數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用

1、 基本任務(wù)：準確地回答“系統(tǒng)必須做什么？”（軟件范圍）對系統(tǒng)提出完整、準確、清晰、具體的要求。 在這個階段結(jié)束時交出的文檔是需求規(guī)格說明書（技術(shù)合同）。1、確定對系統(tǒng)的綜合需求、確定對系統(tǒng)的綜合需求 （1）系統(tǒng)功能要求）系統(tǒng)功能要求 ：劃分出系統(tǒng)必須完成的所有功能；（2）系統(tǒng)性能要求）系統(tǒng)性能要求 ：聯(lián)機響應(yīng)時間、系統(tǒng)需要的存儲容量、重新啟動、安全性等；（3）可靠性和可用性要求）可靠性和可用性要求 ：可用性與可靠性密切相關(guān)，它量化了用戶可以使用系統(tǒng)的程度。（4）出錯處理需求）出錯處理需求 ：這類需求說明系統(tǒng)對環(huán)境錯誤應(yīng)該怎樣響應(yīng)。2、分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求、分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求 系統(tǒng)需要哪些數(shù)據(jù)，數(shù)

2、據(jù)之間有什么聯(lián)系，數(shù)據(jù)由哪些數(shù)據(jù)元素組成。 DFD（數(shù)據(jù)流圖）、DD（數(shù)據(jù)字典）、 E-R圖（實體-聯(lián)系）、數(shù)據(jù)的組成層次結(jié)構(gòu)3、導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型、導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型 數(shù)據(jù)流程圖、數(shù)據(jù)字典、主要算法。4、修正系統(tǒng)開發(fā)計劃、修正系統(tǒng)開發(fā)計劃 5、開發(fā)原型系統(tǒng)、開發(fā)原型系統(tǒng)（樣機） 主要目的：主要目的：使用戶通過實踐獲得關(guān)于未來的系統(tǒng)的更直接更具體的概念，更準確地提出和確定他們的要求。 主要理由：主要理由：（1）由于人的認識能力的局限，不能預(yù)先指定所有的要求；（2）在用戶和系統(tǒng)分析員之間存在固有的通信鴻溝；（3）用戶需要一個“活”的系統(tǒng)模型，以便獲得實踐經(jīng)驗；（4）在開發(fā)過程中重復(fù)和反復(fù)是必要的

3、和不可避免的；（5）目前有快速建立原型系統(tǒng)的工具可供選用。 主要問題：主要問題：增加了軟件成本。3.2 3.2 分析過程分析過程1、沿數(shù)據(jù)流程圖回溯從“輸出端”到“輸入端”回溯，分析數(shù)據(jù)元素。2、用戶復(fù)查借助已有的數(shù)據(jù)流程圖，幫助復(fù)查，再次完善數(shù)據(jù)流程圖。3、細化數(shù)據(jù)流程圖4、修正開發(fā)計劃5、書寫文檔（1）需求規(guī)格說明：系統(tǒng)的概貌、功能要求、運行要求、將來可能的要求。 數(shù)據(jù)流圖（DFD）、數(shù)據(jù)字典（DD）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（用圖形工具的層次圖、Warnier圖表示）、處理邏輯說明（IPO圖、結(jié)構(gòu)化語言、判定樹表）、數(shù)據(jù)存儲（數(shù)據(jù)庫、普通文件）（2）用戶系統(tǒng)描述：初步的用戶手冊 （3）初步測試計劃（4）

4、修正的開發(fā)計劃 ：修正后的成本估計、資源使用計劃、進度計劃等。6、技術(shù)審查和管理復(fù)審。3.3 概念模型和規(guī)范化（數(shù)據(jù)庫概要設(shè)計）概念模型和規(guī)范化（數(shù)據(jù)庫概要設(shè)計）1、概念模型最常用的表示概念性數(shù)據(jù)模型的方法：實體聯(lián)系方法(Entity-Relationship Approach)，簡稱E-R模型。模型。E-R模型包含三個基本成分：“實體實體”、“聯(lián)系聯(lián)系”、“屬性屬性”(1)實體：是客觀世界中存在的、且可相互區(qū)分的事物。它可以是人或物，也可以是具體事物或抽象事物。例如：教師、學生、課程是實體。實體用矩形框表示，如：(2)聯(lián)系：客觀世界中的事物彼此之間有聯(lián)系，描述實體與實體之間的關(guān)系。聯(lián)系有三種

5、： 1：1（一對一聯(lián)系） 例如：實體“校長”與“大學”之間的聯(lián)系為“1：1”1：N（一對多聯(lián)系） 例如：實體“學?！迸c“院系”之間的聯(lián)系為“1:N ”M：N（多對多聯(lián)系） 例如：實體“學生”與“課程”之間的聯(lián)系為“M:N ”聯(lián)系用菱形框表示。(3)屬性：屬性是實體或聯(lián)系所具有的性質(zhì)。通常一個實體或聯(lián)系由若干屬性來刻畫。2、范式（Normal Forms) 關(guān)系規(guī)范化的目的：消除數(shù)據(jù)冗余，避免插入異常和刪除異常。 幾個重要概念：函數(shù)依賴(Functional Dependency) 完全函數(shù)依賴(Full Functional Dependency) 部分函數(shù)依賴(Partial Functio

6、nal Dependency) 傳遞函數(shù)依賴(Transitive Functional Dependency) 候選關(guān)鍵字(Candidate Key)主關(guān)鍵字(Prime Key)主屬性(Prime Attribute)非主屬性(Nonprime Attribute)關(guān)系規(guī)范化(Normalization): 第一范式（1NF）：不存在重復(fù)組和組項； 第二范式（2NF）：不存在非主屬性對候選關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴； 第三范式（3NF）：不存在非主屬性對候選關(guān)鍵字的傳遞函數(shù)依賴。 一般分解到第三范式即可。范式級別越高，存儲同樣的數(shù)據(jù)就需要分解成更多張表，存儲過程越復(fù)雜，查詢速度將下降（表的連接

7、的開銷增大）。3.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的圖形工具一、表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖形工具1、層次方框圖 層次方框圖用樹形結(jié)構(gòu)的一系列多層次的矩形框描繪數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)。 （1）頂層，完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； （2）中間層，數(shù)據(jù)的子集劃分； （3）最底層，數(shù)據(jù)的實際數(shù)據(jù)元素（不能再分解的元素，如編號、數(shù)量等“硬”數(shù)據(jù)）軟件產(chǎn)品系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)編譯程序軟件工具編輯程序測試驅(qū)動程序設(shè)計輔助工具2、Warnier圖（法國科學家沃尼提出） （1）描繪信息的層次結(jié)構(gòu)（一棵平置的樹）； （2）能表達信息的邏輯關(guān)系（它可表示指出一類信息或一個信息量是重復(fù)出現(xiàn)的,也可以表示特定信息在某一類信息中是有條件地出現(xiàn)的）； （3）可由Wa

8、rnier圖導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)（ Warnier程序設(shè)計方法）。軟件產(chǎn)品系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件編輯程序（P1）軟件工具編譯程序（P2）操作系統(tǒng)（P1）測試驅(qū)動程序（P1）設(shè)計輔助工具（P1）二、表示數(shù)據(jù)處理的圖形工具（需求分析中的算法描述工具）二、表示數(shù)據(jù)處理的圖形工具（需求分析中的算法描述工具） 3、IPO（輸入/處理/輸出）圖 作用：描述DFD中的處理邏輯（方便地描述輸入數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)的處理和輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系）。 基本形式：在左邊的框中列出有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，在中間的框內(nèi)列出主要的處理，在右邊的框內(nèi)列出產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)。舊的主文件事務(wù)文件1、校驗主記錄2、校驗事務(wù)記錄3、更新事務(wù)記錄有效的主記錄有效的事務(wù)記

9、錄更新后主文件輸入輸出處理3.4 需求分析文檔 主要內(nèi)容：需求規(guī)格說明書主要內(nèi)容：需求規(guī)格說明書 需求規(guī)格說明書：需求規(guī)格說明書：是需求分析階段產(chǎn)生的一份重要文檔,它以一種一致的、無二義的方式準確表達用戶的需求。 作用： （1）作為軟件開發(fā)機構(gòu)與用戶之間一份事實上的技術(shù)合同書； （2）作為軟件開發(fā)機構(gòu)下一步進行設(shè)計和編碼的基礎(chǔ)； （3）作為測試和驗收目標系統(tǒng)的依據(jù)。 另外兩份文檔：另外兩份文檔： 1 1、初步測試計劃：、初步測試計劃：包括對未來系統(tǒng)中的哪些功能和性能指標進行測試，以及達到何種要求。在后階段的軟件開發(fā)中，對這個測試計劃要不斷地修正和完善，并成相應(yīng)階段文檔的一部分。 作用： （1）

10、早期考慮測試問題，能以較小的代價檢測出需求規(guī)格說明書中存在的不可避免的錯誤； （2）作為后階段測試文檔形成的指導(dǎo)性文件。 2 2、用戶系統(tǒng)描述：、用戶系統(tǒng)描述：從用戶使用系統(tǒng)的角度描述系統(tǒng)的功能和性能，用戶使用系統(tǒng)的主要步驟和方法，以及系統(tǒng)用戶的責任。初步的用戶手冊。 作用： （1）使用戶從使用角度檢查和審核目標系統(tǒng)，容易判斷這個系統(tǒng)是否滿足他們的需要； （2）使系統(tǒng)分析員從用戶的角度考慮軟件系統(tǒng)，進一步驗證軟件需求； （3）有了這份文檔，審查和復(fù)審時容易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)分析員和用戶之間不一致和誤解的地方，有利于理解和溝通。1、驗證對象：需求規(guī)格說明書（Software Requirements Sp

11、ecification)2、從哪些方面驗證（1）一致性： SRS中陳述的需求沒有與以前的文檔發(fā)生沖突； SRS中陳述的各個需求之間沒有發(fā)生沖突。（2）完整性： 未來系統(tǒng)所做的任何事情都包含在SRS的陳述中（包含用戶要求的所有功能或性能）； SRS中沒有被標識為“待定”的內(nèi)容。（3）現(xiàn)實性： 用現(xiàn)有的硬軟件技術(shù)可以實現(xiàn)。（4）有效性： SRS中陳述的每個需求都是可驗證的，即當且僅當存在一個有限代價的過程（人工或機器）可以檢查構(gòu)造的軟件產(chǎn)品是否符合用戶的需求。3、驗證方法（1）人工審查：需求規(guī)格說明書是用自然語言書寫的；（2）用軟件工具驗證：需求規(guī)格說明書是用形式化的需求陳述語言（RSL）書寫的。

12、 1977年密執(zhí)安大學開發(fā)了PSL/PSA（問題陳述語言/問題陳述分析程序）系統(tǒng)： 用描述符描述信息系統(tǒng)； 創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫保存描述符； 對描述符施加增刪改操作； 產(chǎn)生格式化的文檔。（3）開發(fā)原型系統(tǒng) 什么是原型系統(tǒng)？什么是原型系統(tǒng)？ 某產(chǎn)品的模擬系統(tǒng)，反映產(chǎn)品的主要特性。 主要目的：主要目的：使用戶通過實踐獲得關(guān)于未來的系統(tǒng)的更直接更具體的概念，更準確地提出和確定他們的要求。 主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：（1）有利于明確需求：用戶在原型系統(tǒng)上獲得實踐經(jīng)驗，可與分析員一起進一步明確需求；（2）有利于溝通：在用戶和系統(tǒng)分析員之間存在固有的通信鴻溝；（3）有利于用戶培訓(xùn)：是一個較早為用戶學習培訓(xùn)的工具；（4

13、）可由原型系統(tǒng)演化為是終系統(tǒng)；主要策略：主要策略： 廢棄型：探索、實踐； 演化型：演化為最終產(chǎn)品。主要問題：主要問題：增加了軟件成本。使用工具：使用工具：第四代語言和超高級語言1GL：機器語言（支持數(shù)字和字符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型）2GL：匯編語言（同上）3GL：算法語言（支持記錄和文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型）4GL：支持數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型，可以向用戶提供數(shù)據(jù)庫的建立、修改、操作等命令。第四代語言的特點：第四代語言的特點：1、與用戶是友好的；2、非計算機專門人員也可方便地使用；3、編程語言數(shù)量只有第三代語言的確良/10；4、非過程化編程；5、有自動工具：數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建工具、報表生成器、屏幕設(shè)計工具、SQL語言自

14、動生成、菜單生成器、決策支持工具等；6、容易進行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計；7、所寫的程序容易理解和修改。樣例：系統(tǒng)需求規(guī)格說明書（Software Requirements SpecificationSoftware Requirements Specification) 1、引言 1.1 編寫目的 說明編寫本需求分析規(guī)格說明書的目的. 1.2 背景說明 (1)給出待開發(fā)的軟件產(chǎn)品的名稱; (2)說明本項目的提出者,開發(fā)者和用戶; (3)說明該軟件產(chǎn)品將做什么,如有必要,說明不做什么. 1.3 術(shù)語定義 列出本文檔中所用的專門術(shù)語的定義,和外文首字母組詞的原詞組. 1.4 參考資料 列出本文檔所引用的全

15、部資料,包括標題、版本號、出版日期、出版單位等.2、概述 2.1 功能概述 敘述待開發(fā)軟件產(chǎn)品將完成的主要功能,并且用系統(tǒng)流程圖來表示各功能及其相互之間的關(guān)系. 2.2 約束 敘述對系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)生影響的限制條件,如硬件限制、與其它應(yīng)用的接口、安全保密等.系統(tǒng)需求規(guī)格說明書（Software Requirements Specification)Software Requirements Specification) 3、數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典 3.1 數(shù)據(jù)流圖 3.1.1 數(shù)據(jù)流圖1 (1)畫出該數(shù)據(jù)流圖 (2)加工說明 (a)編號 (b)加工名 (c)輸入流 (d)輸出流 (e)加工邏輯 3.1.

16、2 數(shù)據(jù)流圖2 3.2 數(shù)據(jù)字典 3.2.1 文件說明 說明文件的成分及其組織方式. 3.2.2 數(shù)據(jù)項說明 系統(tǒng)需求規(guī)格說明書（Software Requirements Specification)Software Requirements Specification) 3.2.2 數(shù)據(jù)項說明 以表格的形式說明每一數(shù)據(jù)項,格式如下表所示:4、接口 4.1 用戶接口 說明人機界面的需求,包括 (1)屏幕格式; (2)報表的頁面打印格式及內(nèi)容; (3)可用的功能鍵及鼠標. 4.2 硬件接口 說明該軟件產(chǎn)品與硬件之間各接口的邏輯特點及運行該軟件的硬件設(shè)備特征. 4.3 軟件接口 說明該軟件產(chǎn)品與

17、其它軟件之間接口,對每個需要的軟件產(chǎn)品應(yīng)提供: (1)名稱 (2)規(guī)格說明 (3)版本號系統(tǒng)需求規(guī)格說明書（Software Requirements Specification)Software Requirements Specification) 5、性能需求 5. 1 精度 逐項說明對各項輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)達到的精度，包括傳輸中的精度要求. 5.2 時間特征 定量地說明本軟件的時間特征，如響應(yīng)時間、更新處理時間、數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換時間、計算時間等. 5.3 靈活性 說明本軟件所具有的靈活性，即當用戶需求（如對操作方式、運行環(huán)境、結(jié)果精度、時間特征等要 求）有些變化時，本軟件的適應(yīng)能力. 6、屬性 6.1 可使用性 規(guī)定某些需求,如檢查點、恢復(fù)方法和重啟動性，以確保軟件可使用性. 6.2 保密性 規(guī)定保護軟件的要素. 6.3 可維護性 規(guī)定確保軟件是可維護的需求. 6.4 可移值性 規(guī)定用戶程序、用戶接口的兼容方面的約束.系統(tǒng)需求規(guī)格說明書（Software Requirements