第十三讲：结构化系统设计(3)：数据库设计
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a11 a21
A2
a12 a22
AJ
a1j a2j
An
a1n a2n
am1
am2
amj
amn
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
▲属性名A1,A2, Aj An (j=1 n) 反映实体的特性。 ▲元组：对实体集中每一个体的描述。 ▲属性值：实体集中每一个体的某属性的 值。aij(i=1 m,j=I n) ▲关键字：在一个关系中唯一识别一个元 组的属性值。Key=(Ak1,Ak2, Akk) 是k个属 性，k<=n的一种组合。
航班
订座
客户
联系 地址 电话
座位 数
日期
票价
目的 地
数据库设计应用
Rel Airline
航班号日期时间出发地目的地出发时间到达时间机型座位数票价折扣 机长
Rel Client
姓名性别身份证号码工作单位联系地址电话手机 目的地日期
Rel Book
身份证号码 航班号 等级 价格
数据库设计应用
企业产品设计、生产与库存管理系统的数据库设计 ⑴工厂技术部门局部E-R模型：
概念数据模型 （Conceptual Data Model--CDM）
E-R图
◆图例：
实体名 联系名 属性名
实体集
实体间的联系
属性
概念数据模型 （Conceptual Data Model--CDM）
学生选课系统
姓名 学号 性别 出生 年月 政治 面貌 入学 总分 考查 成绩 课程 编号 课程 名称 课程 类型 课程 性质
Relation Selection:
学号 课程编号 考试成绩 考查成绩
Key=(学号，课程编号)
物理数据模型 （Physical Data Model--PDM）
●特点： ▲是数据库管理员（DBA）的数据模型。 ▲选定数据库管理系统平台，在这平台上实 现物理数据模型。
▲是现实世界的计算机实现。（静态）
第十三讲
结构化系统设计 （Ⅱ） 系统物理设计 （Ⅱ）
数据库设计
数据库设计的目的 信息系统的主要任务是通过对数据的 处理获得组织（企业）运行及决策所需 要的信息，因此系统必须存储与管理大 量的数据，这就需要以良好的数据结构 形式进行数据存储与管理结构的设计， 在目前来讲，最普及的也是最好的数据 存储与管理的组织形式就是数据库 （Data Base）。
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●具体应用模型：选VFP 6.0数据库管理系统平台。 Create Student.dbf 字段名 类型 字段宽度 小数位数
学号 姓名 性别 C C C 10 8 2 —— —— ——
籍贯
C
16
——
数据操作
关系代数（Relation Algebra） 我们选择关系作为逻辑数据模型，即将E-R 图转换成关系（二维表），就可以用关系代数 作为语言对关系进行操作：对数据库中一些现 存关系的运算就可以生成另一些在数据库中并 不现成存在的新关系，以满足用户对这些新关 系的需求。我们称之为： 有限存在 无限需求
数据库设计的目标
⑴最大限度地满足用户的应用功能对数 据的需求。 ⑵要使建成的数据库具有良好的数据共 享性、独立性、完整性及安全性。 ⑶对现实世界模拟的精确度要高。 ⑷应充分利用和发挥选定的DBMS的功 能与性能。
数据库设计应用
数据库设计案例之一 航空公司订座子系统的数据库设计
数据库设计应用
目的地 出发 时间 到达 时间 机型 出发 地 时间 日期 航班 号 机长 折扣 时间 等级 手机 价格 性别 姓名 身份证 号码 工作 单位
满足
数据操作
●关系运算的类型： ▲传统的集合运算：关系的并、 差、积（笛卡儿积）、交； ▲专门的关系运算：关系的选择、 投影、连接。
数据操作
●关系的选择运算（Selection）： ▲运算内容：在一个关系内按一定的条件选 择记录组成一个新的关系。 ▲运算符号： σF(Rel R) 其中F是选择运算的条件。 ▲实例：Rel mstudent= σ性别=“男”(Rel Student)
●具体应用模型：E-R数据模型。 （Entity-Relationship DM） ▲实体（Entity） ◆是客观存在的且可以区别的事物。 ◆可以是具体的事物或人，也可是抽象的概念。 ◆实体集（Entity Sets） ▲联系（Relationship） ◆是实体集之间关系的抽象表示。 ◆有联系 ▲属性(Attribute) ◆实体或联系所具有的特性。
学号 姓名 性别 出生 年月 院系 专业 入学 总分 政治 面貌 籍贯
Key=(学号)
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
Relation Course:
课程编号 课程名称 类型 性质 学分
Key=(课程编号)
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
数据模型的类型
数据模型是从现实世界到数据世界 的一个变换过程的中间结果，是数 据库设计员手中的一个重要工具。
概念数据模型 （Conceptual Data Model--CDM）
●特点： ▲是用户眼中的模型，直接模拟现实世界。 ▲直观、语义丰富。 ▲与数据库管理系统（DBMS）无关。
概念数据模型 （Conceptual Data Model--CDM）
数据操作
●关系的投影运算（Injection） ▲运算内容：选择关系中若干个属性进行重新排列后 组成一个新的关系。 ▲运算符号： ∏Ai1,Ai2, Aik(Rel R) 其中Ai1,Ai2, ,An中的k Aik是Rel R属性A1,A2, 个属性的一种排列。(k≤n) ▲实例： Rel Stu1=∏姓名，性别，出生年月，院系，专业（Rel Student）
数据结构
●规定了数据模型的静态特征。 ●数据结构类型： ▲层次模型； ▲网状模型； ▲关系模型 （目前普遍使用的数据模型）。
数据操作
●规定了数据模型的动态特征， 指对指定数据结构的任何有效操作。 ●规定了操作的含义、规则与实 现操作的语言。
数据的约束条件
●是一组完整性规则（rules）集 合，定义数据结构的制约和依存规 则。 ●保证数据库中数据的正确性、 有效性与相容性。
产品
组成 性能 参数
零件
消耗
材料
产品 号
零件 数
零件 号
规格
耗用 量
材料 名 仓库 号
⑵工厂供销部门局部E-R模型：
产品 使用 材料
产品 号
价格
使用 量
材料 名
库存 量 价格
பைடு நூலகம்
籍贯
学生
院系
选修
课程
专业
考试 成绩
学分 数
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●特点： ▲用户从系统中看到的数据模型（二 维表） ▲与数据库管理系统（DBMS）有关 必须采用相应的数据库管理系统。
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●具体应用模型：关系数据模型。 ▲关系：数据二维表： A1
数据操作
●关系运算的综合应用： ▲运算过程与逻辑：
Rel Student Rel Course
学号姓名性别出生年月 院系 专业 入学总分 政治面貌
课程编号课程名称类型性质 学分
Rel Score 姓名 课程名称 考试成绩 考查成绩
Rel Selection 学号 课程名称 考试成绩 考查成绩
数据库设计应用
数据操作
●选择与投影运算的组合： ▲实质：选择是在关系中进行行的挑选，投 影是在关系中进行列的挑选，因此两种运算的 实质是可以任意分割一个关系而产生许多新的 关系。 ▲特征：两种运算的次序可调换，不改变运 算结果。
Rel mstu=σ性别=“男”(∏姓名，性别，出生年月，院系，专业(Rel Student)) =∏姓名，性别，出生年月，院系，专业(σ性别=“男”(RelStudent))
数据操作
●关系的连接运算（Join）（条件连接） ▲运算内容：根据给定的条件θ，将满足 θ条件的两个关系中 的元组连成一个元组，这样来组成一个新的关系。 ▲运算符号： Rel R1 Rel R2
θ
▲实例： Rel Student
Rel Selection
Student.学号 = Selection.学号
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●转换规则： 从概念数据模转换成逻辑数据模型 的规则。 ▲E-R图中的每一个实体集转换成 一关系。 ▲ E-R图中的每一个实体的联系转 换成一个关系。
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●应用实例 Relation Student:
数据库设计的流程
数据需求
用户 数据需求 分析
实体-联系 模型
开发者
调查分析
概念数据模型 设计 逻辑数据模型 设计 物理数据模型 设计
关系模型 在选定的DBMS平台上
数据库文件
数据模型 （Data Model--DM）
数据模型是现实世界中的事物及其间联系的 一种抽象表示，是一种形式化描述 ●数据结构； ●数据操作； ●数据约束条件。 的方法。
A2
a12 a22
AJ
a1j a2j
An
a1n a2n
am1
am2
amj
amn
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
▲属性名A1,A2, Aj An (j=1 n) 反映实体的特性。 ▲元组：对实体集中每一个体的描述。 ▲属性值：实体集中每一个体的某属性的 值。aij(i=1 m,j=I n) ▲关键字：在一个关系中唯一识别一个元 组的属性值。Key=(Ak1,Ak2, Akk) 是k个属 性，k<=n的一种组合。
航班
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座位 数
日期
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航班号日期时间出发地目的地出发时间到达时间机型座位数票价折扣 机长
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身份证号码 航班号 等级 价格
数据库设计应用
企业产品设计、生产与库存管理系统的数据库设计 ⑴工厂技术部门局部E-R模型：
概念数据模型 （Conceptual Data Model--CDM）
E-R图
◆图例：
实体名 联系名 属性名
实体集
实体间的联系
属性
概念数据模型 （Conceptual Data Model--CDM）
学生选课系统
姓名 学号 性别 出生 年月 政治 面貌 入学 总分 考查 成绩 课程 编号 课程 名称 课程 类型 课程 性质
Relation Selection:
学号 课程编号 考试成绩 考查成绩
Key=(学号，课程编号)
物理数据模型 （Physical Data Model--PDM）
●特点： ▲是数据库管理员（DBA）的数据模型。 ▲选定数据库管理系统平台，在这平台上实 现物理数据模型。
▲是现实世界的计算机实现。（静态）
第十三讲
结构化系统设计 （Ⅱ） 系统物理设计 （Ⅱ）
数据库设计
数据库设计的目的 信息系统的主要任务是通过对数据的 处理获得组织（企业）运行及决策所需 要的信息，因此系统必须存储与管理大 量的数据，这就需要以良好的数据结构 形式进行数据存储与管理结构的设计， 在目前来讲，最普及的也是最好的数据 存储与管理的组织形式就是数据库 （Data Base）。
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●具体应用模型：选VFP 6.0数据库管理系统平台。 Create Student.dbf 字段名 类型 字段宽度 小数位数
学号 姓名 性别 C C C 10 8 2 —— —— ——
籍贯
C
16
——
数据操作
关系代数（Relation Algebra） 我们选择关系作为逻辑数据模型，即将E-R 图转换成关系（二维表），就可以用关系代数 作为语言对关系进行操作：对数据库中一些现 存关系的运算就可以生成另一些在数据库中并 不现成存在的新关系，以满足用户对这些新关 系的需求。我们称之为： 有限存在 无限需求
数据库设计的目标
⑴最大限度地满足用户的应用功能对数 据的需求。 ⑵要使建成的数据库具有良好的数据共 享性、独立性、完整性及安全性。 ⑶对现实世界模拟的精确度要高。 ⑷应充分利用和发挥选定的DBMS的功 能与性能。
数据库设计应用
数据库设计案例之一 航空公司订座子系统的数据库设计
数据库设计应用
目的地 出发 时间 到达 时间 机型 出发 地 时间 日期 航班 号 机长 折扣 时间 等级 手机 价格 性别 姓名 身份证 号码 工作 单位
满足
数据操作
●关系运算的类型： ▲传统的集合运算：关系的并、 差、积（笛卡儿积）、交； ▲专门的关系运算：关系的选择、 投影、连接。
数据操作
●关系的选择运算（Selection）： ▲运算内容：在一个关系内按一定的条件选 择记录组成一个新的关系。 ▲运算符号： σF(Rel R) 其中F是选择运算的条件。 ▲实例：Rel mstudent= σ性别=“男”(Rel Student)
●具体应用模型：E-R数据模型。 （Entity-Relationship DM） ▲实体（Entity） ◆是客观存在的且可以区别的事物。 ◆可以是具体的事物或人，也可是抽象的概念。 ◆实体集（Entity Sets） ▲联系（Relationship） ◆是实体集之间关系的抽象表示。 ◆有联系 ▲属性(Attribute) ◆实体或联系所具有的特性。
学号 姓名 性别 出生 年月 院系 专业 入学 总分 政治 面貌 籍贯
Key=(学号)
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
Relation Course:
课程编号 课程名称 类型 性质 学分
Key=(课程编号)
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
数据模型的类型
数据模型是从现实世界到数据世界 的一个变换过程的中间结果，是数 据库设计员手中的一个重要工具。
概念数据模型 （Conceptual Data Model--CDM）
●特点： ▲是用户眼中的模型，直接模拟现实世界。 ▲直观、语义丰富。 ▲与数据库管理系统（DBMS）无关。
概念数据模型 （Conceptual Data Model--CDM）
数据操作
●关系的投影运算（Injection） ▲运算内容：选择关系中若干个属性进行重新排列后 组成一个新的关系。 ▲运算符号： ∏Ai1,Ai2, Aik(Rel R) 其中Ai1,Ai2, ,An中的k Aik是Rel R属性A1,A2, 个属性的一种排列。(k≤n) ▲实例： Rel Stu1=∏姓名，性别，出生年月，院系，专业（Rel Student）
数据结构
●规定了数据模型的静态特征。 ●数据结构类型： ▲层次模型； ▲网状模型； ▲关系模型 （目前普遍使用的数据模型）。
数据操作
●规定了数据模型的动态特征， 指对指定数据结构的任何有效操作。 ●规定了操作的含义、规则与实 现操作的语言。
数据的约束条件
●是一组完整性规则（rules）集 合，定义数据结构的制约和依存规 则。 ●保证数据库中数据的正确性、 有效性与相容性。
产品
组成 性能 参数
零件
消耗
材料
产品 号
零件 数
零件 号
规格
耗用 量
材料 名 仓库 号
⑵工厂供销部门局部E-R模型：
产品 使用 材料
产品 号
价格
使用 量
材料 名
库存 量 价格
பைடு நூலகம்
籍贯
学生
院系
选修
课程
专业
考试 成绩
学分 数
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●特点： ▲用户从系统中看到的数据模型（二 维表） ▲与数据库管理系统（DBMS）有关 必须采用相应的数据库管理系统。
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●具体应用模型：关系数据模型。 ▲关系：数据二维表： A1
数据操作
●关系运算的综合应用： ▲运算过程与逻辑：
Rel Student Rel Course
学号姓名性别出生年月 院系 专业 入学总分 政治面貌
课程编号课程名称类型性质 学分
Rel Score 姓名 课程名称 考试成绩 考查成绩
Rel Selection 学号 课程名称 考试成绩 考查成绩
数据库设计应用
数据操作
●选择与投影运算的组合： ▲实质：选择是在关系中进行行的挑选，投 影是在关系中进行列的挑选，因此两种运算的 实质是可以任意分割一个关系而产生许多新的 关系。 ▲特征：两种运算的次序可调换，不改变运 算结果。
Rel mstu=σ性别=“男”(∏姓名，性别，出生年月，院系，专业(Rel Student)) =∏姓名，性别，出生年月，院系，专业(σ性别=“男”(RelStudent))
数据操作
●关系的连接运算（Join）（条件连接） ▲运算内容：根据给定的条件θ，将满足 θ条件的两个关系中 的元组连成一个元组，这样来组成一个新的关系。 ▲运算符号： Rel R1 Rel R2
θ
▲实例： Rel Student
Rel Selection
Student.学号 = Selection.学号
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●转换规则： 从概念数据模转换成逻辑数据模型 的规则。 ▲E-R图中的每一个实体集转换成 一关系。 ▲ E-R图中的每一个实体的联系转 换成一个关系。
逻辑数据模型 （Logical Data Model--LDM）
●应用实例 Relation Student:
数据库设计的流程
数据需求
用户 数据需求 分析
实体-联系 模型
开发者
调查分析
概念数据模型 设计 逻辑数据模型 设计 物理数据模型 设计
关系模型 在选定的DBMS平台上
数据库文件
数据模型 （Data Model--DM）
数据模型是现实世界中的事物及其间联系的 一种抽象表示，是一种形式化描述 ●数据结构； ●数据操作； ●数据约束条件。 的方法。