軟件工程導論第5章 總體的設(shè)計ppt課件

1、 軟件工程導論軟件工程導論第第5 5版版 普通高校本科計算機專業(yè)特征教材精選張海藩 編著第第5章章 總體設(shè)計總體設(shè)計主要內(nèi)容5.1 設(shè)計過程5.2 設(shè)計原理5.3 啟發(fā)規(guī)那么5.4 圖形工具5.5 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法教學重點設(shè)計原理、 圖形工具。總體設(shè)計總體設(shè)計又稱為概要設(shè)計或初步設(shè)計。總體設(shè)計要著手實現(xiàn)軟件的需求，即要著手處理“怎樣做的問題。根本目的：回答“概括地說，系統(tǒng)應(yīng)該如何實現(xiàn)?這個問題。義務(wù)：劃分出組成系統(tǒng)的物理元素 設(shè)計軟件構(gòu)造必要性：從較籠統(tǒng)的層次上分析對比多種能夠的系統(tǒng)實現(xiàn)方案和軟件構(gòu)造，從中選出最正確方案和最合理的軟件構(gòu)造，從而用較低本錢開發(fā)出較高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。5.1設(shè)計

2、過程設(shè)計過程步驟： 系統(tǒng)設(shè)計階段確定系統(tǒng)的總體實現(xiàn)方案。 構(gòu)造設(shè)計階段確定軟件構(gòu)造典型過程：想象供選擇的方案 選取合理的方案引薦最正確的方案 -系統(tǒng)設(shè)計 功能分解 設(shè)計軟件構(gòu)造 設(shè)計數(shù)據(jù)庫 制定測試方案書寫文檔 審查和復審 -構(gòu)造設(shè)計5.1 續(xù)續(xù)想象供選擇的方案出發(fā)點：需求分析階段得出的數(shù)據(jù)流圖方法：想象把數(shù)據(jù)流圖中的處置分組的各種能夠的方法，丟棄在技術(shù)上行不通的分組方法。5.1 續(xù)續(xù)選取合理的方案從前一階段提供的方案中選取假設(shè)干個合理的方案，通常至少選取低本錢、中等本錢和高本錢的三種方案。 對每個合理方案要提供以下幾方面資料：1系統(tǒng)流程圖；2組成系統(tǒng)的物理元素清單；3本錢效益分析；4實現(xiàn)這個

3、系統(tǒng)的進度方案。5.1 續(xù)續(xù)引薦最正確的方案分析員從合理方案中選擇一個最正確方案向用戶引薦，并為引薦的方案制定詳細的實現(xiàn)方案。對于分析員引薦的最正確方案，用戶和有關(guān)專家應(yīng)該仔細審查。提請運用部門擔任人進一步審批。5.1 續(xù)續(xù) 功能分解從實現(xiàn)角度把復雜的功能進一步分解。分析員結(jié)合算法描畫仔細分析數(shù)據(jù)流圖中的每個處置，并進展適當?shù)胤纸?。普通說來，經(jīng)過分解之后應(yīng)該使每個功能對大多數(shù)程序員而言都是明顯易懂的。數(shù)據(jù)流圖的進一步細化。借助適當?shù)墓ぞ吆喴璁嫾毣竺總€處置的算法。5.1 續(xù)續(xù)設(shè)計軟件構(gòu)造對于大型系統(tǒng)的設(shè)計，通常分為兩個階段：構(gòu)造設(shè)計和過程設(shè)計。構(gòu)造設(shè)計：確定系統(tǒng)由哪些模塊組成，以及這些模塊之

4、間的相互關(guān)系。 -總體設(shè)計階段過程設(shè)計：確定每個模塊的處置過程。 -詳細設(shè)計階段軟件構(gòu)造是由模塊組成的層次系統(tǒng)，用層次圖或構(gòu)造圖來描畫。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法：數(shù)據(jù)流圖-軟件構(gòu)造5.1 續(xù)續(xù)設(shè)計數(shù)據(jù)庫針對需求運用數(shù)據(jù)庫的運用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計是一項專門的技術(shù)，包括方式設(shè)計、子方式設(shè)計、完好性和平安性設(shè)計和優(yōu)化處置等。 5.1 續(xù)續(xù)制定測試方案目的：促使軟件設(shè)計人員在設(shè)計時留意軟件的測試問題，從而有利于提高軟件的可測試性。 5.1 續(xù)續(xù)書寫文檔系統(tǒng)闡明用戶手冊詳細的實現(xiàn)方案測試方案數(shù)據(jù)庫設(shè)計闡明書5.1 續(xù)續(xù)審查和復審軟件設(shè)計人員對總體設(shè)計的結(jié)果進展嚴厲的技術(shù)審查。由運用部門的擔任人從管理角度進展復

5、審。5.2 設(shè)計原理設(shè)計原理模塊化模塊：又稱構(gòu)件，是可以單獨命名并獨立地完成一定功能的程序語句的集合。模塊化：指處理一個復雜問題時自頂向下逐層把軟件系統(tǒng)劃分成假設(shè)干模塊的過程。每個模塊完成一個特定的子功能，一切的模塊按某種方法組裝起來，成為一個整體，完成整個系統(tǒng)所要求的功能。模塊化是軟件處理復雜問題所具備的手段，為了闡明這一點，可將問題的復雜性和任務(wù)量的關(guān)系進展推理。5.2 續(xù)續(xù)問題的復雜性和任務(wù)量的關(guān)系 設(shè)問題x，C(x)表示問題x的復雜程度；E(x)表示處理問題x所需求的任務(wù)量時間。對于問題P1和P2，假設(shè) CP1CP2 即P1比P2復雜那么 EP1EP2 即問題越復雜，任務(wù)量越大。根據(jù)處

6、理普通問題的閱歷得出： CP1P2CP1CP2即一個問題由兩個問題組合而成的復雜度大于分別思索每個問題的復雜度之和。可推出： EP1P2EP1EP2即單獨處理問題P1和P2所需的任務(wù)量之和，比把P1和P2合起來作為一個問題來處理時所需的任務(wù)量要少。5.2 續(xù)續(xù)模塊化和軟件本錢的關(guān)系 M 軟件總成本 成本或工作量 最小成本區(qū) 接口成本 模塊數(shù)目 成本/模塊 5.2 續(xù)續(xù)模塊化優(yōu)點采用模塊化原理可以使軟件構(gòu)造明晰，不僅容易設(shè)計也容易閱讀和了解。模塊化使軟件容易測試和調(diào)試，從而有助于提高軟件的可靠性。模塊化可以提高軟件的可修正性。模塊化也有助于軟件開發(fā)工程的組織管理。 5.2 續(xù)續(xù)籠統(tǒng)籠統(tǒng)：是認識復

7、雜景象過程中運用的思想工具，即抽出事物本質(zhì)的共同特性而暫不思索它的細節(jié)，不思索其它要素。在模塊化解法中，可以提出許多籠統(tǒng)的層次。在籠統(tǒng)的最高層次運用問題環(huán)境的言語，以概括的方式表達問題的解法；在較低籠統(tǒng)層次采用更過程化的方法，把面向問題的術(shù)語和面向?qū)崿F(xiàn)的術(shù)語結(jié)合起來表達問題的解法；最后在最低的籠統(tǒng)層次用可直接實現(xiàn)的方式表達問題的解法優(yōu)點：簡化了軟件的設(shè)計和實現(xiàn)，提高了軟件的可了解性和可測試性，并使軟件容易維護。5.2 續(xù)續(xù)籠統(tǒng)軟件工程過程的每一步都是對軟件解法的籠統(tǒng)層次的一次精化。在可行性研討階段，軟件作為系統(tǒng)的一個完好部件；在需求分析期間，軟件解法是運用在問題環(huán)境內(nèi)熟習的方式描畫的；當由總體

8、設(shè)計向詳細設(shè)計過渡時，籠統(tǒng)的程度隨之減少；當源程序?qū)懗鰜硪院螅吹竭_了籠統(tǒng)的最低層。在軟件構(gòu)造每一層中的模塊，表示了對軟件籠統(tǒng)層次的一次精化。頂層的模塊控制系統(tǒng)的主要功能并且影響全局；底層的模塊完成對數(shù)據(jù)的詳細處置。5.2 續(xù)續(xù)逐漸求精定義：為了集中精神處理主要問題而盡量推遲對問題細節(jié)的思索。Miller法那么：一個人在任何時候都只能把留意力集中在72個知識塊上。逐漸求精方法確保每個問題都將被處理，而且每個問題都將在適當?shù)臅r候被處理。求精實踐上是細化過程?；\統(tǒng)與求精是一對互補的概念?；\統(tǒng)使得設(shè)計者可以闡明過程和數(shù)據(jù)，同時卻忽略低層細節(jié)。求精那么協(xié)助設(shè)計者在設(shè)計過程中逐漸提示出低層細節(jié)。5.2

9、續(xù)續(xù)信息隱藏和部分化信息隱蔽：在設(shè)計和確定模塊時，使得一個模塊內(nèi)包含的信息過程或數(shù)據(jù)，對于不需求這些信息的其他模塊來說，是不能訪問的。模塊所包含的信息過程和數(shù)據(jù)對于其他模塊來說是隱蔽的。部分化：指把一些關(guān)系親密的軟件元素物理地放得彼此接近。部分化有助于實現(xiàn)信息隱藏。有效的模塊化可以經(jīng)過定義一組獨立的模塊而實現(xiàn)，這些獨立的模塊彼此間僅僅交換為了完成系統(tǒng)功能而必需交換的信息。優(yōu)點：方便軟件測試與維護。5.2 續(xù)續(xù)模塊獨立模塊獨立性：每個模塊只完成系統(tǒng)要求的獨立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián)絡(luò)最少且接口簡單。 模塊的獨立性是軟件質(zhì)量的關(guān)鍵：模塊化程度較高的軟件容易開發(fā)；模塊化程度較高的軟件比較容易測試

10、和維護。模塊獨立性的衡量規(guī)范：耦合：衡量不同模塊彼此間相互依賴(銜接)的嚴密程度；內(nèi)聚：衡量一個模塊內(nèi)部各個元素彼此結(jié)合的嚴密程度。5.2 續(xù)續(xù)耦合軟件構(gòu)造中各個模塊之間相互關(guān)聯(lián)程度的度量。常見的耦合：非直接耦合數(shù)據(jù)耦合控制耦合特征耦合公共環(huán)境耦合內(nèi)容耦合設(shè)計原那么：盡量運用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合，限制公共耦合的范圍，防止運用內(nèi)容耦合。5.2 續(xù)續(xù)內(nèi)聚模塊內(nèi)部各個元素彼此結(jié)合的嚴密程度的度量。常見的內(nèi)聚：偶爾內(nèi)聚 過程內(nèi)聚 順序內(nèi)聚邏輯內(nèi)聚 通訊內(nèi)聚 功能內(nèi)聚時間內(nèi)聚“一個模塊，一個功能，已成為模塊化設(shè)計的一條準那么，也是設(shè)計人員爭取的目的。5.3 啟發(fā)規(guī)那么啟發(fā)規(guī)那么設(shè)計準那么改良軟件構(gòu)造提

11、高模塊獨立性劃分模塊時盡量做到高內(nèi)聚，低耦合，堅持模塊相對獨立性，并以此原那么優(yōu)化初始的軟件構(gòu)造。假設(shè)假設(shè)干模塊之間耦合強度過高，每個模塊內(nèi)功能不復雜，可將它們合并，以減少信息的傳送和公共區(qū)的援用。假設(shè)有多個相關(guān)模塊，應(yīng)對它們的功能進展分析，消去反復功能。5.3 續(xù)續(xù)設(shè)計準那么模塊規(guī)模應(yīng)該適中 過大的模塊往往是由于分解不充分。過小的模塊開銷大于有效操作。深度、寬度、扇入和扇出都應(yīng)適當深度表示軟件構(gòu)造中控制的層數(shù)。寬度是軟件構(gòu)造內(nèi)同一個層次上模塊總數(shù)的最大值。扇出是一個模塊直接控制(調(diào)用)的模塊數(shù)目。一個模塊的扇入闡明有多少個上級模塊直接調(diào)用它。5.3 續(xù)續(xù)設(shè)計準那么模塊的作用域應(yīng)該在控制域之內(nèi)

12、模塊的作用域定義為受該模塊內(nèi)一個斷定影響的一切模塊的集合。模塊的控制域是這個模塊本身以及一切直接或間接從屬于它的模塊的集合。在一個設(shè)計得很好的系統(tǒng)中，一切受斷定影響的模塊應(yīng)該都從屬于做出斷定的那個模塊，最好局限于做出斷定的那個模塊本身及它的直屬下級模塊。改良方法：把斷定的點往上移。把那些在作用域內(nèi)但不在控制域內(nèi)的模塊移到控制域內(nèi)。5.3 續(xù)續(xù)設(shè)計準那么模塊的作用域和控制域5.3 續(xù)續(xù)設(shè)計準那么力爭降低模塊接口的復雜程度設(shè)計模塊接口時應(yīng)使信息傳送簡單并且和模塊的功能一致。接口復雜或不一致(即看起來傳送的數(shù)據(jù)之間沒有聯(lián)絡(luò))，是緊耦合或低內(nèi)聚的征兆。設(shè)計單入口單出口的模塊防止使模塊間出現(xiàn)內(nèi)容耦合。模

13、塊功能應(yīng)該可以預測只需輸入的數(shù)據(jù)一樣就產(chǎn)生同樣的輸出，這個模塊的功能就是可以預測的。模塊的功能應(yīng)該可以預測，但也要防止模塊功能過分局限。5.4 描畫軟件構(gòu)造的圖形工具描畫軟件構(gòu)造的圖形工具層次圖層次圖用來描畫軟件的層次構(gòu)造。層次方框圖描畫數(shù)據(jù)的層次構(gòu)造。層次圖適用于自頂向下的軟件設(shè)計過程。5.4 續(xù)續(xù)HIPO圖5.4 續(xù)續(xù)HIPO圖HIPO圖是美國IBM公司發(fā)明的“層次圖加輸入/處置/輸出圖的英文縮寫。在H圖(層次圖)里除了最頂層的方框之外，每個方框都加了編號。和H圖中每個方框相對應(yīng)，有一張IPO圖描畫這個方框代表的模塊的處置過程。HIPO圖中的每張IPO圖內(nèi)都應(yīng)該明顯地標出它所描畫的模塊在H

14、圖中的編號，以便追蹤了解這個模塊在軟件構(gòu)造中的位置。5.4 續(xù)續(xù)構(gòu)造圖5.4 續(xù)續(xù)構(gòu)造圖AB(a) 基本形式ACBD(b) 順序ABC(c) 選擇AB(d) 重復5.4 續(xù)續(xù)構(gòu)造圖斷定為真時調(diào)用A，為假時調(diào)用B5.4 續(xù)續(xù)構(gòu)造圖模塊M循環(huán)調(diào)用模塊A、B、C5.5 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法概念定義：把信息流映射成軟件構(gòu)造，信息流的類型決議了映射的方法。目的：給出設(shè)計軟件構(gòu)造的一個系統(tǒng)化的途徑。設(shè)計方法：定義一些不同的“映射，把數(shù)據(jù)流圖變換成軟件構(gòu)造。構(gòu)造化設(shè)計方法面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法。5.5 續(xù)續(xù)變換流信息沿輸入通路進入系統(tǒng)，同時由外部方式變換成內(nèi)部方式，進入系統(tǒng)的信息經(jīng)過變換中

15、心，經(jīng)加工處置以后再沿輸出通路變換成外部方式分開軟件系統(tǒng)。當數(shù)據(jù)流圖具有這些特征時，這種信息流就叫作變換流。5.5 續(xù)續(xù)變換流5.5 續(xù)續(xù)變換流輸入變換輸出5.5 續(xù)續(xù)事務(wù)流數(shù)據(jù)沿輸入通路到達一個處置T，這個處置根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型在假設(shè)干個動作序列中選出一個來執(zhí)行。這類數(shù)據(jù)流應(yīng)該劃為一類特殊的數(shù)據(jù)流，稱為事務(wù)流。事務(wù)中心的義務(wù)： 接納輸入數(shù)據(jù)(輸入數(shù)據(jù)又稱為事務(wù))；分析每個事務(wù)以確定它的類型；根據(jù)事務(wù)類型選取一條活動通路。5.5 續(xù)續(xù)事務(wù)流5.5 續(xù)續(xù)變換分析5.5 續(xù)續(xù)例：汽車數(shù)字儀表板的設(shè)計假設(shè)的儀表板將完成下述功能： 經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)傳感器和微處置機接口；在發(fā)光二極管面板上顯示數(shù)據(jù)；指示

16、每小時英里數(shù)(mph)，行駛的里程，每加侖油行駛的英里數(shù)(mpg)等等；指示加速或減速；超速警告：假設(shè)車速超越55英里/小時，那么發(fā)出超速警告鈴聲。在需求分析階段對上述每項性能和其它要求進展全面的分析，建立起必要的文檔資料，特別是數(shù)據(jù)流圖。5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟：目的：開發(fā)出軟件的整體表示。也就是說，一旦確定了軟件構(gòu)培育可以把它作為一個整體來復查，從而可以評價和精化軟件構(gòu)造。共分七個步驟：復查根本系統(tǒng)模型確保系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)符合實踐。復查并精化數(shù)據(jù)流圖確保數(shù)據(jù)流圖給出了目的系統(tǒng)的正確的邏輯模型；使數(shù)據(jù)流圖中每個處置都代表一個規(guī)模適中相對獨立的子功能。5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟：5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計

17、步驟：確定數(shù)據(jù)流圖具有變換特性還是事務(wù)特性。普通地說，一個系統(tǒng)中的一切信息流都可以以為是變換流。當遇到有明顯事務(wù)特性的信息流時，應(yīng)采用事務(wù)分析方法進展設(shè)計。把具有和全局特性不同的特點的部分區(qū)域孤立出來。確定輸入流和輸出流的邊境，從而孤立出變換中心。輸入流和輸出流的邊境和對它們的解釋有關(guān)。把邊境沿著數(shù)據(jù)流通路挪動一個處置框的間隔，通常對最后的軟件構(gòu)造只需很小的影響。5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟4：5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟：完成“第一級分解。軟件構(gòu)造代表對控制的自頂向下的分配。對于變換流的情況,數(shù)據(jù)流圖被映射成一個特殊的軟件構(gòu)造，控制輸入、變換和輸出等信息處置過程。第一級分解：最頂層的主控模塊協(xié)調(diào)其從屬的控制

18、功能：輸入流控制模塊，接納一切輸入數(shù)據(jù)；變換流控制模塊，對內(nèi)部方式數(shù)據(jù)進展加工、處置；輸出流控制模塊，協(xié)調(diào)輸出信息的產(chǎn)生過程。5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟5:變換流變換流控制模塊控制模塊輸入流輸入流控制模塊控制模塊主控模塊主控模塊輸出流輸出流控制模塊控制模塊輸入流輸入流ABCD變換流變換流輸出流輸出流EFGH第一級分解的方法5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟5:數(shù)字儀表板系統(tǒng)的第一級分解5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟：完成“第二級分解。義務(wù)：把數(shù)據(jù)流圖中每個處置框映射為軟件構(gòu)造中一個適當?shù)哪K。方法：從變換中心的邊境開場沿著輸入通路向外挪動，把輸入通路中每個處置映射成軟件構(gòu)造中輸入流控制模塊下的一個低層模塊；沿輸出通路向外挪

19、動，把輸出通路中每個處置映射成直接或間接受輸出流控制模塊下的一個低層模塊；把變換中心內(nèi)的每個處置映射成受變換流控制模塊下的一個模塊。5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟6輸入流輸入流變換流變換流輸出流輸出流ABCDEFGHBDACEFGH輸入流控制輸入流控制模塊模塊主控模塊主控模塊變換流控制變換流控制模塊模塊輸出流控制輸出流控制模塊模塊5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟6未經(jīng)精化的輸入構(gòu)造5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟6未經(jīng)精化的變換構(gòu)造5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟6未經(jīng)精化的輸出構(gòu)造5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟6第一代設(shè)計規(guī)格闡明：進出該模塊的信息(接口描畫)；模塊內(nèi)部的信息；處置過程陳說，包括義務(wù)和主要的判別點的位置、條件；對有關(guān)限制和一些專門

20、特性的簡要闡明例如，文件I/O，獨立于硬件的特性，特殊的實時要求等。二級分解后得到的僅僅是程序構(gòu)造的“雛形。5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟：運用設(shè)計度量和啟發(fā)式規(guī)那么對第一次分割得到的軟件構(gòu)造進一步精化。對于程序構(gòu)造的雛形，以“模塊獨立為指點思想，對模塊進展整合或分解，旨在追求高內(nèi)聚、低耦合，以及易實現(xiàn)、易測試、易維護的軟件構(gòu)造。對數(shù)字儀表板例如的修正：輸入構(gòu)造中的模塊“轉(zhuǎn)換成rpm和“搜集sps可以合并；模塊“確定加速/減速可以放在模塊“計算mph下面，以減少耦合；模塊“加速/減速顯示可以相應(yīng)地放在模塊“顯示mph的下面。5.5 續(xù)續(xù)設(shè)計步驟7：精化后的數(shù)字儀表板系統(tǒng)的軟件構(gòu)造5.5 續(xù)續(xù)事務(wù)分析當數(shù)據(jù)流具有明顯的事務(wù)特征時，即能找到一個事務(wù)亦稱觸發(fā)數(shù)據(jù)項和一個事務(wù)中心，采用事務(wù)分析法更為適宜。事務(wù)分析的設(shè)計步驟和變換分析的設(shè)計步驟主要差別僅在于由數(shù)據(jù)流圖到軟件構(gòu)造的映射方法不同。對于