软件工程与开发技术（西电第二版）第3章软件需求分析与建模

第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.1 需 求 分 析 3.2 数 据 建 模 3.3 功 能 建 模 3.4 行 为 建 模 3.5 数 据 字 典 3.6 结 构 化 需 求 分 析 的 若 干 技 术3.7 验 证 软 件 需 求 3.8 小 结 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.1 需 求 分 析3.1.1 需 求 分 析 的 任 务 需 求 分 析 的 主 要 任 务 就 是 要 通 过 软 件 开 发 人 员 与 用 户 的 交流 和 讨 论 ， 准 确 地 获 取 用 户 对 系 统 的 具 体 要 求 。 需 求 分 析 中 任何 的 含 混 不 清 或 微 小 的 遗 漏 都 可 能 会 造 成 系 统 开 发 中 的 重 大 问题 甚 至 导 致 失 败 。 在 正 确 理 解 用 户 需 求 的 前 提 下 ， 软 件 开 发 人员 还 需 要 将 这 些 需 求 准 确 地 以 文 档 的 形 式 表 达 出 来 ， 作 为 设 计阶 段 的 依 据 。 需 求 分 析 阶 段 结 束 时 需 要 提 交 的 主 要 文 档 是 软 件 规 格 说 明 书 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 由 于 需 求 分 析 研 究 的 对 象 是 用 户 对 开 发 项 目 的 要 求 ， 在 实现 这 一 阶 段 任 务 时 必 须 要 注 意 两 个 问 题 。 问 题 之 一 在 于 ： 一 个项 目 的 参 与 者 既 包 括 软 件 设 计 开 发 人 员 ， 又 包 括 用 户 ， 他 们 之间 交 流 的 难 题 会 给 软 件 的 开 发 留 下 隐 患 。 用 户 往 往 在 软 件 交 付使 用 时 ， 才 会 发 现 系 统 存 在 的 一 系 列 问 题 。 这 就 要 求 双 方 必 须在 需 求 分 析 过 程 中 加 强 沟 通 和 协 调 。 一 方 面 ， 软 件 设 计 人 员 应尽 量 使 用 通 俗 的 语 言 与 用 户 进 行 交 流 ； 另 一 方 面 ， 用 户 应 积 极主 动 地 配 合 软 件 设 计 人 员 的 工 作 。 问 题 之 二 在 于 ： 为 了 保 证 需求 阶 段 能 够 提 出 完 整 、 准 确 的 系 统 逻 辑 模 型 ， 开 发 人 员 必 须 花费 足 够 的 时 间 ， 全 面 了 解 用 户 的 需 要 ， 绝 不 能 在 需 求 模 糊 的 情况 下 仓 促 进 行 软 件 的 设 计 和 编 程 。 根 据 国 外 的 统 计 资 料 表 明 ，在 典 型 环 境 下 开 发 软 件 ， 需 求 分 析 阶 段 的 工 作 量 大 约 要 占 到 整 个 系 统 开 发 工 作 量 的 20%左 右 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 用 户 对 系 统 的 需 求 通 常 可 分 为 如 下 两 类 ： (1) 功 能 性 需 求 ： 主 要 说 明 了 待 开 发 系 统 在 功 能 上 实 际 应做 到 什 么 ， 是 用 户 最 主 要 的 需 求 。 通 常 包 括 系 统 的 输 入 、 系 统能 完 成 的 功 能 、 系 统 的 输 出 及 其 他 反 应 。 (2) 非 功 能 性 需 求 ： 从 各 个 角 度 对 所 考 虑 的 可 能 的 解 决 方案 的 约 束 和 限 制 。 主 要 包 括 ： 过 程 需 求 (如 交 付 需 求 、 实 现 方 法 需 求 等 )、 产 品 需 求 (如 可靠 性 需 求 、 可 移 植 性 需 求 、 安 全 保 密 性 需 求 等 )和 外 部 需 求 (如 法 规 需 求 、 费 用 需 求 等 )等 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.1.2 需 求 分 析 的 步 骤 需 求 分 析 阶 段 的 工 作 ， 大 致 可 分 为 如 下 几 个 步 骤 进 行 ： (1) 通 过 调 查 研 究 ， 获 取 用 户 的 需 求 。 软 件 开 发 人 员 只 有 通 过 认 真 细 致 的 调 查 研 究 ， 才 能 获 得进 行 系 统 分 析 的 原 始 资 料 。 需 求 信 息 的 获 取 可 来 源 于 阅 读 描述 系 统 需 求 的 用 户 文 档 ； 对 相 关 软 件 、 技 术 的 市 场 调 查 ； 对管 理 部 门 、 用 户 的 访 问 咨 询 ； 对 工 作 现 场 的 实 际 考 察 等 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (2) 去 除 非 本 质 因 素 ， 确 定 系 统 的 真 正 需 求 。 对 于 获 取 的 原 始 需 求 ， 软 件 开 发 人 员 需 要 根 据 掌 握 的 专业 知 识 ， 运 用 抽 象 的 逻 辑 思 维 ， 找 出 需 求 间 的 内 在 联 系 和 矛 盾 ，去 除 需 求 中 不 合 理 和 非 本 质 的 部 分 ， 确 定 软 件 系 统 的 真 正 需 求 。 (3) 描 述 需 求 ， 建 立 系 统 的 逻 辑 模 型 。 对 于 确 定 的 系 统 需 求 ， 软 件 开 发 人 员 要 通 过 现 有 的 需 求分 析 方 法 及 工 具 对 其 进 行 清 晰 、 准 确 的 描 述 ， 建 立 无 二 义 性 的 、完 整 的 系 统 逻 辑 模 型 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (4) 书 写 需 求 说 明 书 ， 进 行 需 求 复 审 。 需 求 阶 段 应 提 交 的 主 要 文 档 包 括 需 求 规 格 说 明 书 、 初 步 的 用户 手 册 和 修 正 后 的 开 发 计 划 。 其 中 ， 需 求 规 格 说 明 书 是 对 分 析 阶段 主 要 成 果 的 综 合 描 述 ， 是 该 阶 段 最 重 要 的 技 术 文 档 。 为 了 保 证软 件 开 发 的 质 量 ， 对 需 求 分 析 阶 段 的 工 作 要 按 照 严 格 的 规 范 进 行复 审 ， 从 不 同 的 技 术 角 度 对 该 阶 段 工 作 做 出 综 合 性 的 评 价 。 复 审即 要 有 用 户 参 加 ， 也 要 有 管 理 部 门 和 软 件 开 发 人 员 参 加 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.1.3 需 求 分 析 的 原 则 目 前 存 在 着 许 多 需 求 分 析 的 方 法 ， 虽 然 各 种 方 法 都 有 其 独特 的 描 述 方 法 ， 但 不 论 采 用 何 种 方 法 ， 需 求 分 析 都 必 须 遵 循 以下 基 本 原 则 ： (1) 能 够 表 达 和 理 解 问 题 的 数 据 域 和 功 能 域 。 所 有 软 件 开发 的 最 终 目 的 都 是 为 了 解 决 数 据 处 理 的 问 题 ， 数 据 处 理 的 本 质就 是 将 一 种 形 式 的 数 据 转 换 成 另 一 种 形 式 的 数 据 ， 即 通 过 进 行一 系 列 加 工 将 输 入 的 原 始 数 据 转 换 为 所 需 的 结 果 数 据 。 需 求 分析 阶 段 必 须 明 确 系 统 中 应 具 备 的 每 一 个 加 工 、 加 工 的 处 理 对 象 和 由 加 工 所 引 起 的 数 据 形 式 的 变 化 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (2) 能 够 将 复 杂 问 题 分 解 化 简 。 为 了 便 于 问 题 的 解 决和 实 现 ， 在 需 求 分 析 过 程 中 需 要 对 于 原 本 复 杂 的 问 题 按 照某 种 合 适 的 方 式 进 行 分 解 (对 功 能 域 和 数 据 域 均 可 )。 分 解可 以 是 同 一 层 次 上 的 横 向 分 解 ， 也 可 以 是 多 层 上 的 纵 向 分解 。 每 一 步 分 解 都 是 在 原 有 基 础 上 对 系 统 的 细 化 ， 使 系 统的 理 解 和 实 现 变 得 较 为 容 易 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (3) 能 够 给 出 系 统 的 逻 辑 表 示 和 物 理 表 示 。 系 统 需 求的 逻 辑 表 示 用 于 指 明 系 统 所 要 达 到 的 功 能 要 求 和 需 要 处 理的 数 据 ， 不 涉 及 实 现 的 细 节 。 系 统 需 求 的 物 理 表 示 用 于 指明 处 理 功 能 和 数 据 结 构 的 实 际 表 现 形 式 ， 通 常 由 系 统 中 的设 备 决 定 。 如 处 理 数 据 的 来 源 ， 某 些 软 件 可 能 由 终 端 输 入 ，另 一 些 软 件 可 能 由 特 定 设 备 提 供 。 给 出 系 统 的 逻 辑 表 示 和物 理 表 示 对 满 足 系 统 处 理 需 求 所 提 出 的 逻 辑 限 制 条 件 和 系统 中 其 他 成 分 提 出 的 物 理 限 制 是 必 不 可 少 的 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.2 数 据 建 模3.2.1 实 体 模 型 1. 实 体 模 型 的 概 念 对 于 一 个 软 件 系 统 来 说 ， 所 涉 及 的 数 据 成 千 上 万 ， 如 何 对这 些 复 杂 数 据 及 其 之 间 的 关 系 进 行 分 析 并 将 它 们 以 最 优 的 方 式组 织 起 来 ， 对 软 件 开 发 的 成 败 起 着 非 常 重 要 的 作 用 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 E-R(Entity-Relation)方 法 ， 即 实 体 联 系 方 法 是 目 前 最常 用 的 数 据 建 模 方 法 ， 可 以 用 于 在 需 求 分 析 阶 段 清 晰 地 表 达 目标 系 统 中 数 据 之 间 的 联 系 及 其 组 织 方 式 ， 建 立 系 统 的 实 体 数 据模 型 (E-R模 型 )。 实 体 模 型 是 一 种 面 向 问 题 的 概 念 数 据 模 型 ， 是按 照 用 户 的 观 点 对 系 统 的 数 据 和 信 息 进 行 建 模 的 ， 因 此 它 与 软件 系 统 中 的 实 现 方 法 ， 如 数 据 结 构 、 存 取 路 径 、 存 取 效 率 等 无关 。 实 体 模 型 可 以 根 据 需 要 在 软 件 实 现 时 转 换 成 各 种 不 同 数 据库 管 理 系 统 所 支 持 的 数 据 物 理 模 型 。 实 体 模 型 由 实 体 、 联 系 和属 性 三 个 基 本 成 分 组 成 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (1) 实 体 ： 指 客 观 世 界 存 在 的 且 可 以 相 互 区 分 的 事 物 。 实 体可 以 是 人 ， 也 可 以 是 物 ， 还 可 以 是 抽 象 概 念 。 如 职 工 、 计 算 机 、产 品 都 是 实 体 。 (2) 属 性 ： 有 时 也 称 性 质 ， 是 指 实 体 某 一 方 面 的 特 征 。 一 个实 体 通 常 由 多 个 属 性 值 组 成 。 如 学 生 实 体 具 有 学 号 、 姓 名 、 专 业 、年 级 等 属 性 。 (3) 联 系 ： 指 实 体 之 间 的 相 互 关 系 。 实 体 之 间 的 联 系 可 主 要划 分 为 三 类 ： 一 对 一 (1:1)、 一 对 多 (1:n)和 多 对 多 (m:n)。 联 系 也可 以 具 有 属 性 。 为 了 便 于 实 现 ， 在 进 行 数 据 库 设 计 时 通 常 将 多 对 多 的 联 系 转 换 为 一 对 多 的 联 系 ， 如 图 4.1所 示 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.1 学 生 和 课 程 之 间 的 E-R模 型(a) 学 生 和 课 程 之 间 的 多 对 多 联 系 E-R模 型 ；(b) 将 多 对 多 联 系 转 换 为 一 对 多 联 系 E-R模 型 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 2. 实 体 -模 型 中 的 基 本 符 号表 3.1 E-R模 型 中 的 基 本 符 号符 号 含 义表 示 实 体表 示 实 体 间 的 联 系 ， 与 实 体 间 的 连 线 上 需 用 数 字 标 明 具 体 的 对 应 关系 表 示 与 实 体 有 关 的 属 性用 于 实 体 、 属 性 及 联 系 的 连 接 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3. 实 体 -模 型 的 建 立 要 建 立 系 统 的 实 体 模 型 ， 通 常 可 按 如 下 步 骤 进 行 ： (1) 对 系 统 的 数 据 域 和 功 能 域 进 行 分 析 ， 确 定 系 统 中 所 涉及 的 实 体 。 例 如 ， 在 图 3.2所 示 的 工 资 计 算 系 统 中 ， 单 位 对 职工 的 工 作 情 况 进 行 考 勤 ， 根 据 出 勤 结 果 、 基 本 工 资 档 案 、 奖 金及 扣 款 计 算 职 工 的 实 发 工 资 。 因 此 ， 工 资 系 统 中 所 涉 及 的 实 体就 包 括 职 工 、 出 勤 、 奖 励 和 扣 款 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.2 工 资 计 算 系 统 的 E-R模 型 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (2) 确 定 系 统 中 各 实 体 之 间 的 联 系 。 如 工 资 计 算 系 统 中 ，一 名 职 工 一 个 月 只 有 一 条 出 勤 记 录 ， 因 此 职 工 和 出 勤 两 个 实 体之 间 是 一 对 一 的 联 系 ； 一 名 职 工 在 一 个 月 中 对 应 着 多 项 扣 款 ，如 水 电 费 、 缺 勤 扣 款 、 个 人 所 得 税 等 ， 因 此 职 工 和 扣 款 之 间 是一 对 多 的 联 系 ； 同 理 ， 一 名 职 工 在 一 个 月 中 可 以 获 得 多 项 奖 励 ，因 此 职 工 和 奖 金 之 间 也 是 一 对 多 的 联 系 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (3) 确 定 各 实 体 及 联 系 的 属 性 。 例 如 ， 工 资 计 算 系 统 的 职工 实 体 具 有 职 工 号 、 性 别 、 职 称 、 年 龄 、 部 门 、 基 本 工 资 等 属性 。 目 前 ， 最 常 用 的 数 据 库 模 型 是 关 系 模 型 ， 它 是 通 过 一 张 二维 表 来 表 示 和 处 理 实 体 集 合 和 属 性 关 系 的 数 据 库 系 统 方 法 。 在关 系 数 据 库 中 ， 为 了 避 免 出 现 数 据 冗 余 、 二 义 性 的 问 题 ， 方 便数 据 库 的 各 种 操 作 ， 二 维 表 必 须 满 足 以 下 的 规 范 化 约 束 条 件 ： 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (1) 表 格 中 的 每 个 信 息 项 必 须 是 一 个 不 可 分 割 的 数 据 项 。 (2) 表 格 每 一 列 中 所 有 信 息 项 必 须 是 同 类 型 的 数 据 ， 各 列 在表 中 的 次 序 任 意 ， 每 列 对 应 一 个 惟 一 的 名 字 。 (3) 表 格 中 每 一 行 的 数 据 各 不 相 同 ， 各 行 在 表 中 的 次 序 任 意 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.2.2 数 据 建 模 的 其 他 图 形 工 具 1. 层 次 方 框 图 层 次 方 框 图 通 过 树 型 结 构 的 一 系 列 多 层 次 的 矩 形 框 描 述 复 杂 数 据的 层 次 结 构 。 树 型 结 构 顶 端 的 矩 形 框 只 有 一 个 ， 用 于 代 表 完 整 的 数 据结 构 。 下 面 各 层 的 矩 形 框 是 对 完 整 数 据 结 构 的 逐 步 分 解 和 细 化 得 到 的数 据 子 集 ； 底 层 的 矩 形 框 代 表 组 成 该 数 据 结 构 的 基 本 元 素 ， 是 数 据 的最 小 单 位 ， 不 可 再 分 割 。 层 次 方 框 图 非 常 适 合 描 述 自 顶 向 下 的 需 求 分析 方 法 中 数 据 的 层 次 关 系 。 系 统 分 析 员 可 以 从 对 顶 层 信 息 的 分 类 开 始 ，沿 着 层 次 图 中 的 每 条 路 径 逐 步 细 化 ， 直 到 确 定 了 数 据 结 构 的 全 部 细 节为 止 。 例 如 ， 某 单 位 职 工 的 实 发 工 资 由 应 发 工 资 和 扣 款 两 部 分 组 成 ，每 部 分 又 可 进 一 步 细 分 。 如 应 发 工 资 又 可 分 为 基 本 工 资 和 奖 金 ； 基 本工 资 又 可 分 为 国 家 工 资 、 津 贴 、 补 贴 ； 奖 金 也 可 分 为 出 勤 奖 和 业 绩 奖 ； 津 贴 和 补 贴 还 可 以 再 进 一 步 地 细 分 。 实 发 工 资 的 层 次 方 框 图 如 图 3.3所示 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.3 某 单 位 职 工 实 发 工 资 的 层 次 方 框 图实发工资国家津贴 职务津贴 交通补贴 部门补贴 其他补贴补贴津贴国家工资 基本工资 出勤奖 业绩奖奖金应发工资 扣款缺勤扣款水电扣款 个人所得税扣款 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 2. Warnier图 Warnier图 是 法 国 科 学 家 Warnier提 出 的 另 一 种 描 述 数 据 层次 结 构 的 图 形 工 具 。 与 层 次 方 框 图 类 似 ， Warnier图 也 采 用 了 树型 结 构 表 示 数 据 ， 但 与 层 次 方 框 图 相 比 ， Warnier图 对 数 据 的 描绘 手 段 更 加 丰 富 。 利 用 Warnier图 可 以 清 楚 地 表 明 数 据 的 逻 辑 结构 中 某 类 信 息 的 重 复 出 现 及 某 些 特 定 信 息 出 现 的 条 件 约 束 ， 因此 ， Warnier图 可 以 较 为 容 易 地 转 变 成 软 件 设 计 的 工 具 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 在 Warnier图 中 ， 使 用 大 括 号 来 区 分 数 据 结 构 的 层 次 。 一 个大 括 号 内 的 所 有 名 字 都 属 于 同 一 类 信 息 ； 异 或 符 号 “ ?” 用 于 表明 一 类 信 息 或 一 个 数 据 元 素 在 一 定 条 件 下 出 现 ， 而 且 在 这 个 符号 上 、 下 方 的 两 个 名 字 所 代 表 的 数 据 只 能 出 现 一 个 。 在 一 个 名字 下 面 或 右 边 的 圆 括 号 中 出 现 的 数 字 指 明 了 这 个 名 字 所 代 表 的信 息 类 或 数 据 元 素 在 该 数 据 结 构 中 重 复 出 现 的 次 数 。 例 如 ， 某计 算 机 公 司 的 一 种 软 件 产 品 要 么 是 系 统 软 件 ， 要 么 是 应 用 软 件 ；系 统 软 件 中 有 k1种 操 作 系 统 、 k2种 编 译 程 序 ， 此 外 还 有 工 具 软件 ； 工 具 软 件 进 一 步 又 可 划 分 为 编 辑 程 序 、 测 试 工 具 和 辅 助 设计 工 具 ， 它 们 各 自 的 数 量 分 别 为 j1、 j2和 j3。 描 绘 这 种 软 件 产 品 的 Warnier 图 如 图 3.4所 示 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.4 描 绘 一 种 软 件 产 品 的 Warnier图 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.3 功 能 建 模 在 需 求 分 析 阶 段 ， 数 据 流 (也 称 信 息 流 )是 系 统 分 析 的 基 础 。所 谓 数 据 流 ， 形 象 地 说 就 是 系 统 中 “ 流 动 的 数 据 结 构 ” 。 数 据流 图 (DFD， Data Flow Diagram)是 描 述 软 件 系 统 中 数 据 处 理 过程 的 一 种 有 力 的 图 形 工 具 。 数 据 流 图 从 数 据 传 递 和 加 工 的 角 度出 发 ， 刻 画 数 据 流 从 输 入 到 输 出 的 移 动 和 变 换 过 程 。 由 于 它 能够 清 晰 地 反 映 系 统 必 须 完 成 的 逻 辑 功 能 ， 所 以 它 已 经 成 为 需 求分 析 阶 段 中 功 能 建 模 最 常 用 的 工 具 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.3.1 数 据 流 图 的 基 本 符 号表 3.2 数 据 流 图 中 的 基 本 符 号或 或或符 号 含 义数 据 的 源 点 或 终 点数 据 流数 据 存 储加 工 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 1. 数 据 的 源 点 或 终 点 数 据 的 源 点 或 终 点 用 于 反 映 数 据 流 图 与 外 部 实 体 之 间 的 联系 ， 表 示 图 中 的 输 入 数 据 来 自 哪 里 或 处 理 结 果 送 向 何 处 。 如 图3.5中 的 人 事 部 门 、 后 勤 部 门 是 工 资 系 统 中 数 据 的 源 点 ， 而 职 工和 银 行 则 是 工 资 系 统 中 数 据 的 终 点 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 2. 数 据 流 数 据 流 是 数 据 在 系 统 中 (包 括 数 据 处 理 之 间 、 数 据 处 理 和数 据 存 储 之 间 以 及 数 据 处 理 和 数 据 的 源 点 或 终 点 之 间 )的 传 送通 道 ， 数 据 流 符 号 的 箭 头 指 明 了 数 据 的 流 动 方 向 。 如 图 3.5中的 出 勤 表 、 业 绩 表 、 水 电 扣 款 表 、 工 资 条 及 工 资 存 款 清 单 等 均为 数 据 流 。 在 数 据 流 图 中 ， 除 了 连 接 加 工 和 数 据 存 储 的 数 据 流以 外 ， 其 他 的 数 据 流 在 图 中 都 对 应 一 个 惟 一 的 名 字 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.5 工 资 计 算 系 统 的 顶 层 (0层 )数 据 流 图 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3. 加 工 加 工 也 称 为 数 据 处 理 ， 是 对 系 统 中 的 数 据 流 进 行 的 某 些 操作 或 变 换 。 图 中 每 个 加 工 都 要 有 对 应 的 名 称 ， 最 常 见 的 名 称 是由 一 个 表 明 具 体 动 作 的 动 词 和 一 个 表 明 处 理 对 象 的 名 词 构 成 的 ，如 计 算 应 发 工 资 、 打 印 工 资 清 单 等 。 4. 数 据 存 储 在 数 据 流 图 中 用 于 保 存 数 据 的 数 据 文 件 被 称 为 数 据 存 储 ，它 可 以 是 数 据 库 文 件 或 任 何 其 他 形 式 的 数 据 组 织 。 流 向 数 据 存储 的 数 据 流 可 理 解 为 向 文 件 写 入 数 据 或 对 文 件 进 行 查 询 ， 流 出数 据 存 储 的 数 据 流 可 理 解 为 从 文 件 中 读 取 数 据 或 得 到 查 询 结 果 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.3.2 数 据 流 与 加 工 之 间 的 关 系 在 数 据 流 图 中 ， 可 以 有 两 个 以 上 的 数 据 流 进 入 同 一 个 加 工 ，也 可 以 有 两 个 以 上 的 数 据 流 从 同 一 个 加 工 中 流 出 ， 这 样 的 多 个数 据 流 之 间 往 往 存 在 一 定 的 关 系 。 为 了 表 示 这 些 数 据 流 之 间 的关 系 ， 需 要 在 数 据 流 图 中 给 这 些 数 据 流 对 应 的 加 工 加 上 一 定 的标 记 符 号 。 在 表 3.3中 列 出 了 加 工 中 常 见 的 几 种 关 系 的 表 示 方 法 。(表 中 以 从 加 工 流 入 或 流 出 两 个 数 据 流 为 例 )。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 表 3.3 加 工 中 常 见 关 系 的 符 号 表 示T* T * T+ T +TT符 号 含 义由 数 据 A和 B共 同 变 换 为 数 据 C由 数 据 A变 换 为 数 据 B和 数 据 C由 数 据 A或 B， 或 者 数 据 A和 B共 同 变 换 为 数 据 C由 数 据 A变 换 为 数 据 B或 C， 或 者 同 时 变 换 为 数 据 B和 C由 数 据 A或 B其 中 之 一 变 换 为 数 据 C由 数 据 A变 换 为 数 据 B或 C其 中 之 一 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.3.3 数 据 流 模 型 的 建 立 方 法 对 于 一 个 复 杂 的 系 统 来 说 ， 可 能 存 在 着 几 十 个 甚 至 成 百 上 千 个加 工 ， 若 要 在 一 个 数 据 流 图 中 清 楚 地 描 述 出 整 个 系 统 加 工 的 过 程 是很 困 难 的 ， 而 采 用 对 数 据 流 图 进 行 分 层 的 方 法 则 可 以 很 好 地 解 决 这个 问 题 。 按 照 结 构 化 分 析 方 法 中 “ 自 顶 向 下 ， 逐 步 分 解 ” 的 思 想 ，可 以 先 将 整 个 系 统 看 作 是 一 个 加 工 ， 它 的 输 入 数 据 和 输 出 数 据 表 明了 系 统 和 外 部 环 境 的 接 口 ， 从 而 首 先 画 出 系 统 的 顶 层 数 据 流 图 。 为了 能 够 清 楚 地 表 明 系 统 加 工 的 详 细 过 程 ， 接 着 从 顶 层 数 据 流 图 出 发 ，逐 层 地 对 系 统 进 行 分 解 。 每 分 解 一 次 ， 系 统 中 加 工 的 数 量 就 随 之 增加 ， 每 个 加 工 的 功 能 描 述 也 越 来 越 具 体 。 重 复 这 种 分 解 ， 直 至 得 到系 统 的 底 层 数 据 流 图 。 底 层 数 据 流 图 中 的 所 有 加 工 都 应 是 不 可 再 分 解 的 、 最 简 单 的 “ 原 子 加 工 ” 。 通 过 分 解 过 程 中 得 到 的 这 一 组 分 层数 据 流 图 (由 顶 层 、 中 间 层 和 底 层 数 据 流 图 共 同 构 成 )就 可 以 十 分 清晰 地 描 述 出 整 个 系 统 所 有 加 工 的 详 细 情 况 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 下 面 以 某 单 位 工 资 管 理 系 统 为 例 ， 来 介 绍 一 下 分 层 数 据 流模 型 的 建 立 方 法 。 1. 建 立 顶 层 数 据 流 图 任 何 系 统 的 顶 层 数 据 流 图 都 只 有 一 个 ， 用 于 反 映 目 标 系 统所 要 实 现 的 功 能 及 与 外 部 环 境 的 接 口 。 顶 层 数 据 流 图 中 只 有 一个 代 表 整 个 系 统 的 加 工 ， 数 据 的 源 点 和 终 点 对 应 着 系 统 的 外 部实 体 ， 表 明 了 系 统 输 入 数 据 的 来 源 和 输 出 数 据 的 去 向 。 工 资 管理 系 统 的 顶 层 数 据 流 图 如 图 3.5所 示 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 2. 数 据 流 图 的 分 层 细 化 首 先 按 照 系 统 的 功 能 ， 对 顶 层 数 据 流 图 进 行 分 解 ， 生 成 第一 层 数 据 流 图 。 如 例 子 中 的 工 资 计 算 系 统 可 划 分 为 计 算 工 资 、打 印 工 资 清 单 和 工 资 转 存 三 个 加 工 。 其 中 ， 计 算 工 资 完 成 单 位职 工 工 资 计 算 ， 生 成 工 资 清 单 的 功 能 ； 打 印 工 资 清 单 完 成 工 资条 的 打 印 功 能 ； 工 资 转 存 完 成 生 成 职 工 工 资 存 款 清 单 并 将 其 发送 到 银 行 的 功 能 。 对 划 分 得 到 的 加 工 应 进 行 编 号 ， 如 图 3.6中 工资 计 算 的 编 号 为 1， 打 印 工 资 清 单 的 编 号 为 2， 工 资 转 存 的 编 号为 3。 加 工 之 间 的 数 据 流 也 应 在 数 据 流 图 中 标 明 ， 如 图 3.6中 计算 工 资 将 单 位 职 工 的 实 发 工 资 表 传 送 给 工 资 转 存 。 此 外 ， 在 标 出 数 据 流 和 划 分 加 工 的 同 时 ， 还 要 在 图 中 画 出 涉 及 的 数 据 存 储 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.6 工 资 计 算 系 统 第 一 层 数 据 流 图 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 对 第 一 层 数 据 流 图 中 的 加 工 继 续 分 解 ， 则 可 得 到 第 二 层 数据 流 图 ， 如 图 3.7所 示 。 对 分 解 得 到 的 加 工 进 行 编 号 ， 以 反 映 出它 与 上 层 数 据 流 图 之 间 的 关 系 ， 如 对 第 一 层 数 据 流 图 中 的 计 算工 资 分 解 得 到 的 数 据 流 图 中 的 加 工 的 编 号 分 别 为 1.1 1.4。 若数 据 流 图 中 的 加 工 还 可 继 续 细 化 ， 则 重 复 以 上 分 解 过 程 ， 直 到获 得 系 统 的 底 层 数 据 流 图 。 工 资 计 算 系 统 的 第 三 层 数 据 流 图 如图 3.8所 示 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图3.7 工资计算系统的第二层数 据流图 (a) “计算工资”子数据流图；(b) “工资 转存”子数据流图 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.8 工 资 计 算 系 统 的 第 三 层 数 据 流 图人事部门 1.1.2计算业绩奖出勤表业绩表 请假、旷工时数出勤时数 1.1.3计算出勤奖1.1.4计算缺勤扣款业绩奖奖惩条例F1 缺勤扣款表1.1.5计算各项奖金之和奖金发放表1.1.1统计出勤、请假及旷工时数 出勤奖1.2.1计算各项基本数据之和 1.2.2计算工资奖金之和工资档案F2 应发工资表奖金发放表基本工资 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.3.4 建 立 数 据 流 模 型 的 原 则 建 立 数 据 流 模 型 要 遵 循 以 下 的 原 则 ： (1) 每 个 加 工 至 少 应 有 一 个 输 入 数 据 流 (反 映 被 处 理 数 据 的来 源 )和 一 个 输 出 数 据 流 (反 映 加 工 的 结 果 )。 (2) 数 据 流 图 中 各 构 成 元 素 的 名 称 必 须 具 有 明 确 的 含 义 且能 够 代 表 对 应 元 素 的 内 容 或 功 能 。 (3) 对 数 据 流 图 中 某 个 加 工 进 行 细 化 生 成 的 下 层 数 据 流 图 ，称 为 其 上 层 图 的 子 图 。 应 保 证 分 层 数 据 流 图 中 任 意 对 应 的 父 图和 子 图 的 输 入 /输 出 数 据 保 持 一 致 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (4) 在 数 据 流 图 中 ， 应 按 照 层 次 给 每 个 加 工 编 号 ， 用 于 表 明该 加 工 所 处 的 层 次 及 上 、 下 层 的 父 图 与 子 图 的 关 系 。 编 号 的 规 则为 ： 顶 层 加 工 不 用 编 号 ； 第 二 层 加 工 的 编 号 为 1， 2， ， n； 第三 层 加 工 的 编 号 为 1.1， 1.2， ， 2.1， ， n.1， n.2， 等 ，依 次 类 推 。 如 编 号 1.2表 明 该 加 工 处 于 第 三 层 数 据 流 图 中 ， 序 号为 2， 该 图 是 对 上 层 数 据 流 图 中 编 号 为 1的 加 工 进 行 细 化 得 到 的 子图 。 (5) 在 父 图 中 不 要 出 现 子 图 中 涉 及 的 局 部 数 据 存 储 文 件 。 通常 除 底 层 数 据 流 图 中 需 标 明 所 有 数 据 存 储 外 ， 为 了 保 持 画 面 的 整洁 ， 各 中 间 层 数 据 流 图 只 需 显 示 处 于 加 工 之 间 的 接 口 文 件 即 可 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 (6) 数 据 流 图 只 能 由 四 种 基 本 符 号 组 成 ， 是 实 际 业 务 流 程 的客 观 映 象 ， 用 于 说 明 系 统 应 该 “ 做 什 么 ” ， 而 不 需 要 指 明 系 统“ 如 何 做 ” 。 (7) 数 据 流 图 的 分 解 速 度 应 保 持 适 中 。 通 常 一 个 加 工 每 次 可分 解 为 2 4个 子 加 工 ， 最 多 不 要 超 过 七 个 ， 因 为 过 快 的 分 解 会 增加 用 户 对 系 统 模 型 理 解 的 难 度 。 (8) 为 了 便 于 数 据 流 图 在 计 算 机 上 的 输 入 和 输 出 ， 免 去 画 斜线 、 弧 线 、 圆 等 符 号 的 麻 烦 ， 数 据 流 图 还 有 另 一 套 表 示 符 号 ， 如表 4.4所 示 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 表 3.4 数 据 流 图 的 另 一 套 表 示 符 号 编 号编 号符 号 含 义数 据 流 ， 只 能 为 水 平 或 垂 直 的 带 箭 头 直 线 加 工数 据 存 储数 据 的 源 点 或 终 点 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.4 行 为 建 模3.4.1 状 态 迁 移 图 状 态 迁 移 图 是 一 种 描 述 系 统 状 态 随 外 部 信 号 或 事 件 进 行 迁移 的 有 效 的 图 形 手 段 。 在 状 态 迁 移 图 中 ， 用 圆 圈 表 示 可 得 到 的系 统 状 态 ， 在 圆 圈 中 需 要 标 明 状 态 的 名 字 。 此 外 ， 用 带 箭 头 的线 表 示 从 一 种 系 统 状 态 向 另 一 种 系 统 状 态 的 迁 移 ， 在 线 上 要 写明 导 致 状 态 迁 移 的 信 号 或 事 件 的 名 字 。 例 如 ， 在 操 作 系 统 中 ，当 存 在 多 个 申 请 占 用 CPU运 行 的 进 程 (进 程 是 分 配 CPU的 最 小 处 理单 位 )时 ， 系 统 将 按 照 某 种 调 度 策 略 为 各 个 进 程 分 配 CPU。 此 时 ， 进 程 的 状 态 可 能 有 三 种 ： 就 绪 、 运 行 和 等 待 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 就 绪 ： 等 待 分 配 CPU； 运 行 ： 占 用 CPU进 行 相 应 的 处 理 ； 挂 起 ： 放 弃 CPU的 使 用 。 导 致 系 统 状 态 发 生 迁 移 的 事 件 有 四 种 ： t1、 t2、 t3、 t4， 分述 如 下 ： t1： 因 I/O等 事 件 的 发 生 而 要 求 中 断 ； t2： 中 断 事 件 已 经 处 理 完 毕 ； t3： 分 配 CPU； t4： 已 用 完 分 配 的 CPU时 间 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 在 上 面 描 述 的 情 况 下 ， 有 关 CPU分 配 的 进 程 的 状 态 迁 移 图 如图 3.9所 示 。 状 态 迁 移 图 还 可 以 表 示 为 等 价 的 表 格 形 式 ， 这 样 的 表 格 称为 状 态 迁 移 表 。 状 态 迁 移 表 的 列 由 所 有 的 系 统 状 态 组 成 ， 行 由引 起 状 态 迁 移 的 所 有 信 号 或 事 件 组 成 ， 表 格 中 第 i行 第 j列 的 元素 是 从 状 态 Sj因 发 生 事 件 ti而 会 迁 移 到 的 状 态 。 与 图 3.9等 价 的状 态 迁 移 表 如 表 3.5所 示 。 在 表 中 ， S1代 表 就 绪 状 态 ； S2代 表 运行 状 态 ； S3代 表 挂 起 状 态 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.9 进 程 的 状 态 迁 移 图 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 表 3.5 进 程 的 状 态 迁 移 表 状 态 事件 S1 S2 S3t1 S3 t2 S1t3 S2 t4 S1 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 如 果 状 态 迁 移 图 所 描 述 的 系 统 比 较 复 杂 ， 则 可 以 采 用 状 态 图的 分 层 表 示 法 。 即 先 确 定 系 统 的 大 状 态 ， 画 出 相 应 的 状 态 图 ， 再对 状 态 图 中 的 大 状 态 进 一 步 进 行 细 分 ， 得 到 更 为 详 细 的 系 统 下 层状 态 迁 移 图 。 例 如 对 图 3.10(a)所 示 的 状 态 图 中 的 大 状 态 S1进 行细 化 ， 就 得 到 了 图 3.10(b)所 示 的 下 层 状 态 迁 移 图 。 此 外 ， 在 状态 迁 移 图 ， 一 个 状 态 由 于 某 个 事 件 而 导 致 的 下 一 个 状 态 可 能 会 有多 个 ， 具 体 迁 移 的 状 态 是 由 更 详 细 的 内 部 状 态 和 更 详 细 的 事 件 信息 所 决 定 的 。 为 了 能 够 描 述 这 种 情 况 下 系 统 状 态 的 变 换 过 程 ， 可在 状 态 迁 移 图 中 引 入 判 断 框 和 处 理 框 ， 如 图 3.10 (c)中 所 示 的 状态 迁 移 图 就 是 采 用 这 种 方 法 对 图 3.10 (a)的 变 形 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.10 状 态 迁 移 图 举 例(a) 状 态 迁 移 图 ； (b) 细 化 后 的 状 态 迁 移 图 ； (c) 状 态 迁 移 图 的 变 形S1S2 S3 S2 S3 S1 S3C2 P1P2P5 P3P4S2S11t4 t3 t1t2 t2t4 t3 t1 t3t4 t1 t2S1 C1 NNYY C1、C2：判断条件P1P5：处理内容(a) (b) (c)S12 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.4.2 Petri网 Petri网 是 德 国 人 C A Petri于 1962年 提 出 的 ， 它 是 一 种使 用 图 形 方 式 对 系 统 进 行 需 求 规 格 说 明 的 技 术 ， 不 仅 能 够 描 述同 步 模 型 ， 而 且 适 用 于 描 述 相 互 独 立 、 协 同 工 作 的 处 理 系 统 ，即 并 发 系 统 。 目 前 ， Petri网 在 硬 件 、 软 件 等 领 域 都 得 到 了 广 泛的 应 用 ， 已 经 大 量 地 应 用 于 各 种 系 统 的 模 型 化 。 在 形 式 上 ，Petri网 通 常 被 描 述 为 一 张 有 向 图 。 Petri网 的 图 简 称 为PNG(Petri Net Graph)。 在 PNG中 ， 组 成 的 基 本 符 号 有 三 类 ， 符号 及 其 对 应 的 含 义 如 表 3.6所 示 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 表 3.6 Petri网 中 的 基 本 符 号 及 含 义符 号 含 义位 置 (place)， 用 于 表 示 系 统 中 的 状 态变 迁 (transition)， 用 于 表 示 系 统 中 的 事 件 由 状 态 指 向 事 件 的 有 向 边 ， 用 于 表 示 事 件 发 生 的 前 提 ， 即 对事 件 的 输 入由 事 件 指 向 状 态 的 有 向 边 ， 用 于 表 示 事 件 导 致 的 结 果 ， 即 事件 的 输 出 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.11是 描 述 一 个 处 于 静 止 状 态 的 系 统 的 Petri网 ， 图 中 只给 出 了 系 统 中 各 个 状 态 通 过 变 迁 而 表 现 出 来 的 相 互 关 系 。 为 了采 用 Petri网 描 述 系 统 的 动 态 行 为 ， 需 要 在 Petri网 中 引 入 令 牌(token)的 概 念 。 若 Petri网 中 某 个 状 态 拥 有 令 牌 (在 图 中 ， 拥 有令 牌 的 状 态 对 应 的 圆 圈 中 间 标 记 有 实 心 黑 点 )， 则 表 明 该 状 态 处理 要 求 的 到 来 。 如 果 一 个 事 件 (变 迁 )发 生 的 所 有 前 提 都 满 足 ，即 作 为 输 入 的 所 有 位 置 都 拥 有 令 牌 ， 则 称 该 事 件 是 使 能 (enable)的 ， 这 时 此 事 件 就 可 以 被 激 发 (fire)。 事 件 激 发 后 ， 令 牌 将 由事 件 的 输 入 状 态 移 至 事 件 的 输 出 状 态 。 采 用 Petri网 描 述 系 统 动 态 行 为 的 状 态 变 迁 图 如 图 4.12所 示 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 将 Petri网 用 于 需 求 分 析 阶 段 的 系 统 行 为 建 模 ， 可 以 使 系统 中 时 间 之 间 的 因 果 相 关 性 及 不 相 关 性 得 到 清 楚 的 描 述 。 虽 然Petri网 和 状 态 迁 移 图 同 样 都 是 通 过 一 些 定 义 好 的 状 态 来 描 述系 统 的 行 为 ， 但 Petri网 更 适 用 于 并 发 系 统 的 描 述 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图 3.11 描 述 静 态 系 统 的 Petri网 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 图3.12 采用Petri 网描述系统动态行为的 状态变迁图 (a) 初始状态；(b) 激发t1 之后；(c)(b) 激发t2 之后；(d) 同时激发t1 和t2 之 后 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.5 数 据 字 典 虽 然 数 据 流 图 能 够 形 象 、 清 晰 地 描 述 数 据 在 系 统 中 流 动 、加 工 、 存 储 的 情 况 ， 但 数 据 流 图 中 的 许 多 构 成 元 素 ， 如 数 据 流 、数 据 存 储 、 加 工 ， 仅 依 靠 名 称 并 不 能 反 映 其 本 质 含 义 ， 因 此 必须 对 这 些 构 成 元 素 进 行 严 格 的 定 义 。 作 为 对 数 据 流 图 的 补 充 ，数 据 字 典 (DD， Data Dictionary)能 够 准 确 地 定 义 数 据 流 图 中 各组 成 成 分 的 具 体 含 义 ， 二 者 共 同 构 成 了 系 统 的 逻 辑 模 型 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.5.1 数 据 字 典 的 基 本 符 号表 3.7 数 据 字 典 中 的 基 本 符 号 及 其 含 义符 号 含 义 说 明= 表 示 定 义 为 用 于 对 =左 边 的 条 目 进 行 确 切 的 定 义+ 表 示 与 关 系 X=a+b表 示 X由 a和 b共 同 构 成 | , 表 示 或 关 系 X=a|b与 X=a,b等 价 ， 表 示 X由 a或 b组 成( ) 表 示 可 选 项 X=(a)表 示 a可 以 在 X中 出 现 ， 也 可 以 不 出 现 表 示 重 复 大 括 号 中 的 内 容 重 复 0到 多 次m n 表 示 规 定 次 数 的 重 复 重 复 的 次 数 最 少 m次 ， 最 多 n次“ ” 表 示 基 本 数 据 元 素 “ ”中 的 内 容 是 基 本 数 据 元 素 ， 不 可 再 分. 连 接 符 month=1.12表 示 month可 取 1 12中 的 任 意 值* * 表 示 注 释 两 个 星 号 之 间 的 内 容 为 注 释 信 息 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 3.5.2 数 据 字 典 中 的 条 目 及 说 明 格 式 数 据 字 典 是 关 于 数 据 流 图 中 各 种 成 分 详 细 定 义 的 信 息 集 合 ，可 将 其 按 照 说 明 对 象 的 类 型 划 分 为 四 类 条 目 ， 分 别 为 数 据 流 条目 、 数 据 项 条 目 、 数 据 文 件 条 目 和 数 据 加 工 条 目 。 为 了 便 于 软件 开 发 人 员 方 便 地 查 找 所 需 的 条 目 ， 应 按 照 一 定 的 顺 序 对 数 据字 典 中 的 不 同 条 目 进 行 排 列 。 下 面 分 别 对 各 类 条 目 的 内 容 及 说明 格 式 进 行 介 绍 。 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 1. 数 据 流 条 目 数 据 流 在 数 据 流 图 中 主 要 用 于 说 明 数 据 结 构 在 系 统 中 的 作 用和 流 动 方 向 ， 因 此 数 据 流 也 被 称 作 “ 流 动 的 数 据 结 构 ” 。 数 据 字典 中 数 据 流 条 目 应 包 括 以 下 几 项 主 要 内 容 ： 数 据 流 名 称 、 数 据 流别 名 、 说 明 、 数 据 流 来 源 、 数 据 流 流 向 、 数 据 流 组 成 和 数 据 流 量等 。 例 如 ： 工 资 系 统 中 的 出 勤 表 数 据 流 在 数 据 字 典 中 的 条 目 描 述为 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 数 据 流 名 称 ： 出 勤 表数 据 流 别 名 ： 无说 明 ： 由 人 事 部 门 每 月 月 底 上 报 的 职 工 考 勤 统 计 数 字数 据 流 来 源 ： 人 事 部 门数 据 流 流 向 ： 加 工 1.2(计 算 应 发 工 资 )数 据 流 组 成 ： 出 勤 表 = 年 份 +月 份 +职 工 号 +出 勤 时 数 +病 假 时 数+事 假 时 数 +旷 工 时 数数 据 流 量 ： 1份 /月 第 3章 软 件 需 求 分 析 与 建 模 2. 数 据 项 条 目 数 据 流 图 中 每 个 数 据 结 构 都 是 由 若 干 个 数 据 项 构 成 的 ， 数 据项 是 加 工 中 的 最 小 单 位 ， 不 可 再 分 。 数 据 字 典 的 数 据 项 条 目 中 应包 含 的 主 要 内 容 有 ： 数 据 项 名 称 、 数 据 项 别 名 、 说 明 、 类 型 、 长度 、 取 值 范 围 及 含 义 等 。 例 如 ： 出 勤 表 中 的 职 工 号 数 据 项 在 数 据 字 典 中 的 条 目 描 述 为 数 据 项 名 称 ： 职 工 号 数 据 项 别 名 ： employee_no 说 明 ： 本 单 位 职 工 的 惟 一 标 识 类 型 ： 字