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1、第11章 系統(tǒng)設計211.1 介紹211.2 用戶需求調查311.2.1 目的311.2.2 角色與職責311.2.3 啟動準則311.2.4 輸入311.2.5 主要步驟3Step1 設計準備3Step2 確定影響系統(tǒng)設計的約束因素4Step3 確定設計策略4Step4 系統(tǒng)分解與設計4Step5 撰寫體系結構設計文檔4Step6 體系結構設計評審5后續(xù)活動511.2.6 輸出511.2.7 結束準則511.2.8 度量511.3 用戶界面設計511.3.1 目的511.3.2 角色與職責511.3.3 啟動準則611.3.4 輸入611.3.5 主要步驟6Step1 設計準備6Step2
2、用戶界面設計7Step3 撰寫用戶界面設計文檔7Step4 用戶界面設計評審7后續(xù)活動811.3.6 輸出811.3.7 結束準則811.3.8 度量811.4 數據庫設計811.4.1 目的811.4.2 角色與職責811.4.3 啟動準則811.4.4 輸入911.4.5 主要步驟9Step1 設計準備9Step2 數據庫設計9Step3 撰寫數據庫設計文檔10Step4 數據庫設計評審11后續(xù)活動1111.4.6 輸出1111.4.7 結束準則1111.4.8 度量1111.5 模塊設計1211.5.1 目的1211.5.2 角色與職責1211.5.3 啟動準則1211.5.4 輸入12
3、11.5.5 主要步驟12Step1 設計準備13Step2 模塊設計13Step3 撰寫模塊設計文檔13Step4 模塊設計評審13后續(xù)活動1411.5.6 輸出1411.5.7 結束準則1411.5.8 度量1411.6 實施建議14第11章 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計（System Design, SD）是指設計軟件系統(tǒng)的體系結構、用戶界面、數據庫、模塊等，從而在需求與代碼之間建立橋梁，指導開發(fā)人員去實現能滿足用戶需求的軟件產品。系統(tǒng)設計過程域是SPP模型的重要組成部分。本規(guī)范闡述了系統(tǒng)設計過程域的四個主要規(guī)程： 體系結構設計 SPP-PROC-SD-ARCHITECTURE 用戶界面設計 SPP
4、-PROC-RM-UI 數據庫設計 SPP-PROC-RM-DATABASE 模塊設計 SPP-PROC-RM-MODULE上述每個規(guī)程的“目標”、“角色與職責”、“啟動準則”、“輸入”、“主要步驟”、“輸出”、“完成準則”和“度量”均已定義。本規(guī)范適用于國內IT企業(yè)的軟件研發(fā)項目。建議用戶根據自身情況（如商業(yè)目標、研發(fā)實力等）適當地修改本規(guī)范，然后推廣使用。11.1 介紹系統(tǒng)設計過程域分為兩個階段：高層設計階段和詳細設計階段。高層設計階段的重點是軟件系統(tǒng)的體系結構設計。詳細設計階段的重點是用戶界面設計、數據庫設計和模塊設計，如圖11-1所示。需求開發(fā)高層設計階段體系結構設計數據庫設計用戶界面
5、設計模塊設計實現與測試詳細設計階段圖11-1 系統(tǒng)設計過程域示意圖系統(tǒng)設計過程域產生的主要文檔有： 體系結構設計報告，模板見 SPP-TEMP-SD-ARCHITECTURE。 用戶界面設計報告，模板見 SPP-TEMP-SD-UI。 數據庫設計報告，模板見 SPP-TEMP-SD-DATABASE。 模塊設計報告，模板見 SPP-TEMP-SD-MODULE。11.2 用戶需求調查體系結構設計11.2.1 目的l 分析與設計軟件的體系結構。通過系統(tǒng)分解，確定子系統(tǒng)的功能和子系統(tǒng)之間的關系，以及模塊的功能和模塊之間的關系，產生體系結構設計報告。11.2.2 角色與職責l 項目經理指定若干名開發(fā)
6、人員從事體系結構設計（以下稱為體系結構設計人員）。11.2.3 啟動準則l 體系結構設計人員已經確定。11.2.4 輸入l 需求文檔如產品需求規(guī)格說明書11.2.5 主要步驟體系結構設計流程如圖11-2所示。Step3. 確定設計策略Step2. 確定約束因素Step1. 設計準備Step4. 系統(tǒng)分解設計Step6. 設計評審Step5. 撰寫文檔圖11-2 體系結構設計流程Step1 設計準備l 項目經理或者技術負責人分配系統(tǒng)設計任務，包括體系結構設計、模塊設計、用戶界面設計、數據庫設計等。本活動可能產生一份階段性的開發(fā)計劃，如系統(tǒng)設計計劃，視工作量而定。l 體系結構設計人員閱讀需求文檔，
7、明確設計任務。l 體系結構設計人員準備相關的設計工具（如Rational Rose）和資料。Step2 確定影響系統(tǒng)設計的約束因素l 需求約束。體系結構設計人員從需求文檔如軟件需求規(guī)格說明書中提取需求約束，例如： 本系統(tǒng)應當遵循的標準或規(guī)范 軟件、硬件環(huán)境（包括運行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境）的約束 接口/協(xié)議的約束 用戶界面的約束 軟件質量的約束，如正確性、健壯性、可靠性、效率（性能）、易用性、清晰性、安全性、可擴展性、兼容性、可移植性等等。l 隱含約束。有一些假設或依賴并沒有在需求文檔中明確指出，但可能會對系統(tǒng)設計產生影響，設計人員應當盡可能地在此處說明。例如對用戶教育程度、計算機技能的一些假設或依賴
8、，對支撐本系統(tǒng)的軟件硬件的假設或依賴等。Step3 確定設計策略l 體系結構設計人員根據產品的需求與發(fā)展戰(zhàn)略，確定設計策略（Design Strategy）。例如： 擴展策略。說明為了方便本系統(tǒng)在將來擴展功能，現在有什么措施。 復用策略。說明本系統(tǒng)在當前以及將來的復用策略。 折衷策略。說明當兩個目標難以同時優(yōu)化時如何折衷，例如“時空”效率折衷，復雜性與實用性折衷。Step4 系統(tǒng)分解與設計l 體系結構設計人員： 將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，確定每個子系統(tǒng)的功能以及子系統(tǒng)之間的關系。 將子系統(tǒng)分解為若干模塊，確定每個模塊的功能以及模塊之間的關系。 確定系統(tǒng)開發(fā)、測試、運行所需的軟硬件環(huán)境。Step5
9、 撰寫體系結構設計文檔l 體系結構設計人員根據指定的模板撰寫體系結構設計報告，主要內容包括： 軟件系統(tǒng)概述 影響設計的約束因素 設計策略 系統(tǒng)總體結構 子系統(tǒng)的結構與模塊功能 開發(fā)、測試、運行所需的軟硬件環(huán)境Step6 體系結構設計評審l 體系結構設計人員邀請同行專家、開發(fā)人員對體系結構進行正式技術評審，評審流程請參考 SPP-PROC-TR-FTR。l 體系結構評審的重點不是“對還是錯”，而是“好還是差”。主要評審要素包括： 合適性?？疾煸擉w系結構是否適合于產品需求，是否可在預定計劃內實現。 系統(tǒng)的綜合能力（Capability）。例如“時空”效率（性能，容量等），可擴展性，可管理性（可維護
10、性），可復用性，安全性等等，視產品特征而定。后續(xù)活動 l 體系結構設計完成后進入詳細設計階段（用戶界面設計、數據庫設計、模塊設計等）。11.2.6 輸出l 體系結構設計報告11.2.7 結束準則l 體系結構設計報告已經完成，并且通過了技術評審。11.2.8 度量l 體系結構設計人員統(tǒng)計工作量以及文檔的規(guī)模，匯報給項目經理。11.3 用戶界面設計11.3.1 目的l 設計軟件的用戶界面，產生用戶界面設計報告。l 制作用戶界面的資源如圖像、圖標或者界面專用組件等。11.3.2 角色與職責l 項目經理指定若干名開發(fā)人員從事用戶界面設計（以下稱為界面設計人員）。l 如果可能的話，邀請用戶或美工人員協(xié)助
11、設計用戶界面。11.3.3 啟動準則l 需求文檔已經完成。l 體系結構設計已經完成。11.3.4 輸入l 需求文檔l 體系結構設計文檔11.3.5 主要步驟用戶界面設計流程如圖11-3所示。迭代Step2. 界面設計Step4. 設計評審Step3. 撰寫文檔Step1. 設計準備2.3細化2.2原型評估2.1原型創(chuàng)作圖11-3 體系結構設計流程Step1 設計準備l 界面設計人員閱讀需求文檔和體系結構設計文檔，明確界面設計任務。l 界面設計人員與用戶交流，了解用戶的工作習慣和他們對界面的看法。l 界面設計人員準備相關的設計工具和資料，收集或創(chuàng)作基本的界面資源如圖像、圖標以及通用的組件。l 界
12、面設計人員確定本軟件的用戶界面設計規(guī)則（或指南），主要包括： 優(yōu)秀界面的特征或通用的設計原則； 軟件主界面（如主窗口、主頁面）的設計規(guī)則； 軟件子界面（如子窗口、子頁面）的設計規(guī)則； 標準控件的使用規(guī)則； 美學設計規(guī)則。Step2 用戶界面設計用戶界面設計一般要經歷“原型創(chuàng)作原型評估細化”等步驟，通常迭代進行。l Step2.1 原型創(chuàng)作界面設計人員創(chuàng)作界面原型： 先徒手畫，或者用Visio 等工具繪制界面的視圖； 再用軟件開發(fā)工具實現可以運行的原型。l Step2.2 原型評估 界面設計人員邀請用戶和同行們評估界面的原型，匯集意見，及時改進。l Step2.3 細化 界面設計人員細化界面原型
13、，例如美工處理，添加細節(jié)等。補充說明：開發(fā)人員在本階段不必關心界面原型的代碼質量，因為界面原型可能不斷地被修改甚至被拋棄。Step3 撰寫用戶界面設計文檔l 用戶界面定型之后，界面設計人員根據指定的模板撰寫用戶界面設計報告，主要內容包括： 應當遵循的界面設計規(guī)范； 界面的關系圖和工作流程圖； 主界面的視圖、功能說明、操作方式； 子界面的視圖、功能說明、操作方式； 美學設計說明。Step4 用戶界面設計評審l 界面設計人員邀請用戶和同行們對定型后的界面進行正式技術評審，盡最大努力使界面變得更加美觀、易用。評審流程請參考 SPP-PROC-TR-FTR。l 用戶界面的主要評審要素包括： 合適性 簡
14、潔易用 一致性 美觀 動態(tài)反饋 功能屏蔽和出錯處理 用戶控制 國際化（兼容性和可移植性） 適應性（針對各種用戶）后續(xù)活動 l 在系統(tǒng)設計工作結束之后，開發(fā)人員編寫界面的代碼，并和用戶一起通過各種途徑測試界面，從而不斷地完善用戶界面。（請參考有關測試的文檔）l 界面設計人員總結經驗教訓，不斷地完善適用于本機構的“用戶界面設計指南”。11.3.6 輸出l 用戶界面設計報告11.3.7 結束準則l 用戶界面設計報告已經完成，界面原型已經通過評審。11.3.8 度量l 界面設計人員統(tǒng)計工作量以及文檔的規(guī)模，匯報給項目經理。11.4 數據庫設計11.4.1 目的l 設計軟件的數據庫，產生數據庫設計報告。
15、11.4.2 角色與職責l 項目經理指定若干名開發(fā)人員從事數據庫設計（以下稱為數據庫設計人員）。11.4.3 啟動準則l 需求文檔已經完成。l 體系結構設計已經完成。11.4.4 輸入l 需求文檔l 體系結構設計文檔11.4.5 主要步驟數據庫設計流程如圖11-4所示。迭代Step2. 數據庫設計Step3. 撰寫文檔2.4優(yōu)化2.3安全性設計2.2物理設計2.1邏輯設計Step1. 設計準備Step4. 設計評審圖11-4 數據庫設計流程Step1 設計準備l 數據庫設計人員閱讀需求文檔和體系結構設計文檔，明確數據庫設計任務。l 數據庫設計人員準備相關的設計工具和資料。l 數據庫設計人員確定
16、本軟件的數據庫設計規(guī)則（或指南），主要包括： 數據庫命名規(guī)則 邏輯設計規(guī)則（或指南） 物理設計規(guī)則（或指南） 安全性設計規(guī)則（或指南） 優(yōu)化規(guī)則（或指南） 數據庫管理與維護規(guī)則（或指南）Step2 數據庫設計數據庫設計一般要經歷“邏輯設計物理設計安全性設計優(yōu)化”等步驟，通常要迭代進行。l Step2.1 邏輯設計 數據庫設計人員根據需求文檔，創(chuàng)建與數據庫相關的那部分實體關系圖（ERD）。如果采用面向對象方法（OOAD），這里實體相當于類（class）。l Step2.2 物理設計 設計表結構。一般地，實體對應于表，實體的屬性對應于表的列，實體之間的關系成為表的約束。邏輯設計中的實體大部分可以轉
17、換成物理設計中的表，但是它們并不一定是一一對應的。數據庫表的參考格式如表11-1所示。 對表結構進行規(guī)范化處理（第三范式）。表名功能說明列名數據類型（精度范圍）空/非空約束條件補充說明表11-1 數據庫表的參考格式l Step2.3 安全性設計提高軟件系統(tǒng)的安全性應當從“管理”和“設計”兩方面著手。這里僅考慮數據庫的安全性設計。 用戶只能用帳號登陸到應用軟件，通過應用軟件訪問數據庫，而沒有其它途徑可以操作數據庫。 對用戶帳號的密碼進行加密處理，確保在任何地方都不會出現密碼的明文。 確定每個角色對數據庫表的操作權限，如創(chuàng)建、檢索、更新、刪除等。每個角色擁有剛好能夠完成任務的權限，不多也不少。在應
18、用時再為用戶分配角色，則每個用戶的權限等于他所兼角色的權限之和。l Step2.4 優(yōu)化分析并優(yōu)化數據庫的“時空”效率，盡可能地“提高處理速度”并且“降低數據占用的空間”。 分析“時空”效率的瓶頸，找出優(yōu)化對象（目標），并確定優(yōu)先級。 當優(yōu)化對象（目標）之間存在對抗時，給出折衷方案。 給出優(yōu)化的具體措施，例如優(yōu)化數據庫環(huán)境參數，對表格進行反規(guī)范化處理等。Step3 撰寫數據庫設計文檔l 數據庫設計人員根據指定的模板撰寫數據庫設計報告，主要內容包括： 數據庫環(huán)境說明 數據庫的命名規(guī)則 邏輯設計 物理設計 安全性設計 優(yōu)化 數據庫管理與維護說明Step4 數據庫設計評審l 數據庫設計人員邀請同行們
19、對數據庫進行正式技術評審，評審流程請參考 SPP-PROC-TR-FTR。l 數據庫的主要評審要素包括： 正確性、完整性、一致性 安全性 “時空”效率后續(xù)活動 l 在系統(tǒng)設計工作結束之后，開發(fā)人員將編寫與數據庫相關的代碼，并和用戶一起通過各種途徑測試數據庫，從而不斷地完善數據庫。（請參考有關測試的文檔）l 數據庫設計人員總結經驗教訓，不斷地完善適用于本機構的數據庫設計指南。l 軟件交付給用戶后，由用戶管理與維護數據庫。11.4.6 輸出l 數據庫設計報告11.4.7 結束準則l 數據庫設計報告已經完成，并且通過了技術評審。11.4.8 度量l 數據庫設計人員統(tǒng)計工作量以及文檔的規(guī)模，匯報給項目
20、經理。11.5 模塊設計11.5.1 目的l 設計軟件所有模塊的主要接口與屬性、數據結構和算法，產生模塊設計報告。11.5.2 角色與職責l 項目經理指定若干名開發(fā)人員從事模塊的設計（以下稱為模塊設計人員），模塊設計人員將在實現階段編寫這些模塊的代碼。11.5.3 啟動準則l 需求文檔已經完成。l 體系結構設計已經完成。11.5.4 輸入l 需求文檔l 體系結構設計文檔11.5.5 主要步驟模塊設計流程如圖11-5所示。Step2. 模塊設計2.1接口與屬性設計Step4. 設計評審Step3. 撰寫文檔Step1. 設計準備迭代2.2數據結構與算法設計圖11-5 模塊設計流程Step1 設計
21、準備l 模塊設計人員閱讀需求文檔和體系結構設計文檔，明確模塊設計任務。l 模塊設計人員準備相關的設計工具和資料。l 模塊設計人員確定本軟件的編程規(guī)范，確保模塊設計文檔的風格與代碼的風格保持一致。Step2 模塊設計模塊設計一般要經歷“接口與屬性設計數據結構與算法設計”等步驟，并且通常需要反復迭代。建議：由于現代的軟件開發(fā)工具越來越先進，模塊的詳細設計和編程可以很好地融合一起，而且效率相當高，有些工具甚至具有代碼自動生成功能。所以在系統(tǒng)設計階段，模塊設計究竟要詳細到什么地步，應當視問題復雜性以及所采用的開發(fā)工具而定。一般地，只要確定了每個模塊的主要接口、數據結構與算法，能夠清楚地指導模塊編程即可
22、?？傊?，不必花太多時間用于設計模塊的細節(jié)。l Step2.1 接口與屬性設計 模塊設計人員設計每個模塊的主要接口與屬性。如果采用面向對象方法（OOAD），相當于設計類的函數和成員變量。l Step2.2 數據結構與算法設計 模塊設計人員設計每個模塊的數據結構與算法（如果存在的話）。Step3 撰寫模塊設計文檔l 模塊設計人員根據指定的模板撰寫模塊設計報告，主要內容包括： 模塊匯總 每個模塊的主要接口與屬性 每個模塊的數據結構與算法（如果存在的話）Step4 模塊設計評審l 模塊設計人員邀請同行們對模塊設計文檔進行正式技術評審或者非正式技術評審（由技術負責人決定采用何種評審方式），評審流程請參考
23、 SPP-PROC-TR。l 模塊的主要評審要素包括： 信息隱藏（獨立性） 強內聚、低耦合 數據結構與算法的效率后續(xù)活動l 模塊的代碼實現可以與模塊設計同步進行，也可以在模塊設計完成之后進行。11.5.6 輸出l 模塊設計報告11.5.7 結束準則l 模塊設計報告已經完成，并且通過了技術評審。11.5.8 度量l 模塊設計人員統(tǒng)計工作量以及文檔的規(guī)模，匯報給項目經理。11.6 實施建議l 先對系統(tǒng)設計人員進行“專題”培訓，讓他們掌握必要的系統(tǒng)設計技能。l 由于國內絕大多數的大學不開設“用戶界面設計課程”，這導致大部分軟件開發(fā)人員不善于設計用戶界面。項目開發(fā)小組應當設法邀請用戶界面設計專家參與（或指導）本軟件的界面設計。l 系統(tǒng)設計人員可以根據產品的特征，適當地修改體系結構設計報告、用戶界面設計報告、數據庫設計報告和模塊設計報告的模板。l 對系統(tǒng)設計過程中產生的所有有價值的文檔進行配置管理。14
第11章 系統(tǒng)設計
