总体设计SystemDesig

第 四 章 总 体 设 计(System Design)开 始 考 虑 “ How”， 但 仍 属 高 层 设 计 （ 确 定 黑 盒 关 系 ） 1. 过 程1、 确 定 最 佳 方 案 ： 从 DFD出 发 进 行 任 务 分 解 ， 不 同 的 划 分 方 法 即 对 应不 同 的 方 案 。 每 个 合 理 的 方 案 应 配 备 下 列 4份 资 料 ： 系 统 流 程 图 组 成 系 统 的 物 理 元 素 清 单 成 本 /效 益 分 析 进 度 计 划 选 择 最 佳 方 案 并 制 定 详 细 的 实 现 计 划 （ 主 要 技 术 详见 第 十 三 章 ） 1. 过 程2、 结 构 设 计 模 块 化 思 想 ： 将 DFD细 化 ， 至 每 个 子 功 能 都 明 白 易 懂 ； 每个 模 块 完 成 一 个 子 功 能 ； 每 层 模 块 合 成 一 个 高 一级 的 功 能 。 主 要 工 具 有 System Design Hierarchy及 HIPO图 等 。3、 数 据 库 设 计 （ 略 ）5、 文 档 、 审 查4、 测 试 计 划 （ 详 见 第 七 章 ） 2.模 块 化 原 理 (Modularization)1、 原 理 ：经 验 1： E(P1+P2)E(P1)+E(P2)经 验 2： P.58 图 4.1成本 成 本 / 模 块最 小 成 本 区 接 口 成 本软 件 总 成 本模 块 数 目 2.模 块 化 原 理2、 抽 象 (Abstraction)： 忽 略 细 节 ， 分 层 理 解 问 题 ， 自 顶 向 下 层 层 加 细 。例 ： 开 发 一 个 CAD软 件 ， 实 现 一 个 二 维 绘 图 系 统 的 全部 功 能 ， 供 低 级 计 算 机 辅 助 设 计 使 用 。 抽 象 层 次 I： 用 问 题 所 处 环 境 的 术 语 来 描 述 这 个 软 件 。该 软 件 包 括 一 个 计 算 机 绘 图 界 面 ， 向 绘 图员 显 示 图 形 ， 以 及 一 个 数 字 化 仪 界 面 ， 用以 代 替 绘 图 板 和 丁 字 尺 。 所 有 直 线 、 折 线 、矩 形 、 圆 及 曲 线 的 描 画 、 所 有 的 几 何 计 算 、所 有 的 剖 面 图 和 辅 助 视 图 都 可 以 用 这 个CAD软 件 实 现 。 2.模 块 化 原 理 抽 象 层 次 II： 任 务 需 求 的 描 述 。 列 出 “ What” 而不 是 “ How” 。 CAD SOFTWARE TASKS: user interaction task; 2-D drawing creation task; graphics display task; drawing file management task; END 2.模 块 化 原 理 抽 象 层 次 III： 程 序 过 程 表 示 。 以 2-D绘 图 生 成 任 务为 例 ： PROCEDURE 2-D drawing creation REPEAT UNTILE (drawing creation task terminates) DO WHILE (digitizer interaction occurs) Digitizer interface task; DETERMINE drawing request CASE Line: line drawing task; Rectangle: rectangle drawing task; Circle: circle drawing task; END； DO WHILE (keyboard interaction occurs) keyboard interaction task; PROCESS analysis/computation CASE View: auxiliary view task; Section: cross sectioning task; END； END REPETITION； END PROCEDURE. 2.模 块 化 原 理 3、 信 息 隐 蔽 (Information hiding) The clients of a module know about its services only through its interface; the implementation is hidden from them (hence may change without affecting the clients). 4、 模 块 独 立 性 (Module independence) 好 设 计 的 关 键 ： 每 个 模 块 完 成 一 个 相 对 独 立 的子 功 能 ， 并 且 与 其 它 模 块 间 的 接 口 简 单 。 在 这 个 抽 象 层 次 上 ， 给 出 了 初 步 的 过 程 表 示 ，所 用 的 术 语 都 已 面 向 软 件 ， 而 且 模 块 化 的 工 作 已经 开 始 显 露 。 2.模 块 化 原 理 耦 合 (Coupling)Great deal of dependence Independent Highly coupled Loosely coupled Uncoupled Goal: as loose as possible = as independent as possible独 立 性 的 度 量 ： 耦 合 (Coupling)&内 聚 (Cohesion) (Yourdon & Constantine,1978) 2.模 块 化 原 理例 1： A访 问 C的 内 部数 据 或 不 通 过 正常 入 口 而 转 入 C的 内 部 。 A BC DA:goto C1 C:C1: 独 立 性 由 弱 到 强 排 列 为 ： 内 容 耦 合 (Content Coupling): One module modifies another. 2.模 块 化 原 理例 2： 部 分 代 码 重 叠（ 常 出 现 在 汇 编 程序 中 ） B A例 3： 一 个 模 块 有多 个 入 口 （ 功 能 ） A:entry 1:entry 2: The least desirable 2.模 块 化 原 理 公 共 耦 合 (Common coupling)： Data are accessible from a common data store.Global : V1 V2A:A1=V1+V2 B:V1=B1 Global : V1 V2A:V1+ B:V2=B1+V1问 题 ： 公 共 部 分 的 改 动 将 影 响 所 有 调 用 它 的 模 块 ； 公 共 部 分 的 数 据 存 取 无 法 控 制 ； 复 杂 程 度 随 耦 合 模 块 的 个 数 增 加 而 增 加 。 2.模 块 化 原 理控 制 耦 合 (Control coupling)： One module passes parameters to control the activity of another module.A BFlag F2F1Fn Flag 接 口 单 一 ，但 仍 然 影 响被 控 模 块 的内 部 逻 辑 。 数 据 耦 合 (Data coupling): Only data are passed. It is easy to trace data and make changes. The most desirable .原 则 ： 尽 量 使 用 数 据 耦 合 ， 少 用 控 制 耦 合 ， 限制 公 共 耦 合 的 范 围 ， 完 全 不 用 内 容 耦 合 。 2.模 块 化 原 理 低 内 聚 ：巧 合 内 聚 （ Coincidental cohesion） ： Unrelated functions, processes, or data are found in the same module (for convenience). A: Read inputsfrom diskfrom tapefrom 逻 辑 内 聚 （ Logical cohesion） ： Logically related functions or data are placed in the same module.例 如 ： 内 聚 (Cohesion): The elements of a module are directed to perform the same task.Goal: as cohesive as possible. 2.模 块 化 原 理 时 间 内 聚 （ Temporal cohesion） ： The functions are related only by the timing involved.例 如 ： 系 统 的 初 始 化问 题 ： 不 同 功 能 混 在 一 个 模 块 中 ， 有 时 共 用 部 分编 码 ， 使 局 部 功 能 的 修 改 牵 动 全 局 。 中 内 聚 ： 过 程 内 聚 （ Procedural cohesion） ： Functions are grouped together in a module to ensure a certain order of performance.例 如 ： enter data check data manipulate data 2.模 块 化 原 理 通 信 内 聚 （ Communicational cohesion） ： All the functions in a module operate on or produce the same data set.例 如 ： 从 同 一 磁 带 上 读 取 不 相 干 的 数 据 可 能 破坏 独 立 性 。 高 内 聚 ： 顺 序 内 聚 （ Sequential cohesion） ： The output from one part of a module is the input to the next part. 功 能 内 聚 （ Functional cohesion） ： Every processing element is essential to the performance of a single function. 3.启 发 式 规 划2. 模 块 规 模 适 中 ： 过 大 不 易 理 解 ； 太 小 则 接 口 开 销 过 大 。 注 意 分解 后 不 应 降 低 模 块 的 独 立 性 。3. 适 当 控 制 深 度 = 分 层 的 层 数 。 过 大 表 示 分 工 过 细 。 宽 度 = 同 一 层 上 模 块 数 的 最 大 值 。 过 大 表 示 系统 复 杂 度 大 。1. 争 取 低 耦 合 、 高 内 聚 （ 增 加 内 聚 减 少 耦 合 ） 3.启 发 式 规 划 扇 出 = 一 个 模 块 直 接 调用 控 制 的 模 块 数 。 3 fan-out 9 A A的 扇 出 A A的 扇 入 扇 入 = 直 接 调 用 该 模块 的 模 块 数在 不 破 坏 独 立 性 的 前 提下 ， fan-in 大 的 比 较 好 。 3.启 发 式 规 划4、 作 用 域 在 控 制 域 内 控 制 域 MA CB M的 控 制 域 为 M， A， B， C 作 用 域 ： M中 的 一 个 判 定 所 影 响 的 模 块 。例 如 ： A: if then goto B1 B: B1: 作 用 域 在 控 制 域 内 A: if then goto M1 M: M1: goto C1 作 用 域 超 出 了 控 制 域上 例 中 A的 作 用 超 出 了 控 制 域 。 改 进 方 法 之 一 ， 可 以把 A中 的 if 移 到 M中 ； 方 法 之 二 ， 可 以 把 C移 到 A下 面 。 3.启 发 式 规 划5、 降 低 接 口 的 复 杂 程 度 ： 接 口 复 杂 可 能 表 明 模 块的 独 立 性 差 。6、 单 出 单 入 ， 避 免 内 容 耦 合 。7、 模 块 功 能 可 预 测 相 同 输 入 必 产 生 相 同 输 出 。反 例 ： 模 块 中 使 用 全 局 变 量 或 静 态 变 量 ， 则 可能 导 致 不 可 预 测 。作 业 ： 你 自 己 负 责 设 计 的 HDIS界 面 中 可能 遇 到 哪 些 类 型 的 耦 合 和 内 聚 ？ 对列 出 的 每 种 类 型 试 举 一 例 。 4.图 形 工 具1、 Hierarchy和 HIPO例 ： P.65 图 4.4例 ： Users InterfaceFind a Room2.0 Delete a Room3.0Enter a New Room1.0 Establish a House4.0 By Type of Floor2.3By Square Footage2.2By Room ID2.1 Add a Room4.1 Find a Room4.2 Delete a Room4.3 View House4.4 By Room ID4.2.1 4.图 形 工 具注 意 ： 这 里 的 hierarchy表 现 软 件 的 结 构 ， 而 非 数 据 结 构 ； 每 个 矩 形 框 代 表 一 个 模 块 ， 连 线 表 示 “ 调 用 ” 而非 “ 组 成 ” ； 所 谓 HIPO， 即 对 每 个 模 块 附 一 张 IPO图 。 每 个IPO图 中 应 明 确 标 出 对 应 模 块 的 编 号 。2、 结 构 图 (Structured Diagram)符 号 ： 数 据 传 递 ； 控 制 信 息 ；或 ； 循 环 . 4.图 形 工 具例 ： BA MM1 M2 M3C D 注 ： 此 图 一 般不 入 文 档 ， 仅用 于 检 查 设 计的 正 确 性 和 模块 独 立 性 。须 检 查 ； 每 个 传 递 的 数 据 是 否 必 须 ？ 完 成 模 块 功 能 所 必 须 的 数 据 是 否 都 传 递 了 ？ 传 输 的 数 据 是 否 只 与 单 一 的 功 能 有 关 ？ 是否 目 的 明 确 ？ 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法（ 又 称 为 SD： Structural Design)基 本 思 想 ： DFD System Hierarchy1、 Data Flow 的 分 类 变 换 流 (Transform Flow)： Internal representationInformation Transform flowOutgoingflowIncomingflowExternal representation Time事 实 上 所有 信 息 流都 可 归 结为 变 换 流 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法 事 务 流 (Transaction Flow) TTransactionrequest Action paths T = Call one of the several subroutines depending on the type of the incoming transaction request.当 信 息 流 具 有 明 显的 “ 发 射 中 心 ” 时 ，可 归 结 为 事 务 流 。 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法2、 分 析 设 计 变 换 分 析 例 ： P.68 - 69 汽 车 数 字 仪 表 板 的 设 计功 能 ： 通 过 模 - 数 转 换 实 现 传 感 器 和 微 处 理 机 接 口 ； 在 发 光 二 极 管 面 板 上 显 示 数 据 ； 指 示 每 小 时 英 里 数 (mph),行 驶 的 里 程 ， 每 加 仑油 行 驶 的 英 里 数 (mpg)等 等 ； 指 示 加 速 或 减 速 ； 如 果 车 速 超 过 55mph ,则 发 出 警 告 铃 声 。 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法第 一 步 ： DFD的 分 界 ， 先 分 出 I、 P、 O三 块燃 料 流 传 感 器 信 号 SPS旋 转 信 号 读旋 转信 号 收 集和 求平 均 确 定加 /减速转 换 成转 /分 计 算里 程计 算mph,超速 值 产 生加 /减速 显 示计 算燃 料消 耗计 算gph读 和校 核 产 生 mpg显 示 产 生mph显 示 发 出铃 声 产 生里 程显 示 SPS SPS 箭 头 指 示燃 烧 流 上 箭 头水 平 线下 箭 头rpmrpmgph mphmpg mph超 速 值 英 里 显 示铃 声mph显 示mpg显 示 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法一 般 问 题 的一 级 分 解 方法 ： 数 字 仪 表 板控 制数 据 转 换控 制 驱 动 仪 表 板接 收 传 感 器信 号 MPI O 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法第 二 步 ： 映 射 A D CB MIC BD A： 每 个 处 理 直 接 对 应一 个 下 层 模 块 。P ： 由 边 界 向 回 溯 ， 将每 个 遇 到 的 处 理 器 映成 相 应 的 层 模 块 。I ： 由 边 界 向 外 推 ， 方法 与 类 似O I 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法例 ： （ 与 P.70 图 4.12 对 照 ） 数 字 仪 表 板控 制数 据 转 换控 制 驱 动 仪 表 板接 收 传 感 器信 号 计 算gph 读 燃 料 流转 换 成rpm收 集 sps读 旋 转 信 号 确 定加 /减 速 计 算mph 计 算mpg 计 算里 程 加 /减 速显 示 显 示mpg 显 示mph 显 示里 程 发 出铃 声发 光 二 极 管 显 示 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法第 三 步 ： 修 改 本 着 高 内 聚 、 低 耦 合 的 原 则 。例 ： P.73 图 4.19精 化 后 的 数 字 仪 表 板 系 统 的 软 件 结 构 。注 ： 每 个 模 块 应 附 一 简 要 说 明 描 述 进 出 该 模 块 的 信 息 （ 接 口 描 述 ） ； 模 块 内 部 的 信 息 ； 过 程 陈 述 ， 包 括 主 要 判 定 点 及 任 务 等 ； 对 约 束 和 特 殊 特 点 的 简 短 讨 论 。 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法 事 务 分 析 MIII SA B C IIISBA C 5.面 向 数 据 流 的 设 计 方 法3、 SD的 总 体 过 程 ： “变 换 ”“事 物 ” 精 化 数 据 流 图流 类 型区 分 事 物 中 心 和数 据 接 收 通 路 区 分 输 入 和输 出 分 支映 射 成 事 务 结 构 映 射 成 变 换 结 构用 启 发 式 设 计 规则 精 化 软 件 结 构 导 出 接 口 描 述 和全 程 数 据 结 构复 查详 细 设 计 变 换 分 析事 物 分 析优 化 的 前 题 是 ：“ Get it to work, then make it fast.” Project Part “总 体 设 计 报 告 ” 分 组 演 讲 演 讲 内 容 ： 分 组 任 务 简 介 ； 精 化 的 DFD讲 解 ； System Hierarchy 讲 解 ； 选 择 有 代 表 性 的 3个 模 块 ， 给 出 HIPO图 并 讲 解 。 演 讲 时 间 ： 下 一 次 课 时 ， 每 组 10分 钟 演 讲 + 2分 钟 听 众 提 问 。 演 讲 顺 序 ： 抽 签 决 定 。 评 分 方 法 ： 与 第 一 次 演 讲 相 同 。 评 分 标 准组 名 ：任 务 简 介 (5) 数 据 流 图 (25)系 统 层 次 图 (30) HIPO(30)演 讲 风 格 (10) 总 分 (100) 评 语优 点 ：缺 点 ：