1.数据库系统模式

1.1三级模式的概念与服务对象

• 模式：模式又称逻辑模式，是数据库当中全体数据的逻辑结构和特征的描述，为 DBA 服务。它是数据的组织方式，体现了在 DBA 眼中数据是如何组织起来的，包括数据库对象及对象之间的关系。一个数据库只有一个模式，它综合了所有用户的需求，是所有外模式的数据来源。

• 外模式：外模式又称子模式或用户模式，为最终用户或程序员服务，是数据库的一部分，是模式的子集。它是数据库用户使用的局部数据的逻辑结构和功能描述，可设置单独的权限，起到安全机制的作用，类似于一层纱帘，用户只能看到允许看到的数据。一个数据库可以有多个外模式，反映了不同用户的需求。

• 内模式：内模式是 DBMS 在存储设备上组织数据的方式，为 DBMS 服务。它包含数据在计算机中的表示、存储和取出方式等要素，如字符集决定了数据在硬盘上的二进制串表示，存储方式有堆存储、聚簇存储等。一个数据库只有一个内模式。

1.2三级模式的数据特征

• 模式：包含以人的角度观察的所有数据，是数据的全局逻辑结构。

• 外模式：包含以人的角度感兴趣的那一小部分数据点，重在数据使用，可根据用户需求进行数据组合和权限设置。

• 内模式：以机器的角度感知的所有数据，重在数据存储，负责将数据高速存到硬盘上并高速取出。

1.3三级模式的顺序与关系

• 顺序：由上至下为外模式、模式、内模式，模式位于中间。先定义模式，再定义外模式，因为没有模式就没有外模式。

• 关系：模式与外模式是一对多的关系，一个模式可以对应多个外模式；模式与内模式是一对一的关系。外模式依赖于模式，内模式依赖于模式所定义的数据及其联系。

1.4两级映像的作用

• 外模式到模式的映像：从模式中抽取数据进入外模式，起到滤镜的作用，让用户只看到感兴趣的部分。其抽取规则和变换规则通常保存在外模式描述中，保证了数据的逻辑独立性，即当模式改变时，通过修改映像可保持外模式不变，从而不影响程序员的工作。

• 模式到内模式的映像：定义了数据的全局结构与存储结构之间的关系，保障了数据的物理独立性。当物理存储位置等发生变化时，通过该映像可保持模式和外模式不变，不影响程序。

2.数据库开发方法

2.1关系数据模型的发展

• 奠基人物与理论：E.F.Codd 奠定了关系数据库理论，提出了 OLSPP、123 范式和 BC 范式等。他使用关系代数、集合理论和一阶谓词逻辑进行探讨。

• 分支与 SQL 语言：关系数据库理论发展出关系代数和关系演算两个分支。关系代数是一种数学运算，符合 Codd 的基本思想；关系演算是在关系代数基础上简化而来，使用命令动词。SQL 语言同时支持关系代数和关系演算。

2.1结构化生命周期法

• 阶段划分：包括规划、分析、设计、实施、运维五个阶段，目的是弄清楚开发对象的业务逻辑。

• 模型演进：从管理方向到技术方向，依次有组织机构图、结构功能图、业务流动图、数据流程图等模型。数据流程图将功能和数据合在一张图里，之后向功能方向演进为仔细划分未来系统的子系统，向数据方向演进为 ER 图。

• 原型法的作用：在需求分析阶段使用原型法，其作用是诱导用户充分表达需求，分为丢弃式原型和进化式原型。丢弃式原型用于嵌入其他开发方法中，用完即丢弃；进化式原型用于真正的系统开发，不断迭代优化。

2.3系统设计

• 设计内容：用技术手段把业务逻辑表达出来，分为应用系统和基础支撑环境。应用系统包括输入、处理、输出（IPO），其中输入输出合为界面，处理部分分为概要设计和详细设计。

• 模块设计：概要设计描述模块间关系，详细设计描述模块内的处理过程。功能模块图考虑难度和工作量对子系统进行合并与拆分，与功能结构图有所不同。

• 模块内设计：包括处理工具和程序说明书。处理工具用于设计人员之间交流思想，程序说明书是与程序员对接的严谨文档。

2.4系统测试与切换

• 测试步骤：包括单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。单元测试针对每个模块进行，集成测试将所有模块连接起来测试，系统测试将软件与技术支撑环境结合测试，验收测试通过后交付用户。

• 切换方式：有直接切换、并行切换和逐步切换三种方式。直接切换简单但风险大；并行切换安全但成本高；逐步切换适用于各子系统相对独立的情况。

3.项目管理

3.1迭代方法

• 迭代的定义与特点：迭代是重复再重复，但不是机械重复，具有有限次和每次更接近目标两个特点。迭代有两种方式，量的发展和质的深化，通常量的发展更易把控和考核。

• 迭代次数：迭代通常为 3 - 5 次，个别情况下可以是 2 次或超过 5 次，但超过 5 次要非常慎重。

• MOSCO 模型：包括必须有、应该有、可以有三个类别，第一次迭代先做必须有的部分，第二次迭代做应该有的部分，第三次迭代做可以有的部分。

3.2模块优先级选择

• 重要性判断：模块工作量大的更重要，基础模块（如录入模块）因其他子系统或模块依赖其提供的数据而重要，前端模块（与客户对接的模块）应优先处理，可让客户先感受到成果。

• 风险与成本考虑：小项目先做风险高的部分，若做不出来可果断放弃，避免沉默成本；大项目先做简单的部分，先获取收益，随着项目进行可能解决风险高的问题。

3.3不同规模项目的处理方式

• 大项目：适合使用 up 方法，需要非常规范，分步骤进行，所有人都要做到位。大项目通常采用模型驱动的方法，以面向对象技术为中心。

• 小项目：相对灵活，可以直接实施，无需进行规划、分析、设计等步骤。小项目可采用产品驱动的方法，以迭代思想为主。

4.开发方法与工具

4.1开发方法的分类

• 模型驱动与产品驱动：模型驱动注重过程，适用于大项目；产品驱动注重结果，适用于小项目。

• 具体方法：包括结构化思想、面向对象思想和 CASE 方法等。结构化生命周期法强调过程性，以功能为中心；CASE 方法以数据为中心，有中心化的数据库。

• 敏捷方法：结合了面向对象思想和原型化思想，既正式又灵活，大行其道。它有多种变种，如以原型化为主的 SP、以面向对象为主的 up 和两者各占一半的敏捷建模。

4.2模型与工具

• 模型类型：包括 3D 模型、图形模型和数学模型。在数据库开发中，常用的模型有结构生命周期的模型和面向对象开发的模型，如用例图、类图、顺序图、活动图和状态图等。

• 工具：有小工具和大工具，最大的工具是 CASE，它是一套完整的环境。还有计算机辅助系统工程等工具，用于提高工作效率。反向工程又称逆向工程，但目前不成熟，部分情况下不如借助人工智能。

5.知识与技术

• 知识的内化与外化：显性知识读懂并理解的过程称为内化，将道理编码写出来的过程叫显性化。书架上的书不代表知识，头脑中的才是知识。

• 不同技术领域：包括项目管理技术、供应链技术、结构化思想的技术、数据库技术等。面向对象思想在开发、编程和数据库三个领域应用，但面向对象数据库发展不佳。

6.系统开发方法的区别

• 传统方法：结构化系统开发方法重功能、轻数据，分分析、设计、实施三个阶段；信息工程重数据、轻功能。

• 需求分析：需求来源包括业务需求、用户需求、文档和老系统。系统需求分功能需求和非功能需求，非功能需求包括性能、安全性、完整性、界面友好等。

• 数据流程图与数据字典：数据流程图包括外部实体、处理、数据流和数据存储四个要素，与数据字典共同描述数据处理和流动过程。数据字典比数据流程图多数据项和数据结构两个要素，一图一文，一动一静。

• 实体关系图：用于表达逻辑模型，通过界定问题领域、分析实体及其联系来绘制。但该方法工作量大、难度高，实际应用中较少使用。