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第2题      
知识点   数据库   实体   逻辑结构设计   结构设计   项目信息   设计阶段   注册   实体联系图   数据库设计   编码

 
【说明】
某创业孵化基地管理若干孵化公司和创业公司,为规范管理创业项目投资业务,需要开发一个信息系统。请根据下述需求描述完成该系统的数据库设计。
【需求描述】
(1)记录孵化公司和创业公司的信息。孵化公司信息包括公司代码、公司名称、法人代表名称、注册地址和一个电话;创业公司信息包括公司代码、公司名称和一个电话。孵化公司和创业公司的公司代码编码不同。
(2)统一管理孵化公司和创业公司的员工。员工信息包括工号、身份证号、姓名、性别、所属公司代码和一个手机号,工号唯一标识每位员工。
(3)记录投资方信息。投资方信息包括投资方编号、投资方名称和一个电话。
(4)投资方和创业公司之间依靠孵化公司牵线建立创业项目合作关系,具体实施由孵化公司的一位员工负责协调投资方和创业公司的一个创业项目。一个创业项目只属于一个创业公司,但可以接受若干投资方的投资。创业项目信息包括项目编号、创业公司代码、投资方编号和孵化公司员工工号。
【概念模型设计】
根据需求阶段收集的信息,设计的实体联系图(不完整)如图2-1所示。

逻辑结构设计
根据概念模型设计阶段完成的实体联系图,得出如下关系模式(不完整):
孵化公司(公司代码,公司名称,法人代表名称,注册地址,电话)
创业公司(公司代码,公司名称,电话)
员工(工号,身份证号,姓名,性别,(a),手机号)
投资方(投资方编号、投资方名称,电话)
项目(项目编号,创业公司代码(b),孵化公司员工号)
 
问题:2.1   (5分)
根据问题描述,补充图2-1的实体联系图。
 
问题:2.2   (4分)
补充逻辑结构设计结果中的(a)、(b)两处空缺及完整性约束关系。
 
问题:2.3   (6分)
若创业项目的信息还需要包括投资额和投资时间,那么:
(1)是否需要增加新的实体来存储投资额和投资时间?
(2)如果增加新的实体,请给出新实体的关系模式,并对图2-1进行补充。如果不需要增加新的实体,请将“投资额”和“投资时间”两个属性补充连线到图2-1合适的对象上,并对变化的关系模式进行修改 。
 
 
 



   知识点讲解    
   · 数据库    · 实体    · 逻辑结构设计    · 结构设计    · 项目信息    · 设计阶段    · 注册    · 实体联系图    · 数据库设计    · 编码
 
       数据库
        数据库(DataBase,DB)是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储,具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,并可为各种用户共享。
        系统使用的所有数据存储在一个或几个数据库中。
 
       实体
        实体是现实世界中可以区别于其他对象的"事件"或"物体"。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表示实体。实体集是具有相同属性的实体集合。
 
       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。
 
       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。
 
       项目信息
        在整个项目生命周期中,需要收集、分析和加工大量数据和信息,并以各种形式分发给项目团队成员和其他干系人。项目信息传递的过程一般是从各执行过程中收集项目数据,在各控制过程中,对项目数据进行综合分析和汇总,并加工成项目信息,然后以口头方式传递项目信息,或者把项目信息编辑成各种形式的报告,加以存储和分发。
        在实践中,数据和信息这两个术语经常被替换使用,但为了避免造成干系人的困惑和误解,需要对这些术语进行澄清。
        .工作绩效数据:在执行项目工作的过程中,从每个正在执行的活动中收集到的原始观察结果和测量值。例如,工作完成百分比、质量和技术绩效测量值、进度活动的开始和结束日期、变更请求的数量、缺陷数量、实际成本和实际持续时间等。
        .工作绩效信息:从各控制过程中收集并结合相关背景和跨领域关系,进行整合分析而得到的绩效数据。绩效信息的例子有可交付成果的状况、变更请求的执行状况、预测的完工估算。
        .工作绩效报告:为制定决策、提出问题、采取行动或引起关注而汇编工作绩效信息所形成的实物或电子项目文件。例如,状况报告、备忘录、论证报告、信息札记、电子报表、推荐意见或情况更新等。
 
       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。
 
       注册
        移动IP通信的第二个阶段是注册。当移动主机已经移动到外地网络并且已经发现了外地代理后,就必须注册。关于注册涉及以下3点:
        (1)移动主机必须向外地代理注册。
        (2)如果截止期到了,移动主机必须重新注册。
        (3)如果移动主机离开某个外地网络,则必须注销。
        具体步骤是:移动主机把注册请求发送给外地代理,并把归属地址和归属地代理地址发送给外地代理。外地代理收到这些信息后,把这些信息转发给移动主机的归属地代理以认证上述信息,如果认证通过,那么移动主机就在外地代理这里注册成功。同时,移动主机的归属地代理也知道了外地代理的地址(转交地址)。
 
       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。
 
       数据库设计
        数据库的设计质量对整个系统的功能和效率有很大的影响。数据库设计的核心问题是:从系统的观点出发,根据系统分析和系统设计的要求,结合选用的数据库管理系统,建立一个数据模式。设计的基本要求是:
        .符合用户需求,能正确反映用户的工作环境
        .设计与所选用的DBMS所支持的数据模式相匹配
        .数据组织合理,易操作、易维护、易理解
               数据库设计步骤
               数据库的设计过程可以分为4个阶段,即用户需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。下图反映和分析了这一设计过程,其中:
               
               数据库设计步骤
               .用户需求分析是对现实世界的调查和分析
               .概念结构设计是从现实世界向信息世界的转换。根据用户需求来进行数据库建模,也称为概念模型,常用实体关系模型表示。
               .逻辑结构设计是从信息世界向数据世界的转化。将概念模型转化为某种数据库管理系统所支持的数据模型。
               .物理结构设计是为数据模型选择合适的存储结构和存储方法。
               用户需求分析
               用户需求分析需要结合具体的业务需求分析,确定信息系统的各类使用者以及管理员对数据及其处理、数据安全性和完整性的要求。主要设计如下三方面:
               (1)系统应用环境分析。
               系统应用环境及系统所服务和运行的特殊组织环境。不同业务单位有不同的组织结构和业务工作流程。环境的特殊性将决定数据库的整体设计思路和风格。
               (2)用户数据需求及加工分析。
               用户需求及加工分析指用户希望从数据库中获得那些信息以及对信息的处理要求。由此决定数据库中应该存储哪些信息以及对数据需要进行哪些加工处理,包括在处理过程中特定的查询要求、响应时间要求,以及数据安全性、保密性、完整性和一致性等方面的要求,应在此基础上编制数据字典。
               (3)系统约束条件分析。
               系统约束条件分析及分析现有系统的规模、结构、资源和地理分布,明确现有系统存在的种种限制或约束,从而使系统设计不至于脱离实际条件,确保系统设计顺利实施。
               数据库概念结构设计
               概念结构设计是指由现实世界的各种客观事物及其联系转化为信息世界中的信息模型的过程,即为数据库的概念结构设计。E-R模型即实体-联系模型是描述数据库概念结构的有力工具。下面结合实例说明E-R模型的构建。
               在一个政府部门中存在着多个不同科室,每一个由若干名科员构成,每个科室都有一名主管上级领导,科室公务员负责为前来机关办事的群众提供相关的服务。现分别画出各个科室的E-R模型图,再画出整个机关的E-R模型。
               一个科室结构应包括:
               (1)实体,即上级领导、科室、科员、群众。
               (2)实体联系,主管领导与科室之间是一对多的关系,科室与科员之间的联系也是一对多的关系,科员与群众之间是多对多的关系。
               (3)各个实体所具有的属性。
               .主管上级领导,属性可以有编号、姓名、性别、年龄、职务、任职时间、参加工作时间、入党时间、学历
               .科室的属性可以包括科室号
               .科员的属性包括编号、姓名、性别、年龄、职称、参加工作时间、入党时间、学历
               .群众属性包括服务日期、服务事宜、处理结果
               .服务,包括服务日期、服务事宜、处理结果
               通过以上分析,可以得到如下的E-R模型,如下图所示(部分属性)。
               
               科室E-R模式图
               数据库逻辑结构设计
               逻辑结构设计的任务是要将概念结构设计阶段完成的概念模型转换成能被选定的数据库管理系统支持的数据模型。现行的数据库管理系统一般支持网状、层次和关系三种数据模型中的一种,其中关系型的数据模型在DBMS中的应用和支持较为广泛,已成为主流。
               下面简单介绍一下由E-R模型转换为关系数据模型的转化规则。在关系数据模型下,数据的逻辑结构是一张二维表,每个关系为一张二维表格。E-R模型转换为关系数据模型的转化规则如下。
               .每一实体及其属性对应于一个关系模式。实体名作为关系名,实体的属性作为对应关系的属性。所谓关系模式,就是对关系的描述,用关系名(属性1、属性2、属性3,……属性n)来表示。
               .两两实体之间的联系及其属性一般对应一个关系模式,联系名作为对应的关系名,联系的属性作为对应关系的属性;不带属性的联系可以去掉。
               .实体和联系中关键字属性在关系模式中仍作为关键字。
               上图中所示的实体关系图可以按照这些转换规则进行转化得到如下对应的关系模型。
               .主管上级领导,编号、姓名、性别、年龄、职务、任职时间、参加工作时间、入党时间、学历
               .科室,包括主管上级领导编号、科室号
               .科员,包括科室号、编号、姓名、性别、年龄、职称、参加工作时间、入党时间、学历
               .群众,包括来访者编号、姓名、性别、年龄、来访日期、服务事宜
               .服务,包括受理公务员编号、来访者编号、服务日期、服务事宜、处理结果
               不同的系统配备的数据库管理系统性能不同,因而必须结合具体DBMS的性能和要求将一般数据模型转换成所选用的数据管理系统支持的数据模型,若选用的DBMS支持层次、网络模型,则还要完成从关系模型向层次或网络模型的转换。
               数据库物理结构设计
               数据库的物理设计以逻辑结构设计的结果为输入,结合关系数据库系统的功能和应用环境、存储设备等具体条件为数据模型选择合适的存储结构和存储方法。从而提高数据库的效率。物理结构设计的主要任务如下。
               (1)确定存储结构。
               根据用户对数据结构和处理的要求,权衡数据存取时间、空间利用率和维护代价等三方面的利弊,综合考虑存储效率、维护成本等相关因素,从数据库管理系统提供的各种存储结构(例如顺序存储结构、索引存储结构,等等)中,选取合适的结构并加以实现。
               (2)选择和调整存储路径。
               数据库必须支持多个用户的多种应用,因此必须提供多个存取入口、多条存取路径,建立多个辅助索引。此过程中需要考虑一些问题,例如如何选取合适的数据项建立索引,如何建立辅助索引从而达到检索效率和存储空间的统一等。
               (3)确定数据存储位置。
               按照不同的应用可将数据分为若干个组。根据各组数据利用频率和存储要求的不同,各类数据的存放位置、存储设备以及区域划分都应有所不同。应该把存取频率和存取速度要求较高的数据存储在高速存储器上,把存取频率和存取速度要求较低的数据存储在低速存储器上。
               (4)确定存储分配。
               大多数据库管理系统会提供一些存储分配参数,例如溢出区大小、块大小、缓冲区大小和个数等,设计人员应全面考虑这些参数,以进行物理优化。
               (5)确定数据的完整性与安全性约束。
               进行物理设计时不仅要考虑所选用数据库管理系统提供的安全机制和完整性约束,还要考虑用户使用制度、应用程序、计算机系统等各个涉及具体应用的方面。
               (6)考虑数据恢复方案。
               数据库的物理设计阶段也要考虑数据库的恢复问题,采取必要的物理措施和手段,为突发事件和故障后的恢复做好准备,提供必要的物理工具。
 
       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


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