功能，达到什么性能。需求分析是数据库设计最基础的工作，如果这个阶段的工作不准确或有误，那么后面几个阶段的任务就会有偏差，如果到测试阶段才发现错误再去更改必然会付出很大的代价，因此必须高度重视这个阶段的人任务。需求分析阶段的后期编写系统分析报告，主要包括：系统的概况、目标、范围、现状等；系统及子系统的结构说明；系统的功能划分；系统的组织机构联系图；数据流程图；功能模块图及数据字典等内容。然后将此需求分析报告提交给用户的决策部门讨论审查，通过审查以后的需求分析报告作为今后各阶段设计和工作的依据。 例如：公司职工人事档案资料繁多，查询、统计、更新等各方面工作都不能更快更好进行，急需一管理系统实现人事资料的录入、维护、统计、查询等工作，明确要求后将具体事项形成书面报告审查后作为今后设计的依据。 2.概念结构设计 概念结构设计的目标是产生出一个能反映组织信息需求的概念模型，其特点有简单明确表示用户业务数据需求、数据之间的联系、数据约束条件等。概念结构的策略有四种自顶向下、自底向上、逐步扩张、混合策略。概念结构设计的最著名、最常用的方法是实体-联系方法，简称e-r方法。它虽然只有几个基本元素（实体、属性、联系），但能够表达现实世界复杂的数据、数据之间的关系和约束条件。 e-r图设计是对需求分析阶段所得到的数据进行分类、聚集、概括，确定实体、属性和联系，具体步骤如下： 2.1选择局部应用 数据流图是对业务处理过程从高层到底层的一级级抽象，高层抽象流图一般反映系统的概貌，对数据的引用较为笼统，选择适当层次的数据流图，让这一层的每一部分对应一个局部应用，实现某一项功能。 2.2逐一设计局部e-r图 规划好各个局部应用之后，对每一个局部应用设计局部e-r图，按照局部应用的数据流图，从数据字典中提取数据，使用抽象机制，确定局部应用中的实体、实体的属性、实体标示符、实体间的联系和类型，但是许多实物是实体还是属性没有明确的界定，要根据具体情况判断，一般来说，属性不能再分，属性也不能和其他实体发生联系，因为联系是实体和实体间的联系。 2.3 e-r图合并 根据局部应用设计好的局部e-r图之后，就可以对各局部e-r图进行合并，合并的目的是在合并过程中解决局部e-r图之间存在的冲突，消除存在的信息冗余，使之成为供用户理解的统一的、精练的全局概念模型。对所有的局部e-r图合并之后，就形成了全局e-r图，从而完成了概念结构设计。 3.逻辑结构设计 逻辑结构设计是在概念结构设计的基础上进行的数据模型设计，一般有层次、网状模型和关系模型，现在绝大多数dbms都是基于关系模型的，此阶段的主要任务有确定数据模型、将e-r图转换为指定的数据模型、确定完整性约束、确定用户视图。 例如：部门（1）————职工（m）。 4.物理结构设计 在实现数据库逻辑结构设计之后，就要确定数据库在计算机中的具体存储。数据库在计算机物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构。数据库的物理设计完全依赖于给定的数据库软件和硬件设备。层次和网状模型物理设计比较复杂，而关系dbms对物理设计要求很少，由dba来实现。物理结构设计需要确定数据分布、确定存储结构、确定存取方式。 5.数据库实施阶段 确定了数据库的逻辑结构和物理结构以后，可以利用dbms提供的数据定义语言建立数据库的结构。 例如：create table 职工库。 （职工编号 char（6） not null， 姓名 char（8） not null， 性别 char（2）， 所属部门 char（10）， primarykey key （职工编号））； 当数据库的结构建成之后，就可向数据库中加载数据，由于数据库中的数据量非常大，为了避免浪费大量人力财力时间等，通常专门设计一个录入子系统来提高效率，满足用户的要求。该子系统一般包括数据录入、录入过程的数据校验、代码转换、数据完整性约束、安全性检查等功能。 6.数据库的运行与维护 数据库设计与应用开发工作完成之后系统便进入运行与维护阶段。为保证数据库系统的安全稳定运行，需要综合考虑可能遇到的各种问题，指定详尽的运行计划和应对措施。任何因素导致系统初选问题，都可能给用户带来损失。 数据库的运行与维护阶段主要任务有： 6.1维护数据的安全性和数据完整性 为保障系统的稳定运行，必须制定运行策略。数据库的运行离不开用户的访问和操作，安全性策略包括网络安全、用户的权限管理、设备的安全及数据的安全等方面。按照设计阶段提供的安全和故障规范。实施授权和设定密码，并经常检查系统的安全性和可靠性，实施备份、恢复和数据重组的任务。 6.2监测并改变数据库性能 经常对数据库存储空间的状况和响应速度进行评价分析，确定优化和改善的措施，及时调整系统的运行状况。 6.3数据库的维护 在数据库系统的运行过程中，可能会由于某些原因需要修改数据库的结构，称为数据库的重构，重构包括表结构的修改和视图的修改。还要根据用户环境的扩大，适时的向数据库增加一些新的数据和功能。 6.4及时修改错误 系统运行过程中难免发生一些错误，需要及时运行修改错误，弥补设计时的欠缺。 本论文主要讲述了数据库设计的简单步骤。系统设计为整个程序构建了骨架，而各个功能模块实现各个细节部分。系统的详细设计根据系统分析阶段的结论将系统具体化，并完成了各个模块的添加、修改、删除与查询的功能，直到最后形成一个完整的可行性的数据库管理系统。 [科]
数据库第7章-数据库设计(2)-概念结构设计作业
例 一个企业应用包括人员管理、生产管理、设 备管理等功能模块。其中： 人员管理 一个职工工作于一个部门，一个部门有若干职 工。对于部门应记录各部门的编号、部门名称、 负责人、电话等信息。
设计局部E-R模型 ——设备管理的E-R图 设备管理部门要记录设备处的编号、负责 人和电话，设备处工作人员的职务、年龄、 职工编号、姓名和性别；设备处管理设备 的编号，名称和价格以及零件的编号、名 称、规格，还包括设备的装配日期和使用 的零件数量。 一个设备处有若干名职工管理若干台设备， 一个设备由多种零件组成，一个零件可以 使用在多种设备上。
设计局部E-R模型 ——生产管理的E-R图 生产管理部门要保存该生产部门的编号、 名称、负责人和电话，生产处工作人员的 职务、年龄、职工编号、姓名和性别；生 产处生产零件的编号，名称和规格，还包 括零件的生产日期和零件数量。 一个生产处有若干名职工管理生产多种零 件。
数据库设计分为几个阶段,各阶段的任务是什么？
数据库设计分为⼏个阶段,各阶段的任务是什么？
按照规范的设计⽅法，⼀个完整的⼀般分为需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、数据库物理设计、数据库的实施、数据库运⾏与维护六个阶段：
各阶段的任务如下：
1、需求分析：分析⽤户的需求，包括数据、功能和性能需求；
2、概念结构设计：主要采⽤E-R模型进⾏设计，包括画E-R图；
3、逻辑结构设计：通过将E-R图转换成表，实现从E-R模型到关系模型的转换；
4、数据库物理设计：主要是为所设计的数据库选择合适的和存取路径；
5、数据库的实施：包括编程、测试和试运⾏；
6、数据库运⾏与维护：系统的运⾏与数据库的⽇常维护。
拓展资料：
(Database Design)是指对于⼀个给定的应⽤环境，构造最优的数据库模式，建⽴数据库及其应⽤系统，使之能够有效地存储数据，满⾜各种⽤户的应⽤需求(信息要求和处理要求)。
在数据库领域内，常常把使⽤数据库的各类系统统称为数据库应⽤系统。
是建⽴数据库及其应⽤系统的技术，是信息系统开发和建设中的核⼼技术。
由于数据库应⽤系统的复杂性，为了⽀持相关程序运⾏，数据库设计就变得异常复杂，因此最佳设计不可能⼀蹴⽽就，⽽只能是⼀种"反复探寻，逐步求精"的过程，也就是规划和结构化数据库中的数据对象以及这些数据对象之间关系的过程。
第七章 数据库设计 - 上海交通大学计算机科学与工程系(CSE)
数据库设计——Example
统计该图书馆中数据库类（关键词中为“数据库”） 书籍的藏书情况（含书名、分类号、出版社、作者、馆 藏数）。 统计已借阅（尚未归还）5本（或以上）书籍的读者 的证号、姓名、单位及借阅的册数。 列出所有从未被借阅过的书籍（按分类号计算）的 书名、分类号、出版社、作者及馆藏册数。 列出借书证号为‘95001’的读者所借阅过的、书名中 含有‘数据库’的图书的书名、分类号、借阅次数，并 按借阅次数进行排序（次数多的排列在前）。
E-R模型
转换成关系模型： （符合BCNF和4NF） Criticism(publication, url, synopsis, title)
Author(name, birth, death, description)
Period(region, era) Works(id, title, year, length) WrittenIn(work, region, era) Criticized(work, url) WroteCriticism(author, url) LivedIn(name, region, era) WrittenBy(author, work) 函数依赖关系： Criticism: url -> publication, synopsis, title Author: name -> birth, death, description
第七章 数据库设计
数据库设计概述
数据库设计的成果
建立数据库
构造最优的数据库模式
有效地存储、处理数据，满足用户的需求
应用系统
数据库是信息系统的核心和基础
《数据库概论》课件
关系数据库的软件系统。
特点
02
以表格形式存储数据，数据之间存在明确的关联关系，遵循一
定的数据完整性约束。
发展历程
03
从早期的层次数据库到关系数据库，再到现代的分布式数据库
和云数据库。
关系数据库管理系统的功能
数据存储
能够创建和管理关系数据 库，将数据以表格形式存 储在磁盘上。
数据检索
提供查询语言（如SQL） 用于检索、插入、更新和 删除数据。
反规范化设计
为了提高查询性能，适当增加冗余，简化数据操作。
三范式与范式之间的关系
第一范式（1NF）定义了关系的原子性；第二范式（2NF）定义了关系的主键和外键关系 ；第三范式（3NF）定义了关系的非主属性对主属性的独立性。
04
关系数据库管理系统
关系数据库管理系统的概述
定义
01
关系数据库管理系统（RDBMS）是一种用于存储、检索和管理
金融行业
用于银行、证券、保险等 金融机构的数据存储、处 理和分析，支持金融业务 的高效运转。
政府机构
用于政府办公自动化、电 子政务等领域，提高政府 服务效率和信息公开度。
05
数据库技术的发展趋势
大数据时代的数据库技术
大数据处理
随着大数据时代的来临，数据库技术也在不 断发展，以应对海量数据的存储、查询和分 析需求。
数据库设计的步骤
需求分析
收集、分析和整理业 务需求，明确数据需
求和功能需求。
概念设计
使用E-R图等工具，设 计数据库的概念结构
。
逻辑设计
将概念结构转换为逻 辑结构，如关系模型
。
物理设计
确定数据库的存储结 构、索引等物理属性
第五章 数据库设计
运动会方面，实体集包括：运动员（编号，姓名，性别，队 伍号），比赛项目（项目名，比赛场地）。其中，一个比赛项 目可供多名运动员参加，一名运动员可参加多个项目。
根据上述条件，分别设计运动队和运动会两个局部E-R图。
第三节 概念结构设计 参赛项目 性别 队伍号 队伍名 教练名 运动员 性别 队伍号 运动员 m 参加 n n 属于
第三节 概念结构设计 分解变换。如果实体集的属性较多，可以进行分解。例如， 对于员工实体集，其属性为员工号、姓名、性别、生日、（所 属）支行名、岗位、工资、奖金。 性别 生日 支行名 岗位 工资 奖金
姓名 员工号 员工
第三节 概念结构设计 可以把员工信息分解为两部分，一部分属于固定信息，一部 分属于变动信息。为了区别这两部分信息，产生一个新的实体 和一个新的联系。
在视图合并阶段，设计者把所有视图有机地合并成统一的概 念模型，这个最终的概念模型支持所有的应用。
第三节 概念结构设计 概念结构设计的策略主要分为自顶向下、自底向上、自内向 外和混合策略四种。 这些方法中最常用的是自底向上方法：首先设计局部概念模 式，然后综合局部概念模式成全局概念模式，最后对全局概念 模式进行评估和优化。
P2 P1 D2明细 D3账目 E2会 E1客 D1付款 打印账目 账务处理 单 户 计
第二节 需求分析 元数据是描述数据的数据，通常由数据结构的描述组成，主 要描述数据及其使用环境，例如数据精度、来源、产生时间、 使用范围、注解等。 数据字典是一种用户可以访问的、记录数据库和应用程序元 数据的集合，通常是用来解释数据表、数据字段等数据结构的 意义，数据字段的取值范围、数据值代表的意义等。 简而言之，数据字典是描述数据的信息集合，是系统中所有 数据的定义集合。
数据字典通常由数据项、数据结构、数据流、数据存储和处 理过程组成。
第4章数据库设计
D,一个1:1联系可以转换为一个独立的关 系模式,也可以与任意一端对应的关系模 式合并.
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码以及联系
本身的属性
关系的候选码:每个实体的码均是该关系的候选码
与某一端对应的关系模式合并:
合并后关系的属性:加入对应关系的码和联系本身
的属性
合并后关系的码:不变
2.转换原则
A,一个实体型转换为一个关系模式.
关系的属性:实体型的属性 关系的码:实体型的码
例:学生实体可以转换为如下关系模式: 学生(学号,姓名,出生日期,所在系, 年级,平均成绩) 性别,宿舍,班级,档案材料,教师,课程, 教室,教科书都分别转换为一个关系模式.
B,一个m:n联系转换为一个关系模式.
例:"管理"联系为1:1联系,可以有三种转换方 法: (1)转换为一个独立的关系模式:
或 管理(职工号,班级号) 管理(职工号,班级号)
(2)"管理"联系与班级关系模式合并,则只需 在班级关系中加入教师关系的码,即职工号: 班级:(班级号,学生人数,职工号)
( 3)"管理"联系与教师关系模式合并, 则只需在教师关系中加入班级关系的码, 即班级号: 教师:(职工号,姓名,性别,职称,班 级号,是否为优秀班主任)
P58图4.3
4.2 需求分析
需求分析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地反映用户的实际 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
1.需求分析的任务
通过详细调查现实世界要处理的对象 (组织,部门,企业等),充分了解原系 统(手工系统或计算机系统)工作概况, 明确用户的各种需求 在此基础上确定新系统的功能.新系统 必须充分考虑今后可能的扩充和改变,不 能仅仅按当前应用需求来设计数据库
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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数据库的概念结构设计
数据库的概念结构设计是指在数据库设计的初期阶段，根据用户需求和业务规则，对数据库的概念结构进行设计和规划的过程。
其主要内容包括实体-关系模型（ER模型）的设计、数据字典的编制、数据流程图的绘制等。
实体-关系模型是数据库设计中最常用的一种模型，它通过实体、属性和关系三个概念来描述数据之间的关系。
实体是指现实世界中的一个对象或事物，属性是指实体的特征或属性，关系是指实体之间的联系或关联。
在ER模型中，实体用矩形表示，属性用椭圆形表示，关系用菱形表示。
通过ER模型的设计，可以清晰地描述数据之间的关系，为后续的物理结构设计提供了基础。
数据字典是数据库设计中的重要组成部分，它是一个包含所有数据元素及其定义的文档或表格。
数据字典中包含了数据库中所有数据元素的定义、数据类型、长度、取值范围等信息，是数据库设计和维护的重要参考资料。
通过数据字典的编制，可以有效地管理和维护数据库中的数据元素，提高数据的可靠性和一致性。
数据流程图是一种图形化的工具，用于描述数据在系统中的流动和处理过程。
数据流程图可以清晰地展示数据的输入、输出、处理和存储
过程，帮助设计人员更好地理解业务流程和数据流程，从而更好地设计数据库结构。
综上所述，数据库的概念结构设计是数据库设计的重要组成部分，它包括实体-关系模型的设计、数据字典的编制、数据流程图的绘制等内容。
通过概念结构设计，可以清晰地描述数据之间的关系，为后续的物理结构设计提供基础，同时也为数据库的管理和维护提供了重要参考资料。