第6章 系统设计

第6章系统设计《管理信息系统》6.1系统设计概述

管理信息系统设计阶段的主要目的是将系统分析阶段所提出的反映了用户信息需求的系统逻辑方案转换成可以实施的基于计算机与通信系统的物理（技术）方案。这一阶段的主要任务是从管理信息系统的总体目标出发，根据系统分析阶段对系统的逻辑功能的要求，并考虑到经济、技术和运行环境等方面的条件，确定系统的总体结构和系统各组成部分的技术方案，合理选择计算机和通信的软、硬件设备，提出系统的实施计划，确保总体目标的实现。《管理信息系统》6.1系统设计概述

（1）系统总体概要设计：

①系统总体布局方案的确定；

②软件系统总体结构的设计；

③计算机硬件方案的选择和设计；

④数据存储的总体设计。

（2）详细设计：

①代码设计；

②数据库设计；

③输出设计；

④输入设计；

《管理信息系统》6.1系统设计概述

⑤用户界面设计；⑥处理过程设计；

⑦安全可靠性设计。

（3）系统实施进度与计划的制定。

（4）“系统设计说明书”的编写。《管理信息系统》6.1系统设计概述

（l）系统分析的成果。（2）现行技术。（3）现行的信息管理和信息技术的标准、规范和有关法律制度。（4）用户需求。（5）系统运行环境。《管理信息系统》6.1系统设计概述1系统设计方法的发展

20世纪70年代起，西方各国对系统开发的经验进行总结，提出多种系统开发方法，其中结构化系统设计是最有影响的系统设计方法之一。它用图来表示系统的结构，其设计原则主要是结构化和模块化，设计思想是“自顶向下，逐步求精”。它强调面向用户，加强系统调查和分析，将系统设计分成逻辑设计和物理设计两个阶段，系统开发严格按照阶段进行。《管理信息系统》6.1系统设计概述2

结构化设计方法概述

1974年，美国人W.stevens、G.Myers和L．Constantine三人联名在IBM系统杂志(IBMSystemJounalVOL.13No.2)上发表了题为“结构化设计”的论文，第一次提出了结构化系统设计的思想。它在设计过程中重视系统的结构构造，强调组成系统的模块、数据、功能结构以及它们之间的接口。SD方法提出了一种用于编制模块结构图的方法，评价模块结构图设计优劣的标准及设计出具有良好系统结构的方法。《管理信息系统》6.1系统设计概述3SD方法的基本原则

（1）系统的结构设计要充分利用数据流图，尽量和实际系统相对应，这样当实际系统变化时，只需对系统中的对应部分作出相应的修改即可。

（2）将系统划分成功能单一、简单、易理解的模块。（3）采取“自顶向下，逐步求精”的方法进行设计。（4）遵循低耦合，高内聚的模块设计原则。（5）使用模块设计技巧来进行模块的分解、合并。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计1系统的总体布局

系统的总体结构是指整个系统由哪些部分组成，以及各部分在物理上、逻辑上的相互关系，包括硬件部分和软件部分。而系统的总体布局是指系统的硬、软件资源以及数据资源在空间上的分布特征。

从信息资源管理的集中程度来看主要有:集中式系统（centralizedsystems）分布式系统（distributedsystems）从信息处理的方式来看主要有：批处理方式（batchProcessing）联机处理方式（on-lineprocessing）《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（1）集中式系统单机批处理系统单机多终端分时系统（终端无处理功能）主机一智能终端系统（终端有辅助处理功能）（2）分布式系统局域网（LAN）广域网（WAN）局域网+广域网（混合形式）

《管理信息系统》6.2系统总体概要设计2C/S结构与B/S结构（1）C/S结构

C/S结构即是指客户机/服务器体系，在企业网中．客户机／服务器模式是一种能够最充分发挥台式计算机能力的主要手段。在客户机／服务器模式中，数据及其处理能力被分布在企业的各个部门或计算机站点，而不是集中式的控制。客户机／服务器系统是一种以用户为中心的系统，它强调用户与数据的交互作用。客户机／服务器模式将任务划分为由“客户机”和“服务器”分别分担的部分，虽然两者都是连接在网络上，但各自承担并完成各自的功能。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计

图C/S结构示意图

《管理信息系统》6.2系统总体概要设计(2）B/S结构B/S结构，即Browser／Server（浏览器／服务器）结构，是随着Internet技术的兴起，对C／S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户界面完全通过WWW浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓3层（3-tier）结构。B／S结构，主要是利用了不断成熟的WWW浏览器技术，结合浏览器的多种Script语言和ActiveX技术，用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全新的软件系统构造技术。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计(3）C/S结构与B/S结构的综合应用由于Internet技术正处在发展之中，现有浏览器、Web服务器的商品软件在功能上还有待进一步完善，安全性能不是很稳定，所以目前通常情况，在Web服务器上一般是用于查询、检索和公告发布等，而对较为复杂的应用软件开发，较为重要的数据交互操作，则必须由C/S结构来完成，所以数据库服务器在Web上的应用，应该说是有限制的应用。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计1软件系统的总体结构设计任务软件总体结构设计的主要任务就是应用SD方法，将整个系统合理地划分成各个功能模块，正确地处理模块之间与模块内部的联系以及它们之间的调用关系和数据联系，定义各模块的内部结构等等。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计2软件系统总体结构设计的原则

（l）分解--协调原则

（2）信息隐蔽、抽象的原则

（3）自顶向下的原则

（4）一致性原则

（5）面向用户的原则

《管理信息系统》6.2系统总体概要设计1模块的概念

按着SD方法，系统的物理实体是模块。所谓模块是指：具有输入、输出、逻辑功能、运行程序和内部数据等属性的程序段。输入、输出和逻辑功能是模块的外部属性，运行程序和内部数据是模块的内部属性。

模块定义了一组对象，这组对象是一组数据和施加于这组数据上的一组操作，通过模块说明把这组数据的内部结构和操作细节隐藏了起来，提供给外部的只是模块名称和操作说明等。这就是说，模块是一个具有功能的封闭体，外部无法进入模块内部，只能通过模块名调用模块。调用时可以向模块提供参数，被调用模块自行工作，工作完成后输出一定的结果给调用者。只有在一定条件下模块内部定义的某些数据和操作才是可见的。

模块要有数据输入输出。与加工不同，一个模块的输入来源和输出去向是同一实体棗模块的调用者，也就是说，模块从调用者那里获得输入，工作后再把输出退还给调用者。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计2模块结构图

模块经过“自顶向下”的逐层分解，把一个复杂系统分解成几个大模块（或子系统），每个大模块又分解为多个更小的模块。这样就得到具有层次结构的模块结构，称之为模块结构图(ModulerStructuredChart)。模块结构图反映了系统的组成及相互关系。（1）MSC使用的基本符号

数据通讯控制通讯模块调用《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（2）模块调用说明（3）模块结构图的若干概念①主宰与从属②深度③宽度④扇出数、扇入数《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（4）模块结构图中的模块类型①传入模块：从下属模块取得数据，经过某些处理，再将其结果传送给上级模块。②传出模块：从上级模块取得数据，经过某些处理，再将其结果传送给下属模块。③变换模块：也叫加工模块。它从上级模块取得数据，进行特定的处理，转换称其他形式，再传回上级模块。它加工的数据流叫作变换数据流。④协调模块：对所有下属模块进行协调和管理的模块。在系统的输入输出部分或数据加工部分可以找到这样的模块。在一个好的模块结构图中，协调模块应在较高层出现。

《管理信息系统》6.2系统总体概要设计3模块的独立性

所谓模块的独立性，是指软件系统中每个模块只涉及软件要求的具体的子功能，而和软件系统中其它的模块的接口是简单的。例如，若一个模块只具有单一的功能且与其它模块没有太多的联系，那么，我们称此模块具有模块独立性。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（1）模块内聚

一个内聚程度高的模块应当只完成软件过程中的一个单一的任务，而不与程序的其它部分的过程发生联系。也就是说，一个内聚性高的模块（在理想情况下）应当只做一件事。一般模块的内聚性分为七种类型，它们的关系如下图所示。功能内聚顺序内聚通信内聚过程内聚时间内聚逻辑内聚偶然内聚模块内聚性强内聚性高低弱《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（2）模块内聚类型的判断方法如果只需用一个动宾词组就能准确地描述模块的功能，说清楚它做什么，则这个模块就是功能型内聚模块，如果不是一个词组，而是一个复合句子，句子中有逗号，有多个动词，这种模块一定不是功能型内聚模块。

B调录入子菜单C调检验子菜单D调查询子菜单A成绩登录功能型内聚的模块结构《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（3）模块耦合

耦合性是程序结构中各个模块之间相互关联的度量。它取决于各个模块之间接口的复杂程度、调用模块的方式以及哪些信息通过接口。一般模块之间可能的连接方式有6种构成耦合性的六种类型。它们之间的关系如下图所示。

模块耦合类型非直接耦合数据耦合控制耦合外部耦合公共耦合内容耦合耦合性模块独立性低强高弱《管理信息系统》6.2系统总体概要设计4模块结构图的导出

SD设计方法以DFD、DD为基础，从DFD以及DD中给出的加工逻辑描述导出初始模块结构图，然后根据模块设计原则，对初始模块结构图进行优化，得到最后的模块结构图（MSC）。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（1）DFD与MSC间关系分析

DFD与MSC都是对系统的功能描述，前者作逻辑描述，后者作物理描述。但它们都描述了系统把输入数据转换为输出数据的转换功能。这是其共同点，也说明两者间有必然的联系。

DFD与MSC所用基本模型相同。DFD是从系统的高度抽象模型出发，经对加工(即对数据的处理功能)的层层分解而得到的一个多层次的立体构造。其每一个完整层都是系统全部数据处理功能的描述，每一个加工都描述一个数据变换过程。

MSC也以系统的高度抽象模型(黑箱)为出发点，经对黑箱(系统或子系统)的层层分解而形成的一个平面树。MSC是系统全部功能的描述，其中的每一个模块都是一个数据处理过程。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（2）DFD的类型

要把DFD转换为MSC，首先要确认DFD的类型，不同类型的DFD其转换方法有所不同。DFD形态各异，变化多端。但仔细分析我们发现DFD实际上只有两种基本类型，而大多数DFD是由这两种基本DFD复合而成的。

1）变换型DFD。

2）事务型DFD。

3）复合型DFD。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（3）从变换型DFD导出MSC

把变换型DFD转换为MSC的关键是确定变换中心。具体步骤是：

1）找出逻辑输入、逻辑输出，确定输入、变换中心和输出三大部分。

2）设计顶层模块．把输入、变换中心和输出连到顶层模块下作为第二级模块。

3）其它加工以数据流连线为据自然下垂，作为下级模块。

4）标注模块名、数据流名、控制流名、调用关系等。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（4）从事务型DFD导出MSC

事务型DFD的前事务中心一般起判断作用，然后选择某一支路进行数据处理，这种作用正是MSC中管理模块的作用。具体转换步骤为；

1）找出前事务中心，如果有后事务中心也一并找出。

2）设计顶层模块．建立一个“事务类型获取“模块。把“事务类型获取”模块和“事务中心调度”模块连接到顶层模块作为第二级模块。

3）其它加工以数据流连线为据自然下垂，作为下级模块。如果有后事务中心，将其作为二级模块。

4)

标注模块名、数据流名、控制流名、调用关系等。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计（5）从复合型DFD导出MSC

一般，一个大型的软件系统是变换型结构和事务型结构的混合结构。通常利用以变换分析为主，事务分析为辅的方式进行软件结构设计。

在系统结构设计时，首先利用变换分析方法把软件系统分为输入、中心变换和输出3个部分，设计上层模块，即主模块和第一层模块。然后根据数据流图各部分的结构特点，适当地利用变换分析或事务分析，可以得到初始模块结构图。《管理信息系统》6.2系统总体概要设计5模块结构图的优化开始MSC必须进行优化处理，优化MSC的首要原则是提高或保持模块的独立性。除此之外还要考虑：

（1）模块的作用范围与控制范围。

（2）模块的扇出系数。

（3）模块的扇入系数。

（4）力求设计单入口、单出口的模块。

（5）模块的规模。《管理信息系统》7.3系统详细设计1信息与数据

（1）现实世界

（2）信息世界

（3）数据世界《管理信息系统》6.3系统详细设计2信息模型(1）信息模型的要素信息模型的主要要素是实体（Entity），任何客观存在的事物均可以是实体，这个事物可以是人，也可以是物；可以指实际的东西，也可以指概念性的东西。信息模型中的另一要素是属性（Attribute），属性是实体（事物）的某一方面的性质或特性。信息模型中还有另一个重要要素是联系（Relationship），联系是指客观存在的事物之间的相互关系，通常是指实体集与实体集之间的关系。实体分为两个层次：个体和实体集（总体）。个体是指能相互区分的、特定的单个实体。实体集（总体）是同类个体的集合。《管理信息系统》6.3系统详细设计（2）两个实体集之间相互联系的方式两个实体集之间的联系是信息模型中最基本的联系，实体之间的联系实际上反映了实体之间的语义关系。例如“教师”和“课程”两个实体存在着内在联系，教师的本职工作就是上课，于是通过“任课”自然就将“教师”和“课程”两实体联系起来：表示某教师上什么课和某门课由哪些教师承担。这里的“任课”起联系作用，联系也是实体，所以联系也可以有属性。

实体间联系情况比较复杂，就其联系方式而言,分以下三种：

〓一对一联系（简记为l：1）

〓一对多联系（简记为1：n）

〓多对多联系（简记为m：n）《管理信息系统》6.3系统详细设计图实体间的三种联系方式

《管理信息系统》6.3系统详细设计（3）实体联系表示法（E－R方法）实体联系表示法简称E－R方法（Entity-RelationshipApproach）。此法通过所谓E－R图表示实体及其联系，是P．P．Chen1976年提出的，现已广泛用于数据库设计中。因为它从本质上反映了一个信息系统的信息、组织情况。所以在设计数据库时，人们往往把E－R图作为一个中间步骤，先用E－R图准确地反映信息，再从E－R图出发构造数据模型，会使问题变得简单，容易被用户所理解，可不犯或少犯错误。E-R模型中使用的基本符号如下图所示：

E-R图基本图素实体集联系属性《管理信息系统》6.3系统详细设计3数据模型（1）数据模型的概念一般来说，一个数据库的数据模型至少应包含以下三个组成部分：

一组规定的用以构造数据库的基本数据结构类型一组数据操作或推导规则完整性约束规则《管理信息系统》6.3系统详细设计（2）数据模型与信息模型的关系信息模型和数据模型要素的对应关系如下：

实体一记录；实体型一记本型；

实体集一文件；个体一特定记录；

属性一数据项；属性名一数据项型；属性值一数据项值。《管理信息系统》6.3系统详细设计（3）常见数据模型①层次模型②网状模型③关系模型《管理信息系统》6.3系统详细设计4关系范式化在设计关系数据库时，如果随意建立关系模式，则可能会出现诸多弊病，较好的关系模式必须满足一定的规范化要求。一个关系模式满足某一指定的约束，称此关系模式为特定范式的关系模式。满足不同程度的要求构成不同的范式级别。关系模式一般有下列几种范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、BCNF和第四范式（4NF）。一般分解到第三范式即可。对关系最基本的要求，即最低级别的范式叫做第一范式，记为1NF。《管理信息系统》7.3系统详细设计5数据库的组成与结构（1）数据库系统体系结构图SPARC分级结构

《管理信息系统》6.3系统详细设计（2）数据库系统的组成数据库系统由数据库、支持数据库运行的软硬件、数据库管理系统和应用程序等部分组成。

◆数据库◆硬件与软件◆人员《管理信息系统》6.3系统详细设计

（3）数据库管理系统（DBMS）

♦数据库定义功能

♦数据库操纵功能

♦映射功能

♦程序设计语言

♦数据库运行控制功能

♦数据库维护功能图DBMS在计算机层次结构中的地位

《管理信息系统》6.3系统详细设计6关系数据库（1）关系的性质①不允许“表中套表”，即表中元组分量必须是原子的。②表中各列取自同一个域，因此一列中的各个分量具有相同性质。③列的次序可以任意交换，不改变关系的实际意义。④表中的行叫元组，代