三级数据库技术第一章数据库应用系统开发

三级数据库技术

分值以及考点

第一章 数据库应用系统开发

考点1：数据库应用系统生命周期

数据库系统(DBS) :

主要提供应用数据的组织、存储、维护、访问等数据管理功能。

数据库应用系统(DBAS)

• 为用户提供数据管理功能。
• 根据具体应用领域业务规则、通过数据库应用程序，实现了更为复杂的数据处理功能。

1.软件工程与软件开发方法

软件工程思想︰用工程的概念、原理、技术和方法对软件生产、开发的全过程进行跟踪和管理。

软件工程开发的目的︰提高软件的质量、加快软件开发的速度、降低成本。

瀑布模型

瀑布模型把软件开发的全过程定义为六个阶段 :

• 项目规划

这个阶段定义开发项目的背景、目标、实现、功能、性能指标以及系统需要解决的问题，包括制定合理的项目开发计划 。

• 系统分析

通过调研分析 全面理解系统需求 并利用需求说明文档描述项目目标、功能、适用范围、可接受的吞吐量、响应时间以及数据的安全性、正确性、有效性等要求 。

• 总体设计

将需求分析阶段定义的关于目标系统做什么的描述变换成如何做，把前一阶段的需求转换成能够实现的软件框架及系统结构，使系统组成结构中各子系统模块和接口能够最佳的支持目标系统的功能需求和性能需求 。

• 详细设计

将细化总体设计的结果 包括每个模块的算法 结合具体的开发环境 设计输入/输出的界面等 。

• 编码调试和集成测试

用程序设计语言描述每个模块的求解步骤 通过单元测试以后将它们组装或集成到软件框架中进行集成测试 。

• 运行维护阶段

在保证应用系统以达到既定目标 功能和性能等标识满足使用要求后，进入运行维护阶段 。

快速原型模型

• 快速分析
• 设计构造原型
• 运行原型
• 评价原型
• 改进原型
  

螺旋模型

描述∶将瀑布模型的系统化与快速原型模型的可修改性结合起来，引入了风险评估活动，采用演化的概念开发系统，使开发和使用者对每个演化层可能的风险有所了解。一般螺旋模型开发过程有以下四个阶段。
优点∶有效降低了大型项目实施过程中因成本进度质量等因素的不确定性带来的风险。基本要求:对开发人员评估风险的经验要求较高。

螺旋模型开发过程的四阶段

• 项目规划
• 风险评估
• 工程实现
• 用户评估
  

⒉.数据库应用系统（DBAS )生命周期模型

描述:DBAS是一类典型的面向数据管理和数据处理的复杂软件系统，其设计开发满足实际应用需求，遵循数据库系统三级模式结构所规定的数据库设计范型。

方法∶按软件工程定义的复杂软件系统开发原则，采取工程化方法，按计划、分步骤地进行。

目的:以便保证系统开发质量，降低开发成本，加快开发进度。

DBAS生命周期模型

• 项目规划
• 需求分析
• 系统设计（概念设计+逻辑设计+物理设计）
• 实施与部署
• 运行与维护
  

一般来说，项目规划包括以下工作内容:

①确定项目的目标和范围，根据系统规划与定义的工作内容，具体说明项目的最终产品以及期望的时间、成本和质量目标

②根据DBAS软件开发模型，分解和定义整个项目包括的工作活动和任务。

③估算完成该项目的规模及所需各种资源。

④制定合理的DBAS项目计划，包括进度、成本、质量等方面的预测和控制方案。

系统设计阶段分为概念设计、逻辑设计、物理设计。

概念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。

逻辑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。

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。

考点2：规划与分析

1.系统规划与定义

描述:面向将要开发的DBAS，通过了解用户实际需求，明确该系统需要实现的目标和任务，并从数据管理和数据处理的角度，确定系统中数据库软件的功能、性能范围。

系统规划与定义设计内容有以下几种

1. 任务陈述 描述所要开发的DBAS的总体目标。
2. 确定任务目标 为了系统总体目标，DBAS应该支持一系列数据管理与数据处理任务与活动。
3. 确定系统范围和边界 定义了DBAS做什么、不做什么，做到什么程度。
4. 确定用户视图 对用户进行分类，明确每类用户需要访问数据库中的哪些数据以及如何使用这些数据，组成用户所对应的用户视图。

2.可行性分析

在明确了DBAS的任务目标和系统范围之后，需要从技术，经济，操作等方面进行项目可行性分析，评估判断DBAS的可行性。可行性分析包括以下四点。

• 经济可行性研究

对项目进行成本效益分析 估算项目开发成本 评估项目经济效益 社会效益和利润 在项目成本和收益间进行合理权衡 并分析项目对其产品或利润的影响 。

• 技术可行性研究

论证是否具备DBAS开发所需要的各类人员资源 (项目管理人员 、数据库系统、 分析员、 应用编程人员等） 软件资源、 硬件资源和工作环境等 以及为支持递DBAS开发和如何去改进加强这几方面资源

• 操作可行性研究

根据用户提出的系统功能性能及实现系统的各项约束条件 对系统软硬件和技术方案作出评估和选择建议 。

• 开发方案选择的目标

提出并评价实现系统的各种方开发方案 从中选出一种适用于DBAS软件的开发方案 。

DBAS的成本包括以下三点

1. 系统软硬件购置费用，如DBAS、计算机、 存储设备、 网络设备的购置费用。
2. 系统开发费用，如人工费用 、材料费用、 成本费用等。
3. 系统安装 、运行 、维护费用的等。

3.项目规划

描述∶项目管理者对资源、成本和进度做出合理估算，并在此基础上指定切实可行的DBAS项目开发计划的过程。

项目规划一般包括以下工作内容。

1. 确定项目的目标和范围 ，根据系统规划与定义的工作内容 ，具体说明项目的最终产品以及期望的时间成本和质量目标 。
2. 根据DBAS软件开发模型 ，分解和第一整个项目包括的工作、活动和任务 。
3. 估算完成该项目的规模及所需各种资源 。
4. 制定合理的DBAS项目计划 ，包括进度 、成本 、质量等方面的预测和控制方案 。

操作可行性研究是论证是否具备DBAS开发所需的各类人员资源(项目管理人员、数据库系统分析员、应用编程人员等）、软件资源、硬件资源和工作环境等，以及为支持DBAS开发如何去改进加强这几方面资源。

考点3：需求分析

1.数据需求分析

描述︰从对数据进行组织与存储的角度，从用户视图出发，分析与辨识应用领域所管理的各类数据项和数据结构，形成数据字典的主要内容。

数据字典包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程五部分。

2.功能需求分析

描述∶主要针对DBAS应具有的功能进行分析，是DBAS需求分析的核心环节，描述了一个系统应当做什么。

功能需求分析类别如下:

• 数据处理需求分析

从数据访问和处理的角度，明确对各类数据项所需进行的数据访问操作分析结果可表示为数据流图（DFD） 或DBAS应支持的各项数据处理事务规范 .

• 业务规则需求分析

从DBAS高层目标和整体功能出发,分析系统或系统中一些大粒度子系统应具有的业务类型和功能 ，明确用户或外部系统与DBAS的交互模式

数据处理需求分析
数据处理需求分析从数据访问和处理的角度，明确对各类数据项所需进行的数据访问操作。数据处理需求分析结果如下:

分析结果可表示为数据流图（DFD）或DBAS应支持的各种数据处理事务规范
事务规范包括：

• 事务名称
• 事务描述。功能、性能、完整性约束等方面的描述
• 事务所访问的数据项
• 事务用户。启动或执行该事务的事件或用户

3.性能需求分析

描述︰性能需求描述了系统应当做到什么程度。

DBAS主要包扩以下性能指标:

• 数据操作响应时间

指用户向数据库系统提交数据操作请求到操作结果返回给用户的时间。

• 系统吞吐量（每秒事务数TPS）

指系统在单位时间内可以完成的数据库事务或数据查询的数量。

• 允许并非访问的最大用户数

指在保证单个用户查询响应的前提下，系统最多允许多少用户访问数据库。

• TPS带价值

用于衡量系统性价比的指标。

影响DBAS性能指标的因素
DBAS性能指标是系统软硬件设计开发的重要依据。它主要有以下几点影响因素:

1. 系统硬件资源
2. 网络通信设备性能
3. 数据库的逻辑设计与物理设计质量
4. DBMS的配置和性能
5. 数据库应用程序自身

4.其他需求分析

描述∶考虑DBAS的其他需求，包括存储需求、安全性需求、备份和恢复需求。具体内容如下所示:

1. 存储需求分析

• 初始数据库大小
• 数据库增长速度

2. 安全性需求分析

• DBAS系统应达到的安全控制级别
• 各类用户数据的数据视图和视图访问权限
• DBAS应有的口令保护机制或其他安全认证机制。

3.备份和恢复需求分析

• 备份数据库的时间和备份周期
• 备份全部数据还是其中一部分
• 备份方式是采用完全备份还是差异备份

数据库应用系统的需求分析包括数据需求分析、功能需求分析(数据处理需求分析、业务规则需求分析)、性能需求分析(数据操作响应时间或数据访问响应时间、系统吞吐量、允许并发访问的最大用户数、每秒TPS代价值)、其他需求分析（存储需求分析、安全性需求分析、备份和恢复需求分析)。

考点4：系统设计

概述∶根据DBAS生命周期模型，数据库应用系统设计包括概念设计、逻辑设计、物理设计，如下图所示:

1.概念设计

数据库应用系统的概念设计包括:数据库概念模型设计和系统总体设计。

• 数据库概念模型设计

描述∶概念模型设计是依据数据需求分析阶段得到的**需求规范说明文档，**分析辨识需要组织存储在数据库中的各类应用领域数据对象的特征及其相互间关联关系，并采用概念数据模型表示出来，得到独立于具体DBMS的数据库概念模型。
数据库概念模型可能采用多种方法表示，如最常见的ER方法。

• 系统总体设计

一个大型数据库应用系统是由硬件和软件组成的复杂系统，在设计上应依据自上而下、由简到繁、逐步求精的原则。

1. DBAS体系结构设计
2. 系统硬件平台的选型和配置
3. 应用软件结构设计
4. 对系统关键技术进行方案选型和初步设计
5. 对需求分析阶段识别出的业务规则进行初步设计，细化业务规则流程，分析所处理的业芩数据和处理方式，明确采用的关键技术和算法等。

2.逻辑设计

逻辑设计的三方面内容
逻辑设计的三方面内容

1.数据库逻辑结构设计（数据库物理结构设计）

指从数据库的概念模型出发，设计表示为逻辑模式的数据库逻辑结构。

2.应用程序概要设计（应用程序详细设计）

按照逐步求精、信息隐藏和功能细化原则，进一步划分为子模块，组成应用软件的系统-子系统-模块-子模块层次结构

3.事务概要设计的任务（ 数据库事务详细设计）

根据需求分析阶段识别出的各种DBAS事务，设计与具体DBMS和实现方法无关的事务数据处理流程，明确事务所访问的各关系表。

3.物理设计

数据库物理结构设计
数据库中的数据以文件形式存放在外存物理设备上，数据库物理结构主要指数据文件在外存上的存储结构和存取方法，它依赖于系统具体的硬件环境、操作系统和DBMS。
数据库事务详细设计
将事务概要设计中的read和write元操作替换为DBMS支持的查询、插入、删除、修改等具体数据库访问操作或数据库访问API调用。
应用程序详细设计
定义的各模块功能和输入/输出数据需求，结合具体的程序设计环境和机制，设计各模块的内部处理流程和算法、数据结构、对外详细接口等。

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数据库物理设计包括∶数据库逻辑模式描述、文件组织与存取设计、数据分布设计、确定系统配置、物理模式评估。

系统总体设计的主要内容包括确定DBAS体系结构、软硬件选型和配置设计、应用软件总体设计和业务规则初步设计。T江

考点5：实现与部署

1.DBAS实现与部署的工作内容

DBAS的实现与部署也称为DBAS的实施。在此阶段中，数据库应用系统开发人员需要根据DBAS设计结果，建立数据库，编写应用程序，集成DBAS软硬件，组成完整的DBAS。系统经测试和试运行，经过验证，在功能、性能等方面达到设计要求后，可以交付用户使用。这个过程称为数据库应用系统的实现与部署。它的工作内容如下:

考点6：运行管理与维护

数据库运行管理的主要工作：

1. 日常维护 备份与恢复、完整性维护、安全性维护、存储空间管理、并发控制
2. **监控与分析 **数据采集与统计、操作分析、基准程序评估
3. 性能优化调整 查询调整与优化、索引调整、事务调整、模式调整、参数调整、硬件调整和升级、应用程序优化
4. 系统进化 应用程序升级、数据库重组、DBMS和OS升级