在数据库领域内,常常把使用数据库的各类系统统称为数据库应用系统。
一、数据库和信息系统
(1)数据库是信息系统的核心和基础,把信息系统中大量的数据按一定的模型组织起来,提供存储、维护、检索数据的
功能,使信息系统可以方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息。
(2)数据库是信息系统的各个部分能否紧密地结合在一起以及如何结合的关键所在。
(3)数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分。
(4)数据库设计人员应该具备的技术和知识:
数据库的基本知识和数据库设计技术
计算机科学的基础知识和程序设计的方法和技巧
软件工程的原理和方法
应用领域的知识
二、数据库设计的特点
数据库建设是硬件、软件和干件的结合
三分技术,七分管理,十二分基础数据
技术与管理的界面称之为“干件”
数据库设计应该与应用系统设计相结合
结构(数据)设计:设计数据库框架或数据库结构
行为(处理)设计:设计应用程序、事务处理等
结构和行为分离的设计
传统的软件工程忽视对应用中数据语义的分析和抽象,只要有可能就尽量推迟数据结构设计的决策早期的数据库设计致力于数据模型和建模方法研究,忽视了对行为的设计
如图:
三、数据库设计方法简述
手工试凑法
设计质量与设计人员的经验和水平有直接关系
缺乏科学理论和工程方法的支持,工程的质量难以保证
数据库运行一段时间后常常又不同程度地发现各种问题,增加了维护代价
规范设计法
手工设计方
基本思想
过程迭代和逐步求精
规范设计法(续)
典型方法:
(1)新奥尔良(New Orleans)方法:将数据库设计分为四个阶段
S.B.Yao方法:将数据库设计分为五个步骤
I.R.Palmer方法:把数据库设计当成一步接一步的过程
(2)计算机辅助设计
ORACLE Designer 2000
SYBASE PowerDesigner
四、数据库设计的基本步骤
数据库设计的过程(六个阶段)
1.需求分析阶段
准确了解与分析用户需求(包括数据与处理)
是整个设计过程的基础,是最困难、最耗费时间的一步
2.概念结构设计阶段
是整个数据库设计的关键
通过对用户需求进行综合、归纳与抽象,形成一个独立于具体DBMS的概念模型
3.逻辑结构设计阶段
将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型
对其进行优化
4.数据库物理设计阶段
为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构(包括存储结构和存取方法)
5.数据库实施阶段
运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言,根据逻辑设计和物理设计的结果
建立数据库,编制与调试应用程序,组织数据入库,并进行试运行
6.数据库运行和维护阶段
数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。
在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改
设计特点:
在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行,相互参照,相互补充,以完善两方面的设计
设计过程各个阶段的设计描述:
如图:
五、数据库各级模式的形成过程
1.需求分析阶段:综合各个用户的应用需求
2.概念设计阶段:形成独立于机器特点,独立于各个DBMS产品的概念模式(E-R图)
3.逻辑设计阶段:首先将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型,如关系模型,形成数据库逻辑模式;然后根据用户处理的要求、安全性的考虑,在基本表的基础上再建立必要的视图(View),形成数据的外模式
4.物理设计阶段:根据DBMS特点和处理的需要,进行物理存储安排,建立索引,形成数据库内模式
六、数据库设计技巧
1. 设计数据库之前(需求分析阶段)
1) 理解客户需求,询问用户如何看待未来需求变化。让客户解释其需求,而且随着开发的继续,还要经常询问客户保证其需求仍然在开发的目的之中。
2) 了解企业业务可以在以后的开发阶段节约大量的时间。
3) 重视输入输出。
在定义数据库表和字段需求(输入)时,首先应检查现有的或者已经设计出的报表、查询和视图(输出)以决定为了支持这些输出哪些是必要的表和字段。
举例:假如客户需要一个报表按照邮政编码排序、分段和求和,你要保证其中包括了单独的邮政编码字段而不要把邮政编码糅进地址字段里。
4) 创建数据字典和ER 图表
ER 图表和数据字典可以让任何了解数据库的人都明确如何从数据库中获得数据。ER图对表明表之间关系很有用,而数据字典则说明了每个字段的用途以及任何可能存在的别名。对SQL 表达式的文档化来说这是完全必要的。
5) 定义标准的对象命名规范
数据库各种对象的命名必须规范。
2. 表和字段的设计(数据库逻辑设计)
表设计原则
1) 标准化和规范化
数据的标准化有助于消除数据库中的数据冗余。标准化有好几种形式,但Third Normal Form(3NF)通常被认为在性能、扩展性和数据完整性方面达到了最好平衡。简单来说,遵守3NF 标准的数据库的表设计原则是:“One Fact in One Place”即某个表只包括其本身基本的属性,当不是它们本身所具有的属性时需进行分解。表之间的关系通过外键相连接。它具有以下特点:有一组表专门存放通过键连接起来的关联数据。
举例:某个存放客户及其有关定单的3NF 数据库就可能有两个表:Customer 和Order。Order 表不包含定单关联客户的任何信息,但表内会存放一个键值,该键指向Customer 表里包含该客户信息的那一行。
事实上,为了效率的缘故,对表不进行标准化有时也是必要的。
2) 数据驱动
采用数据驱动而非硬编码的方式,许多策略变更和维护都会方便得多,大大增强系统的灵活性和扩展性。
举例,假如用户界面要访问外部数据源(文件、XML 文档、其他数据库等),不妨把相应的连接和路径信息存储在用户界面支持表里。还有,如果用户界面执行工作流之类的任务(发送邮件、打印信笺、修改记录状态等),那么产生工作流的数据也可以存放在数据库里。角色权限管理也可以通过数据驱动来完成。事实上,如果过程是数据驱动的,你就可以把相当大的责任推给用户,由用户来维护自己的工作流过程。
3) 考虑各种变化
在设计数据库的时候考虑到哪些数据字段将来可能会发生变更。
举例,姓氏就是如此(注意是西方人的姓氏,比如女性结婚后从夫姓等)。所以,在建立系统存储客户信息时,在单独的一个数据表里存储姓氏字段,而且还附加起始日和终止日等字段,这样就可以跟踪这一数据条目的变化。
字段设计原则
4) 每个表中都应该添加的3 个有用的字段
dRecordCreationDate,在VB 下默认是Now(),而在SQL Server • 下默认为GETDATE()
sRecordCreator,在SQL Server 下默认为NOT NULL DEFAULT • USER
nRecordVersion,记录的版本标记;有助于准确说明记录中出现null 数据或者丢失数据的原因 •
5) 对地址和电话采用多个字段
描述街道地址就短短一行记录是不够的。Address_Line1、Address_Line2 和Address_Line3 可以提供更大的灵活性。还有,电话号码和邮件地址最好拥有自己的数据表,其间具有自身的类型和标记类别。
6) 使用角色实体定义属于某类别的列
在需要对属于特定类别或者具有特定角色的事物做定义时,可以用角色实体来创建特定的时间关联关系,从而可以实现自我文档化。
举例:用PERSON 实体和PERSON_TYPE 实体来描述人员。比方说,当John Smith, Engineer 提升为John Smith, Director 乃至最后爬到John Smith, CIO 的高位,而所有你要做的不过是改变两个表PERSON 和PERSON_TYPE 之间关系的键值,同时增加一个日期/时间字段来知道变化是何时发生的。这样,你的PERSON_TYPE 表就包含了所有PERSON 的可能类型,比如Associate、Engineer、Director、CIO 或者CEO 等。还有个替代办法就是改变PERSON 记录来反映新头衔的变化,不过这样一来在时间上无法跟踪个人所处位置的具体时间。
7) 选择数字类型和文本类型尽量充足
在SQL 中使用smallint 和tinyint 类型要特别小心。比如,假如想看看月销售总额,总额字段类型是smallint,那么,如果总额超过了$32,767 就不能进行计算 *** 作了。
而ID 类型的文本字段,比如客户ID 或定单号等等都应该设置得比一般想象更大。假设客户ID 为10 位数长。那你应该把数据库表字段的长度设为12 或者13 个字符长。但这额外占据的空间却无需将来重构整个数据库就可以实现数据库规模的增长了。
8) 增加删除标记字段
在表中包含一个“删除标记”字段,这样就可以把行标记为删除。在关系数据库里不要单独删除某一行;最好采用清除数据程序而且要仔细维护索引整体性。
3. 选择键和索引(数据库逻辑设计)
键选择原则:
1) 键设计4 原则
为关联字段创建外键。 •
所有的键都必须唯一。 •
避免使用复合键。 •
外键总是关联唯一的键字段。 •
2) 使用系统生成的主键
设计数据库的时候采用系统生成的键作为主键,那么实际控制了数据库的索引完整性。这样,数据库和非人工机制就有效地控制了对存储数据中每一行的访问。采用系统生成键作为主键还有一个优点:当拥有一致的键结构时,找到逻辑缺陷很容易。
3) 不要用用户的键(不让主键具有可更新性)
在确定采用什么字段作为表的键的时候,可一定要小心用户将要编辑的字段。通常的情况下不要选择用户可编辑的字段作为键。
4) 可选键有时可做主键
把可选键进一步用做主键,可以拥有建立强大索引的能力。
索引使用原则:
索引是从数据库中获取数据的最高效方式之一。95%的数据库性能问题都可以采用索引技术得到解决。
1) 逻辑主键使用唯一的成组索引,对系统键(作为存储过程)采用唯一的非成组索引,对任何外键列采用非成组索引。考虑数据库的空间有多大,表如何进行访问,还有这些访问是否主要用作读写。
2) 大多数数据库都索引自动创建的主键字段,但是可别忘了索引外键,它们也是经常使用的键,比如运行查询显示主表和所有关联表的某条记录就用得上。
3) 不要索引memo/note 字段,不要索引大型字段(有很多字符),这样作会让索引占用太多的存储空间。
4) 不要索引常用的小型表
不要为小型数据表设置任何键,假如它们经常有插入和删除 *** 作就更别这样作了。对这些插入和删除 *** 作的索引维护可能比扫描表空间消耗更多的时间。
4. 数据完整性设计(数据库逻辑设计)
1) 完整性实现机制:
实体完整性:主键
参照完整性:
父表中删除数据:级联删除;受限删除;置空值
父表中插入数据:受限插入;递归插入
父表中更新数据:级联更新;受限更新;置空值
DBMS对参照完整性可以有两种方法实现:外键实现机制(约束规则)和触发器实现机制
用户定义完整性:
NOT NULL;CHECK;触发器
2) 用约束而非商务规则强制数据完整性
采用数据库系统实现数据的完整性。这不但包括通过标准化实现的完整性而且还包括数据的功能性。在写数据的时候还可以增加触发器来保证数据的正确性。不要依赖于商务层保证数据完整性;它不能保证表之间(外键)的完整性所以不能强加于其他完整性规则之上。
3) 强制指示完整性
在有害数据进入数据库之前将其剔除。激活数据库系统的指示完整性特性。这样可以保持数据的清洁而能迫使开发人员投入更多的时间处理错误条件。
4) 使用查找控制数据完整性
控制数据完整性的最佳方式就是限制用户的选择。只要有可能都应该提供给用户一个清晰的价值列表供其选择。这样将减少键入代码的错误和误解同时提供数据的一致性。某些公共数据特别适合查找:国家代码、状态代码等。
5) 采用视图
为了在数据库和应用程序代码之间提供另一层抽象,可以为应用程序建立专门的视图而不必非要应用程序直接访问数据表。这样做还等于在处理数据库变更时给你提供了更多的自由。
5. 其他设计技巧
1) 避免使用触发器
触发器的功能通常可以用其他方式实现。在调试程序时触发器可能成为干扰。假如你确实需要采用触发器,你最好集中对它文档化。
2) 使用常用英语(或者其他任何语言)而不要使用编码
在创建下拉菜单、列表、报表时最好按照英语名排序。假如需要编码,可以在编码旁附上用户知道的英语。
3) 保存常用信息
让一个表专门存放一般数据库信息非常有用。在这个表里存放数据库当前版本、最近检查/修复(对Access)、关联设计文档的名称、客户等信息。这样可以实现一种简单机制跟踪数据库,当客户抱怨他们的数据库没有达到希望的要求而与你联系时,这样做对非客户机/服务器环境特别有用。
4) 包含版本机制
在数据库中引入版本控制机制来确定使用中的数据库的版本。时间一长,用户的需求总是会改变的。最终可能会要求修改数据库结构。把版本信息直接存放到数据库中更为方便。
5) 编制文档
对所有的快捷方式、命名规范、限制和函数都要编制文档。
采用给表、列、触发器等加注释的数据库工具。对开发、支持和跟踪修改非常有用。
对数据库文档化,或者在数据库自身的内部或者单独建立文档。这样,当过了一年多时间后再回过头来做第2 个版本,犯错的机会将大大减少。
6) 测试、测试、反复测试
建立或者修订数据库之后,必须用用户新输入的数据测试数据字段。最重要的是,让用户进行测试并且同用户一道保证选择的数据类型满足商业要求。测试需要在把新数据库投入实际服务之前完成。
7) 检查设计
在开发期间检查数据库设计的常用技术是通过其所支持的应用程序原型检查数据库。换句话说,针对每一种最终表达数据的原型应用,保证你检查了数据模型并且查看如何取出数据。
DB2数据库的性能与稳定性直接跟数据库对象的多少、大小有关。如果对象很少,不复杂,那么就算不怎么规划,也能够达到比较高的性能。如果对象数据比较多、比较大的话,那么就需要在数据库设计之前好好的规划,否则会在很大程度上影响数据库的性能与稳定性。一、选择合适的语言与数据库字符集。
在企业中部署数据库的时候,首先需要在 *** 作系统上安装数据库。而在安装数据库的时候,需要选择安装的语言环境。即是以中文状态下安装数据库还是以英文状态安装数据库。如在启动安装程序的时,可以利用/i language选项来指定安装过程中所采用的语言。到目前为止,DB2数据库已经支持很多种语言。那么数据库在安装过程中,该采用什么语言呢?笔者建议,只要数据库管理员有一点英语基础,最好能够采用英文语言环境来进行安装。虽然说现在DB2数据库的中文语言环境已经设计的比较完善,但是笔者仍然担心其有一些不知名的漏洞。为此笔者在安装DB2数据库的时候,基本上都采用的是英文语言环境来进行安装。即将语言设置为“EN”,表示英文。提高DB2数据备份与恢复的效率。
另外如果DB2 数据库中要保存英文以外的数据,或者说用户会使用不同的字符集访问数据库时,还需要在数据库安装过程中选择特定的数据库字符集。DB2数据库中的所有字符数据,包括数据字典中的数据,都是存储在数据库字符集中的。如果用户使用不同的字符集访问数据库时,数据库管理员就需要选择包含所有这些用户的字符集的超集。只有如此,才能够确保系统能够很方便的使用替代字符完成字符的转换,从而提高数据库的性能。如果用户选择的字符集不对,有可能会出现一些莫名其妙的问题。如一次用户在安装数据库过程中,没有选择合适的字符集。虽然在使用的过程中,其存储中文字符没有问题。但是当对数据库采取还原 *** 作时,却发现还原后的数据库中有些原来是中文字符的地方,尽然出现了乱码。这主要就是没有选择合适的字符集惹的祸。有时候如果字符集选择不当的话,从外部数据源(如Excel表格)导入数据的时候,中文数据也会无法顺利导入。所以,数据库管理员在安装数据库的时候,需要根据实际企业,来选择合适的字符集。
二、评估数据库对象的大小、数量。
DB2数据库的性能与稳定性直接跟数据库对象的多少、大小有关。如果对象很少,不复杂,那么就算不怎么规划,也能够达到比较高的性能。如果对象数据比较多、比较大的话,那么就需要在数据库设计之前好好的规划,否则会在很大程度上影响数据库的性能与稳定性。其实DB2 数据库就好像一个仓库,数据库中的对象(如索引、数据表、表空间)等等就好像仓库中的货物。如果货物比较少,那么随便放放,仓库都显得很空旷。货物寻找起来也会很方便。但是如果货物数量比较多、比较大,就必须要对其存储空间进行合理规划。只有如此才能够让仓库的空间利用率达到最佳状态。并且货物的存放有序,在查找起来也特别的方便。笔者这里就以仓库管理为例,说话该如何做好数据库对象大小、数量等方便的评估,以及他们对于数据库性能与稳定性的影响。
1、根据对象大小来规划存储空间。在仓库货物的摆放上,要根据货物的大小来规划存储空间。或者说要首先防止大的货物。只有如此空间的利用率才会最高。其实在规划DB2对象的时候,也是如此。如某些表可能会包含的记录比较多,属于大表。此时数据库管理员就需要考虑,是否将其放置在一个独立的表空间或者硬盘空间上,以提高数据 *** 作的性能。大表所对应的索引往往也是比较大的。为此在硬件条件允许的情况下,将索引表与数据表分别存放在不同的硬盘上,可以提高数据库的性能。而对于一些比较小的对象(如数据表),可以将它们存放在一个表空间中。其实这个表空间就好像仓库中的一个个纸盒子。将小的对象放入到这个“纸盒子”中,不但不占空间,而且也容易管理。
2、根据对象的使用频率来规划存放空间。在仓库中摆放物品的时候,往往会把近期就要用到的货物或者频繁需要用到的东西放在仓库门口或者容易拿到的地方。如此在拿这些货物时就会比较便捷,也不会对其他货物产生影响。对于DB2数据库中的对象来说,也是这么一回事。可以将那些访问量比较大的对象,如索引、数据表,存放在性能比较好的硬盘上或者单独的硬盘中。此时访问这些数据,就不会与其它对象产生I/O冲突, *** 作起来速度就会比较快。而将不怎么用到的对象,存放在一起。由于他们不怎么被用到,所以即使存放在性能比较低的硬盘上,其对数据库性能产生的负面影响也是非常有限的。 在DB2数据库里面如何更新执行计划
3、根据类别来存放数据库对象。在仓库中存放货物的时候,还会对其进行分类。然后根据类别来进行存放。这有利于货物的管理与检索。其实在数据库对象存储空间设计时,也需要考虑这个因素。如现在应用软件在设计的时候,很多都是根据模块来设计。那么在数据库对象设计时,也需要根据这个模块来设计存储的空间。如将同一个模块的数据库对象存放在同一个表空间内。不过这可能会跟上面的两个建立相违背。此时最好是在对象的命名上做文章。如可以根据模块的不同,分别给数据库对象取一个相同的前缀或者后缀。如即使同一块模块要用到多个表空间,此时就可以给表空间一个相同的前缀。如此在管理数据库对象的时候,根据表空间的前缀就可以判断其所属的模块了。如果再加上一个后缀来表示其数据库对象的分类,那么就更合理了。为此在管理数据库对象的时候,要执行分类管理。不仅要从技术上对其进行分类,如分为索引、数据表、关键字等等。还需要从功能上进行分类,如按应用程序的模块来进行分类等等。
三、设计好数据库备份与还原的方案。
在数据库交付生产使用之后,往往需要进行大量的测试。但是在测试过程中往往又会产生很多的垃圾数据。可是交给企业应用的,肯定是一个干净的数据库系统。为此在数据库设计的时候,就需要想好如果减少测试过程中的垃圾数据。或者采取什么样的方式来实现在交互时自动清除垃圾数据的机制。
一般来说,想要一个数据库备份与还原的方案,减少数据库测试所产生的垃圾数据。如现在在给企业部署数据库的时候,往往是先安装一个干净的数据库系统。当然字符集这些需要预先设置好。然后再利用数据库还原功能将预先定义好的数据库模型还原出来。
另外有些时候需要两个方案互为补充。如在数据库初始化的过程中,采用数据库还原的方式来创建数据库对象。但是在应用软件升级的时候,由于此时已经有了用户的数据,为此不能够在使用数据库还原的方法。而是通过应用程序来执行某些SQL代码,来调整或者增加部分数据库对象。无论采用哪一种方式,需要遵循的一个原则就是在给企业创建数据库对象时要最大限度的减少测试。而要做到这一点,就是需要先在测试服务器上创建对象并测试对象可用。然后直接将相关的SQL代码在投入使用的数据库服务器上执行。
数据表的设计原则:
( )不应针对整个系统进行数据库设计 而应该根据系统架构中的组件划分 针对每个组件所处理的业务进行组件单元的数据库设计不同组件间所对应的数据库表之间的关联应尽可能减少 如果不同组件间的表需要外键关联也尽量不要创建外键关联 而只是记录关联表的一个主键 确保组件对应的表之间的独立性 为系统或表结构的重构提供可能性
( )采用领域模型驱动的方式和自顶向下的思路进行数据库设计 首先分析系统业务 根据职责定义对象 对象要符合封装的特性 确保与职责相关的数据项被定义在一个对象之内 这些数据项能够完整描述该职责 不会出现职责描述缺失 并且一个对象有且只有一项职责 如果一个对象要负责两个或两个以上的职责 应进行分拆
( )根据建立的领域模型进行数据库表的映射 此时应参考数据库设计第二范式 一个表中的所有非关键字属性都依赖于整个关键字 关键字可以是一个属性 也可以是多个属性的集合 不论那种方式 都应确保关键字能够保证唯一性 在确定关键字时 应保证关键字不会参与业务且不会出现更新异常 这时 最优解决方案为采用一个自增数值型属性或一个随机字符串作为表的关键字
( )由于第一点所述的领域模型驱动的方式设计数据库表结构 领域模型中的每一个对象只有一项职责 所以对象中的数据项不存在传递依赖 所以 这种思路的数据库表结构设计从一开始即满足第三范式 一个表应满足第二范式 且属性间不存在传递依赖
( )同样 由于对象职责的单一性以及对象之间的关系反映的是业务逻辑之间的关系 所以在领域模型中的对象存在主对象和从对象之分 从对象是从 N或N N的角度进一步主对象的业务逻辑 所以从对象及对象关系映射为的表及表关联关系不存在删除和插入异常
( )在映射后得出的数据库表结构中 应再根据第四范式进行进一步修改 确保不存在多值依赖 这时 应根据反向工程的思路反馈给领域模型 如果表结构中存在多值依赖 则证明领域模型中的对象具有至少两个以上的职责 应根据第一条进行设计修正 第四范式 一个表如果满足BCNF 不应存在多值依赖
( )在经过分析后确认所有的表都满足二 三 四范式的情况下 表和表之间的关联尽量采用弱关联以便于对表字段和表结构的调整和重构 并且 我认为数据库中的表是用来持久化一个对象实例在特定时间及特定条件下的状态的 只是一个存储介质 所以 表和表之间也不应用强关联来表述业务(数据间的一致性) 这一职责应由系统的逻辑层来保证 这种方式也确保了系统对于不正确数据(脏数据)的兼容性 当然 从整个系统的角度来说我们还是要尽最大努力确保系统不会产生脏数据 单从另一个角度来说 脏数据的产生在一定程度上也是不可避免的 我们也要保证系统对这种情况的容错性 这是一个折中的方案
( )应针对所有表的主键和外键建立索引 有针对性的(针对一些大数据量和常用检索方式)建立组合属性的索引 提高检索效率 虽然建立索引会消耗部分系统资源 但比较起在检索时搜索整张表中的数据尤其时表中的数据量较大时所带来的性能影响 以及无索引时的排序 *** 作所带来的性能影响 这种方式仍然是值得提倡的
( )尽量少采用存储过程 目前已经有很多技术可以替代存储过程的功能如 对象/关系映射 等 将数据一致性的保证放在数据库中 无论对于版本控制 开发和部署 以及数据库的迁移都会带来很大的影响 但不可否认 存储过程具有性能上的优势 所以 当系统可使用的硬件不会得到提升而性能又是非常重要的质量属性时 可经过平衡考虑选用存储过程
( )当处理表间的关联约束所付出的代价(常常是使用性上的代价)超过了保证不会出现修改 删除 更改异常所付出的代价 并且数据冗余也不是主要的问题时 表设计可以不符合四个范式 四个范式确保了不会出现异常 但也可能由此导致过于纯洁的设计 使得表结构难于使用 所以在设计时需要进行综合判断 但首先确保符合四个范式 然后再进行精化修正是刚刚进入数据库设计领域时可以采用的最好办法
( )设计出的表要具有较好的使用性 主要体现在查询时是否需要关联多张表且还需使用复杂的SQL技巧
lishixinzhi/Article/program/SQL/201311/16156
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