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第2题

知识点：实体数据库结构设计逻辑结构设计设计阶段实体联系图数据库设计信息化

阅读下列说明，回答问题1至问题3，将解答填入答题纸的对应栏内。
【说明】
某海外代购公司为扩展公司业务，需要开发一个信息化管理系统。请根据公司现有业务及需求完成该系统的数据库设计。
【需求描述】
（1）记录公司员工信息。员工信息包括工号、身份证号、姓名、性别和一个手机号，工号唯一标识每位员工，员工分为代购员和配送员。
（2）记录采购的商品信息。商品信息包括商品名称、所在超市名称、采购价格、销售价格和商品介绍，系统内部用商品条码唯一标识每种商品。一种商品只在一家超市代购。
（3）记录顾客信息。顾客信息包括顾客真实姓名、身份证号（清关缴税用）、一个手机号和一个收货地址，系统自动生成唯一的顾客编号。
（4）记录托运公司信息。托运公司信息包括托运公司名称、电话和地址，系统自动生成唯一的托运公司编号。
（5）顾客登录系统之后，可以下订单购买商品。订单支付成功后，系统记录唯一的支付凭证编号，顾客需要在订单里指定运送方式：空运或海运。
（6）代购员根据顾客的订单在超市采购对应商品，一份订单所含的多个商品可能由多名代购员从不同超市采购。
（7）采购完的商品交由配送员根据顾客订单组合装箱，然后交给托运公司运送。托运公司按顾客订单核对商品名称和数量，然后按顾客的地址进行运送。

【概念模型设计】
根据需求阶段收集的信息，设计的实体联系图（不完整）如图2－1所示。

【逻辑结构设计】
根据概念模型设计阶段完成的实体联系图，得出如下关系模式（不完整）：
员工（工号，身份证号，姓名，性别，手机号）
商品（条码，商品名称，所在超市名称，采购价格，销售价格，商品介绍）
顾客（编号，姓名，身份证号，手机号，收货地址）
托运公司（托运公司编号，托运公司名称，电话，地址）
订单（订单ID，（a），商品数量，运送方式，支付凭证编号）
代购（代购ID，代购员工号，（b））
运送（运送ID，配送员工号，托运公司编号，订单ID，发运时间）

问题：2.1 （3分）
根据问题描述，补充图2－1的实体联系图。

问题：2.2 （6分）
补充逻辑结构设计结果中的（a）、（b）两处空缺。

问题：2.3 （6分）
为方便顾客，允许顾客在系统中保存多组收货地址。请根据此需求，增加“顾客地址”弱实体，对图2－1进行补充，并修改“运送”关系模式。


知识点讲解
· 实体 · 数据库 · 结构设计 · 逻辑结构设计 · 设计阶段 · 实体联系图 · 数据库设计 · 信息化

实体

实体是现实世界中可以区别于其他对象的"事件"或"物体"。每个实体由一组特性（属性）来表示，其中的某一部分属性可以唯一表示实体。实体集是具有相同属性的实体集合。

数据库

数据库（DataBase，DB）是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

系统使用的所有数据存储在一个或几个数据库中。

结构设计

多媒体课件的结构规定了教学软件中各部分教学内容的相互关系及呈现的形式，它反映了教学软件的主要框架及其教学功能，多媒体课件的系统结构大多采用非线性的超媒体结构，在此基础上形成了以下四种组织结构方式。

①线性结构：学生顺序地接收信息，从当前帧到下一帧，是一个事先设置好的序列。

②树状结构：学生沿着一个树状分支展开学习活动，该树状结构按教学内容的自然逻辑形成。

③网状结构：多媒体课件的网状结构是超文本结构，学生可在内容单元之间自由航行，没有预设路径的约束。

④复合结构：学生可以在一定范围内自由地航行，但同时受主流信息的线性引导和分层逻辑组织的影响。

逻辑结构设计

逻辑结构设计的目的是把概念设计阶段的基本E-R图转换成与选用的具体机器上的DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构（包括数据库模式和外模式）。逻辑设计有以下3个步骤。

（1）将概念模型（E-R图）转换为一般的关系、网状或层次模型。

（2）将关系、网状或层次模型向特定的DBMS支持下的数据模型转换。

（3）对数据模型进行优化。

设计阶段

设计阶段监理进行质量控制的要点如下。

（1）了解建设单位的建设需求和对信息系统安全性的要求，协助建设单位制定项目质量目标规划和安全目标规划。

（2）对各种设计文件提出设计质量标准。

（3）进行设计过程跟踪，及时发现质量问题，并及时与承建单位协调解决。审查阶段性成果，并提出监理意见。审查承建单位提交的总体设计方案，审查承建单位对关键部位的测试方案。

（4）协助承建单位建立质量保障体系。

（5）协助承建单位完善现场质量管理制度。

（6）组织设计文件及设计方案交底会，制定质量要求标准。

实体联系图

数据流图描述了系统的逻辑结构，数据流图中的有关处理逻辑及数据流的含义可用数据字典具体定义说明，但是对于比较复杂的数据及其之间的关系，用它们是难以描述的，在这种情况下一般采用实体联系图进行描述。

实体联系图（Entity-Relationship Diagram, ER图），可用于描述数据流图中数据存储及其之间的关系，最初用于数据库概念设计。

下图是大学教务管理问题中对教务处进行分析调查后得到的实体联系图。其中，学生档案是有关学生情况的集合，课程档案是有关开设的课程情况集合，注册记录、选课单则分别是学生注册和选课情况的集合。它用简单的图形方式描述了学生和课程等这些教学活动中的数据之间的关系。

大学教务处教务管理问题实体联系图

在实体联系图中，有实体、联系和属性三个基本成分，如下图所示。

（1）实体。实体是现实中存在的对象，有具体的，也有抽象的；有物理上存在的，也有概念性的；例如，学生、课程，等等。它们的特征是可以互相区别，否则就会被认为是同一对象。凡是可以互相区别、又可以被人们识别的事、物、概念等统统可以被抽象为实体。数据流图中的数据存储就是一种实体。实体可以分为独立实体和从属实体或弱实体，独立实体是不依赖于其他实体和联系而可以独立存在的实体，如上图中的“学生档案”、“课程档案”等，独立实体常常被直接简称为实体；从属实体是这样一类实体，其存在依赖于其他实体和联系，在实体联系图中用带圆角的矩形框表示，例如上图中的“注册记录”是从属实体，它的存在依赖于实体“学生档案”，“课程档案”和联系“注册”，“选课单”也是从属实体，它的存在依赖于实体“学生档案”，“课程档案“和联系”选课”。

在以下述说中，为简便起见，将上图中的实体“学生档案”和“课程档案”直接称为“学生”和“课程”。

（2）联系。实体之间可能会有各种关系。例如，“学生”与“课程”之间有“选课”的关系。这种实体和实体之间的关系被抽象为联系。在实体联系图中，联系用联结有关实体的菱形框表示，如上图所示。联系可以是一对一（1:1），一对多（1:N）或多对多（M:N）的，这一点在实体联系图中也应说明。例如在大学教务管理问题中，“学生”与“课程”是多对多的“选课”联系。

（3）属性。实体一般具有若干特征，这些特征就被称为实体的属性，例如上图中的实体“学生”，具有学号、姓名、性别、出生日期和系别等特征，这些就是它的属性。

联系也可以有属性，例如学生选修某门课程，它既不是学生的属性，也不是课程的属性，因为它依赖于某个特定的学生，又依赖于某门特定的课程，所以它是学生与课程之间的联系“选课”的属性。在上图中，联系“选课”的属性被概括在从属实体“选课单”中。联系具有属性这一概念对于理解数据的语义是非常重要的。

在实体联系图中，还有如下关于属性的几个重要概念。

.主键，如果实体的某一属性或某几个属性组成的属性组的值能唯一地决定该实体其他所有属性的值，也就是能唯一地标识该实体，而其任何真子集无此性质，则这个属性或属性组被称为实体键。如果一个实体有多个实体键存在，则可从其中选一个最常用到的作为实体的主键。例如实体“学生”的主键是学号，一个学生的学号确定了，那么他的姓名、性别、出生日期和系别等属性也就确定了。在实体联系图中，常在作为主键的属性或属性组与相应实体的连线上加一短垂线表示，如上图所示的“学号”。

实体联系图的基本成分

.外键，如果实体的主键或属性（组）的取值依赖于其他实体的主键，那么该主键或属性（组）被称为外键。例如，从属实体“注册记录”的主键“学号”的取值依赖于实体“学生”的主键“学号”，“选课单”的主键“学号”和“课程号”的取值依赖于实体“学生”的主键“学号”和实体“课程”的主键“课程号”，这些主键和属性就是外键。

.属性域，属性可以是单域的简单属性，也可以是多域的组合属性。组合属性由简单属性和其他组合属性组成。组合属性中允许包括其他组合属性意味着属性可以是一个层次结构，如下图所示通信地址就是一种具有层次结构的属性。

通信地址属性

.属性值，属性可以是单值的，也可以是多值的。例如一个人所获得的学位可能是多值的。当某个属性对某个实体不适应或属性值未知时，可用空缺符NULL表示。

在画实体联系图时，为了使得图形更加清晰、易读易懂，可以将实体和实体的属性分开画，并且对实体进行编号，如下图一和下图二所示。

实体联系图

实体属性图

由于人们通常就是用实体、联系和属性这三个概念来理解和描述现实问题的，所以实体联系图非常接近人的思维方式。又因为实体联系图采用简单的图形来表达人们对现实的理解，所以不熟悉计算机技术的用户也都能够接受它，因此实体联系图成为了系统分析员和用户之间沟通的工具。

数据库设计

数据库的设计质量对整个系统的功能和效率有很大的影响。数据库设计的核心问题是：从系统的观点出发，根据系统分析和系统设计的要求，结合选用的数据库管理系统，建立一个数据模式。设计的基本要求是：

.符合用户需求，能正确反映用户的工作环境

.设计与所选用的DBMS所支持的数据模式相匹配

.数据组织合理，易操作、易维护、易理解

数据库设计步骤

数据库的设计过程可以分为4个阶段，即用户需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。下图反映和分析了这一设计过程，其中：

数据库设计步骤

.用户需求分析是对现实世界的调查和分析

.概念结构设计是从现实世界向信息世界的转换。根据用户需求来进行数据库建模，也称为概念模型，常用实体关系模型表示。

.逻辑结构设计是从信息世界向数据世界的转化。将概念模型转化为某种数据库管理系统所支持的数据模型。

.物理结构设计是为数据模型选择合适的存储结构和存储方法。

用户需求分析

用户需求分析需要结合具体的业务需求分析，确定信息系统的各类使用者以及管理员对数据及其处理、数据安全性和完整性的要求。主要设计如下三方面：

（1）系统应用环境分析。

系统应用环境及系统所服务和运行的特殊组织环境。不同业务单位有不同的组织结构和业务工作流程。环境的特殊性将决定数据库的整体设计思路和风格。

（2）用户数据需求及加工分析。

用户需求及加工分析指用户希望从数据库中获得那些信息以及对信息的处理要求。由此决定数据库中应该存储哪些信息以及对数据需要进行哪些加工处理，包括在处理过程中特定的查询要求、响应时间要求，以及数据安全性、保密性、完整性和一致性等方面的要求，应在此基础上编制数据字典。

（3）系统约束条件分析。

系统约束条件分析及分析现有系统的规模、结构、资源和地理分布，明确现有系统存在的种种限制或约束，从而使系统设计不至于脱离实际条件，确保系统设计顺利实施。

数据库概念结构设计

概念结构设计是指由现实世界的各种客观事物及其联系转化为信息世界中的信息模型的过程，即为数据库的概念结构设计。E-R模型即实体-联系模型是描述数据库概念结构的有力工具。下面结合实例说明E-R模型的构建。

在一个政府部门中存在着多个不同科室，每一个由若干名科员构成，每个科室都有一名主管上级领导，科室公务员负责为前来机关办事的群众提供相关的服务。现分别画出各个科室的E-R模型图，再画出整个机关的E-R模型。

一个科室结构应包括：

（1）实体，即上级领导、科室、科员、群众。

（2）实体联系，主管领导与科室之间是一对多的关系，科室与科员之间的联系也是一对多的关系，科员与群众之间是多对多的关系。

（3）各个实体所具有的属性。

.主管上级领导，属性可以有编号、姓名、性别、年龄、职务、任职时间、参加工作时间、入党时间、学历

.科室的属性可以包括科室号

.科员的属性包括编号、姓名、性别、年龄、职称、参加工作时间、入党时间、学历

.群众属性包括服务日期、服务事宜、处理结果

.服务，包括服务日期、服务事宜、处理结果

通过以上分析，可以得到如下的E-R模型，如下图所示（部分属性）。

科室E-R模式图

数据库逻辑结构设计

逻辑结构设计的任务是要将概念结构设计阶段完成的概念模型转换成能被选定的数据库管理系统支持的数据模型。现行的数据库管理系统一般支持网状、层次和关系三种数据模型中的一种，其中关系型的数据模型在DBMS中的应用和支持较为广泛，已成为主流。

下面简单介绍一下由E-R模型转换为关系数据模型的转化规则。在关系数据模型下，数据的逻辑结构是一张二维表，每个关系为一张二维表格。E-R模型转换为关系数据模型的转化规则如下。

.每一实体及其属性对应于一个关系模式。实体名作为关系名，实体的属性作为对应关系的属性。所谓关系模式，就是对关系的描述，用关系名（属性1、属性2、属性3，……属性n）来表示。

.两两实体之间的联系及其属性一般对应一个关系模式，联系名作为对应的关系名，联系的属性作为对应关系的属性；不带属性的联系可以去掉。

.实体和联系中关键字属性在关系模式中仍作为关键字。

上图中所示的实体关系图可以按照这些转换规则进行转化得到如下对应的关系模型。

.主管上级领导，编号、姓名、性别、年龄、职务、任职时间、参加工作时间、入党时间、学历

.科室，包括主管上级领导编号、科室号

.科员，包括科室号、编号、姓名、性别、年龄、职称、参加工作时间、入党时间、学历

.群众，包括来访者编号、姓名、性别、年龄、来访日期、服务事宜

.服务，包括受理公务员编号、来访者编号、服务日期、服务事宜、处理结果

不同的系统配备的数据库管理系统性能不同，因而必须结合具体DBMS的性能和要求将一般数据模型转换成所选用的数据管理系统支持的数据模型，若选用的DBMS支持层次、网络模型，则还要完成从关系模型向层次或网络模型的转换。

数据库物理结构设计

数据库的物理设计以逻辑结构设计的结果为输入，结合关系数据库系统的功能和应用环境、存储设备等具体条件为数据模型选择合适的存储结构和存储方法。从而提高数据库的效率。物理结构设计的主要任务如下。

（1）确定存储结构。

根据用户对数据结构和处理的要求，权衡数据存取时间、空间利用率和维护代价等三方面的利弊，综合考虑存储效率、维护成本等相关因素，从数据库管理系统提供的各种存储结构（例如顺序存储结构、索引存储结构，等等）中，选取合适的结构并加以实现。

（2）选择和调整存储路径。

数据库必须支持多个用户的多种应用，因此必须提供多个存取入口、多条存取路径，建立多个辅助索引。此过程中需要考虑一些问题，例如如何选取合适的数据项建立索引，如何建立辅助索引从而达到检索效率和存储空间的统一等。

（3）确定数据存储位置。

按照不同的应用可将数据分为若干个组。根据各组数据利用频率和存储要求的不同，各类数据的存放位置、存储设备以及区域划分都应有所不同。应该把存取频率和存取速度要求较高的数据存储在高速存储器上，把存取频率和存取速度要求较低的数据存储在低速存储器上。

（4）确定存储分配。

大多数据库管理系统会提供一些存储分配参数，例如溢出区大小、块大小、缓冲区大小和个数等，设计人员应全面考虑这些参数，以进行物理优化。

（5）确定数据的完整性与安全性约束。

进行物理设计时不仅要考虑所选用数据库管理系统提供的安全机制和完整性约束，还要考虑用户使用制度、应用程序、计算机系统等各个涉及具体应用的方面。

（6）考虑数据恢复方案。

数据库的物理设计阶段也要考虑数据库的恢复问题，采取必要的物理措施和手段，为突发事件和故障后的恢复做好准备，提供必要的物理工具。

信息化

人们在生活和从事生产等活动中不断产生各种消息，接收者通过各种方式了解到的消息被称为信息。信息的传送一般应借助一定的运载工具，并将信息变换成各种表现形式，如语言、文字、图像、声音等。信息是普遍存在的，像空气一样渗透到全球各个角落、各个领域。人们在生活和工作中要随时随地地获取信息、交流和处理信息，并根据它决策或采取行动。企业为了在竞争中求得生存和发展，获取及时可靠的信息将成为第一需要。信息已同能源和材料一起成为现代化社会的三大资源。信息是资源，而且是一种战略资源。信息与材料、能源不同，信息可以被很多人使用，使用的人越多，创造的价值就越高，而且一条信息可以衍生出多条信息，取之不尽。信息与信息资源不同，信息的日常表现是无序的，但是信息本身存在着内在联系和规律，信息只有通过加工处理才能成为有价值的、可利用的信息资源。随着科技的进步和发展，特别是通信技术、电子技术、激光技术、集成电路、计算机等高技术的出现，在加快经济建设和社会发展的过程中，信息的作用越来越突出，信息和我们的日常生活密切相关，获取信息已经成为我们生活、工作中的重要内容，信息在服务于我们的生活的同时，对我们生活方式的影响也越来越大，所以我们称当前的社会为信息社会。由此衍生出了许多新兴的概念。

信息技术是指对信息进行采集、存储、处理、检索、传递、分析与显示的高技术群。信息技术发展的总趋势是数字化、网络化与智能化，并以互联网技术及其应用技术为中心。信息产业是以现代信息技术为手段，以开发和利用信息资源为中心内容，提供信息产品和信息服务的产业部门。它包括信息产品制造业、软件与信息服务业、通信业。

信息化是指培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程。智能工具一般必须具备信息获取、信息传递、信息处理、信息再生和信息利用的功能。

完整的信息化内涵如下。

（1）信息网络体系，它是大量信息资源、各种专用信息系统及其公用通信网络和信息平台的总称。

（2）信息产业基础，即信息科学技术的研究、开发、信息装备的制造，软件开发与利用，各类信息系统的集成及信息服务。

（3）社会支持环境，即现代工农业生产，以及管理体制、政策法律、规章制度、文化教育、道德观念等生产关系和上层建筑。

（4）效用积累过程，即劳动者素质、国家的现代化水平和人们生活质量不断得到提高，精神文明和物质文明不断获得进步。

通常人们习惯用信息产业部门所制造的收入在国民生产总值中所占的比重和信息从业者占就业人口的比例作为衡量社会信息化程度的指标。粗略认为两者均超过50%以上，其社会已进入信息社会。

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