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第5章数据库系统设计南京航空航天大学自动化学院PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion内容:n数据库的结构特性设计n数据库的行为特性设计n数据库的物理模式设计PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、数据库的结构特性设计回顾:数据模型n在数据库中用数据模型这个工具来模拟、抽象和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界数据特征的抽象。n数据模型应满足三方面要求n能比较真实地模拟现实世界n容易为人所理解n便于在计算机上实现PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:数据模型(续)n数据模型分成两个不同的层次(1)概念模型也称信息模型,它是按用户的观点来对数据和信息建模。常用E-R图的表示方法来描述现实世界的概念模型。(2)数据模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型(二维表)等,它是按计算机系统的观点对数据建模。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:数据模型(续)n客观对象的抽象过程---两步抽象n现实世界中的客观对象抽象为概念模型;n把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。说明:概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。现实世界事务及联系概念世界概念模型机器世界数据模型信息模型系统分析信息化数据库设计数据化PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:数据模型(续)三个世界术语对应关系事物类事物性质实体集实体属性文件记录数据项(字段)信息世界现实世界计算机世界现实世界事务及联系概念世界概念模型机器世界数据模型信息模型系统分析信息化数据库设计数据化PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:概念模型n概念模型的用途n概念模型用于信息世界的建模n是现实世界到机器世界的一个中间层次n是数据库设计的有力工具n数据库设计人员和用户之间进行交流的语言n对概念模型的基本要求n较强的语义表达能力,能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识n简单、清晰、易于用户理解。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、数据库的结构特性设计回顾:数据库系统的三级模式结构应用A应用B应用D应用C应用E外模式1外模式2外模式3概念模式内模式外模式/模式映像像模式/内模式映像像数据库外部级概念级内部级(存储结构定义)DBMSPDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion⑾⑴⑵⑶⑷⑸⑼⑹⑺⑻⑽PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:数据库系统的三级模式结构n模式:是对数据库的整体逻辑描述,并不涉及物理存储,故称数据库管理员(DBA)视图。n是数据库的中心与关键n独立于数据库的其它层次n设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:数据库系统的三级模式结构n内模式(存储模式):具体描述了数据如何组织存储在存储介质上。内模式是系统程序员用一定的文件形式组织起来的一个个存储文件和联系手段,也是由他们编制存取程序,实现数据存取的。故称内模式为系统程序员视图。n依赖于全局逻辑结构,但独立于数据库的用户视图即外模式,也独立于具体的存储设备。n它将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织,以达到较好的时间与空间效率。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:数据库系统的三级模式结构n外模式:通常是模式的一个子集,故称为外模式为子模式。外模式是面向用户,是用户眼中的数据库,故称外模式为用户视图。n面向具体的应用程序,定义在逻辑模式之上,但独立于存储模式和存储设备n设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性。当应用需求发生较大变化,相应外模式不能满足其视图要求时,该外模式就得做相应改动PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:数据库系统的三级模式结构n应用程序n在外模式描述的数据结构上编制的,它依赖于特定的外模式,与数据库的模式和存储结构独立。n不同的应用程序有时可以共用同一个外模式。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:数据库系统的三级模式结构综上所述:模式是内模式的逻辑表示;内模式是模式的物理实现;外模式是模式的部分抽取。三个模式反映了对数据库的三种不同观点:模式表示了概念级数据库,体现了对数据库的总体观;内模式表示了物理级数据库,体现了对数据库的存储观;外模式表示了用户级数据库,体现了对数据库的用户观。总体观和存储观只有一个,而用户观可能有多个,有一个应用,就有一个用户观。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:三个模式间两种映射三个模式只有内模式才是真正存储数据的。而模式和外模式仅是一种逻辑表示数据的方法。它们之间的转换是靠数据库管理系统的映射功能实现的。n外模式/模式间的映射:这种映射是把用户数据库与概念数据库联系起来。n外模式/内模式间的映射:这种映射是把概念级数据库与物理数据库联系起来。正是通过这两种映射,把用户对数据库的逻辑操作导向对数据库的物理操作。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion回顾:采用映射技术的好处是:⑴保证了数据的独立性。数据的存储方式的改变不会影响到应用程序。⑵保证了数据的共享。⑶方便了用户使用数据库。⑷有利于数据的安全和保密。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、数据库的结构特性设计n是指根据给定的应用环境,进行数据库的模式或子模式的设计n包括数据库的概念结构模型设计和逻辑结构模型设计n结构设计又称为静态模型设计PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、数据库的行为特性设计n是指确定数据库用户的行为和动作n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,进而得出系统的功能模块结构和数据库的子模式n行为设计又称为动态模型设计PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、数据库的物理模式设计n根据库结构的动态特性,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PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、数据库系统设计的特点n特点是强调结构设计与行为设计相结合,是一种“反复探寻,逐步求精”的过程n要考虑到计算机硬件、软件和干件的实际情况n数据库设计的全过程如下图所示:PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion现实世界数据分析概念设计逻辑设计物理设计子模式设计加载试验数据用户业务活动分析功能模型事务设计程序设计应用程序设计程序编码调试性能考核加载数据库运行和维护否是满意?数据库设计的全过程PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion数据库设计方法目前可分为四类:n直观设计法n规范设计法n计算机辅助设计法n自动化设计法PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion数据库设计的基本步骤应用需求(数据、处理)转换规则、DBMS要求和优化方法应用要求、DBMS详细特征和限制需求收集和分析设计概念结构设计逻辑结构数据模型优化设计物理结构评价设计,性能预测物理实现试验性运行使用、维护数据库需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段数据库实施阶段数据库运行维护阶段不满意不满意PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion★六个阶段:n1)系统需求分析阶段n准确了解并分析用户对系统的需要和要求,弄清系统要达到的目标和实现的功能n2)概念结构设计阶段n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PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion)逻辑结构设计阶段n将概念结构转换为DBMS所支持的数据模型,并将其性能进行优化n4)物理设计阶段n为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构,包括数据存储结构和存取方法PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion)数据库实施阶段n运用DBMS提供的数据操作语言和宿主语言,根据数据库的逻辑设计和物理设计的结果建立数据库、编制与调试应用程序、组织数据入库并进行系统试运行n6)数据库运行与维护阶段n不断地对其结构性能进行评价、调整和修改PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、需求分析的任务n任务:n调查现实世界要处理的对象;n了解原系统的概况和发展前景;n明确用户的各种需求;n收集基础数据及其处理方法;n确定新系统的功能和边界。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、系统需求调查的内容n1)数据库中的信息内容:数据的收集与
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