数据库设计报告

《数据库系统概论》
课程设计报告
课程名称：数 据 库 系 统 概 论
院系年级：14级电气信息工程系
专业班级：计算机科学与技术1班
学 号：
姓 名：
联系电话：
指导教师：
安徽马鞍山
2016年6月
第一章
1.1数据库应用特点
数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。数据库技术研究和解决了计算机信息处理过程中大量数据有效地组织和存储的问题，在数据库系统中减少数据存储冗余、实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据。随着计算机技术与网络通信技术的发展，数据库技术已成为信息社会中对大量数据进行组织与管理的重要技术手段及软件技术，是网络信息化管理系统的基础。
（1）设计局部E-R模型。局部概念模型设计可以以用户完成为主，也可以以数据库设计者完成为主。如果是以用户为主，则局部结构的范围划分就可以依据用户进行自然划分，也就是以企业各个组织结构来划分，因为不同组织结构的用户对信息内容和处理的要求会有较大的不同，各部分用户信息需求的反应就是局部概念E-R模型。如果以数据库设计者为主，则可以按照数据库提供的服务来划分局部结构的范围，每一类应Baidu Nhomakorabea可以对应一类局部E-R模型。
图2-12雇员实体E-R图
图2-13雇员实体分解后E-R图
3．用E-R模型方法进行数据库概念设计
利用E-R模型对数据库进行概念设计，可以分成三步进行：第一步设计局部E-R模型，即逐一设计分E-R图，第二步把各局部E-R模型综合成一个全局E-R模型，第三步对全局E-R模型进行优化，得到最终的E-R模型，即概念模型。
一个出版社可以出版多种书籍，但每本书只能在一个出版社出版，出版应有出版日期和责任编辑。
一个读者可以借阅多本图书，一本图书可以有多个人借阅。借阅信息包括：借书日期、还书日期。
根据以上信息，要求完成以下任务：
（1）确定实体及其包含属性，以及各实体的码。
（2）确定各实体之间的联系，并设计图书管理情况的E-R图。
处理需求：指为得到需要的信息而对数据进行加工处理的要求，包括处理描述，发生的频度、响应时间以及安全保密要求等。进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步。作为地基的需求分析是否做的充分于准确，决定了在其上构建数据库大厦的速度与质量。需求分析做得不好，甚至会导致整个数据库设计返工重做。
这一阶段是计算机人员 （系统分析员） 和用户共同收集数据库所需要的信息内容和用户对处理的要求，加以规格化和分析，以书面形式确定下来，作为以后验证系统的依据。在分析用户要求时，要确保用户目标的一致性。
信息需求：指目标系统涉及的所有实体、属性、以及实体间的联系等，包括信息的内容和性质，以及由信息需求导出的数据需求。
3、概念设计
把用户的信息要求统一到一个整体逻辑结构中，此结构能表达用户的要求，且独立于任何DBMS软件和硬件。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。
4、逻辑设计
逻辑结构设计分为两部分，即数据库结构设计和应用程序的设计。从逻辑设计导出的数据库结构是DBMS能接受的数据库定义，这种结构有时也称为逻辑数据库结构。
初步了解应用领域的业务处理需求，注意分析提取各种业务所依赖的信息类型，区分信息类的性质即区分基本实体信息类和联系实体信息类和再生实体信息类。
本章注重基本实体信息类和联系实体信息类，用E-R图注明数据类型和数据关系，E-R图是概念设计的最终成果，是逻辑设计的依据，对数据库的影响很大
一般方法：
总结E-R方法，如何设计概念模型的一般方法
图2-5部门和部门主任之间联系的E-R图
在E-R图中，加下划线的属性（或属性组）表示实体的码，如图2-5中，部门编号是部门实体的码，人员编号是部门主任实体的码。
例2.1现有图书管理的信息如下：
图书信息包括：书号、书名、作者、出版社、所属类别、单价。
出版社信息包括：社号、社名、地址、电话。
读者信息包括：借书证号、姓名、性别、所属院系。
图2-10多值属性的变换—增加弱实体示例
（3）复合属性的变换。对于复合属性可以用层次结构来表示。例如“地址”作为公司实体的一个属性，它可以进一步分为多层子属性（如图2-11所示）。复合属性不仅准确模拟现实世界的复合层次信息结构，而且当用户既需要把复合属性作为一个整体使用也需要单独使用各子属性时，属性的复合结构不仅十分必要，而且十分重要。
1.3数据库设计方法
（1）功能驱动方法:
这个方法设计依赖处理中心强调先根据功能要求画出分层的数据流程图从数据流程图当中收集数据项及其数据存储以及数据字典依据数字字典分析提取出数据库相关的各种信息类。
（2）E-R建模方法：
采用以数据为中心的设计策略在初步了解领域当中各种业务需求和处理过程基础上
1.4数据库设计步骤
图2-6图书管理情况的E-R图
2．E-R模型的一些变换操作
用E-R模型方法进行数据库概念设计时，有时需要对E-R模型作一些变换操作。
（1）引入弱实体。所谓弱实体，是指一个实体对于另一个（些）实体具有很强的依赖联系，而且该实体码的部分或全部从其父实体中获得。在E-R模型中，弱实体用双线矩形框表示，与弱实体直接相关的联系用双线菱形框表示（如图2-7所示）。在图2-7中，“教师简历”实体与“教师”实体具有很强的依赖联系，“教师简历”实体是依赖于“教师”实体而存在的，而且教师简历的码从教师中获得。因此“教师简历”是“弱实体”。
1．E-R模型的基本元素
E-R模型的基本元素包括实体、联系和属性，图2-4显示了它们的图形符号。
图2-4 E-R模型基本元素的图形符号
（1）实体：在E-R图中用矩形表示，并将对实体的命名写于矩形中。
（2）属性：在E-R图中用椭圆表示（对于多值属性用双椭圆表示），并将对属性的命名写于其中。
（3）联系：用来标识实体之间的关系，在E-R图中用菱形表示，联系的名称置于菱形内。
图2-11复合属性的变换示例
（4）分解变换。如果实体的属性较多，可以对实体进行分解。例如，对于雇员实体，拥有编号、姓名、性别、生日、部门号、职务、工资、奖金等属性（其E-R图如图2-12所示）。可以把雇员的信息分解为两部分，一部分属于雇员的基本信息，一部分归为变动信息。为了区别这两部分信息，此时会衍生出一个新的实体，并且新增加一个联系，分解后的E-R图如图2-13所示。
7、运行维护
数据库系统的正式运行，标志着数据库设计与应用开发工作的结束和维护阶段的开始。运行和维护阶段的主要任务有四项：
（1）维护数据库的安全性与完整性；
（2）监测并改善数据库运行性能；
（3）根据用户要求对数据库现有功能进行扩充；
（4）及时改正运行中发现的系统错误。
维护分为改正性维护，适应性维护，完善性维护和预防性维护。
按照规范化设计方法，从数据库应用系统设计和开发的全过程来考虑，将数据库及其应用软件系统的生命周期可以细分为七个阶段：规划、需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、实施及运行维护。
各阶段需完成的工作分别为：
1、应用规划
规划阶段进行系统的必要性和可行性分析，确定数据库系统在整个管理系统中的地位。
数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。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。
需要指出的是，这个设计步骤既是数据库设计的过程，也包括了数据库应用系统的设计过程。在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来，将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完善两方面的设计。事实上，如果不了解应用环境对数据的处理要求，或没有考虑如何去实现这些处理要求，是不可能设计一个良好的数据库结构的。
如下图1-4-1
1.5课程设计任务
创建维护的数据库设计就是把所学原理，方法应用到数据库课程设计中去
本次课程设计任务，选择应用领域的数据库的设计经过需求分析，概念设计，逻辑设计，物理设计，数据库实现等阶段的训练，复习，巩固理论课的方法和技术，在数据库的设计应用中，经过初步的综合训练
第二章
引言：本章采用E-R方法设计数据库的概念数据模型
需要说明的是，除了实体具有若干个属性外，有的联系也具有属性。
在E-R图中，除了上述三种基本的图形之外，还有将属性与相应的实体或联系连接起来以及将有关实体连接起来的无向边。另外，在连接两个实体之间的无向边旁还要标注上联系的类型（1:1，1:n或m:n）。例如图2-5为表示部门和部门主任之间联系的E-R图。
图2-7“弱实体”示例
（2）多值属性的变换。对于多值属性，如果在数据库的实施过程中不作任何处理，将会产生大量冗余数据，而且使用时有可能造成数据的不一致。因此要对多值属性进行变换。主要有两种变换方法，第一种变换方法是对多值属性进行分解，即把原来的多值属性分解成几个新的属性，并在原E-R图中用分解后的新属性替代原多值属性。例如，对于“教师”实体，除了“姓名”、“性别”、“年龄”等单值属性外，还有多值属性“毕业院校”（如图2-8所示），变换时可将“毕业院校”分解为“本科毕业院校”、“硕士毕业院校”、“博士毕业院校”3个单值属性，变换后的E-R图如图2-9所示。
规划阶段必须要完成的任务包括：确定系统的范围；确定开发工作所需的资源（人员、硬件和软件）；估算软件开发的成本；确定项目进度。
规划阶段产生的结果是可行性分析报告及数据库规划纲要，内容包括信息范围、信息来源、人力资源、设备资源、软硬件环境、开发成本估算、进度计划、现行系统向新系统过渡计划等。
2、需求分析
图2-8多值属性示例
图2-9多值属性的变换—分解示例
如果一个多值属性的值较多，在分解变换时可能会增加数据库的冗余量。针对这种情况还可以采用另外一种方法进行变换：增加一个弱实体，原多值属性的名变为弱实体名，其多个值转变为该弱实体的多个属性，增加的弱实体依赖于原实体而存在，并增加一个联系（如图2-10中的“教育经历”），且弱实体与原实体之间是1：1联系。变换后的E-R图如图2-10所示。
解：（1）本例包括图书、出版社、读者三个实体，其中图书实体包含书号、书名、作者、出版社、所属类别、单价6个属性，其中书号为码；出版社实体包含社号、社名、地址、电话4个属性，其中社号为码；读者实体包含借书证号、姓名、性别、所属院系4个属性，其中借书证号为码。
（2）出版社与图书两个实体之间为1:n联系，联系名为出版，该联系含有出版日期和责任编辑两个属性；读者与图书两个实体之间为m:n联系，联系名为借阅，该联系含有借书日期、还书日期2个属性。图书管理情况的E-R图如图2-6所示。
E-R方法是在初步业务处理调查的基础上分析提取出每个业务依赖的信息类
综合出各业务领域信息类的结合，消除重合，消除冲突
（1）对应用领域数据库概念模型设计方法的分析和对策
（2）分析对策：当应用领域范围较大时，按照业务主题分别设计主题相关
子E-R图，当子E-R图正确后，通过E-R图的综合集成，消除冲突，重合，得到最终的E-R图。
逻辑结构设计是将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，并对其进行优化。
5、物理设计
物理设计也分为两部分：物理数据库结构的选择和逻辑设计中程序模块说明的精确化。这一阶段的工作成果是一个完整的能实现的数据库结构。数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。
6、数据库的实施
根据物理设计的结果产生一个具体的数据库和它的应用程序，并把原始数据装入数据库。实施阶段主要有三项工作：
（1）建立实际数据库结构；
（2）装入试验数据对应用程序进行调试；
（3）装入实据数据。
在数据库实施阶段，设计人员运用DBMS提供的数据语言及其宿主语言，根据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，并进行试运行。
1.2数据与处理
以处理为中心
根据处理功能设计数据文件，处理功能需要什么数据就创建什么数据文件。处理功能是主动的，数据结构是依赖的。势必导致数据的冗余存储，潜在数据的不一致性。只适合科学计算，不适合数据密集型的事务处理系统。
以数据为中心
只要应用领域内的业务内容不变，其信息结构是稳定，多变的是处理功能。主张设计稳定的数据结构，自动适应处理程序的多变性。凡是数据库应用系统，适合采用以数据为中心的应用模式。