GIS软件工程的总体设计.ppt

第二节第二节第二节第二节 软件体系结构设计软件体系结构设计软件体系结构设计软件体系结构设计一、体系结构一、体系结构一、体系结构一、体系结构n n软件体系结构是软件系统中最本质的东西。软件体系结构是软件系统中最本质的东西。软件体系结构是软件系统中最本质的东西。软件体系结构是软件系统中最本质的东西。n n良好的体系结构必须是普适、高效和稳定的。良好的体系结构必须是普适、高效和稳定的。良好的体系结构必须是普适、高效和稳定的。良好的体系结构必须是普适、高效和稳定的。n n软件的体系结构包含软件构件、构件对外可见的性质以及软件的体系结构包含软件构件、构件对外可见的性质以及软件的体系结构包含软件构件、构件对外可见的性质以及软件的体系结构包含软件构件、构件对外可见的性质以及它们之间的关系。它们之间的关系。它们之间的关系。它们之间的关系。1二、面向数据流的设计二、面向数据流的设计二、面向数据流的设计二、面向数据流的设计n n结构化开发方法（结构化开发方法（结构化开发方法（结构化开发方法（Structured Developing MethodStructured Developing MethodStructured Developing MethodStructured Developing Method）由：）由：）由：）由：结构化分析方法（结构化分析方法（结构化分析方法（结构化分析方法（SASASASA法）、结构化设计方法（法）、结构化设计方法（法）、结构化设计方法（法）、结构化设计方法（SDSDSDSD法）及法）及法）及法）及结构化程序设计方法（结构化程序设计方法（结构化程序设计方法（结构化程序设计方法（SPSPSPSP法）构成的。法）构成的。法）构成的。法）构成的。n n面向数据流的设计方法又称结构化设计。面向数据流的设计方法又称结构化设计。面向数据流的设计方法又称结构化设计。面向数据流的设计方法又称结构化设计。n n结构化设计方法主要完成软件系统的总体结构设计。结构化设计方法主要完成软件系统的总体结构设计。结构化设计方法主要完成软件系统的总体结构设计。结构化设计方法主要完成软件系统的总体结构设计。2n nSDSDSDSD方法的中心任务：方法的中心任务：方法的中心任务：方法的中心任务：把用把用把用把用DFDDFDDFDDFD图图图图表示的表示的表示的表示的系统分析系统分析系统分析系统分析模型方便模型方便模型方便模型方便地转换为地转换为地转换为地转换为软件结构软件结构软件结构软件结构的的的的设计模型设计模型设计模型设计模型；DFD DFD DFD DFD System Hierarchy System Hierarchy System Hierarchy System Hierarchy3 三、数据流的三、数据流的三、数据流的三、数据流的分类与面向数据流的设计过程分类与面向数据流的设计过程分类与面向数据流的设计过程分类与面向数据流的设计过程在软件工程的需求分析阶段，在软件工程的需求分析阶段，在软件工程的需求分析阶段，在软件工程的需求分析阶段，信息流信息流信息流信息流是一个关键考虑，是一个关键考虑，是一个关键考虑，是一个关键考虑，通常用数据流图描绘信息在系统中加工和流动的情况。通常用数据流图描绘信息在系统中加工和流动的情况。通常用数据流图描绘信息在系统中加工和流动的情况。通常用数据流图描绘信息在系统中加工和流动的情况。面向数据流的设计方法面向数据流的设计方法面向数据流的设计方法面向数据流的设计方法定义了一些不同的定义了一些不同的定义了一些不同的定义了一些不同的“映射映射映射映射”，利，利，利，利用这些映射可以把数据流图变换成软件结构。用这些映射可以把数据流图变换成软件结构。用这些映射可以把数据流图变换成软件结构。用这些映射可以把数据流图变换成软件结构。4Internal representationInternal representationInformationInformationTransform flowTransform flowOutgoingOutgoingflowflowIncomingIncomingflowflowExternal External representationrepresentationTimeTime1.数据流的数据流的数据流的数据流的分类分类分类分类 （1 1）变换流变换流变换流变换流(Transform Flow)(Transform Flow)5输入输入输入输入路径路径路径路径变换变换变换变换中心中心中心中心输出输出输出输出路径路径路径路径变换中心的任务：就是通过计算或者处理，把系统的输入变换中心的任务：就是通过计算或者处理，把系统的输入变换中心的任务：就是通过计算或者处理，把系统的输入变换中心的任务：就是通过计算或者处理，把系统的输入流变换为系统的输出流。流变换为系统的输出流。流变换为系统的输出流。流变换为系统的输出流。6（2 2）事务流）事务流）事务流）事务流(Transaction Flow)(Transaction Flow)n n 当当当当信信信信息息息息流流流流具具具具有有有有明明明明显显显显的的的的“发发发发射射射射中中中中心心心心”时时时时，可可可可归归归归结结结结为事务流。为事务流。为事务流。为事务流。n n 数数数数据据据据沿沿沿沿输输输输入入入入通通通通路路路路到到到到达达达达一一一一个个个个处处处处理理理理T T T T，这这这这个个个个处处处处理理理理根根根根据据据据输输输输入入入入数数数数据据据据的的的的类类类类型型型型在在在在若若若若干干干干个个个个动动动动作作作作序序序序列列列列中中中中选选选选出出出出一一一一个个个个来来来来执执执执行。行。行。行。T TTransactionTransactionrequestrequest Action pathsAction paths 事务事务中心中心7事务型结构的系统基本模型事务型结构的系统基本模型事务型结构的系统基本模型事务型结构的系统基本模型n n 这这这这类类类类系系系系统统统统的的的的特特特特征征征征，是是是是具具具具有有有有在在在在多多多多种种种种事事事事务务务务中中中中执执执执行行行行某类事务的能力。某类事务的能力。某类事务的能力。某类事务的能力。8 T TTransactionTransactionrequestrequest Action pathsAction paths 事事事事务务务务中中中中心心心心事务中心完成下述任务：事务中心完成下述任务：事务中心完成下述任务：事务中心完成下述任务：（1 1）接收输入数据（输入）接收输入数据（输入）接收输入数据（输入）接收输入数据（输入数据又称为事务）；数据又称为事务）；数据又称为事务）；数据又称为事务）；（2 2）分析每个事务以确定）分析每个事务以确定）分析每个事务以确定）分析每个事务以确定它的类型；它的类型；它的类型；它的类型；（3 3）根据事务类型选取一）根据事务类型选取一）根据事务类型选取一）根据事务类型选取一条活动通路。条活动通路。条活动通路。条活动通路。9“变换变换变换变换”“事务事务事务事务”精化数据流图精化数据流图精化数据流图精化数据流图流类型流类型流类型流类型区分事务中心和区分事务中心和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数据接收通路数据接收通路区分输入和区分输入和区分输入和区分输入和输出分支输出分支输出分支输出分支映射成事务结构映射成事务结构映射成事务结构映射成事务结构映射成变换结构映射成变换结构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全程数据结构全程数据结构复复复复 查查查查详细设计详细设计详细设计详细设计变换分析变换分析变换分析变换分析事务分析事务分析事务分析事务分析2.2.面向数据流的设计过程面向数据流的设计过程面向数据流的设计过程面向数据流的设计过程10 例：汽车数字仪表板的设计例：汽车数字仪表板的设计例：汽车数字仪表板的设计例：汽车数字仪表板的设计功能：功能：功能：功能：通过模通过模通过模通过模-数转换实现传感器和微处理机接口；数转换实现传感器和微处理机接口；数转换实现传感器和微处理机接口；数转换实现传感器和微处理机接口；在发光二极管面板上显示数据；在发光二极管面板上显示数据；在发光二极管面板上显示数据；在发光二极管面板上显示数据；指示每小时英里数指示每小时英里数指示每小时英里数指示每小时英里数(mph)(mph)，行驶的里程，每加仑油行驶的里程，每加仑油行驶的里程，每加仑油行驶的里程，每加仑油行驶的英里数行驶的英里数行驶的英里数行驶的英里数(mpg)(mpg)等等；等等；等等；等等；指示加速或减速；指示加速或减速；指示加速或减速；指示加速或减速；如果车速超过如果车速超过如果车速超过如果车速超过55mph,55mph,则发出警告铃声。则发出警告铃声。则发出警告铃声。则发出警告铃声。四、变换分析四、变换分析四、变换分析四、变换分析 变换分析是一系列设计步骤的总称，经过这些步骤把变换分析是一系列设计步骤的总称，经过这些步骤把变换分析是一系列设计步骤的总称，经过这些步骤把变换分析是一系列设计步骤的总称，经过这些步骤把具有变换流特点的数据流图具有变换流特点的数据流图具有变换流特点的数据流图具有变换流特点的数据流图按预先确定的模式按预先确定的模式按预先确定的模式按预先确定的模式映射成软件映射成软件映射成软件映射成软件结构结构结构结构。11设计步骤：设计步骤：设计步骤：设计步骤：n n 第第第第1 1步：复查基本步：复查基本步：复查基本步：复查基本系统模型；系统模型；系统模型；系统模型；n n 第第第第2 2步：复查并精步：复查并精步：复查并精步：复查并精化数据流图；化数据流图；化数据流图；化数据流图；12n n 第第第第3 3步步步步 确定确定确定确定数据流图具有数据流图具有数据流图具有数据流图具有变换性还是事变换性还是事变换性还是事变换性还是事务特性；务特性；务特性；务特性；13燃料流燃料流 传感器信号传感器信号SPS旋转信号旋转信号读读旋转信旋转信号号收集和收集和求平均求平均确定加确定加/减速减速转换成转换成转转/分分计算里计算里程程计算计算mph,超超速值速值产生产生加加/减速减速显示显示计算燃计算燃料消耗料消耗计算计算gph读和校读和校核核产生产生mpg显显示示产生产生mph显显示示发出铃发出铃声声产生里产生里程显示程显示SPS SPS箭头指示箭头指示燃烧流燃烧流上箭头上箭头水平线水平线下箭头下箭头rpmrpmgphmphmpgmph超速值超速值英里英里显示显示铃声铃声mph显示显示mpg显示显示n n 第第第第4 4步步步步 确定确定确定确定输入流和输出输入流和输出输入流和输出输入流和输出流的边界，从流的边界，从流的边界，从流的边界，从而孤立出变换而孤立出变换而孤立出变换而孤立出变换中心；中心；中心；中心；14n n 第第第第5 5步步步步 完成完成完成完成“第一级分解第一级分解第一级分解第一级分解”第一级分解的方法第一级分解的方法第一级分解的方法第一级分解的方法 对于变换流的情况，数据流图被映射成一个特殊的软件对于变换流的情况，数据流图被映射成一个特殊的软件对于变换流的情况，数据流图被映射成一个特殊的软件对于变换流的情况，数据流图被映射成一个特殊的软件结构，这个结构控制输入、变换和输出等信息处理过程。结构，这个结构控制输入、变换和输出等信息处理过程。结构，这个结构控制输入、变换和输出等信息处理过程。结构，这个结构控制输入、变换和输出等信息处理过程。控制模块控制模块控制模块控制模块 Cm Cm协调下述从协调下述从协调下述从协调下述从属的控制功能：属的控制功能：属的控制功能：属的控制功能：uu 输入信息处理控制模输入信息处理控制模输入信息处理控制模输入信息处理控制模块块块块 CaCa；uu 变换中心控制模块变换中心控制模块变换中心控制模块变换中心控制模块CtCt；uu 输出信息处理控制模输出信息处理控制模输出信息处理控制模输出信息处理控制模块块块块 CeCe；15数字仪表板系统的第一级分解数字仪表板系统的第一级分解数字仪表板系统的第一级分解数字仪表板系统的第一级分解16第二级分解的方法第二级分解的方法第二级分解的方法第二级分解的方法n n 第第第第6 6步步步步 完成完成完成完成“第二级分解第二级分解第二级分解第二级分解”所谓第二级分解就是把数据流所谓第二级分解就是把数据流所谓第二级分解就是把数据流所谓第二级分解就是把数据流图中的每个处理映射成软件结图中的每个处理映射成软件结图中的每个处理映射成软件结图中的每个处理映射成软件结构中一个适当的模块。构中一个适当的模块。构中一个适当的模块。构中一个适当的模块。uu 从变换中心的边界开始沿着从变换中心的边界开始沿着从变换中心的边界开始沿着从变换中心的边界开始沿着输入通路向外移动，把输入通输入通路向外移动，把输入通输入通路向外移动，把输入通输入通路向外移动，把输入通路中每个处理映射成软件结构路中每个处理映射成软件结构路中每个处理映射成软件结构路中每个处理映射成软件结构中中中中 CaCa控制下的一个低层模块；控制下的一个低层模块；控制下的一个低层模块；控制下的一个低层模块；uu 然后沿输出通路向外移动，然后沿输出通路向外移动，然后沿输出通路向外移动，然后沿输出通路向外移动，把输出通路中每个处理映射成把输出通路中每个处理映射成把输出通路中每个处理映射成把输出通路中每个处理映射成直接或间接受模块直接或间接受模块直接或间接受模块直接或间接受模块 CeCe控制的一控制的一控制的一控制的一个低层模块；个低层模块；个低层模块；个低层模块；uu 最后把变换中心内的每个处最后把变换中心内的每个处最后把变换中心内的每个处最后把变换中心内的每个处理映射成受理映射成受理映射成受理映射成受CtCt控制的一个模块。控制的一个模块。控制的一个模块。控制的一个模块。17数字仪表板数字仪表板控制控制数据转换数据转换控制控制驱动仪表板驱动仪表板接收传感器接收传感器信号信号计算计算gph读燃料流读燃料流转换成转换成rpm收集收集sps读旋转信号读旋转信号确定确定加加/减速减速计算计算mph计算计算mpg计算计算里程里程加加/减速减速显示显示显示显示mpg显示显示mph显示显示里程里程发出发出铃声铃声发光二极管显示发光二极管显示未精化的数字仪表板系统的软件结构未精化的数字仪表板系统的软件结构未精化的数字仪表板系统的软件结构未精化的数字仪表板系统的软件结构18mpg显示显示燃料流燃料流 传感器信号传感器信号SPS旋转信号旋转信号读读旋转信旋转信号号收集和收集和求平均求平均确定加确定加/减速减速转换成转换成转转/分分计算里计算里程程计算计算mph,超超速值速值产生产生加加/减速减速显示显示计算燃计算燃料消耗料消耗计算计算gph读和校读和校核核产生产生mpg显显示示产生产生mph显显示示发出铃发出铃声声产生里产生里程显示程显示SPS SPS箭头指示箭头指示燃烧流燃烧流上箭头上箭头水平线水平线下箭头下箭头rpmrpmgphmphmpgmph超速值超速值英里英里显示显示铃声铃声mph显示显示19n n 第第第第7 7步步步步 使用设计度量和启发式规则对得到的软件结构进一使用设计度量和启发式规则对得到的软件结构进一使用设计度量和启发式规则对得到的软件结构进一使用设计度量和启发式规则对得到的软件结构进一步精化；步精化；步精化；步精化；精化后的数字仪表板系统的软件结构精化后的数字仪表板系统的软件结构精化后的数字仪表板系统的软件结构精化后的数字仪表板系统的软件结构20四、事务分析四、事务分析四、事务分析四、事务分析事务分析的设计步骤和变换分析的设计步骤大部分相同事务分析的设计步骤和变换分析的设计步骤大部分相同事务分析的设计步骤和变换分析的设计步骤大部分相同事务分析的设计步骤和变换分析的设计步骤大部分相同或类似，主要差别仅在于由数据流图到软件结构的映射方法或类似，主要差别仅在于由数据流图到软件结构的映射方法或类似，主要差别仅在于由数据流图到软件结构的映射方法或类似，主要差别仅在于由数据流图到软件结构的映射方法不同。不同。不同。不同。21n n 映射出映射出映射出映射出接收分接收分接收分接收分支结构支结构支结构支结构的方法：的方法：的方法：的方法：从事务中心的边从事务中心的边从事务中心的边从事务中心的边界开始，把沿着界开始，把沿着界开始，把沿着界开始，把沿着接收流通路的处接收流通路的处接收流通路的处接收流通路的处理映射成模块；理映射成模块；理映射成模块；理映射成模块；n n 发送分支的结发送分支的结发送分支的结发送分支的结构构构构包含一个调度包含一个调度包含一个调度包含一个调度模块；模块；模块；模块；n n 然后把数据流然后把数据流然后把数据流然后把数据流图中的每个活动图中的每个活动图中的每个活动图中的每个活动流通路映射成与流通路映射成与流通路映射成与流通路映射成与它的流特征相对它的流特征相对它的流特征相对它的流特征相对应的结构；应的结构；应的结构；应的结构；22五、综合设计五、综合设计五、综合设计五、综合设计n n在实际的软件系统中，数据流图往往是变换型和在实际的软件系统中，数据流图往往是变换型和在实际的软件系统中，数据流图往往是变换型和在实际的软件系统中，数据流图往往是变换型和事务型的混合体，这就要用综合设计的方法：事务型的混合体，这就要用综合设计的方法：事务型的混合体，这就要用综合设计的方法：事务型的混合体，这就要用综合设计的方法：一般以一般以一般以一般以“变换分析变换分析变换分析变换分析”为主，为主，为主，为主，“事务分析事务分析事务分析事务分析”为辅进行设计。为辅进行设计。为辅进行设计。为辅进行设计。先找出主加工，设计出结构图的上层，然后根据数据流先找出主加工，设计出结构图的上层，然后根据数据流先找出主加工，设计出结构图的上层，然后根据数据流先找出主加工，设计出结构图的上层，然后根据数据流图各部分的结构特点适当地运用图各部分的结构特点适当地运用图各部分的结构特点适当地运用图各部分的结构特点适当地运用“变换分析变换分析变换分析变换分析”或或或或“事务事务事务事务分析分析分析分析”对下层模块进行设计，可得到初始结构图。对下层模块进行设计，可得到初始结构图。对下层模块进行设计，可得到初始结构图。对下层模块进行设计，可得到初始结构图。23设计优化设计优化设计优化设计优化n n 注意，结构简单通常既表示设计风格优雅，又表注意，结构简单通常既表示设计风格优雅，又表注意，结构简单通常既表示设计风格优雅，又表注意，结构简单通常既表示设计风格优雅，又表明效率高。明效率高。明效率高。明效率高。设计优化应该力求做到设计优化应该力求做到设计优化应该力求做到设计优化应该力求做到在有效的模块化在有效的模块化在有效的模块化在有效的模块化的前提下使用最少量的模块，以及在能够满足信息的前提下使用最少量的模块，以及在能够满足信息的前提下使用最少量的模块，以及在能够满足信息的前提下使用最少量的模块，以及在能够满足信息要求的前提下使用最简单的数据结构。要求的前提下使用最简单的数据结构。要求的前提下使用最简单的数据结构。要求的前提下使用最简单的数据结构。n n 软件设计人员应该致力于软件设计人员应该致力于软件设计人员应该致力于软件设计人员应该致力于开发能够满足所有功能开发能够满足所有功能开发能够满足所有功能开发能够满足所有功能和性能要求，而且按照设计原理和启发式设计规则和性能要求，而且按照设计原理和启发式设计规则和性能要求，而且按照设计原理和启发式设计规则和性能要求，而且按照设计原理和启发式设计规则衡量是值得接收的软件。衡量是值得接收的软件。衡量是值得接收的软件。衡量是值得接收的软件。应该在设计的早期阶段尽应该在设计的早期阶段尽应该在设计的早期阶段尽应该在设计的早期阶段尽量对软件结构进行精化。量对软件结构进行精化。量对软件结构进行精化。量对软件结构进行精化。24SDSD方法的特点方法的特点方法的特点方法的特点n nSDSD方法是从以下几个方面来获得质量较好的软件结构：方法是从以下几个方面来获得质量较好的软件结构：方法是从以下几个方面来获得质量较好的软件结构：方法是从以下几个方面来获得质量较好的软件结构：uu根据描述用户需求的根据描述用户需求的根据描述用户需求的根据描述用户需求的数据流图数据流图数据流图数据流图导出了实现用户需求的导出了实现用户需求的导出了实现用户需求的导出了实现用户需求的结构图结构图结构图结构图。uu为了控制大型软件系统复杂性，运用了下面两个手段：为了控制大型软件系统复杂性，运用了下面两个手段：为了控制大型软件系统复杂性，运用了下面两个手段：为了控制大型软件系统复杂性，运用了下面两个手段：将系统分解成许多个黑盒。将系统分解成许多个黑盒。将系统分解成许多个黑盒。将系统分解成许多个黑盒。将黑盒组织成适合于用计算机实现的一个层次结构。将黑盒组织成适合于用计算机实现的一个层次结构。将黑盒组织成适合于用计算机实现的一个层次结构。将黑盒组织成适合于用计算机实现的一个层次结构。uu用内聚和耦合作为评价软件结构质量的标准。用内聚和耦合作为评价软件结构质量的标准。用内聚和耦合作为评价软件结构质量的标准。用内聚和耦合作为评价软件结构质量的标准。uu给出一组设计技巧，如扇入和扇出、模块大小的掌握，给出一组设计技巧，如扇入和扇出、模块大小的掌握，给出一组设计技巧，如扇入和扇出、模块大小的掌握，给出一组设计技巧，如扇入和扇出、模块大小的掌握，作用范围和控制范围等。作用范围和控制范围等。作用范围和控制范围等。作用范围和控制范围等。六、六、六、六、SDSDSDSD方法小结方法小结方法小结方法小结25n n对数据结构、文件结构、数据库结构没有考虑充对数据结构、文件结构、数据库结构没有考虑充对数据结构、文件结构、数据库结构没有考虑充对数据结构、文件结构、数据库结构没有考虑充分。分。分。分。n n“高内聚、低耦合高内聚、低耦合高内聚、低耦合高内聚、低耦合”的原则虽已被广为接受，但的原则虽已被广为接受，但的原则虽已被广为接受，但的原则虽已被广为接受，但这两个概念尚无严格的定义，更无健全的理论基这两个概念尚无严格的定义，更无健全的理论基这两个概念尚无严格的定义，更无健全的理论基这两个概念尚无严格的定义，更无健全的理论基础。础。础。础。SDSD方法的不足：方法的不足：方法的不足：方法的不足：261.DFD1.DFD中从系统的输入流到系统的输出流的一连串连续变换中从系统的输入流到系统的输出流的一连串连续变换中从系统的输入流到系统的输出流的一连串连续变换中从系统的输入流到系统的输出流的一连串连续变换形成一种信息流，这种信息流可分为（形成一种信息流，这种信息流可分为（形成一种信息流，这种信息流可分为（形成一种信息流，这种信息流可分为（）两类。）两类。）两类。）两类。控制流和变换流控制流和变换流控制流和变换流控制流和变换流 变换流和事务流变换流和事务流变换流和事务流变换流和事务流 事务流和事件流事务流和事件流事务流和事件流事务流和事件流 事件流和控制流事件流和控制流事件流和控制流事件流和控制流 2.2.下述有关模块独立性的各种模块内聚，内聚度下述有关模块独立性的各种模块内聚，内聚度下述有关模块独立性的各种模块内聚，内聚度下述有关模块独立性的各种模块内聚，内聚度 （强度）最（强度）最（强度）最（强度）最高的是（高的是（高的是（高的是（）。）。）。）。巧合内聚巧合内聚巧合内聚巧合内聚 时间内聚时间内聚时间内聚时间内聚 功能内聚功能内聚功能内聚功能内聚 通信内聚通信内聚通信内聚通信内聚3.3.软件的开发工作经过需求分析阶段，以后就开始着手解决软件的开发工作经过需求分析阶段，以后就开始着手解决软件的开发工作经过需求分析阶段，以后就开始着手解决软件的开发工作经过需求分析阶段，以后就开始着手解决 “怎么做怎么做怎么做怎么做”的问题。下面（的问题。下面（的问题。下面（的问题。下面（）不属于常用的软件设计方法。）不属于常用的软件设计方法。）不属于常用的软件设计方法。）不属于常用的软件设计方法。Jackson Jackson方法方法方法方法 LCPLCP（WanierWanier）方法）方法）方法）方法 SA SA方法方法方法方法 SDSD方法方法方法方法27