107--第三章--环境信息系统开发方法

敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 第三章第三章 环境信息系统开发方法环境信息系统开发方法l目的、要求l1.了解数据库的概念和发展状况；l2.掌握规范化的数据库设计流程；l3.掌握环境信息系统的分析、设计过程和系统集成方法；l4.学习软件测试知识，掌握环境信息系统的测试过程；l5.掌握环境信息系统的维护方法；l6.了解环境信息系统的评价方法。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 主要内容主要内容l数据库基础l规范化数据库设计l数据库开发中的可视化技术l环境信息系统开发设计l环境信息系统集成设计敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1 数据库基础数据库基础l1.1 数据库概述l1.1.1基本概念l数据管理：对数据的组织、编目、定位、存储、检索和维护等。l数据(Data):描述事物的符号称为数据l数据的种类l文字、图形、图像、声音、语言等。l数据的特点l数据与其语法、语义是不可分的l数据的形式不能完全表达其内容李明，男，1989，江苏，计算机系，2009敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.1.1 基本概念基本概念l举例：l学生档案中的学生记录（李明，男，1989，江苏，计算机系，2009）l数据的解释l语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间解释：李明是个大学生，解释：李明是个大学生，19891989年出生，江苏人，年出生，江苏人，20092009年考入计算机系年考入计算机系l语法：数据中字段的属性称为语法，例如姓名是4个汉字字符，性别是1个汉字字符等。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.1.1 基本概念基本概念 l数据库（DB,Database）l定义l数据库，顾名思义就是数据存放的地方，是需要长期储存在计算机内，并按照某种模型组织起来，可以被各种特定的用户或应用所共享的数据的集合。l特征l1、数据按一定的数据模型组织、描述和储存l2、可为各种用户共享l3、冗余度较小(冗余是指相同的数据在某一存储空间中多次出现)l4、数据独立性较高(数据独立性是指数据与应用之间的相互独立性)l5、易扩展敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l数据管理技术经历了人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。这三个阶段的特点及其比较如表1.1所示。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 数据库举例数据库举例敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS, Database Management System)lSQLServer2000，Oracle等都是DBMSl数据库系统（DBS）： 是由计算机软、硬件资源组成的系统，它实现了有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问。l数据库管理系统：提供各种数据管理服务功能的计算机软件系统。l用途l科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l功能l数据定义功能（DDL,Data Definition Language）:定义数据定义数据库中的数据对象库中的数据对象l数据操纵功能（DML,DataManipulationLanguage): 操纵数操纵数据实现对数据库的基本操作据实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改查询、插入、删除和修改)l数据库的运行管理功能:保证数据的安全性保证数据的安全性、完整性、完整性、 多用户对多用户对数据的并发使用数据的并发使用, 发生故障后的系统恢复发生故障后的系统恢复l数据库的建立和维护功能:数据库数据批量装载数据库数据批量装载,数据库转储数据库转储,介介质故障恢复质故障恢复, 数据库的重组织数据库的重组织, 性能监视等性能监视等敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l安全性：数据的安全性是指保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。使每个用户只能按规定，对某些数据以某些方式进行使用和处理。l完整性：数据的完整性指数据的正确性、有效性和相容性。完整性检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之问满足一定的关系。l并发使用：当多个用户的并发进程同时存取、修改数据库时，可能会发生相互干扰而得到错误的结果或使得数据库的完整性遭到破坏，因此必须对多用户的并发操作加以控制和协调。l系统恢复：计算机系统的硬件故障、软件故障、操作员的失误以及故意的破坏也会影响数据库中数据的正确性，甚至造成数据库部分或全部数据的丢失。DBMS必须具有将数据库从错误状态恢复到某一己知的正确状态（亦称为完整状态或一致状态）的功能，这就是数据库的恢复功能。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l数据库系统（DBS）l狭义地讲是由数据库、数据库管理系统和用户构成；1.1.1 基本概念基本概念用户用户用户用户1 1用户用户用户用户n n.数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统DBMSDBMS数据库数据库数据库数据库( (存储数据存储数据存储数据存储数据) )敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l广义地讲是由计算机硬件、操作系统、数据库管理l系统以及在它支持下建立起来的数据库、应用程序、用户和数据库管理员（DBA,DatabaselAdministrator）组成的一个整体。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.1.1 基本概念基本概念数据库系统（广义）数据库系统（广义）操作系统操作系统应用程序应用程序DBMS硬硬 件件数据库数据库DBA用户和数据库管理员敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.1.2 数据库研究的范畴数据库研究的范畴l1）数据模型研究l2）与新技术结合：网络、多媒体l3）与应用领域结合的研究：工程数据库、地理数据库等l4）对Web数据库的研究，将成为数据库新技术中的热点敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.1.3 数据库技术的应用事例数据库技术的应用事例l教学管理系统l学生信息：学号、姓名、性别、年级、系专业、班级、年龄、宿舍、电话、E-mail等。l成绩信息：学号、姓名、课程名称、成绩。l课程信息：课程名称、教材、学时、学分等。l排课信息：课程号、教室、班级、教师等。l教师信息：工作证号、姓名、性别、年龄、职称、学历、教研室、住址、电话等。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.1.3 数据库技术的应用事例数据库技术的应用事例l图书管理系统l图书信息：书号、书名、作者、出版时间、类型、价格、出版社等。l作者信息：姓名、单位、性别、年龄、职称、学历、住址、电话、E-mail等。l出版社信息：名称、住址、法人、成立日期、信誉等。l读者信息：姓名、借书号、类型、书名、借书日期、结束数量等。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.2 数据库的发展分析数据库的发展分析 l1.2.1数据库的发展简史数据库技术始于20世纪60年代，经历了最初的基于文件的初级系统初级系统、20世纪6070年代流行的层次系统和网状系统，而现在广泛使用的是关系数据库系统。数据库应用也从简单的事务管理扩展到各个应用领域，如用于工程设计的工程数据库、用于因特网的Web数据库、用于决策支持的数据仓库技术、用于多媒体技术的多媒体数据库等，但应用最广泛的还是在基于事务管理的各类信息系统领域各类信息系统领域。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 数据库的发展阶段数据库的发展阶段1.第一阶段:1969年，IBM公司研制了基于层次模型的数据库管理系统(IMS)标志着数据库及相关技术的诞生。2.第二阶段:网状数据模型（20世纪60-70）奠定了数据库发展的基础3.第三阶段:关系数据库模型(20世纪70年代80年代中)1970年，IBM公司的Codd发表基于关系模型的数据库技术论文-“大型共享数据库数据的关系模型”，并于1981年获得ACM（AssociationforComputingMachinery美国计算机协会）图灵奖，标志着关系数据库模型（简单、易理解）的诞生。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l事物管理是DBMS支持数据共享和多用户操作的关键，是DBMS保持数据正确性及简化应用编程人员工作的基本措施。l查询优化是数据库系统性能提高的基础。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.2 数据库的现状分析数据库的现状分析l1.2.2数据库研究的现状分析l1.数据模型的研究：1989年在日本东京举行的关于推理和面向对象数据库的国际会议上发表了“面向对象数据库的声明”，第一次定义了面向对象数据库管理系统所应实现的功能：支持复杂系统，支持对象标识，允许对象封装等。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l2.数据库标准的研究：数据库语言（structuredquerylanguage：SQL,结构化查询语言）是数据库与应用的重要接口，是操作数据的重要工具，它的标准化对数据库标准化的研究具有重要的推动作用。l1989年4月，提出了完整性增强特征的SQL89l1992年11月，又提出了SQL92标准。lANSI和ISO开始合作开发SQL3标准（SQL99）语言SQL的完善和标准化，标志着数据库技术的进步和成熟。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 3.数据库工具及设计方法的研究数据库技术是指建立在数据库基础之上的软件开发与设计方法、手段等。数据库设计的主要任务是在DBMS的支持下，按照应用的要求，为某一部门或组织设计一个结构合理、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l1.2.3数据库研究的发展趋势l1.数据库研究领域不断拓展l2.面向对象数据库（面向对象技术强调在软件开发过程中面向客观世界或问题域中的事物，采用人类在认识客观世界的过程中普遍运用的思维方法，直观、自然地描述客观世界中的有关事物。面向对象技术的基本特征主要有抽象性、封装性、继承性和多态性。）处理多媒体，复杂对象的能力敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 l3.智能数据库（人工智能技术和数据库技术相结合）l4.数据仓库、数据挖掘及支持智能决策数据挖掘是目前发展极为迅速的研究领域，综合了机器学习、统计分析和数据库技术，是为数据库中数据的决策型使用服务的。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 5.建立在Web平台之上的海量空间数据库的统一体数字地球是一种可以嵌入海量空间数据的、多分辨率的、三维地球的表达方式，是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重视，地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识。包括所有空间数据和所有文本数据，及其涉及的把数据转换成可理解的信息并可方便的获得的一切相关理论和技术。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 未来数据库应该具备的特点：高可靠性、高性能、高可伸缩性、高安全性。首先，数据库是各类信息系统的核心和基础，其可靠性和性能是决策者非常关心的问题。其次，从环境信息系统发展角度看，系统的可扩展能力非常重要。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.3 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构l从数据库最终用户看，数据库系统的结构可以分为：l单机结构l集中式结构l分布式结构lC/S结构lB/S结构敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.3 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构l单机结构 l也称桌面型DBMS，数据存储层、应用层和用户界面层的所有功能都存在于单台PC机上。l目前比较流行的桌面型DBMS有：lMicrosoftAccesslVisualFoxprol特点：不同机器之间不能共享数据。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.3 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构l单机结构敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.3 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构l集中式数据库结构l所有处理均由主机完成。l终端只作为主机的输入输出设备。l特点：对主机的性能要求很高。敬业、垂范、实践、创新敬业、垂范、实践、创新 1.3 数据库系