總體設計SystemDesig

第 四 章 總 體 設 計(System Design)開 始 考 慮 “ How”， 但 仍 屬 高 層 設 計 （ 確 定 黑 盒 關 系 ） 1. 過 程1、 確 定 最 佳 方 案 ： 從 DFD出 發(fā) 進 行 任 務 分 解 ， 不 同 的 劃 分 方 法 即 對 應不 同 的 方 案 。 每 個 合 理 的 方 案 應 配 備 下 列 4份 資 料 ： 系 統(tǒng) 流 程 圖 組 成 系 統(tǒng) 的 物 理 元 素 清 單 成 本 /效 益 分 析 進 度 計 劃 選 擇 最 佳 方 案 并 制 定 詳 細 的 實 現 計 劃 （ 主 要 技 術 詳見 第 十 三 章 ） 1. 過 程2、 結 構 設 計 模 塊 化 思 想 ： 將 DFD細 化 ， 至 每 個 子 功 能 都 明 白 易 懂 ； 每個 模 塊 完 成 一 個 子 功 能 ； 每 層 模 塊 合 成 一 個 高 一級 的 功 能 。 主 要 工 具 有 System Design Hierarchy及 HIPO圖 等 。3、 數 據 庫 設 計 （ 略 ）5、 文 檔 、 審 查4、 測 試 計 劃 （ 詳 見 第 七 章 ） 2.模 塊 化 原 理 (Modularization)1、 原 理 ：經 驗 1： E(P1+P2)E(P1)+E(P2)經 驗 2： P.58 圖 4.1成本 成 本 / 模 塊最 小 成 本 區(qū) 接 口 成 本軟 件 總 成 本模 塊 數 目 2.模 塊 化 原 理2、 抽 象 (Abstraction)： 忽 略 細 節(jié) ， 分 層 理 解 問 題 ， 自 頂 向 下 層 層 加 細 。例 ： 開 發(fā) 一 個 CAD軟 件 ， 實 現 一 個 二 維 繪 圖 系 統(tǒng) 的 全部 功 能 ， 供 低 級 計 算 機 輔 助 設 計 使 用 。 抽 象 層 次 I： 用 問 題 所 處 環(huán) 境 的 術 語 來 描 述 這 個 軟 件 。該 軟 件 包 括 一 個 計 算 機 繪 圖 界 面 ， 向 繪 圖員 顯 示 圖 形 ， 以 及 一 個 數 字 化 儀 界 面 ， 用以 代 替 繪 圖 板 和 丁 字 尺 。 所 有 直 線 、 折 線 、矩 形 、 圓 及 曲 線 的 描 畫 、 所 有 的 幾 何 計 算 、所 有 的 剖 面 圖 和 輔 助 視 圖 都 可 以 用 這 個CAD軟 件 實 現 。 2.模 塊 化 原 理 抽 象 層 次 II： 任 務 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 塊 化 原 理 抽 象 層 次 III： 程 序 過 程 表 示 。 以 2-D繪 圖 生 成 任 務為 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 塊 化 原 理 3、 信 息 隱 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 塊 獨 立 性 (Module independence) 好 設 計 的 關 鍵 ： 每 個 模 塊 完 成 一 個 相 對 獨 立 的子 功 能 ， 并 且 與 其 它 模 塊 間 的 接 口 簡 單 。 在 這 個 抽 象 層 次 上 ， 給 出 了 初 步 的 過 程 表 示 ，所 用 的 術 語 都 已 面 向 軟 件 ， 而 且 模 塊 化 的 工 作 已經 開 始 顯 露 。 2.模 塊 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獨 立 性 的 度 量 ： 耦 合 (Coupling)&內 聚 (Cohesion) (Yourdon & Constantine,1978) 2.模 塊 化 原 理例 1： A訪 問 C的 內 部數 據 或 不 通 過 正常 入 口 而 轉 入 C的 內 部 。 A BC DA:goto C1 C:C1: 獨 立 性 由 弱 到 強 排 列 為 ： 內 容 耦 合 (Content Coupling): One module modifies another. 2.模 塊 化 原 理例 2： 部 分 代 碼 重 疊（ 常 出 現 在 匯 編 程序 中 ） B A例 3： 一 個 模 塊 有多 個 入 口 （ 功 能 ） A:entry 1:entry 2: The least desirable 2.模 塊 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問 題 ： 公 共 部 分 的 改 動 將 影 響 所 有 調 用 它 的 模 塊 ； 公 共 部 分 的 數 據 存 取 無 法 控 制 ； 復 雜 程 度 隨 耦 合 模 塊 的 個 數 增 加 而 增 加 。 2.模 塊 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 單 一 ，但 仍 然 影 響被 控 模 塊 的內 部 邏 輯 。 數 據 耦 合 (Data coupling): Only data are passed. It is easy to trace data and make changes. The most desirable .原 則 ： 盡 量 使 用 數 據 耦 合 ， 少 用 控 制 耦 合 ， 限制 公 共 耦 合 的 范 圍 ， 完 全 不 用 內 容 耦 合 。 2.模 塊 化 原 理 低 內 聚 ：巧 合 內 聚 （ Coincidental cohesion） ： Unrelated functions, processes, or data are found in the same module (for convenience). A: Read inputsfrom diskfrom tapefrom 邏 輯 內 聚 （ Logical cohesion） ： Logically related functions or data are placed in the same module.例 如 ： 內 聚 (Cohesion): The elements of a module are directed to perform the same task.Goal: as cohesive as possible. 2.模 塊 化 原 理 時 間 內 聚 （ Temporal cohesion） ： The functions are related only by the timing involved.例 如 ： 系 統(tǒng) 的 初 始 化問 題 ： 不 同 功 能 混 在 一 個 模 塊 中 ， 有 時 共 用 部 分編 碼 ， 使 局 部 功 能 的 修 改 牽 動 全 局 。 中 內 聚 ： 過 程 內 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 塊 化 原 理 通 信 內 聚 （ Communicational cohesion） ： All the functions in a module operate on or produce the same data set.例 如 ： 從 同 一 磁 帶 上 讀 取 不 相 干 的 數 據 可 能 破壞 獨 立 性 。 高 內 聚 ： 順 序 內 聚 （ Sequential cohesion） ： The output from one part of a module is the input to the next part. 功 能 內 聚 （ Functional cohesion） ： Every processing element is essential to the performance of a single function. 3.啟 發(fā) 式 規(guī) 劃2. 模 塊 規(guī) 模 適 中 ： 過 大 不 易 理 解 ； 太 小 則 接 口 開 銷 過 大 。 注 意 分解 后 不 應 降 低 模 塊 的 獨 立 性 。3. 適 當 控 制 深 度 = 分 層 的 層 數 。 過 大 表 示 分 工 過 細 。 寬 度 = 同 一 層 上 模 塊 數 的 最 大 值 。 過 大 表 示 系統(tǒng) 復 雜 度 大 。1. 爭 取 低 耦 合 、 高 內 聚 （ 增 加 內 聚 減 少 耦 合 ） 3.啟 發(fā) 式 規(guī) 劃 扇 出 = 一 個 模 塊 直 接 調用 控 制 的 模 塊 數 。 3 fan-out 9 A A的 扇 出 A A的 扇 入 扇 入 = 直 接 調 用 該 模塊 的 模 塊 數在 不 破 壞 獨 立 性 的 前 提下 ， fan-in 大 的 比 較 好 。 3.啟 發(fā) 式 規(guī) 劃4、 作 用 域 在 控 制 域 內 控 制 域 MA CB M的 控 制 域 為 M， A， B， C 作 用 域 ： M中 的 一 個 判 定 所 影 響 的 模 塊 。例 如 ： A: if then goto B1 B: B1: 作 用 域 在 控 制 域 內 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 進 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.啟 發(fā) 式 規(guī) 劃5、 降 低 接 口 的 復 雜 程 度 ： 接 口 復 雜 可 能 表 明 模 塊的 獨 立 性 差 。6、 單 出 單 入 ， 避 免 內 容 耦 合 。7、 模 塊 功 能 可 預 測 相 同 輸 入 必 產 生 相 同 輸 出 。反 例 ： 模 塊 中 使 用 全 局 變 量 或 靜 態(tài) 變 量 ， 則 可能 導 致 不 可 預 測 。作 業(yè) ： 你 自 己 負 責 設 計 的 HDIS界 面 中 可能 遇 到 哪 些 類 型 的 耦 合 和 內 聚 ？ 對列 出 的 每 種 類 型 試 舉 一 例 。 4.圖 形 工 具1、 Hierarchy和 HIPO例 ： P.65 圖 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.圖 形 工 具注 意 ： 這 里 的 hierarchy表 現 軟 件 的 結 構 ， 而 非 數 據 結 構 ； 每 個 矩 形 框 代 表 一 個 模 塊 ， 連 線 表 示 “ 調 用 ” 而非 “ 組 成 ” ； 所 謂 HIPO， 即 對 每 個 模 塊 附 一 張 IPO圖 。 每 個IPO圖 中 應 明 確 標 出 對 應 模 塊 的 編 號 。2、 結 構 圖 (Structured Diagram)符 號 ： 數 據 傳 遞 ； 控 制 信 息 ；或 ； 循 環(huán) . 4.圖 形 工 具例 ： BA MM1 M2 M3C D 注 ： 此 圖 一 般不 入 文 檔 ， 僅用 于 檢 查 設 計的 正 確 性 和 模塊 獨 立 性 。須 檢 查 ； 每 個 傳 遞 的 數 據 是 否 必 須 ？ 完 成 模 塊 功 能 所 必 須 的 數 據 是 否 都 傳 遞 了 ？ 傳 輸 的 數 據 是 否 只 與 單 一 的 功 能 有 關 ？ 是否 目 的 明 確 ？ 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法（ 又 稱 為 SD： Structural Design)基 本 思 想 ： DFD System Hierarchy1、 Data Flow 的 分 類 變 換 流 (Transform Flow)： Internal representationInformation Transform flowOutgoingflowIncomingflowExternal representation Time事 實 上 所有 信 息 流都 可 歸 結為 變 換 流 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法 事 務 流 (Transaction Flow) TTransactionrequest Action paths T = Call one of the several subroutines depending on the type of the incoming transaction request.當 信 息 流 具 有 明 顯的 “ 發(fā) 射 中 心 ” 時 ，可 歸 結 為 事 務 流 。 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法2、 分 析 設 計 變 換 分 析 例 ： P.68 - 69 汽 車 數 字 儀 表 板 的 設 計功 能 ： 通 過 模 - 數 轉 換 實 現 傳 感 器 和 微 處 理 機 接 口 ； 在 發(fā) 光 二 極 管 面 板 上 顯 示 數 據 ； 指 示 每 小 時 英 里 數 (mph),行 駛 的 里 程 ， 每 加 侖油 行 駛 的 英 里 數 (mpg)等 等 ； 指 示 加 速 或 減 速 ； 如 果 車 速 超 過 55mph ,則 發(fā) 出 警 告 鈴 聲 。 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法第 一 步 ： DFD的 分 界 ， 先 分 出 I、 P、 O三 塊燃 料 流 傳 感 器 信 號 SPS旋 轉 信 號 讀旋 轉信 號 收 集和 求平 均 確 定加 /減速轉 換 成轉 /分 計 算里 程計 算mph,超速 值 產 生加 /減速 顯 示計 算燃 料消 耗計 算gph讀 和校 核 產 生 mpg顯 示 產 生mph顯 示 發(fā) 出鈴 聲 產 生里 程顯 示 SPS SPS 箭 頭 指 示燃 燒 流 上 箭 頭水 平 線下 箭 頭rpmrpmgph mphmpg mph超 速 值 英 里 顯 示鈴 聲mph顯 示mpg顯 示 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法一 般 問 題 的一 級 分 解 方法 ： 數 字 儀 表 板控 制數 據 轉 換控 制 驅 動 儀 表 板接 收 傳 感 器信 號 MPI O 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法第 二 步 ： 映 射 A D CB MIC BD A： 每 個 處 理 直 接 對 應一 個 下 層 模 塊 。P ： 由 邊 界 向 回 溯 ， 將每 個 遇 到 的 處 理 器 映成 相 應 的 層 模 塊 。I ： 由 邊 界 向 外 推 ， 方法 與 類 似O I 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法例 ： （ 與 P.70 圖 4.12 對 照 ） 數 字 儀 表 板控 制數 據 轉 換控 制 驅 動 儀 表 板接 收 傳 感 器信 號 計 算gph 讀 燃 料 流轉 換 成rpm收 集 sps讀 旋 轉 信 號 確 定加 /減 速 計 算mph 計 算mpg 計 算里 程 加 /減 速顯 示 顯 示mpg 顯 示mph 顯 示里 程 發(fā) 出鈴 聲發(fā) 光 二 極 管 顯 示 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法第 三 步 ： 修 改 本 著 高 內 聚 、 低 耦 合 的 原 則 。例 ： P.73 圖 4.19精 化 后 的 數 字 儀 表 板 系 統(tǒng) 的 軟 件 結 構 。注 ： 每 個 模 塊 應 附 一 簡 要 說 明 描 述 進 出 該 模 塊 的 信 息 （ 接 口 描 述 ） ； 模 塊 內 部 的 信 息 ； 過 程 陳 述 ， 包 括 主 要 判 定 點 及 任 務 等 ； 對 約 束 和 特 殊 特 點 的 簡 短 討 論 。 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法 事 務 分 析 MIII SA B C IIISBA C 5.面 向 數 據 流 的 設 計 方 法3、 SD的 總 體 過 程 ： “變 換 ”“事 物 ” 精 化 數 據 流 圖流 類 型區(qū) 分 事 物 中 心 和數 據 接 收 通 路 區(qū) 分 輸 入 和輸 出 分 支映 射 成 事 務 結 構 映 射 成 變 換 結 構用 啟 發(fā) 式 設 計 規(guī)則 精 化 軟 件 結 構 導 出 接 口 描 述 和全 程 數 據 結 構復 查詳 細 設 計 變 換 分 析事 物 分 析優(yōu) 化 的 前 題 是 ：“ Get it to work, then make it fast.” Project Part “總 體 設 計 報 告 ” 分 組 演 講 演 講 內 容 ： 分 組 任 務 簡 介 ； 精 化 的 DFD講 解 ； System Hierarchy 講 解 ； 選 擇 有 代 表 性 的 3個 模 塊 ， 給 出 HIPO圖 并 講 解 。 演 講 時 間 ： 下 一 次 課 時 ， 每 組 10分 鐘 演 講 + 2分 鐘 聽 眾 提 問 。 演 講 順 序 ： 抽 簽 決 定 。 評 分 方 法 ： 與 第 一 次 演 講 相 同 。 評 分 標 準組 名 ：任 務 簡 介 (5) 數 據 流 圖 (25)系 統(tǒng) 層 次 圖 (30) HIPO(30)演 講 風 格 (10) 總 分 (100) 評 語優(yōu) 點 ：缺 點 ：