數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用

1、 基本任務(wù)：準(zhǔn)確地回答“系統(tǒng)必須做什么？”（軟件范圍）對(duì)系統(tǒng)提出完整、準(zhǔn)確、清晰、具體的要求。 在這個(gè)階段結(jié)束時(shí)交出的文檔是需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（技術(shù)合同）。1、確定對(duì)系統(tǒng)的綜合需求、確定對(duì)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(jī)響應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)需要的存儲(chǔ)容量、重新啟動(dòng)、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(hù)可以使用系統(tǒng)的程度。（4）出錯(cuò)處理需求）出錯(cuò)處理需求 ：這類(lèi)需求說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)環(huán)境錯(cuò)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(shí)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(kāi)發(fā)計(jì)劃、修正系統(tǒng)開(kāi)發(fā)計(jì)劃 5、開(kāi)發(fā)原型系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)原型系統(tǒng)（樣機(jī)） 主要目的：主要目的：使用戶(hù)通過(guò)實(shí)踐獲得關(guān)于未來(lái)的系統(tǒng)的更直接更具體的概念，更準(zhǔn)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(rèn)識(shí)能力的局限，不能預(yù)先指定所有的要求；（2）在用戶(hù)和系統(tǒng)分析員之間存在固有的通信鴻溝；（3）用戶(hù)需要一個(gè)“活”的系統(tǒng)模型，以便獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；（4）在開(kāi)發(fā)過(guò)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(wèn)題：主要問(wèn)題：增加了軟件成本。3.2 3.2 分析過(guò)程分析過(guò)程1、沿?cái)?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(hù)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(xì)化數(shù)據(jù)流程圖4、修正開(kāi)發(fā)計(jì)劃5、書(shū)寫(xiě)文檔（1）需求規(guī)格說(shuō)明：系統(tǒng)的概貌、功能要求、運(yùn)行要求、將來(lái)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(shuō)明（IPO圖、結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言、判定樹(shù)表）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（數(shù)據(jù)庫(kù)、普通文件）（2）用戶(hù)系統(tǒng)描述：初步的用戶(hù)手冊(cè) （3）初步測(cè)試計(jì)劃（4）

4、修正的開(kāi)發(fā)計(jì)劃 ：修正后的成本估計(jì)、資源使用計(jì)劃、進(jìn)度計(jì)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(kù)概要設(shè)計(jì)）概念模型和規(guī)范化（數(shù)據(jù)庫(kù)概要設(shè)計(jì)）1、概念模型最常用的表示概念性數(shù)據(jù)模型的方法：實(shí)體聯(lián)系方法(Entity-Relationship Approach)，簡(jiǎn)稱(chēng)E-R模型。模型。E-R模型包含三個(gè)基本成分：“實(shí)體實(shí)體”、“聯(lián)系聯(lián)系”、“屬性屬性”(1)實(shí)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(xué)生、課程是實(shí)體。實(shí)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(shí)體與實(shí)體之間的關(guān)系。聯(lián)系有三種

5、： 1：1（一對(duì)一聯(lián)系） 例如：實(shí)體“校長(zhǎng)”與“大學(xué)”之間的聯(lián)系為“1：1”1：N（一對(duì)多聯(lián)系） 例如：實(shí)體“學(xué)?！迸c“院系”之間的聯(lián)系為“1:N ”M：N（多對(duì)多聯(lián)系） 例如：實(shí)體“學(xué)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(shí)體或聯(lián)系所具有的性質(zhì)。通常一個(gè)實(shí)體或聯(lián)系由若干屬性來(lái)刻畫(huà)。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(gè)重要概念：函數(shù)依賴(lài)(Functional Dependency) 完全函數(shù)依賴(lài)(Full Functional Dependency) 部分函數(shù)依賴(lài)(Partial Functio

6、nal Dependency) 傳遞函數(shù)依賴(lài)(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(xiàng)； 第二范式（2NF）：不存在非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴(lài)； 第三范式（3NF）：不存在非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的傳遞函數(shù)依賴(lài)。 一般分解到第三范式即可。范式級(jí)別越高，存儲(chǔ)同樣的數(shù)據(jù)就需要分解成更多張表，存儲(chǔ)過(guò)程越復(fù)雜，查詢(xún)速度將下降（表的連接

7、的開(kāi)銷(xiāo)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(shù)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(shí)際數(shù)據(jù)元素（不能再分解的元素，如編號(hào)、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(cè)試驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)輔助工具2、Warnier圖（法國(guó)科學(xué)家沃尼提出） （1）描繪信息的層次結(jié)構(gòu)（一棵平置的樹(shù)）； （2）能表達(dá)信息的邏輯關(guān)系（它可表示指出一類(lèi)信息或一個(gè)信息量是重復(fù)出現(xiàn)的,也可以表示特定信息在某一類(lèi)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(jì)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(cè)試驅(qū)動(dòng)程序（P1）設(shè)計(jì)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(duì)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(yàn)主記錄2、校驗(yàn)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(shuō)明書(shū)主要內(nèi)容：需求規(guī)格說(shuō)明書(shū) 需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)：需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)：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(wú)二義的方式準(zhǔn)確表達(dá)用戶(hù)的需求。 作用： （1）作為軟件開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)與用戶(hù)之間一份事實(shí)上的技術(shù)合同書(shū)； （2）作為軟件開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)下一步進(jìn)行設(shè)計(jì)和編碼的基礎(chǔ)； （3）作為測(cè)試和驗(yàn)收目標(biāo)系統(tǒng)的依據(jù)。 另外兩份文檔：另外兩份文檔： 1 1、初步測(cè)試計(jì)劃：、初步測(cè)試計(jì)劃：包括對(duì)未來(lái)系統(tǒng)中的哪些功能和性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，以及達(dá)到何種要求。在后階段的軟件開(kāi)發(fā)中，對(duì)這個(gè)測(cè)試計(jì)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(cè)試問(wèn)題，能以較小的代價(jià)檢測(cè)出需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)中存在的不可避免的錯(cuò)誤； （2）作為后階段測(cè)試文檔形成的指導(dǎo)性文件。 2 2、用戶(hù)系統(tǒng)描述：、用戶(hù)系統(tǒng)描述：從用戶(hù)使用系統(tǒng)的角度描述系統(tǒng)的功能和性能，用戶(hù)使用系統(tǒng)的主要步驟和方法，以及系統(tǒng)用戶(hù)的責(zé)任。初步的用戶(hù)手冊(cè)。 作用： （1）使用戶(hù)從使用角度檢查和審核目標(biāo)系統(tǒng)，容易判斷這個(gè)系統(tǒng)是否滿足他們的需要； （2）使系統(tǒng)分析員從用戶(hù)的角度考慮軟件系統(tǒng)，進(jìn)一步驗(yàn)證軟件需求； （3）有了這份文檔，審查和復(fù)審時(shí)容易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)分析員和用戶(hù)之間不一致和誤解的地方，有利于理解和溝通。1、驗(yàn)證對(duì)象：需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（Software Requirements Sp

11、ecification)2、從哪些方面驗(yàn)證（1）一致性： SRS中陳述的需求沒(méi)有與以前的文檔發(fā)生沖突； SRS中陳述的各個(gè)需求之間沒(méi)有發(fā)生沖突。（2）完整性： 未來(lái)系統(tǒng)所做的任何事情都包含在SRS的陳述中（包含用戶(hù)要求的所有功能或性能）； SRS中沒(méi)有被標(biāo)識(shí)為“待定”的內(nèi)容。（3）現(xiàn)實(shí)性： 用現(xiàn)有的硬軟件技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。（4）有效性： SRS中陳述的每個(gè)需求都是可驗(yàn)證的，即當(dāng)且僅當(dāng)存在一個(gè)有限代價(jià)的過(guò)程（人工或機(jī)器）可以檢查構(gòu)造的軟件產(chǎn)品是否符合用戶(hù)的需求。3、驗(yàn)證方法（1）人工審查：需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)是用自然語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的；（2）用軟件工具驗(yàn)證：需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)是用形式化的需求陳述語(yǔ)言（RSL）書(shū)寫(xiě)的。

12、 1977年密執(zhí)安大學(xué)開(kāi)發(fā)了PSL/PSA（問(wèn)題陳述語(yǔ)言/問(wèn)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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)保存描述符； 對(duì)描述符施加增刪改操作； 產(chǎn)生格式化的文檔。（3）開(kāi)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(hù)通過(guò)實(shí)踐獲得關(guān)于未來(lái)的系統(tǒng)的更直接更具體的概念，更準(zhǔn)確地提出和確定他們的要求。 主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：（1）有利于明確需求：用戶(hù)在原型系統(tǒng)上獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可與分析員一起進(jìn)一步明確需求；（2）有利于溝通：在用戶(hù)和系統(tǒng)分析員之間存在固有的通信鴻溝；（3）有利于用戶(hù)培訓(xùn)：是一個(gè)較早為用戶(hù)學(xué)習(xí)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(shí)踐； 演化型：演化為最終產(chǎn)品。主要問(wèn)題：主要問(wèn)題：增加了軟件成本。使用工具：使用工具：第四代語(yǔ)言和超高級(jí)語(yǔ)言1GL：機(jī)器語(yǔ)言（支持?jǐn)?shù)字和字符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型）2GL：匯編語(yǔ)言（同上）3GL：算法語(yǔ)言（支持記錄和文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型）4GL：支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以向用戶(hù)提供數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、修改、操作等命令。第四代語(yǔ)言的特點(diǎn)：第四代語(yǔ)言的特點(diǎn)：1、與用戶(hù)是友好的；2、非計(jì)算機(jī)專(zhuān)門(mén)人員也可方便地使用；3、編程語(yǔ)言數(shù)量只有第三代語(yǔ)言的確良/10；4、非過(guò)程化編程；5、有自動(dòng)工具：數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建工具、報(bào)表生成器、屏幕設(shè)計(jì)工具、SQL語(yǔ)言自

14、動(dòng)生成、菜單生成器、決策支持工具等；6、容易進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)；7、所寫(xiě)的程序容易理解和修改。樣例：系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（Software Requirements SpecificationSoftware Requirements Specification) 1、引言 1.1 編寫(xiě)目的 說(shuō)明編寫(xiě)本需求分析規(guī)格說(shuō)明書(shū)的目的. 1.2 背景說(shuō)明 (1)給出待開(kāi)發(fā)的軟件產(chǎn)品的名稱(chēng); (2)說(shuō)明本項(xiàng)目的提出者,開(kāi)發(fā)者和用戶(hù); (3)說(shuō)明該軟件產(chǎn)品將做什么,如有必要,說(shuō)明不做什么. 1.3 術(shù)語(yǔ)定義 列出本文檔中所用的專(zhuān)門(mén)術(shù)語(yǔ)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(biāo)題、版本號(hào)、出版日期、出版單位等.2、概述 2.1 功能概述 敘述待開(kāi)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(lái)表示各功能及其相互之間的關(guān)系. 2.2 約束 敘述對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shuō)明書(shū)（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(huà)出該數(shù)據(jù)流圖 (2)加工說(shuō)明 (a)編號(hào) (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(shuō)明 說(shuō)明文件的成分及其組織方式. 3.2.2 數(shù)據(jù)項(xiàng)說(shuō)明 系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（Software Requirements Specification)Software Requirements Specification) 3.2.2 數(shù)據(jù)項(xiàng)說(shuō)明 以表格的形式說(shuō)明每一數(shù)據(jù)項(xiàng),格式如下表所示:4、接口 4.1 用戶(hù)接口 說(shuō)明人機(jī)界面的需求,包括 (1)屏幕格式; (2)報(bào)表的頁(yè)面打印格式及內(nèi)容; (3)可用的功能鍵及鼠標(biāo). 4.2 硬件接口 說(shuō)明該軟件產(chǎn)品與硬件之間各接口的邏輯特點(diǎn)及運(yùn)行該軟件的硬件設(shè)備特征. 4.3 軟件接口 說(shuō)明該軟件產(chǎn)品與

17、其它軟件之間接口,對(duì)每個(gè)需要的軟件產(chǎn)品應(yīng)提供: (1)名稱(chēng) (2)規(guī)格說(shuō)明 (3)版本號(hào)系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（Software Requirements Specification)Software Requirements Specification) 5、性能需求 5. 1 精度 逐項(xiàng)說(shuō)明對(duì)各項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)達(dá)到的精度，包括傳輸中的精度要求. 5.2 時(shí)間特征 定量地說(shuō)明本軟件的時(shí)間特征，如響應(yīng)時(shí)間、更新處理時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換時(shí)間、計(jì)算時(shí)間等. 5.3 靈活性 說(shuō)明本軟件所具有的靈活性，即當(dāng)用戶(hù)需求（如對(duì)操作方式、運(yùn)行環(huán)境、結(jié)果精度、時(shí)間特征等要 求）有些變化時(shí)，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(diǎn)、恢復(fù)方法和重啟動(dòng)性，以確保軟件可使用性. 6.2 保密性 規(guī)定保護(hù)軟件的要素. 6.3 可維護(hù)性 規(guī)定確保軟件是可維護(hù)的需求. 6.4 可移值性 規(guī)定用戶(hù)程序、用戶(hù)接口的兼容方面的約束.系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（Software Requirements