【教学课件】第四章总体设计(SystemDesign).ppt

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4.1,2.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),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。,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）,例3：一个模块有多个入口（功能）,The least desirable,2.模块化原理,公共耦合(Common coupling)：Data are accessible from a common data store.,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.,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).,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：,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,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,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：,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：,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：,4.图形工具,例：,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)：,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),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,5.面向数据流的设计方法,一般问题的一级分解方法：,5.面向数据流的设计方法,第二步：映射,5.面向数据流的设计方法,例：（与P.70 图4.12 对照）,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,5.面向数据流的设计方法,3、SD的总体过程：,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,