第七章 软件开发与信息处理技术,软件工程基础 数据库设计基础 数据结构与算法 程序设计基础 多媒体技术简介,7.1 软件工程基础,软件的规模大小决定了软件开发的难度，因此，必须采用科学的软件开发方法，采用抽象、分解等科学方法降低复杂度，以工程的方法管理和控制软件开发的各个阶段，以保证大型软件系统的开发具有正确性、易维护性、可读性和可重用性,7.1.1 软件工程基本概念,软件的发展大致分为四个阶段：（如下图）,软件危机和软件工程,软件危机主要表现在：对软件开发成本和进度的估计常常很不准确，经费预算经常突破，完成时间一再拖延；开发的软件不能满足用户要求，用户软件不满意的现象经常发生；开发的软件可维护性差、可靠性差软件工程：运用系统的、规范的和可定量的方法开发、运行和维护软件。它包含三个要素： 方法（Methodologies） 工具（Tools） 过程（Procedures）,软件工程过程和软件生命周期,软件工程过程 软件生命周期 软件生命周期模型 软件工程的目标和原则 软件开发工具与软件开发环境,下图为软件生命周期各阶段的任务：,图为软件生命周期的瀑布模型和快速原形法模型,软件计划,需求分析,软件设计,软件编码,软件测试,软件维护,需求分析,快速设计,建立模型,用户评价模型,修改原型,生产产品,软件工程目标和原则,目标：在给定成本、进度的前提下，开发出具有有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性、可追踪性并满足用户需求的产品 软件工程理论和技术性研究的内容： 软件开发技术和软件管理技术原则：抽象、信息隐蔽、模块化、局部化、确定性、一致性、完备性和可验证性,软件开发工具与开发环境,软件开发工具：是为支持软件人员开发和维护活动而使用的软件。作用：可以帮助开发人员完成一些繁琐的程序编制和调试问题，是软件开发人员将更多的精力和时间投放到最重要的软件需求和设计上，提高软件开发的速度和质量。,7.1.2 结构化分析方法,结构化方法（Sructured Methodology）：是计算学科的一种典型的系统开发方法，它采用了系统科学的思想方法，从层次的角度，自顶向下的分析和设计系统。内容：结构化分析（ Sructured Analysis） 结构化设计（ Sructured Design） 结构化程序设计（Sructured Program Design）,软件开发过程,问题定义 可行性研究 需求分析与需求分析方法 结构化分析方法概述 软件需求规格说明书,结构化分析方法使用的工具,数据流图（Data Flow Diagram）从数据传递和加工的角度，以图形方式刻画数据流从输入到输出的移动变换过程 数据字典（Data Dictionary）需对数据流图中的各个元素作完整的定义和说明，是数据流图的补充工具 加工逻辑描述工具（常用：结构化自然语言、判定树和判定表）,7.1.3 结构化设计方法,软件设计的基本概念：是一个把软件需求转化为软件表示的过程，即把分析结果加工为在程序细节上接近于源程序的软件表示（软件描述）软件设计阶段分为： 系统的总体设计或概要设计（确定软件系统结构） 系统的详细设计（进行各模块的具体设计）,概要设计,概要设计又称为总体设计，它的任务是确定软件结构结构化设计方法的基本思想：采用自顶向下的模块化设计方法，按照模块化原则和软件设计策略，将需求分析得到的数据流图，映射成由相对独立、单一功能的模块组成的软件结构,概要设计,概要设计的图形工具（层次图、HIPO图、软件结构图）软件设计原理软件结构设计原则面向数据流的设计方法（变换流分析设计和事务流分析设计）设计规格说明,软件结构设计原则,提高模块独立性模块规模应该适中模块的深度、宽度、扇出和扇入适当模块的作用域应该在控制域之内降低模块接口的复杂程度设计单入口和单出口模块,详细设计,任务：为软件结构图中的每一个模块确定实现算法和局部数据结构，并用某种工具描述出来结构化程序设计详细设计工具（程序流程图、盒图N-S图、PAD图）详细设计规格说明,7.1.4 软件测试,一、软件测试的目的与任务目的：确保软件的质量，尽量找出软件错误并加以纠正，而不是证明软件没有错。任务：测试任务（通过采用一定的测试策略，找出软件中的错误） 调试任务或纠错任务（如果测试到错误，则定位软件中的错误，加以纠正）,二、软件测试的准则三、软件测试技术与方法综述 方法：静态测试法 动态测试法 技术：白盒测试用例设计 黑盒测试用例设计,7.1.4 软件测试,白盒测试用例设计,、逻辑覆盖 以程序的内部逻辑结构为基础的测试用例设计技术，它要求测试人员十分清楚程序的逻辑结构，考虑的是测试用例对程序内部逻辑覆盖的程度 根据覆盖的目标，可分为：语句覆盖、判定覆盖、条件覆盖、判定/条件覆盖、路径覆盖、基本路径测试,黑盒测试用例设计,分类： 等价类划分法 边界值分析法 错误推测法 因果图,四、软件测试的实施 单元测试 集成测试 确认测试 系统测试五、软件测试计划与测试分析报告 测试是软件生存周期中的一个独立的关键的阶段,7.1.4 软件测试,未加入p243,7.1.5 程序的调试,程序调试可以分为：静态调试（主要通过人的思维来分析源程序代码和排错，是主要的调试手段）动态调试（是静态调试的辅助）主要的调试方法有： 强行排错法 回溯法 原因排除法,7.2 数据库设计基础,数据库概念 数据模型 关系代数 数据库设计与管理,7.2.1 数据库概念,数据（Data）数据处理（Data Processing）数据库（Database，DB）数据库管理系统（Database Management System，DBMS）数据库管理员（Database Administrator，DBA）数据库系统（ Database System ，DBS）数据库应用系统（ Database Application System，DBAS）,数据库系统的发展,人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段（在关于数据库的诸多新技术中，比较重要的三种是： 面向对象数据库系统、知识库系统，以及关系数据库系统的扩充）,数据库系统的基本功能,数据定义功能 数据操纵功能 数据库运行控制功能 数据库的建立和维护功能,数据库系统的基本特点,数据的结构化数据的高共享性和低冗余性数据的独立性数据的统一管理与控制,数据库系统的内部结构体系,模式：是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值。模式的一个具体值称为模式的一个实例，同一个模式可以有多个实例。数据库管理系统采用三级模式结构:概念模式、 外模式（是概念模式的逻辑子集，也称子模式或用户模式） 内模式（也称存储模式） 并提供二级映像功能,7.2.2 数据模型,数据模型（data model）：是表示实体类型及实体之间联系的模型数据模式的三个要素： 数据结构 数据操作 数据的完整性约束条件,数据模型的三个级别： 概念数据模型 逻辑数据模型 物理数据模型,7.2.2 数据模型,数据模型的分类,E-R 模型（实体联系模型） 是直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用实体联系图（E-R图）表示数据模型 层次模型（若用图表示，它是一棵倒立的树） 网状模型（若用图表示是一个网络） 关系模型（数据的逻辑结构是一张二维表）,7.2.3 关系代数,关系代数：是一种抽象的查询语言，是关系数据操纵语言的一种传统表达方式，它是用对关系的运算来表达查询的。包含： 运算对象、运算符合运算结果三大要素 关系代数的运算对象是关系，运算结果亦为关系，所以说，它是关系模型和关系数据库的理论基础,传统的集合运算,并（Union)关系R和关系S的并记做RS，由属于R或S的元组组成，结果仍为n目关系差（Difference）关系R和关系S的差记做R-S，由属于R不属于S的元组组成，结果仍为n目关系交（Intersection）关系R和关系S的交记做R S，由属于R且属于S的元组组成，结果仍为n目关系广义笛卡尔积两个分别为n目和m目的关系R和S的广义笛卡尔积R*S是一个（n+m)列的元组的集合,关系R和S及其三种传统的集合运算（如下图）,关系R,关系S,RS,RS,R-S,专门的关系运算,选择运算：是一个单目运算，是从关系R中选取满足一定条件的元组子集。记做： 其中 是选择运算符；F是限定条件的布尔表达式，由逻辑运算符、等连接关系表达式组成。关系表达式的基本形式为：XY，其 中=、=、，X、Y可以是属性名、常量或简单函数,投影（Projection）运算：也是一个单目运算，是从关系R中选取所需要的列组成一个新关系。记做： A（R）tA tR 其中是投影运算符；A为关系R属性的子集；tA为R中元组相应于属性A的分量连接（Jion）运算：是从2个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定连接条件的元组集合,专门的关系运算,除（Division）： 给定关系R（X，Y）和S（Y，Z）其中X，Y，Z是属性组。R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集。R与S的除运算得到一个新关系P（X），P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影： R在X上分量值为X的诸元素在Y上投影的集合包含S在Y上投影的集合。 除操作是同是从行和列的角度进行运算。 除操作符用表示,专门的关系运算,7.2.4 数据库设计与管理,数据库及其应用系统的设计步骤： 用户需求分析 概念设计 逻辑设计 物理设计 数据库实施 数据库的维护,数据库设计的需求分析,用户的信息要求 用户的处理要求 对数据的安全性、完整性的要求,数据库的概念设计,概念结构设计：只讲需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程概念结构独立于数据库逻辑结构，也独立于支持数据库的DBMS。 它是现实世界与机器世界的中介，它一方面能够充分反映现实世界，包括实体与实体之间的联系，同时又易于向关系、网状、层次等各种数据模式转换。,数据库的逻辑设计,逻辑结构设计的步骤：将概念结构向一般关系模型转化将第一步得到的结构向特定的DBMS支持下的数据模型转换依据应用的需求和具体的DBMS特征进行调整与完善,数据库的物理设计,确定数据的存储安排 存取路径的选择和调整 确定系统配置,数据库管理,数据库的管理主要指： 数据库的实施和维护分三个步骤： 数据的载入和应用程序的调试 数据库的试运行 数据库的运行和维护,数据库的维护,在数据库运行阶段，对数据库经常性的维护工作主要是由DBA完成的。包括： 数据库的存储和恢复 数据库的安全性、完整性控制 数据库性能的监督、分析和改进 数据库的重组织与重构造,