數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用

第三章

需求分析基本任務(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）。3.1

需求分析的任務(wù)1、確定對系統(tǒng)的綜合需求系統(tǒng)功能要求：劃分出系統(tǒng)必須完成的所有功能；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；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。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)。接口需求：描述應(yīng)用系統(tǒng)與它的環(huán)境通信的格式，常見的接口需求有：用戶接口需求；硬件接口需求；軟件接口需求；通信接口需求。約束：包括設(shè)計約束或?qū)崿F(xiàn)約束描述在設(shè)計或?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)時應(yīng)遵守的限制條件。逆向需求：說明軟件不應(yīng)該做什么。將來可能提出的要求：為系統(tǒng)的擴充和修改作準備。2、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)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5、開發(fā)原型系統(tǒng)（樣機）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：由于人的認識能力的局限，不能預(yù)先指定所有的要求；在用戶和系統(tǒng)分析員之間存在固有的通信鴻溝；用戶需要一個“活”的系統(tǒng)模型，以便獲得實踐經(jīng)驗；在開發(fā)過程中重復和反復是必要的和不可避免的；目前有快速建立原型系統(tǒng)的工具可供選用。主要問題：增加了軟件成本。3.2

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、用戶復查借助已有的數(shù)據(jù)流程圖，幫助復查，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）用戶系統(tǒng)描述：初步的用戶手冊初步測試計劃修正的開發(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)審查和管理復審。3.3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。E-R模型包含三個基本成分：“實體”、“聯(lián)系”、“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：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：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“學校”與“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。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

Functional

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，存儲過程越復雜，查詢速度將下降（表的連接的開銷增大）。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)。頂層，完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；中間層，數(shù)據(jù)的子集劃分；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）描繪信息的層次結(jié)構(gòu)（一棵平置的樹）；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）；可由Warnier圖導出程序結(jié)構(gòu)（

Warnier程序設(shè)計方法）。應(yīng)用軟件軟件工具操作系統(tǒng)（P1）編譯程序（P2）系統(tǒng)軟件編輯程序（P1）軟件產(chǎn)品測試驅(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）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）?；拘问剑涸谧筮叺目蛑辛谐鲇嘘P(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：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；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)；作為測試和驗收目標系統(tǒng)的依據(jù)。另外兩份文檔：1、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：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；作為后階段測試文檔形成的指導性文件。2、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：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；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；有了這份文檔，審查和復審時容易發(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。3.6

驗證軟件需求1、驗證對象：需求規(guī)格說明書（Software

RequirementsSpecification)2、從哪些方面驗證一致性：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。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?，F(xiàn)實性：用現(xiàn)有的硬軟件技術(shù)可以實現(xiàn)。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、驗證方法人工審查：需求規(guī)格說明書是用自然語言書寫的；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。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)？某產(chǎn)品的模擬系統(tǒng)，反映產(chǎn)品的主要特性。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：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；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；有利于用戶培訓：是一個較早為用戶學習培訓的工具；可由原型系統(tǒng)演化為是終系統(tǒng)；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：增加了軟件成本。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：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

Specification)1、引言編寫目的說明編寫本需求分析規(guī)格說明書的目的.背景說明給出待開發(fā)的軟件產(chǎn)品的名稱;說明本項目的提出者,開發(fā)者和用戶;說明該軟件產(chǎn)品將做什么,如有必要,說明不做什么.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.參考資料列出本文檔所引用的全部資料,包括標題、版本號、出版日期、出版單位等.2、概述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.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)3、數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖1畫出該數(shù)據(jù)流圖(2)加工說明編號加工名輸入流輸出流

(e)加工邏輯數(shù)據(jù)流圖2……數(shù)據(jù)字典文件說明說明文件的成分及其組織方式.數(shù)據(jù)項說明系統(tǒng)需求規(guī)格說明書（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、接口用戶接口說明人機界面的需求,包括

(1)屏幕格式;報表的頁面打印格式及內(nèi)容;(3)可用的功能鍵及鼠標.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.軟件接口說明該軟件產(chǎn)品與其它軟件之間接口,對每個需要的軟件產(chǎn)品應(yīng)提供:

(1)名稱規(guī)格說明(3)版本號名稱類型含義度量單位有效范圍精度系統(tǒng)需求規(guī)格說明書（Software

Requirements

Specification)5、性能需求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.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.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、屬性可使用性規(guī)定某些需求,如檢查點、恢復方法和重啟動性，以確保軟件可使用性.保密性規(guī)定保護軟件的要素.可維護性規(guī)定確保軟件是可維護的需求.可移值性規(guī)定用戶程序、用