計算機輔助設(shè)計第三章講稿(二)

計算機輔助設(shè)計第三章講稿(二)第一頁，共33頁。3.3數(shù)據(jù)的存儲與管理

重點批示：一、文件

是數(shù)據(jù)管理的一種形式，它能獨立于應用程序單獨存儲。具體地說，文件是記錄的集合。·

文件的組織方法

·

和排序

二、數(shù)據(jù)庫

是一種能較好地解決共享問題的數(shù)據(jù)處理方法。·

數(shù)據(jù)庫的特點

·

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

·

數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)·

工程數(shù)據(jù)庫

·

新一代數(shù)據(jù)庫

第二頁，共33頁。文件的組織方法

同一文件的邏輯結(jié)構(gòu)可以有多種物理組織方法。

組織方法概念說明

順序文件

物理順序與邏輯順序一致的文件。

磁帶就是典型的順序存儲器。

索引文件

帶有一包括關(guān)鍵字和存放地址索引表的文件。

索引文件的索引項必須按關(guān)鍵字順序排列，文件本身可以按順序排列或不按順序排列，前者稱為索引順序文件，后者稱為非索引順序文件。直接存取文件

（隨機文件）

采用一種算法將記錄的關(guān)鍵字轉(zhuǎn)化為一個近乎隨機的數(shù)，根據(jù)這個數(shù)確定記錄在存儲器上的位置，以便存取。

直接存取文件通常是利用雜湊法組織的。第三頁，共33頁。文件的查找順序查找法從第一條記錄開始，逐個查詢，若找到欲查數(shù)值，則查找成功；否則查找失敗。該法簡單，但效率分查找法）·

先將文件記錄按關(guān)鍵字順序排列。·

再將查找范圍中點處關(guān)鍵字KM與K待查記錄關(guān)鍵字比較，應為下列三種情況：

a)K<KM，確定待查記錄在文件前半?yún)^(qū)域。

b)K=KM，確定該記錄就是待查記錄。

c)K>KM，確定待查記錄在文件后半?yún)^(qū)?！?/p>

若為情況b)，則查找成功；若為情況c)或a)，則在確定的區(qū)域中再次順序查找，或逐次折半查找。第四頁，共33頁。分塊查找法

與折半查找法類似，只是要先將按關(guān)鍵字排好順序的文件劃分為大于2的若干塊；再將待查關(guān)鍵字依次與各塊的最大關(guān)鍵字比較，確定查找范圍；然后順序查找。文件的排序選擇排序

以升序排列為例，在所有的記錄中選出關(guān)鍵字最小的記錄，將它與第一個記錄交換，然后，在第二個記錄到最后一個記錄中重復上述的操作。冒泡排序

以升序排列為例，順序比較相鄰記錄的關(guān)鍵值，若后者比前者小，則交換位置。否則，位置不變。經(jīng)過數(shù)輪比較和交換，較小的數(shù)向前移動，較大的數(shù)向后移動，就像水中的氣泡一點點冒出水面，故而得名。插入排序

仍以升序為例，首先假定第一個記錄的位置是適合的，然后取出第二個記錄與第一個記錄進行關(guān)鍵字比較。若小于，則插到前面，否則，位置不變；再取第三個數(shù)據(jù)與前面的各記錄進行關(guān)鍵字比較，將其插入到前面有序記錄的適合位置上；依此類推，直到完成排序。

第五頁，共33頁。數(shù)據(jù)庫的特點定義：數(shù)據(jù)庫技術(shù)是三種數(shù)據(jù)管理技術(shù)之一，是在人工管理，文件管理技術(shù)上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。

特點說明復雜的數(shù)據(jù)模型

即在描述數(shù)據(jù)的同時，也描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)共享性好，冗余度低

數(shù)據(jù)庫從整體觀點處理數(shù)據(jù)，面向系統(tǒng)，因而彈性大，使用靈活，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)具有獨立性

數(shù)據(jù)可獨立于程序存在，應用程序也不必隨數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化而修改。數(shù)據(jù)具有安全性和完整性

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的控制功能，保護數(shù)據(jù)，防止不合理使用；保證數(shù)據(jù)的確定性、有效性和相容性，即數(shù)據(jù)的完整性。第六頁，共33頁。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成

組成部分功能硬件

支持數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應用程序運行的設(shè)備環(huán)境。軟件

支持數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運行的軟件環(huán)境。包括支持DBMS的操作系統(tǒng)、宿主語言系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及應用程序。（數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)層次如下圖）數(shù)據(jù)庫管理員（DataBaseAdministrator，簡稱DBA）

負責數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建成，維護和協(xié)調(diào)工作的專門人員。數(shù)據(jù)庫

是由DBMS建立、運用、管理及維護的通用化的、綜合性的數(shù)據(jù)集合。第七頁，共33頁。第八頁，共33頁。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（二）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能第九頁，共33頁。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的組成

第十頁，共33頁。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（三）模型

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，用戶看到的數(shù)據(jù)與計算機中存放的數(shù)據(jù)并不是一一映像的關(guān)系，而是存在著三個層次：層次說明外模型

用戶使用的數(shù)據(jù)視圖。這是一種局部的邏輯數(shù)據(jù)視圖，它表示用戶所理解的實體、實體屬性和實體間的聯(lián)系。外模型有多個，處于系統(tǒng)的外部。概念模型

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的全局邏輯視圖。它代表了整個系統(tǒng)的抽象實體、實體屬性和實體間的聯(lián)系。概念模型只有一個，屬于系統(tǒng)的概念層。內(nèi)模型

物理數(shù)據(jù)存儲的模型。亦只有一個，處于系統(tǒng)的內(nèi)層，也是最低層。第十一頁，共33頁。數(shù)據(jù)模式

用DBMS中的DDL精確定義上述模型就成為模式。對于不同層次的模型，也有相應的模式：外模式（子模式）；概念模式（模式）；內(nèi)模式（物理模式）

請參看：DBMS各模式之間的關(guān)系圖

第十二頁，共33頁。第十三頁，共33頁。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（四）數(shù)據(jù)庫的層次:以子模式為框架的數(shù)據(jù)庫是用戶數(shù)據(jù)庫；

以模式為框架的數(shù)據(jù)庫是概念數(shù)據(jù)庫；

以物理模式為框架的數(shù)據(jù)庫是物理數(shù)據(jù)庫。

第十四頁，共33頁。不同層次數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系：第十五頁，共33頁。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型（一）層次模型

用樹性結(jié)構(gòu)表示實體之間連系的模型稱為層次模型，它能描述一對多的關(guān)系。層次模型必須滿足兩個條件：只有一個根結(jié)點。根以外的其他節(jié)點有且只有一個父節(jié)點。

第十六頁，共33頁。網(wǎng)狀模型

網(wǎng)狀模型必須滿足兩個條件：·

可以有兩個以上結(jié)點無父點?！?/p>

至少有一個結(jié)點有多于一個父結(jié)點。第十七頁，共33頁。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型（二）關(guān)系模型

這是一種用二維表結(jié)構(gòu)表示實體之間聯(lián)系的模型，能描述多對多的關(guān)系。一個二維表就成為一個關(guān)系：第十八頁，共33頁。作為一個“關(guān)系”的二維表，必須滿足如下條件：·

表中每一列必須是基本數(shù)據(jù)項，而不是組合項?！?/p>

表中每一列必須具有相同的數(shù)據(jù)類型。·

表中的每一列必須有一個唯一的屬性名。·

表中不應有內(nèi)容相同的行?！?/p>

行與列的順序均不影響表中所表示的信息含義。第十九頁，共33頁。工程數(shù)據(jù)庫（一）工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

簡稱EDBMS(EngineeringDataBaseManagementSystem)，其功能是針對工程數(shù)據(jù)的特點而設(shè)置的。工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能特點·

能描述復雜的數(shù)據(jù)模型，保存相關(guān)語義信息。·

支持模式的動態(tài)定義和修改，不需重新編譯和數(shù)據(jù)重載?！?/p>

支持工程長事務的處理?！?/p>

能存儲和管理各種類型數(shù)據(jù)，并支持圖形標準件的相互轉(zhuǎn)化，具有多庫協(xié)調(diào)管理能力?！?/p>

具有版本管理功能?！?/p>

支持程序控制和交互操作兩種工作方式?！?/p>

具有分布式數(shù)據(jù)庫處理能力，支持多用戶工作環(huán)境。第二十頁，共33頁。工程數(shù)據(jù)庫（二）工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的開發(fā)方法

·

以商用DBMS為底層支撐環(huán)境，使用數(shù)據(jù)操縱語言嵌入宿主語言，建立更加簡潔、良好的人機界面和外圍管理結(jié)構(gòu)，擴充所需的各種功能，從而達到適用于CAD/CAM工程環(huán)境的目的。

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分析、拆解商用DBMS原代碼，按EDBMS要求修改原組織結(jié)構(gòu)、概念模式、擴充強化功能。

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開發(fā)通用的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，按EDBMS的規(guī)范化設(shè)計標準，將工程應用的特殊需求融于DBMS內(nèi)部，從無到有地開發(fā)EDBMS。工程數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢

新型化智能化巨型化工具化分布式集成化

第二十一頁，共33頁。新一代數(shù)據(jù)庫技術(shù)分布式數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫技術(shù)與分布處理技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了分布式數(shù)據(jù)庫（DistributeDatabase）。它是由一組分布在不同場地計算機中的數(shù)據(jù)組成，這組數(shù)據(jù)具有物理分布性、邏輯整體性、分布獨立性和場地自制能力。

所謂物理分布性，即數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分布在計算機網(wǎng)絡的不同場地計算機上。所謂邏輯整體性，即數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)雖然物理分布，但邏輯相關(guān)，是相互聯(lián)系的整體。所謂獨立分布，即分布透明性，在用戶來看，整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)仍是一個集中的數(shù)據(jù)庫，不關(guān)心數(shù)據(jù)物理位置分布的細節(jié)，分布的實現(xiàn)完全由系統(tǒng)完成。所謂場地自制能力，即系統(tǒng)網(wǎng)絡中的每個節(jié)點具有獨立處理能力，可以執(zhí)行局部應用，同時也能通過網(wǎng)絡執(zhí)行全局應用。

分布式數(shù)據(jù)庫能夠適應部門分布的組織結(jié)構(gòu)，降低通信代價，提高響應速度；能提高系統(tǒng)的可靠性和可用性，一個場地的故障不會引起整個系統(tǒng)崩潰；有利于充分利用數(shù)據(jù)庫資源，提高現(xiàn)有集中式數(shù)據(jù)庫的利用率；便于擴展處理能力和系統(tǒng)規(guī)模

第二十二頁，共33頁。主動數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫技術(shù)和人工智能技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了主動數(shù)據(jù)庫（ActiveDatabase）。它是相對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的被動性而言的，能根據(jù)應用系統(tǒng)的當前狀況，主動適時地作出反應，執(zhí)行某些操作向用戶提供相關(guān)信息。

主動數(shù)據(jù)庫強調(diào)主動性、快速性和智能性，其主要目標是提供對緊急情況的及時反應能力，同時提高數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的模塊化程度。通常采用的方法是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中嵌入ECA（事件-條件-動作）規(guī)則，設(shè)置觸發(fā)器，在某一事件發(fā)生時引發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)庫當前狀態(tài)，只要條件滿足，就觸發(fā)規(guī)定動作的執(zhí)行。第二十三頁，共33頁。多媒體數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫技術(shù)與多媒體技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了多媒體數(shù)據(jù)庫技術(shù)（Multi-mediaDatabase）。它支持管理復雜的多媒體數(shù)據(jù)。

多媒體數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、應用對象以及處理方式上都與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有較大差異，它存儲處理的是現(xiàn)實世界中復雜的多媒體表現(xiàn)形式，包括動態(tài)的視頻；它面向應用，強調(diào)媒體間的獨立性，重視媒體對象的物理表現(xiàn)和交付方式。

多媒體數(shù)據(jù)庫是計算機技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，尤其是在數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式空前豐富的情況下，多媒體數(shù)據(jù)的管理與應用就變得越來越迫切。第二十四頁，共33頁。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的結(jié)合產(chǎn)生了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫（ObjectOrientedDatabase）。它是指對象的集合、行為、狀態(tài)和聯(lián)系均以面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型來定義。

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫為定義和操作對象間的聯(lián)系提供了用戶界面，應用程序員無須顯示編程后管理這些聯(lián)系。它支持如：Oid、實例、類、層次、繼承、封裝及消息傳遞等面向?qū)ο蟾拍?。第二十五頁，?3頁。

一、軟件開發(fā)的演化過程

個人編程時代

（1946年～50年代末）

軟件作坊時代（60年代初～60年代末）

軟件工程時代（70年代以后）第二十六頁，共33頁。軟件開發(fā)的演化過程

這一階段的程序設(shè)計是一種個體化的行為，且由于硬件容量小，速度低，機時昂貴，使得程序設(shè)計的目標確定在節(jié)省資源和縮短機時上，根本談不上系統(tǒng)化的軟件開發(fā)方法，編制出的程序也不作為商品出售。

軟件開發(fā)成為一種新型的社會職業(yè)。但由于軟件作坊的開發(fā)方式?jīng)]有改變，依然是個體的或小組的思維方式，使得軟件的任務延誤，質(zhì)量不可靠，甚至無法維護，軟件的發(fā)展遠遠落后于硬件的發(fā)展，極大地限制了計算機的功能發(fā)揮和實際應用，“軟件危機”產(chǎn)生了。

為了擺脫軟件生產(chǎn)的落后的“手工方式”，大幅度改進軟件產(chǎn)品質(zhì)量，提高軟件生產(chǎn)率，軟件行業(yè)又在80年代明確提出“軟件工程支撐環(huán)境”的基本思想，力圖把軟件工程領(lǐng)域的各種方法技術(shù)都形成支撐系統(tǒng)和工具，即程序設(shè)計不再要求程序員從頭到尾，逐字逐句的編寫，而是可以直接從支撐環(huán)境中調(diào)用各個所需的“組件”。第二十七頁，共33頁。

定義：軟件從形成概念開始，經(jīng)過開發(fā)、使用和不斷補增修正，直到最終被淘汰的整個過程。

方法：軟件工程強調(diào)使用生存周期方法學，即將生存周期分為若干個既相互區(qū)別又相互聯(lián)系的階段：

二、軟件生存周期

第二十八頁，共33頁?？尚行匝芯颗c計劃階段—要做什么

需求分析階段—必須做什么----5%

設(shè)計階段—確定設(shè)計方案（概要設(shè)計、詳細設(shè)計）---10%

實現(xiàn)階段–

完成源程序編碼、編譯和無語法錯誤的程序

測試階段—總裝測試和確認測試，檢查審閱文檔，成果評價—10%

運行與維護階段—擴充、修改（改正性。適應性、完善性、預防性）67%

第二十九頁，共33頁。三、軟件工程規(guī)范

規(guī)范說明《計算機軟件開發(fā)規(guī)范》

（GB8566-88）

詳細規(guī)定軟件開發(fā)過程的各個階段即每一階段的任務、實施步驟、實施要求、完成指標及交付文檔?！队嬎銠C軟件產(chǎn)品開發(fā)文件編制指南》（GB8567-88）

詳細規(guī)定軟件開發(fā)過程中應該產(chǎn)生的文檔種類、數(shù)目和文檔的編制形式、編制內(nèi)容?！队嬎銠C軟件需求說明編制指南》（GB9385-88）

詳細規(guī)定軟件需求說明的內(nèi)容和質(zhì)量。編寫所需的背景和表達方式，列出編制大綱。《計算機軟件測試文件編制規(guī)范》（GB9386-88）

詳細規(guī)定一組測試文件的種類、數(shù)目、書寫格式、內(nèi)容及各自作用?！队嬎銠C軟件質(zhì)量保證計劃規(guī)范》（GB/T12504-90）

詳細規(guī)定在制定軟件質(zhì)量保證計劃時應遵循的基本要求，列出了編制大綱。《計算機軟件配置管理計劃規(guī)范》（GB/T12505-90）

詳細規(guī)定軟件配置管理計劃的目次、章節(jié)內(nèi)容等統(tǒng)一要求。《軟件工程術(shù)語》

（GB/T11457）

詳細列舉了軟件工程中的常用術(shù)語定義、說明、英文譯名等信息。第三十頁，共33頁。軟件文檔

按照《計算機軟件產(chǎn)品開發(fā)文件編制指南》（GB8567-88）規(guī)定，整個軟件生存周期應該提供十四種標準文檔。軟件生存周期各階段中的文檔編制如下：

可行性研究與計劃開發(fā)階段需求分析階段設(shè)計階段實現(xiàn)階段測試階段運行與維護

階段可行性研究報告----------

項目開發(fā)計劃--------------------