计算机软件架构设计知识梳理

计算机软件架构设计知识梳理姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.计算机软件架构设计的主要目的是什么？

A.降低软件复杂性

B.提高软件质量

C.提高软件的可维护性和可扩展性

D.以上都是

2.以下哪个不属于软件架构设计原则？

A.开闭原则（OpenClosedPrinciple）

B.单一职责原则（SingleResponsibilityPrinciple）

C.依赖倒置原则（DependencyInversionPrinciple）

D.软件架构设计原则

3.在软件架构设计中，哪一种架构风格通常用于实现分布式计算？

A.客户端服务器架构

B.微服务架构

C.层次化架构

D.事件驱动架构

4.软件架构的哪些方面通常在架构设计过程中需要考虑？

A.功能

B.可用性

C.安全性

D.以上都是

5.以下哪个不是软件架构的三层结构？

A.表示层

B.业务逻辑层

C.数据访问层

D.硬件层

6.在软件架构设计中，什么是架构约束？

A.软件架构设计过程中必须遵守的限制条件

B.软件架构设计过程中可选择的规则

C.软件架构设计过程中推荐的最佳实践

D.软件架构设计过程中无关的因素

7.哪一种架构模式通常用于处理并发访问？

A.单例模式

B.观察者模式

C.线程池模式

D.责任链模式

8.在软件架构设计中，什么是架构复用？

A.在不同的软件系统中重复使用相同的软件架构

B.在软件架构设计中重复使用相同的组件

C.在软件架构设计中重复使用相同的架构风格

D.在软件架构设计中重复使用相同的架构约束

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：计算机软件架构设计的主要目的是多方面的，包括降低软件复杂性、提高软件质量、提高软件的可维护性和可扩展性等，因此选择D。

2.答案：D

解题思路：A、B、C选项都是软件架构设计原则，而D选项是关于软件架构设计原则的描述，因此不属于软件架构设计原则。

3.答案：B

解题思路：分布式计算通常需要多个节点协同工作，微服务架构能够实现这种分布式计算。

4.答案：D

解题思路：软件架构设计过程中需要考虑功能、可用性、安全性等多个方面，以保证软件架构的稳定性。

5.答案：D

解题思路：表示层、业务逻辑层、数据访问层是软件架构的三层结构，硬件层不属于软件架构的三层结构。

6.答案：A

解题思路：架构约束是指在软件架构设计过程中必须遵守的限制条件。

7.答案：C

解题思路：线程池模式能够有效地处理并发访问。

8.答案：A

解题思路：架构复用是指在不同的软件系统中重复使用相同的软件架构。二、填空题1.软件架构设计的主要目的是_________。

答案：保证软件系统的质量属性，如功能、可扩展性、可维护性、安全性和可靠性等。

2.软件架构设计原则包括_________、_________、_________等。

答案：单一职责原则、开闭原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、接口隔离原则、组合/聚合复用原则、迪米特法则等。

3.在软件架构设计中，分层架构通常包括_________、_________、_________三层。

答案：表示层、业务逻辑层、数据访问层。

4.软件架构的_______、_______、_______等方面需要在设计过程中进行考虑。

答案：功能、可扩展性、可维护性。

5.软件架构的_______通常用于实现分布式计算。

答案：分布式架构。

6.软件架构的_______通常用于处理并发访问。

答案：并发架构。

7.在软件架构设计中，_______是软件架构的三层结构之一。

答案：业务逻辑层。

8.软件架构的_______需要在设计过程中进行考虑。

答案：安全性。

答案及解题思路：

1.答案：保证软件系统的质量属性，如功能、可扩展性、可维护性、安全性和可靠性等。

解题思路：软件架构设计旨在保证软件系统能够满足预定的质量要求，这些要求通常包括功能、可扩展性、可维护性等多个方面。

2.答案：单一职责原则、开闭原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、接口隔离原则、组合/聚合复用原则、迪米特法则等。

解题思路：软件架构设计原则是指导设计者进行架构设计的规则，这些原则有助于提高软件架构的清晰性、可维护性和可扩展性。

3.答案：表示层、业务逻辑层、数据访问层。

解题思路：分层架构是将系统分解为不同的层，每层负责特定的功能，这种设计模式有助于提高系统的模块化和可维护性。

4.答案：功能、可扩展性、可维护性。

解题思路：在设计软件架构时，必须考虑系统的功能，保证其能够高效地处理任务；同时架构应具备良好的可扩展性，以适应未来需求的变化；可维护性则是保证系统长期稳定运行的关键。

5.答案：分布式架构。

解题思路：分布式架构允许系统在多个计算机上运行，实现任务的分布处理，从而提高计算效率和系统的可扩展性。

6.答案：并发架构。

解题思路：并发架构设计允许系统同时处理多个任务，提高系统的响应速度和吞吐量。

7.答案：业务逻辑层。

解题思路：在三层架构中，业务逻辑层负责处理业务逻辑，是连接表示层和数据访问层的关键层。

8.答案：安全性。

解题思路：安全性是软件架构设计中的一个重要方面，需要保证系统在面临安全威胁时能够有效地保护数据和用户隐私。三、判断题1.软件架构设计只关注软件内部模块的划分。

答案：错误

解题思路：软件架构设计不仅关注软件内部模块的划分，还包括模块之间的关系、组件之间的通信机制、系统整体的结构和功能等方面。

2.软件架构设计原则中的开闭原则是指对扩展开放，对修改封闭。

答案：正确

解题思路：开闭原则是软件设计中的一个重要原则，它要求软件实体（如类、模块等）对扩展开放，对修改封闭，即在不修改原有代码的基础上，可以增加新的功能。

3.软件架构的三层结构包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。

答案：正确

解题思路：三层结构是软件架构设计中常见的一种结构，它将系统分为表示层、业务逻辑层和数据访问层，各层之间相互独立，有利于系统的维护和扩展。

4.软件架构的架构约束包括技术约束、功能约束、安全约束等。

答案：正确

解题思路：软件架构的架构约束是指在设计和实现软件架构时需要遵循的一系列限制条件，包括技术约束、功能约束、安全约束等，以保证系统的稳定性和可靠性。

5.软件架构的架构复用是指在不同的项目中重复使用相同的架构模式。

答案：正确

解题思路：架构复用是指在软件开发过程中，将已经成功应用过的架构模式或设计方案应用于新的项目中，以提高开发效率和降低成本。

6.在软件架构设计中，分层架构通常用于实现分布式计算。

答案：正确

解题思路：分层架构可以将系统划分为多个层次，每个层次负责不同的功能，有利于实现分布式计算，提高系统的可扩展性和可维护性。

7.软件架构的架构模式包括分层架构、客户端服务器架构、微服务架构等。

答案：正确

解题思路：软件架构模式是指在软件架构设计过程中，根据系统需求和应用场景选择合适的架构模式，常见的架构模式包括分层架构、客户端服务器架构、微服务架构等。

8.软件架构的架构风格包括分层架构、事件驱动架构、面向对象架构等。

答案：正确

解题思路：软件架构风格是指在软件架构设计过程中，根据系统需求和应用场景选择合适的架构风格，常见的架构风格包括分层架构、事件驱动架构、面向对象架构等。四、简答题1.简述软件架构设计的目的和意义。

答案：

软件架构设计的目的是保证软件系统满足业务需求、技术需求以及非功能性需求，同时保持系统的可维护性、可扩展性和可移植性。其意义在于：

提高软件系统的质量和可靠性；

降低软件开发和维护成本；

提高开发效率；

增强系统的可扩展性和可维护性；

帮助团队更好地理解和协作。

解题思路：

首先阐述软件架构设计的目的，然后列举其具体意义，结合实际案例进行说明。

2.列举软件架构设计原则及其含义。

答案：

软件架构设计原则包括：

单一职责原则：一个模块只负责一项职责；

开放封闭原则：软件实体（类、模块等）应当对扩展开放，对修改封闭；

依赖倒置原则：高层模块不应该依赖于低层模块，两者都应该依赖于抽象；

接口隔离原则：客户端不应该依赖于它不使用的接口；

迪米特法则：一个类应该对其他类尽可能少地知道。

解题思路：

列举软件架构设计原则，并对每个原则进行简要解释，结合实际案例说明其应用。

3.简述软件架构的三层结构及其作用。

答案：

软件架构的三层结构包括：

表示层：负责用户界面、数据显示等；

业务层：负责业务逻辑处理、数据访问等；

数据访问层：负责数据持久化、数据库访问等。

作用：

分层实现模块之间的解耦；

提高代码的可维护性和可扩展性；

降低开发难度，便于分工合作。

解题思路：

介绍软件架构的三层结构，并阐述每一层的作用，结合实际案例说明。

4.简述软件架构的架构约束及其类型。

答案：

软件架构的架构约束包括：

技术约束：如数据库技术、编程语言等；

业务约束：如业务需求、法律法规等；

非功能性约束：如功能、安全性、可靠性等。

类型：

设计约束：如设计模式、架构风格等；

实施约束：如开发环境、硬件平台等。

解题思路：

介绍软件架构的架构约束，并列举其类型，结合实际案例说明。

5.简述软件架构的架构复用及其方法。

答案：

软件架构的架构复用是指将已有的软件架构应用于新的项目中，以提高开发效率和质量。方法包括：

架构模板：提供可复用的架构模板，供项目团队参考；

架构库：收集和整理可复用的架构组件，供项目团队使用；

架构风格：推广和普及特定的架构风格，提高架构复用率。

解题思路：

介绍软件架构的架构复用，并列举其方法，结合实际案例说明。

6.简述软件架构的架构风格及其特点。

答案：

软件架构的架构风格包括：

事件驱动架构：以事件为中心，处理事件响应；

面向对象架构：以对象为中心，封装数据和行为；

客户端服务器架构：将系统分为客户端和服务器，实现分布式计算；

微服务架构：将系统拆分为多个独立的服务，实现高可用性和可扩展性。

特点：

具有明确的系统边界；

具有良好的可扩展性和可维护性；

具有较高的灵活性。

解题思路：

介绍软件架构的架构风格，并列举其特点，结合实际案例说明。

7.简述软件架构的架构模式及其应用场景。

答案：

软件架构的架构模式包括：

MVC模式：将系统分为模型、视图和控制器，实现数据、界面和逻辑的分离；

服务导向架构（SOA）：将系统分解为多个服务，实现服务之间的松耦合；

容器化架构：将应用程序部署在容器中，实现轻量级、可扩展的部署。

应用场景：

MVC模式：适用于Web应用、桌面应用等；

SOA：适用于企业级应用、分布式系统等；

容器化架构：适用于云计算、大数据等场景。

解题思路：

介绍软件架构的架构模式，并列举其应用场景，结合实际案例说明。

8.简述软件架构设计过程中的关键步骤。

答案：

软件架构设计过程中的关键步骤包括：

需求分析：明确系统需求，包括功能性需求和非功能性需求；

架构设计：根据需求分析，设计软件架构，包括系统边界、组件划分、接口定义等；

架构评审：对设计的架构进行评审，保证其满足需求、遵循原则和约束；

架构演进：根据项目进展和需求变化，对架构进行调整和优化。

解题思路：

介绍软件架构设计过程中的关键步骤，并对每个步骤进行简要解释，结合实际案例说明。五、论述题1.结合实际案例，论述软件架构设计在项目开发过程中的重要性。

答案：

在实际案例中，例如某电商平台的项目开发，软件架构设计对于项目的成功。良好的软件架构设计可以保证系统的可扩展性、可维护性和高可用性。例如采用微服务架构，使得各个服务可以独立部署，便于维护和升级。而如果没有合理的架构设计，可能会导致后期系统功能低下，难以维护，甚至影响业务的正常运行。

解题思路：

1.选择具有代表性的实际案例；

2.分析该案例中软件架构设计的重要性；

3.总结软件架构设计对项目开发的积极影响。

2.论述软件架构设计原则在软件架构设计中的应用及其意义。

答案：

软件架构设计原则是指导架构师进行设计的基本准则，它们在软件架构设计中的应用具有重要意义。例如单一职责原则（SRP）要求模块职责单一，有利于降低模块之间的耦合度；开闭原则（OCP）要求系统易于扩展，便于后期维护。在实际应用中，遵循这些原则可以提高软件架构的质量，降低风险。

解题思路：

1.列举常见的软件架构设计原则；

2.分析每个原则在软件架构设计中的应用；

3.总结遵循软件架构设计原则的意义。

3.论述软件架构的三层结构在项目开发过程中的作用及其优势。

答案：

三层结构是一种常见的软件架构模式，包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。在实际项目中，三层结构可以有效地将业务逻辑与数据访问分离，降低模块间的耦合度。其优势在于提高了代码的可维护性和可扩展性，使得系统更加稳定。

解题思路：

1.介绍三层结构的基本概念；

2.分析三层结构在项目开发过程中的作用；

3.总结三层结构的优势。

4.论述软件架构的架构约束在项目开发过程中的影响及其处理方法。

答案：

软件架构的架构约束会对项目开发产生影响，如功能、安全性、可靠性等方面的限制。针对这些约束，可以采取以下处理方法：进行功能优化、加强安全性控制、提高代码质量等。

解题思路：

1.列举常见的软件架构约束；

2.分析架构约束对项目开发的影响；

3.提出相应的处理方法。

5.论述软件架构的架构复用在实际项目中的应用及其优势。

答案：

软件架构复用是指在项目开发过程中，利用已有的软件架构组件进行构建，以减少重复开发工作。在实际项目中，架构复用可以提高开发效率，降低成本，同时保证系统的稳定性和可维护性。

解题思路：

1.介绍软件架构复用的概念；

2.分析架构复用在实际项目中的应用；

3.总结架构复用的优势。

6.论述软件架构的架构风格在项目开发过程中的作用及其选择方法。

答案：

软件架构风格是指系统组织方式的抽象表示，它对项目开发过程中的设计决策具有指导作用。选择合适的架构风格可以提高开发效率，降低风险。选择方法包括分析项目需求、参考最佳实践和借鉴现有架构等。

解题思路：

1.列举常见的软件架构风格；

2.分析架构风格在项目开发过程中的作用；

3.提出选择架构风格的方法。

7.论述软件架构的架构模式在项目开发过程中的应用及其选择依据。

答案：

软件架构模式是一组具有相似结构和功能的架构解决方案。在实际项目中，选择合适的架构模式可以加快开发进度，降低风险。选择依据包括项目需求、团队经验和架构模式的适用范围等。

解题思路：

1.列举常见的软件架构模式；

2.分析架构模式在项目开发过程中的应用；

3.提出选择架构模式的依据。

8.论述软件架构设计过程中的关键步骤及其注意事项。

答案：

软件架构设计过程包括需求分析、架构设计、评审与迭代等关键步骤。在过程中，需要注意以下几个方面：明确需求、合理划分模块、遵循设计原则、进行功能评估和安全性分析等。

解题思路：

1.列举软件架构设计过程中的关键步骤；

2.分析每个步骤中的注意事项；

3.总结软件架构设计过程中的关键要点。六、设计题1.设计一个简单的Web应用架构，包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。

答案：

表示层：使用HTML、CSS和JavaScript构建用户界面，提供用户交互。

业务逻辑层：通过后端编程语言（如Java、Python或Node.js）实现业务逻辑处理，如用户认证、数据处理等。

数据访问层：负责与数据库交互，执行增删改查操作，可以使用ORM（对象关系映射）工具简化数据库操作。

解题思路：

首先明确Web应用的三层架构，然后针对每一层进行详细设计。表示层设计应关注用户体验和前端技术；业务逻辑层设计应关注业务规则和数据处理；数据访问层设计应关注数据持久化和数据库交互。

2.设计一个基于微服务架构的电商平台，包括订单服务、库存服务、支付服务等。

答案：

订单服务：负责处理订单创建、修改、取消等操作，与库存服务、支付服务交互。

库存服务：管理商品库存信息，提供库存查询、库存更新等接口。

支付服务：处理支付请求，与银行或第三方支付平台交互，保证支付安全。

解题思路：

基于微服务架构，将电商平台拆分为多个独立的服务，每个服务负责特定功能。设计时考虑服务间的通信机制，如RESTfulAPI或消息队列，保证服务的高可用性和可扩展性。

3.设计一个基于事件驱动架构的实时监控系统，包括数据采集、数据处理、数据展示等模块。

答案：

数据采集：通过传感器、日志文件或其他数据源实时收集数据。

数据处理：对采集到的数据进行清洗、转换和聚合，以便后续分析。

数据展示：将处理后的数据以图表、报表等形式展示给用户。

解题思路：

采用事件驱动架构，使系统具备异步处理能力。设计时考虑事件的、传输和消费机制，保证系统的高效性和实时性。

4.设计一个基于面向对象架构的银行系统，包括账户管理、转账、查询等模块。

答案：

账户管理：管理用户账户信息，包括开户、销户、修改密码等操作。

转账：实现用户间资金转账，包括转账发起、确认、完成等流程。

查询：提供账户余额、交易记录等查询功能。

解题思路：

基于面向对象架构，将银行系统分解为多个类和对象，每个类负责特定功能。设计时考虑类之间的关系，如继承、组合和关联，保证系统模块化、可扩展和可维护。

5.设计一个基于分层架构的在线教育平台，包括课程管理、学生管理、教师管理等模块。

答案：

课程管理：负责课程创建、编辑、删除等操作，以及课程资源的和管理。

学生管理：管理学生信息，包括注册、成绩录入、学籍管理等。

教师管理：管理教师信息，包括教师注册、课程分配、教学任务管理等。

解题思路：

采用分层架构，将在线教育平台分为表现层、业务逻辑层和数据访问层。设计时关注各层之间的职责划分和交互，保证系统的高内聚和低耦合。

6.设计一个基于分布式架构的社交网络平台，包括用户管理、消息传递、好友关系管理等模块。

答案：

用户管理：管理用户信息，包括注册、登录、个人信息管理等。

消息传递：实现用户间消息的发送、接收和展示。

好友关系管理：管理用户好友关系，包括添加、删除、查看等操作。

解题思路：

基于分布式架构，将社交网络平台拆分为多个节点，每个节点负责特定功能。设计时考虑数据一致性和分布式系统通信机制，如RPC或RESTfulAPI。

7.设计一个基于服务导向架构的企业信息集成平台，包括数据交换、服务管理、安全管理等模块。

答案：

数据交换：实现企业内部及外部数据源的集成和交换。

服务管理：提供服务的注册、发觉、调用和管理功能。

安全管理：保证平台安全，包括身份认证、访问控制、数据加密等。

解题思路：

采用服务导向架构，将企业信息集成平台拆分为多个服务，每个服务提供特定功能。设计时关注服务之间的交互和服务治理，保证平台的高效性和安全性。

8.设计一个基于云计算架构的云存储服务，包括数据存储、数据备份、数据恢复等模块。

答案：

数据存储：提供大规模数据存储能力，支持数据持久化和访问。

数据备份：定期备份数据，保证数据不丢失。

数据恢复：在数据丢失或损坏时，提供数据恢复功能。

解题思路：

基于云计算架构，将云存储服务部署在云平台，实现弹性扩展和高效资源利用。设计时关注数据存储、备份和恢复机制，保证数据的可靠性和安全性。七、应用题1.根据以下需求，设计一个符合软件架构设计原则的在线购物系统。

需求：实现商品展示、购物车、订单处理、支付等功能。

答案及解题思路：

在线购物系统架构设计

应用层：用户界面（UI）、业务逻辑处理、数据访问

UI：提供商品浏览、购物车、订单查询、支付页面等

业务逻辑：处理商品查询、添加购物车、下单、支付流程等

数据访问：与数据库交互，处理数据查询、修改等操作

服务层：API接口服务、安全服务、缓存服务

API接口服务：提供与其他系统（如库存、支付系统）的交互接口

安全服务：处理用户认证、授权等安全相关功能

缓存服务：缓存热门商品、用户数据等，提高系统响应速度

数据层：数据库、数据仓库

数据库：存储商品信息、用户信息、订单信息等

数据仓库：进行数据分析，提供数据统计和报表功能

解题思路：

该系统采用分层架构，应用层处理用户请求和业务逻辑，服务层提供接口和服务支持，数据层存储数据并提供数据查询功能。采用这种设计可以提高系统可扩展性、易维护性。

2.根据以下需求，设计一个符合软件架构设计原则的医院信息系统。

需求：实现患者信息管理、预约挂号、就诊记录、药品管理等功能。

答案及解题思路：

医院信息系统架构设计

应用层：用户界面、业务逻辑、数据访问

用户界面：提供患者信息录入、预约挂号、就诊记录查询等功能

业务逻辑：处理患者信息管理、预约挂号、就诊记录、药品管理等业务

数据访问：与数据库交互，实现数据查询、修改等操作

服务层：API接口服务、认证服务、缓存服务

API接口服务：提供与其他系统（如检查、检验等）的交互接口

认证服务：处理用户登录、权限管理等安全相关功能

缓存服务：缓存热门数据、患者信息等，提高系统响应速度

数据层：数据库、数据仓库

数据库：存储患者信息、预约