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  第3题      
  知识点:   实体   维护   需求分析   编码   概念结构设计   结构设计   逻辑结构设计   设计阶段   实体联系图   信息管理   信息管理系统   需求分析阶段

 
【说明】
某省针对每年举行的足球联赛,拟开发一套信息管理系统,以方便管理球队、球员、主教练、主裁判、比赛等信息。
需求分析
(1)系统需要维护球队、球员、主教练、主裁判、比赛等信息。
球队信息主要包括:球队编号、名称、成立时间、人数、主场地址、球队主教练。
球员信息主要包括:姓名、身份证号、出生日期、身高、家庭住址。
主教练信息主要包括:姓名、身份证号、出生日期、资格证书号、级别。
主裁判信息主要包括:姓名、身份证号、出生日期、资格证书号、获取证书时间、级别。
(2)每支球队有一名主教练和若干名球员。一名主教练只能受聘于一支球队,一名球员只能效力于一支球队。每支球队都有自己的唯一主场场地,且场地不能共用:
(3)足球联赛采用主客场循环制,一周进行一轮比赛,一轮的所有比赛同时进行。
(4)一场比赛有两支球队参加,一支球队作为主队身份、另一支作为客队身份参与比赛。一场比赛只能有一名主裁判,每场比赛有唯一的比赛编码,每场比赛都记录比分和日期。
概念结构设计
根据需求分析阶段的信息,设计的实体联系图(不完整)如图3-1所示,

【逻辑结构设计
根据概念结构设计阶段完成的实体联系图,得出如下关系模式(不完整):
球队(球队编号,名称,成立时间,人数,主场地址)
球员(姓名,身份证号,出生日期,身高,家庭住址,(1) )
主教练(姓名,身份证号,出生日期,资格证书号,级别,(2))
主裁判(姓名,身份证号,出生日期,资格证书号,获取证书时间,级别)
比赛(比赛编码,主队编号,客队编号,主裁判身份证号,比分,日期)
 
问题:3.1   补充图3-1中的联系和联系的类型。
图3-1中的联系“比赛”应具有的属性是哪些?
 
问题:3.2   根据图3-1,将逻辑结构设计阶段生成的关系模式中的空(1)~(2)补充完整。
 
问题:3.3   现在系统要增加赞助商信息,赞助商信息主要包括赞助商名称和赞助商编号。
赞助商可以赞助某支球队,一支球队只能有一个赞助商,但赞助商可以赞助多支球队。赞助商也可以单独赞助某些球员,一名球员可以为多个赞助商代言。请根据该要求,对图3-1进行修改,画出修改后的实体间联系和联系的类型。
 
 
 

   知识点讲解    
   · 实体    · 维护    · 需求分析    · 编码    · 概念结构设计    · 结构设计    · 逻辑结构设计    · 设计阶段    · 实体联系图    · 信息管理    · 信息管理系统    · 需求分析阶段
 
       实体
        从上表中可见,在E-R模型中实体用矩形表示,通常矩形框内写明实体名。实体是现实世界中可以区别于其他对象的“事件”或“物体”。例如,企业中的每个人都是一个实体。每个实体由一组特性(属性)来表示,其中的某一部分属性可以唯一标识实体,如职工号。实体集是具有相同属性的实体集合,例如,学校所有教师具有相同的属性,因此教师的集合可以定义为一个实体集;学生具有相同的属性,因此学生的集合可以定义为另一个实体集。
 
       维护
        维护阶段是软件生存期中时间最长的阶段。软件一旦交付正式投入运行后便进入软件维护阶段。该阶段的关键任务是通过各种必要的维护活动使系统持久地满足用户的需要。每一项维护活动都应该准确地记录下来,作为正式的文档资料加以保存。
 
       需求分析
        需求分析是软件生存周期中相当重要的一个阶段。由于开发人员熟悉计算机但不熟悉应用领域的业务,用户熟悉应用领域的业务但不熟悉计算机,因此对于同一个问题,开发人员和用户之间可能存在认识上的差异。在需求分析阶段,通过开发人员与用户之间的广泛交流,不断澄清一些模糊的概念,最终形成一个完整的、清晰的、一致的需求说明。可以说,需求分析的好坏将直接影响到所开发的软件的成败。
               需求分析的任务
               需求分析主要是确定待开发软件的功能、性能、数据和界面等要求。具体来说,可有以下五个方面:
               (1)确定软件系统的综合要求。主要包括系统界面要求、系统的功能要求、系统的性能要求、系统的安全和保密性要求、系统的可靠性要求、系统的运行要求、异常处理要求和将来可能提出的要求。其中,系统界面要求是指描述软件系统的外部特性,即系统从外部输入哪些数据,系统向外部输出哪些数据;系统的功能要求是要列出软件系统必须完成的所有功能;系统的性能要求是指系统对响应时间、吞吐量、处理时间、对主存和外存的限制等方面的要求;系统的运行要求是指对硬件、支撑软件和数据通信接口等方面的要求;异常处理要求通常是指在运行过程中出现异常情况时应采取的行动以及希望显示的信息,例如临时性或永久性的资源故障,不合法或超出范围的输入数据、非法操作和数组越界等异常情况的处理要求;将来可能提出的要求主要是为将来可能的扩充和修改做准备。
               (2)分析软件系统的数据要求。包括基本数据元素、数据元素之间的逻辑关系、数据量和峰值等。常用的数据描述方法是实体-关系模型(E-R模型)。
               (3)导出系统的逻辑模型。在结构化分析方法中可用数据流图来描述;在面向对象分析方法中可用类模型来描述。
               (4)修正项目开发计划。在明确了用户的真正需求后,可以更准确地估算软件的成本和进度,从而修正项目开发计划。
               (5)如有必要,可开发一个原型系统。对一些需求不够明确的软件,可以先开发一个原型系统,以验证用户的需求。
               在此需要强调的是,需求分析阶段主要解决“做什么”的问题,而“怎么做”则是由设计阶段来完成。
               需求的分类
               软件需求就是系统必须完成的事以及必须具备的品质。软件需求包括功能需求、非功能需求和设计约束三方面的内容。
               (1)功能需求:所开发的软件必须具备什么样的功能。
               (2)非功能需求:是指产品必须具备的属性或品质,如可靠性、性能、响应时间、容错性和扩展性等。
               (3)设计约束:也称为限制条件、补充规约,这通常是对解决方案的一些约束说明。
 
       编码
               编码过程
               在给定了软件设计规格说明书后,下一步的工作就是编写代码。一般来说,编码工作可以分为四个步骤:
               (1)确定源程序的标准格式,制订编程规范。
               (2)准备编程环境,包括软硬件平台的选择,包括操作系统、编程语言、集成开发环境等。
               (3)编写代码。
               (4)进行代码审查,以提高编码质量。为提高审查的效率,在代码审查前需要准备一份检查清单,并设定此次审查须找到的bug数量。在审查时,要检查软件规格说明书与编码内容是否一致;代码对硬件和操作系统资源的访问是否正确;中断控制模块是否正确等。
               编码准则
               在嵌入式系统中,由于资源有限,且实时性和可靠性要求较高,因此,在开发嵌入式软件时,要注意对执行时间、存储空间和开发/维护时间这三种资源的使用进行优化。也就是说,代码的执行速度要越快越好,系统占用的存储空间要越小越好,软件开发和维护的时间要越少越好。
               具体来说,在编写代码时,需要做到以下几点:
               .保持函数短小精悍。一个函数应该只实现一个功能,如果函数的代码过于复杂,将多个功能混杂在一起,就很难具备可靠性和可维护性。另外,要限制函数的长度,一般来说,一个函数的长度最好不要超过100行。
               .封装代码。将数据以及对其进行操作的代码封装在一个实体中,其他代码不能直接访问这些数据。例如,全局变量必须在使用该变量的函数或模块内定义。对代码进行封装的结果就是消除了代码之间的依赖性,提高了对象的内聚性,使封装后的代码对其他行为的依赖性较小。
               .消除冗余代码。例如,将一个变量赋给它自己,初始化或设置一个变量后却从不使用它,等等。研究表明,即使是无害的冗余也往往和程序的缺陷高度关联。
               .减少实时代码。实时代码不但容易出错、编写成本较高,而且调试成本可能更高。如果可能,最好将对执行时间要求严格的代码转移到一个单独的任务或者程序段中。
               .编写优雅流畅的代码。
               .遵守代码编写标准并借助检查工具。用自动检验工具寻找缺陷比人工调试便宜,而且能捕捉到通过传统测试检查不到的各种问题。
               编码技术
                      编程规范
                      在嵌入式软件开发过程中,遵守编程规范,养成良好的编程习惯,这是非常重要的,将直接影响到所编写代码的质量。
                      编程规范主要涉及的三方面内容:
                      .命名规则。从编译器的角度,一个合法的变量名由字母、数字和下画线三种字符组成,且第一个字符必须为字母或下画线。但是从程序员的角度,一个好的名字不仅要合法,还要载有足够的信息,做到“见名知意”,并且在语意清晰、不含歧义的前提下,尽可能地简短。
                      .编码格式。在程序布局时,要使用缩进规则,例如变量的定义和可执行语句要缩进一级,当函数的参数过长时,也要缩进。另外,括弧的使用要整齐配对,要善于使用空格和空行来美化代码。例如,在二元运算符与其运算对象之间,要留有空格;在变量定义和代码之间要留有空行;在不同功能的代码段之间也要用空行隔开。
                      .注释的书写。注释的典型内容包括:函数的功能描述;设计过程中的决策,如数据结构和算法的选择;错误的处理方式;复杂代码的设计思想等。在书写注释时要注意,注释的内容应该与相应的代码保持一致,同时要避免不必要的注释,过犹不及。
                      性能优化
                      由于嵌入式系统对实时性的要求较高,因此一般要求对代码的性能进行优化,使代码的执行速度越快越好。以算术运算为例,在编写代码时,需要仔细地选择和使用算术运算符。一般来说,整数的算术运算最快,其次是带有硬件支持的浮点运算,而用软件来实现的浮点运算是非常慢的。因此,在编码时要遵守以下准则:
                      .尽量使用整数(char、short、int和long)的加法和减法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用乘法。
                      .尽量避免使用除法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用浮点数。
                      下图是一个例子,其中两段代码的功能完全一样,都是对一个结构体数组的各个元素进行初始化,但采用两种不同的方法来实现。下图(a)采用数组下标的方法,在定位第i个数组元素时,需要将i乘以结构体元素的大小,再加上数组的起始地址。下图(b)采用的是指针访问的方法,先把指针fp初始化为数组的起始地址,然后每访问完一个数组元素,就把fp加1,指向下一个元素。在一个奔腾4的PC上,将这两段代码分别重复10 700次,右边这段代码需要1ms,而左边这段代码需要2.13ms。
                      
                      算术运算性能优化的例子
 
       概念结构设计
        概念结构设计的主要特点有:能真实地反映现实世界,包括事物和相互之间的联系,能满足用户对数据的处理要求,是对现实世界的一个真实模型;易于理解;易于更改;易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。
        一般是通过E-R模型来描述概念结构。
        概念结构设计的基本方法有自顶向下、自底向上、逐步扩张、混合策略。
        扩充的E-R模型概念主要包括以下内容。
        (1)数据的抽象。对象之间两种基本联系是聚集和概括。
        (2)依赖关系。一个实体的存在必须以另一个实体的存在为前提。通常将前者称为弱实体,用双线框表示,用指向弱实体的箭头表明依赖关系。
 
       结构设计
        多媒体课件的结构规定了教学软件中各部分教学内容的相互关系及呈现的形式,它反映了教学软件的主要框架及其教学功能,多媒体课件的系统结构大多采用非线性的超媒体结构,在此基础上形成了以下四种组织结构方式。
        ①线性结构:学生顺序地接收信息,从当前帧到下一帧,是一个事先设置好的序列。
        ②树状结构:学生沿着一个树状分支展开学习活动,该树状结构按教学内容的自然逻辑形成。
        ③网状结构:多媒体课件的网状结构是超文本结构,学生可在内容单元之间自由航行,没有预设路径的约束。
        ④复合结构:学生可以在一定范围内自由地航行,但同时受主流信息的线性引导和分层逻辑组织的影响。
 
       逻辑结构设计
        逻辑结构设计的目的是把概念设计阶段的基本E-R图转换成与选用的具体机器上的DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构(包括数据库模式和外模式)。逻辑设计有以下3个步骤。
        (1)将概念模型(E-R图)转换为一般的关系、网状或层次模型。
        (2)将关系、网状或层次模型向特定的DBMS支持下的数据模型转换。
        (3)对数据模型进行优化。
 
       设计阶段
        设计阶段监理进行质量控制的要点如下。
        (1)了解建设单位的建设需求和对信息系统安全性的要求,协助建设单位制定项目质量目标规划和安全目标规划。
        (2)对各种设计文件提出设计质量标准。
        (3)进行设计过程跟踪,及时发现质量问题,并及时与承建单位协调解决。审查阶段性成果,并提出监理意见。审查承建单位提交的总体设计方案,审查承建单位对关键部位的测试方案。
        (4)协助承建单位建立质量保障体系。
        (5)协助承建单位完善现场质量管理制度。
        (6)组织设计文件及设计方案交底会,制定质量要求标准。
 
       实体联系图
        数据流图描述了系统的逻辑结构,数据流图中的有关处理逻辑及数据流的含义可用数据字典具体定义说明,但是对于比较复杂的数据及其之间的关系,用它们是难以描述的,在这种情况下一般采用实体联系图进行描述。
        实体联系图(Entity-Relationship Diagram, ER图),可用于描述数据流图中数据存储及其之间的关系,最初用于数据库概念设计。
        下图是大学教务管理问题中对教务处进行分析调查后得到的实体联系图。其中,学生档案是有关学生情况的集合,课程档案是有关开设的课程情况集合,注册记录、选课单则分别是学生注册和选课情况的集合。它用简单的图形方式描述了学生和课程等这些教学活动中的数据之间的关系。
        
        大学教务处教务管理问题实体联系图
        在实体联系图中,有实体、联系和属性三个基本成分,如下图所示。
        (1)实体。实体是现实中存在的对象,有具体的,也有抽象的;有物理上存在的,也有概念性的;例如,学生、课程,等等。它们的特征是可以互相区别,否则就会被认为是同一对象。凡是可以互相区别、又可以被人们识别的事、物、概念等统统可以被抽象为实体。数据流图中的数据存储就是一种实体。实体可以分为独立实体和从属实体或弱实体,独立实体是不依赖于其他实体和联系而可以独立存在的实体,如上图中的“学生档案”、“课程档案”等,独立实体常常被直接简称为实体;从属实体是这样一类实体,其存在依赖于其他实体和联系,在实体联系图中用带圆角的矩形框表示,例如上图中的“注册记录”是从属实体,它的存在依赖于实体“学生档案”,“课程档案”和联系“注册”,“选课单”也是从属实体,它的存在依赖于实体“学生档案”,“课程档案“和联系”选课”。
        在以下述说中,为简便起见,将上图中的实体“学生档案”和“课程档案”直接称为“学生”和“课程”。
        (2)联系。实体之间可能会有各种关系。例如,“学生”与“课程”之间有“选课”的关系。这种实体和实体之间的关系被抽象为联系。在实体联系图中,联系用联结有关实体的菱形框表示,如上图所示。联系可以是一对一(1:1),一对多(1:N)或多对多(M:N)的,这一点在实体联系图中也应说明。例如在大学教务管理问题中,“学生”与“课程”是多对多的“选课”联系。
        (3)属性。实体一般具有若干特征,这些特征就被称为实体的属性,例如上图中的实体“学生”,具有学号、姓名、性别、出生日期和系别等特征,这些就是它的属性。
        联系也可以有属性,例如学生选修某门课程,它既不是学生的属性,也不是课程的属性,因为它依赖于某个特定的学生,又依赖于某门特定的课程,所以它是学生与课程之间的联系“选课”的属性。在上图中,联系“选课”的属性被概括在从属实体“选课单”中。联系具有属性这一概念对于理解数据的语义是非常重要的。
        在实体联系图中,还有如下关于属性的几个重要概念。
        .主键,如果实体的某一属性或某几个属性组成的属性组的值能唯一地决定该实体其他所有属性的值,也就是能唯一地标识该实体,而其任何真子集无此性质,则这个属性或属性组被称为实体键。如果一个实体有多个实体键存在,则可从其中选一个最常用到的作为实体的主键。例如实体“学生”的主键是学号,一个学生的学号确定了,那么他的姓名、性别、出生日期和系别等属性也就确定了。在实体联系图中,常在作为主键的属性或属性组与相应实体的连线上加一短垂线表示,如上图所示的“学号”。
        
        实体联系图的基本成分
        .外键,如果实体的主键或属性(组)的取值依赖于其他实体的主键,那么该主键或属性(组)被称为外键。例如,从属实体“注册记录”的主键“学号”的取值依赖于实体“学生”的主键“学号”,“选课单”的主键“学号”和“课程号”的取值依赖于实体“学生”的主键“学号”和实体“课程”的主键“课程号”,这些主键和属性就是外键。
        .属性域,属性可以是单域的简单属性,也可以是多域的组合属性。组合属性由简单属性和其他组合属性组成。组合属性中允许包括其他组合属性意味着属性可以是一个层次结构,如下图所示通信地址就是一种具有层次结构的属性。
        
        通信地址属性
        .属性值,属性可以是单值的,也可以是多值的。例如一个人所获得的学位可能是多值的。当某个属性对某个实体不适应或属性值未知时,可用空缺符NULL表示。
        在画实体联系图时,为了使得图形更加清晰、易读易懂,可以将实体和实体的属性分开画,并且对实体进行编号,如下图一和下图二所示。
        
        实体联系图
        
        实体属性图
        由于人们通常就是用实体、联系和属性这三个概念来理解和描述现实问题的,所以实体联系图非常接近人的思维方式。又因为实体联系图采用简单的图形来表达人们对现实的理解,所以不熟悉计算机技术的用户也都能够接受它,因此实体联系图成为了系统分析员和用户之间沟通的工具。
 
       信息管理
        管理信息系统是由人、计算机和管理规则等组成,以采集、加工、维护和使用信息为主要功能的人-机系统。例如金融、财会、经营、管理、教育、科研、医疗、人事、档案、物资等各方面都有大量的信息需要及时分析和处理,以便为决策提供依据。虽然在这方面应用中计算公式并不复杂,但数据量极大,在当今信息爆炸的时代,人工已难以胜任这一重任,计算机则成为信息管理的重要工具。该系统一般以数据库管理系统为核心,以其他软件和网络系统为支撑环境,而用户则通过专门的人机交互界面,进行数据的查询、修改等操作,并实现统计分析、规划、决策等功能。在信息管理方面,我们正经历着从单项事务的电子数据处理,向以数据库为基础的管理信息系统,及以数据库、模型库和方法库为基础的决策支持系统发展的过程,并且呈现出系统集成化、结构分布化、信息多元化、功能智能化等趋势。
 
       信息管理系统
        用来管理和分发项目信息的工具有很多,包括:
        .纸质文件管理,如信件、备忘录、报告和新闻稿。
        .电子通信管理,如电子邮件、传真、语音信箱、电话、视频和网络会议、网站。
        .项目管理电子工具,如基于网页界面的进度管理工具和项目管理软件,会议和虚拟办公支持软件,门户网站和协同工作管理工具。
 
       需求分析阶段
        . 确定软件的可靠性目标;
        . 分析可能影响可靠性的因素;
        . 确定可靠性的验收标准;
        . 制定可靠性管理框架;
        . 制定可靠性文档编写规范;
        . 制定可靠性活动初步计划;
        . 确定可靠性数据收集规范。
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第3题    在手机中做本题