软件工程 第4章 总体设计

1、总体设计的两项任务： 划分出组成系统的物理元素-程序、文件、数据库、人工过程和文档 设计软件的结构-确定每个程序的模块组成及模块之间的相互关系。 4.1 总体设计的过程（两个主要阶段）： 系统设计：确定系统的具体实现方案。 结构设计：确定软件结构。 设想供选 择的方案 选 取 合 理的方案 推荐最 佳方案 功能 分解 设计软 件结构 数据库 设 计 制订测 试计划 书写 文档 数据流图 系统流程图 组成系统的物理元素清单 成本/效益分析 实现系统的进度计划 系统说明 用户手册 测试计划 详细的实现计划 数据库设计结果 审查和 复 审 模块是数据说明、可执行语句等程序对象的说明。 模块化：把程序

2、划分成若干个模块，每个模块完成一个子功能，把这些模块集 总起来组成一个整体，可以完成指定的功能，满足问题的功能。 C(P1+P2) C(P1)+C(P2) E(P1+P2) E(P1)+E(P2) 抽象 信息隐蔽和局部化 模块独立-每个模块完成一个相对独立的子 功能，并且和其他模块之间的关 系很简单。 成本 模块数目 成本/模块 接口成本 最小成本区 模块化和软件成本 耦合：一个软件结构内不同模块之间互连程度的度量。 数据耦合：模块之间通过参数交换数据信息，而且交换的信息仅仅是数而且交换的信息仅仅是数 据据。 控制耦合：模块之间传递的参数含有控制信息。 特征耦合：当把整个数据结构作为参数传递而

3、被调用的模块只需要使 用其中一部分数据元素时，就出现了特征耦合。 公共环境耦合：两个或多个模块通过一个公共数据环境相互作用。 内容耦合：一个模块访问另一个模块的内部数据；一个模块不通过正 常入口而转到另一个模块的内部；两个模块有一部分程序代码重叠； 一个模块有多个入口 设计原则：尽量使用数据 耦合，少用控制耦合和特征耦 合，限制公共环境耦合，完全 不用内容耦合。 数据耦合控制耦合公共环境耦合内容耦合 低 高 特征耦合 耦合性 数据耦合 特征耦合 控制耦合 公共环境耦合 内容耦合 弱耦合 中耦合 较强耦合 强耦合 模块1 模块3模块4 数据耦合 通过简单变量 交换数据 特征耦合 通过数据结 构交

4、换数据 模块A 模块B模块C 模块D 模块L 模块N 全局性数据结构 公共环境耦合 Flag=1? S1S2 模块1 控制耦合 模块之间传递 的是控制信息 TF 全 局 性简单变量 模块A 模块B 内容耦合 l访问其它模块的内 部数据 l直接跳到其他模块 内部执行 内聚：一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度。 偶然内聚：一个模块完成一组任务，任务之间的关系很松散。公共语句。 逻辑内聚：若干个逻辑功能类似的任务组成一个模块。 时间内聚：若干个任务必须在同一段时间内执行。如初始化工作。 低内聚 中内聚 高内聚 过程内聚：模块内的处理元素是相关的，且必须以特定次序执行。 通信内聚：模块中所有元素都使

5、用同一个输入数据，和/或产生同一个 输出数据。 顺序内聚：模块中所有处理元素和同一个功能密切相关，且这些处理必 须顺序执行。 功能内聚：所有处理元素属于一个整体，完成一个单一的功能。 模块A模块B模块C S1; S2; 模块A 模块B模块C 模块A模块B模块C 模块D 偶然内聚逻辑内聚时间内聚 过程内聚通信内聚顺序内聚功能内聚 低高 内聚性 改进软件结构提高模块独立性 模块规模应该适中 深度、宽度、扇入、扇出都应适当 模块的作用域应该在控制域之内 力争降低模块接口的复杂程度 设计单入口单出口的模块 模块的功能应该可以预测 4.3 启发规则 模块的作用域定义为受该模块内 一个判定影响的所有模块的

6、集合。 模块的控制域是这个模块本身以 及所有直接或间接从属于它的模 块的集合。 层次图和HIPO图 层次图用来描述软件结构，层次图+IPO图= HIPO图 正文加 工系统 输入输出编辑加标题存储检索编目录格式化 添加删除插入修改合并列表 结构图的例子结构图的例子产生最佳解的一般结构产生最佳解的一般结构 结构图（Yourdon） 方框之间的箭头表示模块的调用关系，带注释的箭头表示模块间来回 传递的信息：空心圆数据，实心圆控制信息。 结构图还可以表示模块的选择调用或循环调用 判定为真时调用判定为真时调用A，为假时，为假时 调用调用B 模块模块M循环调用模块循环调用模块A、B、C 1） 变换流 事务

7、 T 事务中心 事务流 事务中心 T 完成下述任务： 接受输入数据（事务） 分析每个事务以确定它的类型 根据事务类型选取一条活动通路 信息流 时间 输入流 输出流 变换流 外部表示 内部表示 变换流 2） 事务流 精化数据流图精化数据流图 流类型流类型 区分事务中心和区分事务中心和 数据接收通路数据接收通路 映射成事务结构映射成事务结构 区分输入和输出区分输入和输出 分支分支 映射成变换结构映射成变换结构 用启发式设计规用启发式设计规 则精化软件结构则精化软件结构 导出接口描述和导出接口描述和 全程数据结构全程数据结构 复查复查 详细设计详细设计 事务分析事务分析 变换分析变换分析 “事务事务

8、”“变换变换” 变换分析： 汽车数字仪表板功能： 1） 通过A/D 转换实现传感器和微处理器接口， 2） 在发光二极管面板上显示数据， 3） 指示每小时英里数（mph)，行驶的里程，每加伦油行驶的英里数(mpg)等等。 4） 指示加速或减速； 5） 超速警告：如果车速超过55英里/小时，则发出超速警告铃声。 A/D 转数计数器流量传感器 微处理机微处理机 里程表 车速表 油效表 油管油管 系统系统 加速/减速指示 超速报警 读旋 转信 号 收集 和求 平均 转换成 转/分 （ rpm） 计 算 里 程 确定加 速 / 减 速 产生 加速/ 减速 显示 产生 里程 显示 计算 mph和 超速值

9、计算 燃料 消耗 发 出 铃 声 产生 mph显 示 产生 mpg显 示 读 和 校 核 计 算 gph 旋转信号 信号/秒 SPS SPS SPS rpm rpm 箭头指示 上箭头 水平线下箭头 英里 超速值 显示 铃声 mph mph mpg gph 燃料流 燃料流传 感器信号 Mpg 显示 数字仪表板 控 制 接受传感 器 信 号 数据转 换控制 驱动仪 表 板 输入 控制 变换 控制 输 出 控 制 Cm CaCtCe 第一级分解的方法 A D B C Cm Ca CB D A 接受传感 器 信 号 转换成rpm 收集SPS 读旋转信号 计算gph 读燃料流 数字仪表 板 控 制 确

10、定 加/减速 计算 mph 计算 mpg 计算 里程 驱动仪表板 加速/减 速显示 显示 mph 显示 mpg 显示 里程 发出 铃声 发光二极 管显示 数字仪表板 控 制 接受传感 器 信 号 转换成rpm 读旋转信号 计算gph 读燃料流 数字仪表 板 控 制 确 定 加/减速 计算 mph 计算 mpg 计算 里程 驱动仪 表板 加速/减 速显示 显示 mph 显示 mpg 显示 里程 发出 铃声 发光二极 管显示 数字仪表板软件系统经过调整后的结构图 注意：红色模块 的位置有所调整 设计步骤：设计步骤： 复查基本系统模型复查基本系统模型 复查并精化数据流图复查并精化数据流图 确定数据流

11、图具有变确定数据流图具有变 换特性还是事务特性换特性还是事务特性 确定输入流和输出流的边确定输入流和输出流的边 界，划分变换或事务中心界，划分变换或事务中心 完成完成 “第一级分解第一级分解” 完成完成 “第二级分解第二级分解” 精化软件结构精化软件结构 事务分析 4 3 2 总 控 接收通路 C通路B通路 A通路 调 度 A_CTL 1 4 2+1 3 2 1 B_CTLC_CTL 设计优化 先使系统工作起来，然后使它快起来。 数据 流图 软件 结构 l在不考虑时间因数的前提下开发并精化软件结构； l在详细设计阶段选出最耗费时间的那些模块，仔细地 设计它们的处理过程（算法），以求提高效率； l使用高级程序设计语言编写程序； l在软件中孤立出那些大量占用处理机资源的模块； l必要时重新设计或用依赖于机器的语言重写上述大量 占用资源的模块的代码，以求提高效率。 格言：“先使它工作起来，然后再使它快起来” 总体设计阶段的基本目的是用比较抽象概括的方式确定 系统如何完成预定的任务，也就是说，应该确定系统的物理 配置方案，并且进而确定组成系统的每个程序的结构。 层次图和结构图是描绘软件结构的常用工具。 在进行软件结构设计时应该遵循的最主要的原理是模块 独立原理，也就是说，软件应该由一组完成相对独立的子功