数据库应用系统设计实例

-1-第八章数据库应用系统设计实例前面章节主要介绍数据库系统的有关理论和方法，开发应用系统是多方面知识和技能的综合运用，本章将以一个高校教学管理系统的设计过程，来说明数据库系统设计的有关理论与实际开发过程的对应关系，使读者更深入地理解理论如何指导实践，从而提高灵活、综合运用知识的系统开发能力。本章偏重于数据库应用系统的设计，没有涉及应用程序的设计。对此，读者可参考有关开发工具和软件工程方面的相关资料。本章学习目的和要求：系统总体需求描述与设计；利用DFD及DD描述系统需求；利用ERM设计系统概念模型；ERM向关系模型转换；表结构设计；数据库、表、视图、索引等的创建。8．1系统总体需求简介高校教学管理，在不同的高校有其自身的特殊性，业务关系复杂程度各有不同。本章的主要目的，是为了说明应用系统开发过程。由于篇幅有限，将对实际的教学管理系统进行简化，如教师综合业绩的考评和考核、学生综合能力的评价等，都没有考虑。8．1．1用户总体业务结构高校教学管理业务，包括4个主要部分：学生的学籍及成绩管理、制定教学计划、学生选课管理以及执行教学调度安排。各业务包括的主要内容为：①学籍及成绩管理包括：各院系的教务员完成学生学籍注册、毕业、学籍异动处理，各授课教师完成所讲授课程成绩的录人，然后由教务员进行学生成绩的审核认可。②制定教学计划包括：由教务部门完成学生指导性教学计划、培养方案的制定，开设课程的注册以及调整。③学生选课管理包括：学生根据开设课程和培养计划选择本学期所修课程，教务员对学生所选课程确认处理。④执行教学调度安排包括：教务员根据本学期所开课程、教师上课情况以及学生选课情况完成排课、调课、考试安排、教室管理。8．1．2总体安全要求系统安全的主要目标，是保护系统资源免受毁坏、替换、盗窃和丢失。系统资源包括：设备、存储介质、软件、数据等。具体来说，应达到以下安全要求：(1)保密性机密或敏感数据在存储、处理、传输过程中要保密，并确保用户在授权后才能访问。(2)完整性保证系统中的信息处于一种完整和未受损害的状态，防止因非授权访问、部件故障或其他错误而引起的信息篡改、破坏或丢失。学校的教学管理系统的信息，对不同的用户应有不同的访问权限，每个学生只能选修培养计划中的课程，学生只能查询自己的成绩，成绩只能由讲授该门课程的老师录入，经教务人员核实后则不能修改。(3)可靠性保障系统在复杂的网络环境下提供持续、可靠的服务。-2-8．2系统总体设计系统总体设计的主要任务，是从用户的总体需求出发，以现有技术条件为基础，以用户可能接受的投资为基本前提，对系统的整体框架作较为宏观的描述。其主要内容包括：系统的硬件平台、网络通信设备、网络拓扑结构、软件开发平台以及数据库系统的设计等。应用系统的构建是一个较为复杂的系统工程，是计算机知识的综合运用。这里主要介绍系统的数据库设计，为了展现应用系统设计时所考虑内容的完整性，对其他内容也将简要介绍，相关内容请参考有关参考资料。8．2．1系统设计考虑的主要内容应用信息系统设计需要考虑的主要内容包括：用户数量和处理的信息量的多少，它决定系统采用的结构，数据库管理系统和数据库服务器的选择；用户在地理上的分布，决定网络的拓扑结构以及通信设备的选择；安全性方面的要求，决定采用哪些安全措施以及应用软件和数据库表的结构；与现有系统的兼容性，原有系统使用的开发工具和数据库管理系统，将影响到新系统采用的开发工具和数据库系统的选择。8．2．2系统的体系结构现有管理信息系统采用的体系结构，可以分为两种：C／S(Client／Server)和B／S(Browser／Server)。基于C／S二层结构的数据库应用中，应用系统分成客户端和服务器两部分，因此称为二层结构。其工作过程为：客户端的机器执行应用程序，连接到后端的数据库服务器中，向服务器请求存取数据信息，而数据访问和事务处理由服务端完成。这种方案实现了功能的分布，即部分处理任务交给了客户端，而数据集中在服务器端。这样可以保证数据的相对安全，并可以保证数据的同步。但是，因为企业的应用逻辑都编写在客户端的应用程序中，造成客户端非常臃肿，且当应用系统需求改变时，所有在客户端的应用程序都必须改变，使维护成本太高；另一方面，应用程序向处理服务器请求数据，并传到客户端进行处理，这需要占用大量的网络通信带宽，这样将加重网络通信负荷。为了解决c／S结构的缺陷，基于B／S的多层数据库系统结构应运而生。它是基于Internet／Intranet的体系结构模型，由客户端、web服务器、应用服务器和数据库服务器组成。各组成部分功能如下：①在客户端采用浏览器，提供用户接口，主要功能是为操作人员提供交互界面，数据输入、输出处理接口；客户端不处理企业核心逻辑，最多只拥有部分不涉及企业核心的、机密的应用逻辑。这样客户端的处理负载较小，只要能运行浏览器的客户端微机即可，因而称为“瘦”客户。②web服务器接收并处理客户端浏览器的网页请求，需要时可调用应用服务器的应用程序，接收处理结果，并回送至客户端。③应用服务器处理企业的业务逻辑，它是应用的主体，其功能是接受输入，处理后返回结果。④数据库服务器用于存储企业的业务数据，负责管理对数据的读写和维护，以及数据库的数据访问权限。此种结构，由客户端通过浏览器向Web服务器发出请求；涉及业务逻辑时，则由web服务器送至应用服务器，再由应用服务器向数据库服务器发出数据访问请求，接收到数据库服务器的应答后，返回给web服务器；由web服务器以页面形式回送客户端。这样，客户端不直接和数据库服务器发生关系，保证了数据的安全性。-3-在更复杂的多层体系结构中，“瘦”客户与远程数据库服务器之间，可以加入更多的中间应用服务器，如加入一个中间安全服务器或中间转换服务器，用于对不同平台数据进行处理。分布式多层结构，把整个应用系统的执行分成多个不同部分，并且执行在不同的机器中。其中，应用程序服务器作为中间层集中实现企业逻辑，协调多层之间的请求，并掌握数据集定义的全部细节，与远程数据库服务器进行通信。这样，客户端应用程序就重点放在显示数据和与用户交互的表示逻辑上，客户端应用程序甚至都不需要知道数据的物理位置。总体说来，多层结构具有以下几个主要优点：①在一个共享的中间层封装了企业逻辑，不同客户端应用程序可以共享同一个中间层，而不必由每个客户端应用程序单独实现企业逻辑。②客户端应用程序可以做得很“瘦”，因为很多复杂的工作由应用服务器代劳，客户端应用程序只需关注用户界面本身，“瘦”客户端应用程序更易发布、安装、配置和维护。③实现分布式数据处理，均衡系统负载，并提高系统的可靠性。把一个应用程序分布在几个机器上运行，可以提高应用程序的性能。通过冗余配置，还可以保证不会因为局部故障导致整个应用程序崩溃。④有利于安全。将一些敏感数据功能部分封装在中间层，并授予不同访问权限，可以保证对数据的访问限制。⑤降低网络通信负载。客户端将系统的处理参数和请求信息，通过WeB服务器传人应用服务器，由应用服务器和数据库服务器进行处理，然后将处理结果返回到客户端，在一定程度上降低了网络的通信负载。至于应用服务器与数据库服务器之间的数据交换所带来的负载，可以通过数据库的存储过程来得到平衡。在教学管理信息系统中，采用基于B／s的多层体系结构，对于大批量的数据处理具有较大优势；而B／S结构实现了客户端的零维护，使用起来更方便灵活，很适合数据、信息在Internet上的发布和查询，实现信息访问不受地域的限制。8．2．3系统软件开发平台1．数据库管理系统选择SQLServer2000是微软开发的大型关系型数据库系统，是一个可伸缩的、高性能的数据库管理系统，专为分布式客户机／服务器环境而设计，具有丰富的开发环境和高性能数据管理能力。SQI—SerVer2000沿袭了SOLServer7．0的易操作性、易应用性，有数据库基本知识的初学者，都可以轻松上手。从系统的安装、数据库建立直到数据库维护都可以通过图形界面和向导程序完成。SQLServer2000是企业进行大量数据存储、检索、更新的重要系统，它担负着企业内部重要数据的处理，这种操作对数据库的稳定性、效率要求都很高。随着SQI—Server2000不断的发展完善，逐渐在企业的数据处理应用中取得r非常重要的位置。SQLServer2000同其他企业级数据库一样，具有数据库管理图形工具、数据库引擎、完备的帮助系统、数据导入导出、服务器网络使用工具、客户端使用工具等，还包括在IIS中配置SQLXML的支持。相比SQLServer7．0，SQLServer2000增加了很多新特性：①XML支持。SQLSerVer2000最吸引人的新特性应该是对XML的支持。随着电子商务的发展，XML在电子商务方面的应用，越来越得到了人们的重视。因此，数据库对XML的支持也就成了衡量一个数据库好坏的标准。②SQLServer2000可以从关系型数据库返回XML格式的数据，另外也支持XML格式数据在关系型数据库中的更新和删除操作。另外，通过和IIS的结合，可以直接通过URL对数据库系统中的数据进行增、删、改操作。数据库系统的存储过程中，也同样支持对XML数据的处理。可以使用HTTP、ADO、OLEDB处理数据库的XML功能。这些新增加的特-4-性，可以满足电子商务或其他系统对XMI数据处理的需求。③图形管理功能增强。SQLServer2000对日志传送、SQL事件探查器、SQL查询分析器、复制数据库向导的图形功能进行了增强。这些增强的图形功能，使得对SQL语句的调试、SQL事件的分析，都变得更加容易，也更加方便。④数据转换服务(DataTransferService，DTS)I曾强。如新的自定义任务、增强的日志设备、将DTS包保存到VisualBasic：文件中等。这些新增加的功能，使用户可以非常方便地操作数据库的数据包，也方便了VB程序员的开发工作。从上述特征可以看出，SQLServer2000数据库系统适合于作为企业进行大量数据管理。因此，选择SQLServer2000作为高校教学管理系统的RDBMS。2．开发工具选择及简介1)企业业务逻辑组件开发工具COM(ComponentObjectMc)del)组件是遵循COM规范编写、以Win32动态链接库(DLL)或可执行文件(EXE)形式发布的可执行二进制代码，能够满足对组件架构的所有需求。遵循COM的规范标准，组件与应用、组件与组件之间可以互操作，这为可伸缩的应用系统的建立提供了极其便利的条件。COM是一种技术标准，其商业品牌则称为ActiveX。c0M组件并不是专为一种windows平台而设计的，同一COM组件可以在windows95、windows98、Workstation及NT上使用。组件既可以被嵌入动态web页面，又可以在LAN或桌面环境的VB和VC等应用中使用。COM组件之间是彼此独立的。当应用需求发生变更时，可以更换中间层的个别COM组件，但这并不会影响其他组件的继续使用。COM组件具有若干对外接口，根据不同的应用需求，可以有选择地使用。COM组件可以在不同的应用环境中重复使用。COM组件及其较高的可复用性，展示了一种崭新的软件设计思路，以组件对象为中心的设计方法，使得面向对象技术从工具语言层次跃迁到系统的应用层。VisualBasic是windows环境下面向对象的可视化程序设计语言。它既可以用来开发windows下的各种应用软件，也可以用来开发多媒体应用程序。VisualBasic6．O具有开发COM业务组件的功能。VisualBasic可以访问多种DBMS的数据库，如Paradox、dBASE、Access等，也可以访问远程数据库服务器上的数据库，如MSSQLServer、Oracle、Sybase、Informix等，或者任何经过ODBC可以访问的RL)BMS中的数据库。VisualBasic和数据库连接的方式多种多样，既可以通过0DBc应用程序编程接口(API)来开发数据库应用程序，也可以通过数据库存取对象(DataAccessObject