結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計.P

1、第7章 結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計 7.1 系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)要求 7.2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計的根本概念 7.3 從數(shù)據(jù)流圖導(dǎo)出結(jié)構(gòu)圖 7.4 一體化設(shè)計方法7.5 代碼設(shè)計 7.6 輸出設(shè)計 7.7 輸入設(shè)計 7.8 人機對話設(shè)計 7.9 計算機處理過程的設(shè)計 7.10 計算機系統(tǒng)的選擇 7.11 系統(tǒng)設(shè)計說明書 習題7 7.1 系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)要求 系統(tǒng)分析階段要答復(fù)的中心問題是系統(tǒng)“做什么，即明確系統(tǒng)的功能。這個階段的成果是系統(tǒng)的邏輯模型。系統(tǒng)設(shè)計要答復(fù)的中心問題是系統(tǒng)“怎么做，即如何實現(xiàn)系統(tǒng)說明書規(guī)定的系統(tǒng)功能。這一階段，要根據(jù)實際的技術(shù)條件、經(jīng)濟條件和社會條件，確定系統(tǒng)的實施方案，即確定系統(tǒng)的物理模型。 7.

2、1.1 系統(tǒng)設(shè)計的目標 根據(jù)一個邏輯模型，可以提出多個物理模型。我們怎樣評價、選擇這些物理模型呢？面向管理的信息系統(tǒng)，其優(yōu)劣程度取決于它為管理工作提供信息效勞的質(zhì)量。具體講，我們可以從以下六個方面來衡量。 1. 信息系統(tǒng)的功能 這當然是最根本的一條。它包括系統(tǒng)是否解決了用戶希望解決的問題，是否有較強的數(shù)據(jù)校驗功能，能否進行所需要的運算，能否提供符合用戶需要的信息輸出等等。 2. 系統(tǒng)的效率 這是與時間有關(guān)的指標。例如，聯(lián)機處理系統(tǒng)的響應(yīng)時間，即從發(fā)出要求到得到應(yīng)答信號的時間，又如批處理系統(tǒng)的處理速度，即處理單個業(yè)務(wù)的平均時間等。在實時錄入、成批處理的事務(wù)處理系統(tǒng)中，常用處理能力(標準時間內(nèi)處理

3、的業(yè)務(wù)個數(shù))來表示系統(tǒng)的工作效率。 影響系統(tǒng)效率的因素很多，包括系統(tǒng)的硬件及其組織結(jié)構(gòu)、人機接口設(shè)計是否合理、計算機處理過程的設(shè)計質(zhì)量等等。這里強調(diào)的是整個系統(tǒng)的效率，而不是某一局部的效率。例如，商場的收款系統(tǒng)，衡量其效率的標準是顧客等待時間的長短。它包括人的操作時間和計算機的運算時間。一般來講，計算機的運算時間比人操作的時間要少得多。因此，人機界面設(shè)計是否便于操作，操作人員是否熟練，是這類系統(tǒng)至關(guān)重要的因素。 3. 系統(tǒng)的可靠性 系統(tǒng)的可靠性，指系統(tǒng)在運行過程中抵御各種干擾，保證系統(tǒng)正常工作的能力。它包括檢查錯誤、糾正錯誤的能力及系統(tǒng)一旦發(fā)生故障后重新恢復(fù)、重新啟動的能力。 系統(tǒng)在運行過程中

4、難免會遇到各種干擾。這些干擾有人為的，如病毒、無意的錯誤操作等；有自然的，如地震、火災(zāi)、突然停電等。提高系統(tǒng)的可靠性也有種種途徑，例如可以選擇可靠性較高的設(shè)備，采用硬件結(jié)構(gòu)冗余設(shè)計(如雙機結(jié)構(gòu))，設(shè)置故障檢測、恢復(fù)處理及各種平安措施等。 4. 系統(tǒng)的工作質(zhì)量 系統(tǒng)的工作質(zhì)量指系統(tǒng)提供的信息的準確程度，使用的方便性，輸出表格的實用性和清晰性等。很明顯，系統(tǒng)的工作質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的使用效果，因此，必須引起注意。同樣，這里講的工作質(zhì)量是整個系統(tǒng)的工作質(zhì)量，而不是某個局部的質(zhì)量。管理信息系統(tǒng)是一個人機系統(tǒng)，除了程序正確之外，還要保證輸入計算機的數(shù)據(jù)是正確無誤的。即使輸入是正確的，計算結(jié)果顯示在屏幕上也

5、是正確的，但人還可能看錯，如把“3看成“8。 這就要求設(shè)計人員在各個環(huán)節(jié)，如輸入設(shè)計、輸出設(shè)計、代碼設(shè)計、人機接口設(shè)計等環(huán)節(jié)都要精心設(shè)計。設(shè)計時既要考慮應(yīng)用的要求，還要考慮使用者的能力與心理的反響。 5. 系統(tǒng)的可變更性 系統(tǒng)的可變更性是指修改和維護系統(tǒng)的難易程度。系統(tǒng)實施過程中，需要測試、修改。系統(tǒng)交付使用之后，也會發(fā)現(xiàn)某些錯誤或缺乏之處。另外，隨著系統(tǒng)環(huán)境的變化，用戶會對系統(tǒng)提出某些新的要求。因此，系統(tǒng)的修改是否方便直接關(guān)系到系統(tǒng)生存期的長短。一個可變更性好的系統(tǒng)，維護相對容易，生命周期就長。 6. 系統(tǒng)的經(jīng)濟性 系統(tǒng)的經(jīng)濟性是指系統(tǒng)收益與支出之比。這是確定設(shè)計方案的一個重要因素。 系統(tǒng)的

6、效率、效勞質(zhì)量、可靠性、可變更性、經(jīng)濟性等指標是相互聯(lián)系又彼此制約的，在一定程度上是相互矛盾的。例如，為了提高系統(tǒng)的可靠性，就要采取一些校驗和控制措施，系統(tǒng)的效率就要受到一定的影響。但從另一個角度看，由于系統(tǒng)可靠性的提高，抗干擾能力強了，系統(tǒng)能不間斷運行，中斷時間的減少又提高了系統(tǒng)的效率。某些系統(tǒng)對可靠性要求很高，需要選取可靠性高的設(shè)備，甚至采用雙機結(jié)構(gòu)，這樣系統(tǒng)本錢要大幅度增加，經(jīng)濟性下降。 再如，為了增強系統(tǒng)的可變更性，采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的效率也會有所降低。這種彼此制約的關(guān)系說明，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的具體情況有所側(cè)重：對于可靠性要求高的系統(tǒng)，如涉及財務(wù)及某些高度機密的信息，首先要保

7、證系統(tǒng)可靠，不惜增加本錢，在一定程度上可降低效率；對于實時性要求高的系統(tǒng)，如飛機訂票系統(tǒng)，首先保證效率，不妨增加一些存儲空間的開銷。 但是，從系統(tǒng)開發(fā)的角度看，系統(tǒng)的可變更性是首先應(yīng)考慮的因素。這是因為，無論對系統(tǒng)研制過程還是今后的運行，它都有直接的影響。據(jù)統(tǒng)計，在系統(tǒng)的整體生命周期中，各種經(jīng)費開銷所占比例如下： 研制占20%其中：分析與設(shè)計35%編寫程序15%調(diào)試50%維護占80% 這里的維護包括排除開發(fā)階段的錯誤，適應(yīng)環(huán)境變化增加新的功能等工作。 由此可見，修改系統(tǒng)的經(jīng)費開銷占了整個經(jīng)費的90%(20%50%80%)，如果系統(tǒng)的可變更性好，就可以大大節(jié)約人力、財力，延長系統(tǒng)生命期。事實上，

8、一個信息系統(tǒng)不管事先怎樣精心設(shè)計，系統(tǒng)投入運行后，總會進行某些修改或補充。這可能是經(jīng)過一段時間后，發(fā)現(xiàn)某些地方效率還可以提高，或者還要增加某些可靠性措施，或者還要增加某些新的功能，或者對工作質(zhì)量提出新的要求等等。 如果可變更性好，就比較容易滿足這些要求?？偠灾?，可變更性好的系統(tǒng)，效率不高可以提高效率，質(zhì)量不好可以改進質(zhì)量，可靠性差可以加強可靠性。反之，可變更性差，修改不如重做，系統(tǒng)壽命自然就短。 從上面的分析可以看出：系統(tǒng)設(shè)計必須從保證系統(tǒng)的變更性入手，設(shè)計出一個易于理解，容易維護的系統(tǒng)。 為了分析具備什么特點的系統(tǒng)易于修改，必須先找出修改一個系統(tǒng)的困難來自何處。對系統(tǒng)的修改，往往是對某一個

9、模塊或某個子系統(tǒng)的細節(jié)作一些變動，或者對子系統(tǒng)的組合關(guān)系作某些變動。更常見的是修改某一局部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或執(zhí)行語句。這種修改的本身并不困難，困難在于找出需要修改的地方和這一修改對其他局部的影響。 我們知道，系統(tǒng)各個局部之間存在控制、調(diào)用、數(shù)據(jù)交換等種種聯(lián)系。對某一局部的修改，可能直接或間接地影響到系統(tǒng)的其他局部。對A的修改涉及B，而對B的修改又可以影響到C、E。人們把這種影響形象地叫做“水波效應(yīng)。因此對系統(tǒng)某一個局部的修改，必須十分小心地追蹤這一修改所涉及的各個局部。這是系統(tǒng)難于修改的主要原因。為了使系統(tǒng)容易修改和容易理解，需要注意以下幾個問題： (1) 把系統(tǒng)劃分為這樣一些局部，其中每一局部的功

10、能簡單明確，內(nèi)容簡明易懂，易于修改。我們把這樣的局部稱為模塊。即劃分模塊。 (2) 系統(tǒng)分成模塊的工作按層次進行。首先，把整個系統(tǒng)看成一個模塊，然后按功能分解成假設(shè)干個第一層模塊，這些模塊互相配合，共同完成整個系統(tǒng)的功能。按功能再分解第一層的各個模塊。依次下去，直到每個模塊都十分簡單。 (3) 每一個模塊應(yīng)盡可能獨立，即應(yīng)盡可能減少模塊間的調(diào)用關(guān)系和數(shù)據(jù)交換關(guān)系。當然，系統(tǒng)中的模塊不可能與其他模塊沒有聯(lián)系，只是要求這種聯(lián)系盡可能少。 (4) 模塊間的關(guān)系要說明，這樣，在修改時可以追蹤和控制。 總之，一個易于修改的系統(tǒng)應(yīng)該由一些相對獨立，功能單一的模塊按照層次結(jié)構(gòu)組成。這些模塊之間不必要的聯(lián)系都

11、已去掉，而且它們的功能及相互關(guān)系都已說明。這就是結(jié)構(gòu)化設(shè)計的根本思想。 7.1.2 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 系統(tǒng)設(shè)計階段的任務(wù)是提出實施方案，該方案是這個階段工作成果的表達。這個方案以書面的正式文件系統(tǒng)設(shè)計說明書提出，它被批準后將成為系統(tǒng)實現(xiàn)階段的工作依據(jù)。 系統(tǒng)設(shè)計的根本任務(wù)大體上可以分為兩個方面。 1. 把總?cè)蝿?wù)分解成許多根本的、具體的任務(wù) 這些具體任務(wù)合理地組織起來構(gòu)成總?cè)蝿?wù)?？傮w設(shè)計的根本任務(wù)是： (1) 將系統(tǒng)劃分成模塊； (2) 決定每個模塊的功能； (3) 決定模塊的調(diào)用關(guān)系； (4) 決定模塊的界面，即模塊間信息的傳遞。 總體設(shè)計是系統(tǒng)開發(fā)過程中關(guān)鍵的一步。系統(tǒng)的質(zhì)量及一些整體特性根本

12、上是由這一步?jīng)Q定的。系統(tǒng)越大，總體設(shè)計的影響越大。認為各個局部都很好，組合起來就一定好的想法是不實際的。我們知道：整體大于局部之和。 2. 為各個具體任務(wù)選擇適當?shù)募夹g(shù)手段和處理方法 它包括： (1) 代碼設(shè)計； (2) 數(shù)據(jù)庫設(shè)計； (3) 輸入設(shè)計； (4) 輸出設(shè)計； (5) 人機對話設(shè)計； (6) 處理過程設(shè)計。7.2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計的根本概念 7.2.1 模塊 模塊(module)一詞使用很廣泛，通常是指用一個名字就可以調(diào)用的一段程序語句?？梢詫⑺斫鉃轭愃啤白映绦虻母拍?，例如PASCAL程序設(shè)計中的函數(shù)、過程，F(xiàn)ORTRAN程序設(shè)計中的函數(shù)和子程序。 圖7.1 模塊的表示方法 模塊具有

13、輸入和輸出、邏輯功能、運行程序、內(nèi)部數(shù)據(jù)程序代碼四種屬性。模塊的輸入、輸出是模塊與外部的信息交換。一個模塊從它的調(diào)用者那里獲得輸入，把產(chǎn)生的結(jié)果再傳遞給調(diào)用者。模塊的邏輯功能是指它能做什么事，它是如何把輸入轉(zhuǎn)換成輸出的。輸入、邏輯功能、輸出構(gòu)成一個模塊的外部特性。內(nèi)部數(shù)據(jù)和程序代碼那么是模塊的內(nèi)部特性，是看不見的。模塊用程序代碼完成它的邏輯功能。內(nèi)部數(shù)據(jù)是僅供該模塊本身引用的數(shù)據(jù)。 在總體設(shè)計階段，我們主要關(guān)心模塊的外部特性。模塊的內(nèi)部屬性是以后要解決的問題。 模塊用長方形表示。模塊的名字寫在長方形內(nèi)，如圖7.1所示。模塊的名字由一個動詞和一個作賓語的名詞表示。模塊的名字應(yīng)恰如其分地表達這一個

14、模塊的功能。 7.2.2 結(jié)構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)化設(shè)計采用結(jié)構(gòu)圖(structured chart)描述系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)及模塊間的聯(lián)系。圖7.2是結(jié)構(gòu)圖的一個例子。圖7.2 結(jié)構(gòu)圖例如 結(jié)構(gòu)圖中的主要成分有： (1) 模塊，用長方形表示。 (2) 調(diào)用，用從一個模塊指向另一模塊的箭頭表示前一個模塊調(diào)用后一個模塊。箭尾的菱形表示有條件地調(diào)用，弧形箭頭表示循環(huán)調(diào)用。 (3) 數(shù)據(jù)，用帶圓圈的小箭頭表示從一個模塊傳遞給另一個模塊的數(shù)據(jù)。 (4) 控制信息，用帶小黑點的小箭頭表示一個模塊傳送給另一個模塊的控制信息。 結(jié)構(gòu)圖的層數(shù)稱為深度。一個層次上的模塊總數(shù)稱為寬度。深度和寬度反映了系統(tǒng)的大小和復(fù)雜程度。 結(jié)構(gòu)圖

15、是系統(tǒng)設(shè)計階段最主要的表達和交流工具。這種圖應(yīng)當簡明易懂，既要便于設(shè)計人員表達自己的設(shè)想，又要便于編寫程序的人員了解實現(xiàn)要求，還要便于和管理人員商討。 模塊結(jié)構(gòu)圖可以由數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)換而來。但是，結(jié)構(gòu)圖與數(shù)據(jù)流圖有著本質(zhì)的差異：數(shù)據(jù)流圖著眼于數(shù)據(jù)流，反映系統(tǒng)的邏輯功能，即系統(tǒng)“做什么；結(jié)構(gòu)圖著眼于控制，反映系統(tǒng)的物理模型，即怎樣逐步實現(xiàn)系統(tǒng)的總功能。從時間上來說，數(shù)據(jù)流圖在前，控制結(jié)構(gòu)圖在后。 數(shù)據(jù)流圖是繪制結(jié)構(gòu)圖的依據(jù)?？傮w設(shè)計階段的任務(wù)，就是要對數(shù)據(jù)流圖規(guī)定的功能，設(shè)計一套實現(xiàn)方法。因此，繪制結(jié)構(gòu)圖的過程就是完成這個任務(wù)的過程。 結(jié)構(gòu)圖也不同于程序框圖(flowchart)。后者說明程序的步驟

16、，即先做什么，再做什么。結(jié)構(gòu)圖描述各模塊的“責任(responsibility)，如一個公司的組織機構(gòu)圖，就用來描述各個部門的隸屬關(guān)系與職能。 7.2.3 模塊間的聯(lián)系 結(jié)構(gòu)化設(shè)計的根本思想，就是把系統(tǒng)設(shè)計成由相對獨立、功能單一的模塊組成的層次結(jié)構(gòu)。為了衡量模塊的相對獨立性，提出了模塊間的耦合(coupling)與模塊的內(nèi)聚(cohesion)這兩個概念。它們從不同側(cè)面反映了模塊的獨立性。耦合反映模塊之間連接的緊密程度，而內(nèi)聚指一個模塊內(nèi)各元素彼此結(jié)合的緊密程度。如果所有模塊的內(nèi)聚都很強，模塊之間的耦合自然就低，模塊的獨立性就強。反之亦然。 為了進一步說明這兩個概念，我們先看一段小程序：Beg

17、in n:=0; total:=0.0; read (value); WHILE value=0.0 DOBegin n:=n+1 total:=total+value; readln(value)End;average:=total/n;writeln (n, ,average)End. 我們用箭頭表示各程序行之間的聯(lián)系。這種聯(lián)系往往是程序的某個局部(這里是程序行)引用其他地方定義的數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的，即程序中幾個地方都引用了存儲器中的同一位置。在一個大的程序中，這種聯(lián)系是非常多的。因此把一個系統(tǒng)分解成許多模塊時，分法不同，模塊間的聯(lián)系程度就不同。我們希望模塊內(nèi)聯(lián)系越緊越好，模塊間聯(lián)系越少越好。耦

18、合、內(nèi)聚這兩個概念從不同的角度反映這種聯(lián)系。 7.2.4 模塊間的耦合 耦合是影響系統(tǒng)復(fù)雜程度的一個重要因素。假設(shè)為了理解模塊A，需要對模塊B有所了解，那么A、B之間就有聯(lián)系。如果需要對B的理解越多，那么A、B的連接就越緊密，我們就說它們耦合越緊。假設(shè)程序員要修改緊耦合中的一個模塊，很可能不得不修改另一個模塊。因此，模塊間的耦合程度對系統(tǒng)的可維護性、可靠性有強烈的影響。 影響模塊間耦合程度的因素有三個： 聯(lián)系方式：模塊間通過什么方式聯(lián)系； 來往信息的作用：模塊間來往信息作什么用； 數(shù)量：模塊間來往信息的多少。 這三個因素可用三維坐標表示，如圖7.3所示，離坐標原點越遠，耦合程度越高。下面分別討

19、論。 圖7.3 影響耦合的因素 1. 聯(lián)系方式 如圖7.3所示，聯(lián)系方式有兩種：“直接引用和“用過程語句調(diào)用。 直接引用是指一個模塊直接存取另一個模塊的某些信息。例如全程變量，F(xiàn)ORTRAN的COMMON量，C語言的EXTERNAL量，或共享的通信區(qū)等。這種耦合也稱為公共環(huán)境耦合(common environment coupling)。這種耦合的復(fù)雜性隨耦合的模塊個數(shù)的增加而顯著上升。降低這種耦合程度的方法是局部化，也就是把一個公共區(qū)分成許多子區(qū)，使每個子區(qū)上耦合的模塊數(shù)減少，如圖7.4所示。圖7.4 用局部化方法降低耦合程度 用過程語句調(diào)用，是通過模塊的名字調(diào)用整個模塊，一個模塊只有一個入

20、口，所有數(shù)據(jù)往來都以參數(shù)形式顯式出現(xiàn)。采用這種聯(lián)接方式，模塊間耦合程度比較低。當然，兩個模塊共享數(shù)據(jù)很多時，參數(shù)傳遞也不方便。 2.來往信息的作用 模塊間的來往信息可以作數(shù)據(jù)用，也可以作控制信息用。 假設(shè)兩個模塊間傳遞的信息只作數(shù)據(jù)用，即一個模塊提供的輸出數(shù)據(jù)作另一個模塊的輸入數(shù)據(jù)，那么這種耦合稱為數(shù)據(jù)耦合(data coupling)。這種耦合當然是需要的。 如果兩個模塊間傳遞的信息作控制用，這種耦合稱為控制耦合(controcoupling)。圖7.5(a)中，模塊A將參數(shù)“平均最高傳遞給模塊B，模塊B按這個參數(shù)的值是“平均還是“最高去取相應(yīng)成績回送到A。這里的參數(shù)“平均最高實際上是一個開

21、關(guān)量(盡管它本身可能是數(shù)據(jù)形式)，控制模塊B如何工作。這就是控制耦合。圖7.5 控制耦合 控制耦合給理解和修改帶來不便：第一，需要理解開關(guān)量；第二，模塊要設(shè)開關(guān)量，還要記住開關(guān)值是“平均還是“最高，以便數(shù)據(jù)從模塊返回后作相應(yīng)處理。其實，在系統(tǒng)設(shè)計中這種耦合是可以防止的。在這個例子中，只要將圖7.5(a)改為圖7.5(b)所示的形式就行了。圖(b)中模塊根據(jù)需要調(diào)用模塊B1或B2。 3. 往來信息的數(shù)量 很明顯，模塊間傳遞的信息量越大，它們之間的耦合程度越高，因為正是這種傳遞關(guān)系造成了模塊間的聯(lián)系。一個模塊只需了解它確實需要使用的數(shù)據(jù)，對其他數(shù)據(jù)的存在最好完全不知道。 總之，結(jié)構(gòu)化設(shè)計要求模塊間

22、的耦合程度盡可能小，為此應(yīng)遵循以下原那么： 用過程語句調(diào)用其他模塊； 模塊間的參數(shù)作數(shù)據(jù)用； 模塊間的參數(shù)盡可能少。 在用高級語言編程序時，只要注意消除開關(guān)量，減少共用變量，就可以大大降低模塊間的耦合程度。 7.2.5 模塊的內(nèi)聚 模塊的內(nèi)聚反映模塊內(nèi)部聯(lián)系的緊密程度。如果一個模塊內(nèi)部相關(guān)性很高，都是為了同一個功能，我們就說它的內(nèi)聚程度高。模塊的內(nèi)聚可以分為七類，下面分別介紹。 1. 偶然內(nèi)聚(coincidentacohesion) 如圖7.6所示，模塊P、Q、R、S都有某些共同的操作，為了節(jié)約空間，減少程序量，可把這些共同的操作抽出來，組成一個模塊。實際上這些語句間沒有什么聯(lián)系。這種聯(lián)系就

23、是偶然型的。在計算機內(nèi)存小的時代，人們強調(diào)縮短程序長度，往往會引起這種情況。這種偶然性內(nèi)聚的模塊不便于修改。例如，假設(shè)模塊要將“B:A改為“E:A時，就不能直接改T，因為這一修改可能不適合其他模塊。圖7.6 偶然內(nèi)聚 2. 邏輯內(nèi)聚(logicacohesion) 將幾個邏輯上相似的功能放在一個模塊中，模塊內(nèi)聯(lián)系就是邏輯型內(nèi)聚。如圖7.5(a)中的模塊“取平均成績或最高成績就屬這一類，它把“取平均成績和“取最高成績這兩個相似的功能放在一起組成一個模塊。這個模塊的程序流程圖如圖7.7所示。它需要模塊傳遞一個開關(guān)量，根據(jù)開關(guān)量判定執(zhí)行哪一個分支。這樣做的優(yōu)點是節(jié)約空間，缺點是修改困難。如果現(xiàn)在不僅

24、要知道最高成績是多少，而且還要打印出獲得最高成績的學生姓名。這一修改就很難適應(yīng)“取平均成績的要求。圖7.7 邏輯內(nèi)聚 3. 時間內(nèi)聚(temporacohesion) 這是指與時間有關(guān)的聯(lián)系，即把需要有限時間間隔內(nèi)處理的成分放在同一模塊內(nèi)。例如一些初始化模塊。這種模塊的內(nèi)聚程度比前兩種稍高一些，但仍是一種低的內(nèi)聚。 4. 步驟內(nèi)聚(proceduracohesion) 模塊內(nèi)的元素屬于同一個公共步驟單元，那么稱該內(nèi)聚為步驟內(nèi)聚。圖7.8(a)是程序SIMPRO的流程圖，虛線框給出劃分模塊的一個方案。這樣劃分模塊得到的結(jié)構(gòu)圖如圖7.8(b)所示。模塊PERP屬時間內(nèi)聚。模塊PLANLOOP和TY

25、PDECID都屬于步驟內(nèi)聚。前者的元素即主循環(huán)，后者的元素是主循環(huán)內(nèi)的一個判定過程。圖7.8 步驟內(nèi)聚 步驟內(nèi)聚模塊的內(nèi)聚程度比時間內(nèi)聚模塊高。例如，PLANLOOP內(nèi)各元素不僅滿足時間內(nèi)聚的條件，而且還有附加的步驟上的依賴關(guān)系。但步驟內(nèi)聚的內(nèi)聚程度仍不算高，往往導(dǎo)致模塊間有相當緊的耦合。在SIMPRO程序中，生產(chǎn)情況模擬算法的處理元素同時出現(xiàn)在PLANLOOP和TYPDECID中?？梢韵胂筮@兩個模塊會有較緊的耦合。當需要模擬修改時，可能需要同時研究這兩個模塊。 5. 通信內(nèi)聚(communicationacohesion) 通信內(nèi)聚是指模塊內(nèi)的成分引用共同的數(shù)據(jù)。如圖7.9中的兩個模塊都屬于

26、這一類。模塊A的兩個局部都是對“購貨單的處理，而模塊B的兩個局部都是對數(shù)據(jù)存儲D的處理。 根據(jù)數(shù)據(jù)流圖容易判斷一個模塊是不是通信內(nèi)聚。通信內(nèi)聚的聚合程度已經(jīng)算高了，找不到更高的內(nèi)聚結(jié)構(gòu)時，這種結(jié)構(gòu)是完全可以接受的。圖7.9 通信內(nèi)聚 6. 順序內(nèi)聚(sequentiacohesion) 順序內(nèi)聚是指模塊中某個成分的輸出是另一模塊的輸入。圖7.10中的兩個模塊都屬這一類。圖7.10 順序內(nèi)聚 與通信內(nèi)聚相比，順序內(nèi)聚的內(nèi)聚程度更高，因為不管從數(shù)據(jù)的角度還是從執(zhí)行的順序來看，模塊內(nèi)各成分的關(guān)系都更緊密。但是與功能內(nèi)聚相比，通信內(nèi)聚的內(nèi)聚程度要低。如圖7.11所示，假設(shè)把ABCDE分割為ABCD、E

27、兩個模塊，或者ABC、DE兩個模塊，又或者A、BC、DE三個模塊，根據(jù)定義這些模塊都是順序內(nèi)聚，但這樣分割破壞了功能的完整性。假設(shè)將它分割成AB、CDE兩個模塊，才是最好的分割，這時每個模塊包含一個完整的功能。圖7.11 功能內(nèi)聚 7. 功能內(nèi)聚(functionacohesion) 假設(shè)一個模塊包括并且僅包括完成一個具體任務(wù)所需要的所有成分，那么這個模塊是功能內(nèi)聚的。這種模塊的聚合程度是最高的。結(jié)構(gòu)化設(shè)計的目標就是獲得這種模塊。 判斷一個模塊是否為功能內(nèi)聚的簡單有效的方法是：從調(diào)用者的角度看，用一個短語簡單明確地描述這個模塊做什么(不是怎么做！)，分析這個短語判斷這個模塊是完成一個具體任務(wù)，

28、還是多個任務(wù)，或者做一些彼此無關(guān)的雜事。如果是完成一個具體任務(wù)，那么這個模塊是功能內(nèi)聚的。 功能內(nèi)聚模塊的好處是界面清晰，容易理解，由于一個模塊一個功能，因而復(fù)用性好。 耦合和內(nèi)聚的概念是Stevens等人提出的，按他們的觀點，給上述七種內(nèi)聚評分如下： 功能內(nèi)聚10分； 順序內(nèi)聚9分； 通信內(nèi)聚7分； 步驟內(nèi)聚5分； 時間內(nèi)聚3分； 邏輯內(nèi)聚1分； 偶然內(nèi)聚0分。 7.2.6 作用范圍與控制范圍 程序中的每個判斷都會產(chǎn)生這樣的結(jié)果：根據(jù)此判斷的結(jié)果，某些處理執(zhí)行了，而另外一些沒有執(zhí)行。也就是說，有些處理的執(zhí)行受判斷的影響。由此引出判斷的作用范圍(或稱影響范圍)這一概念。 一個判斷的作用范圍是所

29、有這樣的模塊的集合，這些模塊內(nèi)含有依賴于這個判斷結(jié)果的處理。圖7.12 作用范圍與控制范圍 圖7.12中，模塊A有條件地調(diào)用模塊B和C，說明在模塊A中調(diào)用B、C的語句受判斷(是工人還是干部)結(jié)果的影響。因此，模塊屬于這個判斷的作用范圍。當然，模塊B、C也屬于這個判斷的作用范圍。 一個模塊的控制范圍是指它本身及其所有下屬模塊的集合。這里所說的下屬模塊包括直接下屬模塊及下屬模塊的下屬模塊。圖7.12中，模塊的控制范圍是集合A，B，C，D。 判斷的作用范圍和模塊的控制范圍，直接影響系統(tǒng)模塊的復(fù)雜性和可修改性。結(jié)構(gòu)化設(shè)計要求：對于任何一個判斷，其作用范圍應(yīng)該是這個判斷所在模塊的控制范圍的一個子集。換言

30、之，所有受判斷影響的模塊應(yīng)該附屬于做出判斷的那個模塊。圖7.12所示的情況滿足這一要求。在這個例子中，“是工人還是干部這個判斷可能在模塊或者在的上級模塊做出，但不管是哪種情況，從這個局部看，都滿足結(jié)構(gòu)化設(shè)計要求。假設(shè)該判斷就在模塊做出，那么更理想。在這種情況下，判斷的作用范圍僅是做出判斷的模塊及其直接下屬模塊的集合。 在圖7.13中，用“。標志判斷所在的模塊，灰色的模塊表示它是判斷的作用范圍內(nèi)的模塊。 圖7.13(a)的情況是作用范圍越出控制范圍，這樣模塊需把判斷結(jié)果傳給y，y再傳給A。判斷結(jié)果是控制信息，這樣便產(chǎn)生控制耦合?；蛘咴谀K重新判斷，這也有不便之處：修改判斷時，兩處都要修改。圖7.

31、13(b)作了改進，此時作用范圍沒越出控制范圍，但判斷點太高，同樣造成控制耦合。圖7.13(c)作了改善。圖7.13(d)是最理想的情況，它將不在控制范圍內(nèi)但在作用范圍內(nèi)的模塊移到控制范圍內(nèi)，成為模塊B的直接下屬。圖7.13 判斷的位置 7.2.7 模塊的扇入與扇出 模塊的扇出是指模塊的直接下屬模塊的個數(shù)，如圖7.14所示。圖7.14中，模塊平均的扇出數(shù)是2。一般認為，設(shè)計得好的系統(tǒng)平均扇出數(shù)是3或4。圖7.14 模塊的扇出 一個模塊的扇出數(shù)過大或過小都不理想。過大比過小更不好。一般認為扇出的上限不應(yīng)超過7。扇出過大意味著管理模塊過于復(fù)雜，需要控制和協(xié)調(diào)過多的下級。解決的方法是適當增加中間層次

32、。 一個模塊的扇入是指調(diào)用它的上級模塊的個數(shù)。扇入越大，表示該模塊被越多的上級模塊共享，這當然是我們所希望的，但是不能為了獲得高扇入而不惜代價。例如把彼此無關(guān)的功能湊在一起構(gòu)成一個模塊，雖然扇入數(shù)高了，但這樣的模塊的內(nèi)聚程度必然低。這是我們應(yīng)防止的。 設(shè)計得好的系統(tǒng)，上層模塊有較高的扇出，下層模塊有較高的扇入。其結(jié)構(gòu)圖像清真寺的塔，上尖，中間寬，下面小。 7.2.8 病人監(jiān)護系統(tǒng)實例 我們通過下面的實例，說明前面介紹的一些概念在總體設(shè)計中的應(yīng)用，并說明系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意的其他一些問題。 實例：通過病床專用設(shè)備對病人進行監(jiān)護。這些設(shè)備可以測量病人的假設(shè)干指標，如體溫、脈博、血壓等等。每經(jīng)過一定的時

33、間間隔，監(jiān)護系統(tǒng)從監(jiān)護設(shè)備讀入這些數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫中。醫(yī)生為每個病人指定各種指標的平安范圍。假設(shè)發(fā)現(xiàn)某個指標超出平安范圍，或某個監(jiān)護部件有故障，那么向護理站發(fā)出通報：指標超出平安范圍時報告病人號，部件有故障時那么報告床號。 1. 初始結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)上述要求，某個經(jīng)驗缺乏的設(shè)計員做出了該系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)圖，如圖7.15所示。 圖中：PN是病人號，F(xiàn)S是各指標數(shù)據(jù)，EOF是標志已查過最后一個病人，EF是標志設(shè)備故障，BN是床位號，SR是平安范圍，F(xiàn)S2是標志指標是否合理，USF是標志指標不平安。 各模塊的功能如下：圖7.15 初始結(jié)構(gòu)圖 (1) “采集數(shù)據(jù)模塊。向主模塊傳送病人的有關(guān)數(shù)據(jù)：PN、FS

34、、EOF、EF。為此，它調(diào)用兩個模塊：“判定下一個病人和“讀取數(shù)據(jù)。 (2) “檢查數(shù)據(jù)模塊。檢查數(shù)據(jù)是否在合理范圍內(nèi)，是否在平安范圍內(nèi)，判定病人是否平安。它分別調(diào)用三個模塊完成。 (3) “處理數(shù)據(jù)模塊。把病人有關(guān)數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫中，假設(shè)病人處于不平安范圍那么通知醫(yī)護人員；假設(shè)設(shè)備有故障那么通知維修人員。它分別調(diào)用三個模塊完成這些功能。 2. 結(jié)構(gòu)圖的改進 初始結(jié)構(gòu)圖有很多需要改進的地方： (1) “通報不平安因素可由主模塊直接調(diào)用，主模塊具備調(diào)用這一模塊的參數(shù)，而且USF這個參數(shù)也只是調(diào)用這個模塊時才使用。 (2) 同理，“寫數(shù)據(jù)庫模塊也可由主模塊直接調(diào)用。 (3) 經(jīng)過(1)、(2)的改進

35、后，“處理數(shù)據(jù)這一模塊只調(diào)用“通報設(shè)備故障這一個模塊。事實上，“處理數(shù)據(jù)這一模塊除了起“管道作用，即把上層模塊的信息傳遞給下層模塊之外，沒有什么實質(zhì)性的工作，因而本身也可合并到主模塊去，由主模塊調(diào)用“通報設(shè)備故障。 作了上述變動后，結(jié)構(gòu)圖的頂層與第一層如圖7.16所示。圖7.16 消除“管道模塊 (4) 前面提到通報設(shè)備故障時應(yīng)通報床位號而不應(yīng)是病人號。床位號BN可由“采集數(shù)據(jù)模塊傳給主模塊，再由主模塊傳遞給“通報設(shè)備故障。但這樣做增加了模塊間的聯(lián)系。解決這個問題的另一個途徑是由“采集數(shù)據(jù)模塊直接調(diào)用“通報設(shè)備故障模塊。同時，設(shè)備故障或測得的指標不合理，都應(yīng)通知維修站。所以在通知維修站之前，還

36、要調(diào)用“檢查不合理范圍模塊。這樣，也簡化了“檢查數(shù)據(jù)模塊的界面。作了這些變動之后，結(jié)構(gòu)圖如圖7.17所示。 (5) 假設(shè)使“讀取數(shù)據(jù)模塊包括由病人號查床位號的功能，那么“判定下一個病人模塊的界面可以簡化：不用傳遞BN(床位號)?？紤]到“讀取數(shù)據(jù)模塊的篇幅可能過大，可以抽出一個模塊“由PN查BN供它調(diào)用。這樣，結(jié)構(gòu)圖的有關(guān)局部如圖7.18所示。圖7.17 改進的結(jié)構(gòu)圖(1) 在此之前，“讀取數(shù)據(jù)模塊是根據(jù)床位號讀數(shù)據(jù)。作了這個改動之后，那么是根據(jù)病人號讀數(shù)據(jù)。因此，該模塊的名字改為“采集病人數(shù)據(jù)更好。在這個模塊中，隱含一段根據(jù)床位號從監(jiān)護設(shè)備讀入相應(yīng)因素的程序。這段程序?qū)υO(shè)備維修人員可能有用。他

37、們關(guān)心的主要是設(shè)備情況，而不是某個病床上是否有人、這個病人是誰。因此，把這段程序抽出來單獨成一個模塊更好，名字為“從床號讀數(shù)據(jù)，那么圖7.18改寫為圖7.19。圖7.18 簡化模塊界面 圖7.19 增加公用模塊 (6) 假設(shè)由“檢查數(shù)據(jù)模塊直接調(diào)用“通報不平安因素，那么可減少模塊間的聯(lián)系：不用傳遞USF。這時“檢查數(shù)據(jù)的名字改為“報告不平安因素更為恰當。結(jié)構(gòu)圖的有關(guān)部份如圖7.20所示。圖7.20 減少模塊間的聯(lián)系 (7) “從床號讀數(shù)據(jù)調(diào)用“通報設(shè)備故障可能發(fā)生這種情況：在某設(shè)備維修期間，這個程序可能重復(fù)報告該設(shè)備故障。這令人生厭。假設(shè)改由它的上級模塊調(diào)用，會更靈活。這有典型意義：假設(shè)一個模

38、塊檢測錯誤后，一方面要報告錯誤信息，一方面又要向上層報告信息，這時由它的上層模塊決定是否報告錯誤信息更靈活、更清楚，見圖7.21。 (8) 考慮到無論是通報設(shè)備故障，還是通報不平安因素，都要打印一些信息，因此可以再抽出一個“寫一行模塊給護理站，供兩個模塊調(diào)用?？紤]到“通報不平安因素模塊可能比較大，那么抽出一個模塊：“生成一行不平安因素。經(jīng)過上面這些改進后的結(jié)構(gòu)圖如圖7.21所示。圖7.21 改進的結(jié)構(gòu)圖(2) 在這個例子中，用到以下一些技巧： 減少模塊間的聯(lián)系，其中用得最多的是減少傳遞的參數(shù)，尤其注意減少控制信息的傳遞； 消除重復(fù)功能； 消除“管道性模塊； 考慮將來可能發(fā)生的變化； 控制模塊的

39、大小。一般認為一個模塊在50100個語句為宜，過大的模塊可按功能分解出下級模塊，過小的模塊可適當合并；盡可能從整個結(jié)構(gòu)圖出發(fā)考慮；初始結(jié)構(gòu)圖中不滿足系統(tǒng)說明書的地方，在改進過程中完善。 7.3 從數(shù)據(jù)流圖導(dǎo)出結(jié)構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法與結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析有著密切的聯(lián)系。在系統(tǒng)分析階段，我們用結(jié)構(gòu)化分析方法獲得用DFD等工具描述的系統(tǒng)說明書。設(shè)計階段，我們那么以DFD為根底設(shè)計系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)。本節(jié)討論如何從數(shù)據(jù)流圖導(dǎo)出初始結(jié)構(gòu)圖。 數(shù)據(jù)流圖有兩種典型的結(jié)構(gòu)：變換型(transform)結(jié)構(gòu)和事務(wù)型(transaction)結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)可以分別通過變換分析和事務(wù)分析方法導(dǎo)出標準形式的結(jié)構(gòu)圖。這些方

40、法都是先設(shè)計結(jié)構(gòu)圖的頂端主模塊，然后自頂向下逐步細化，得到滿足數(shù)據(jù)流圖要求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 7.3.1 變換分析 變換結(jié)構(gòu)是一種線性結(jié)構(gòu)。它明顯地分成邏輯輸入、主加工和邏輯輸出三局部。圖7.22(a)是一個典型的例子。變換分析(transform analysis)過程可以分為三步：圖7.22 變換分析 找出主加工、邏輯輸入和邏輯輸出局部； 設(shè)計頂層模塊和第一層模塊； 設(shè)計中、下層模塊。 下面分別討論。 1. 找出系統(tǒng)的邏輯輸入、主加工和邏輯輸出局部 如果設(shè)計人員經(jīng)驗豐富，又熟悉系統(tǒng)說明書，那么容易確定系統(tǒng)的主加工局部。例如，幾股數(shù)據(jù)流的集合處往往就是系統(tǒng)的主加工局部。假設(shè)一時不能確定哪是主加工局

41、部，可以用下面的方法先確定哪些數(shù)據(jù)流是邏輯輸入、哪些數(shù)據(jù)流是邏輯輸出。 從物理輸入端開始，一步步向系統(tǒng)的中間移動，直至分析到這樣一個數(shù)據(jù)流：它已不能再被看作系統(tǒng)的輸入，那么它的前一個數(shù)據(jù)流就是系統(tǒng)的邏輯輸入。在圖7.22(a)中，從“原始數(shù)據(jù)這一數(shù)據(jù)流開始向中間移動，逐個分析數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流“P3P4不能再被理解為系統(tǒng)的輸入了。因此，數(shù)據(jù)流“P2P3是邏輯輸入。 同理，從物理輸出端開始，逆數(shù)據(jù)流方向向中間移動，可以確定系統(tǒng)的邏輯輸出。 介于邏輯輸入、邏輯輸出之間的加工就是主加工。圖7.22(a)中的處理框P3就是主加工。 當然，實際的數(shù)據(jù)流圖往往比這個例子復(fù)雜，輸入、輸出數(shù)據(jù)流都可能有多個，

42、這時，需要對每個輸入、輸出數(shù)據(jù)流逐個進行分析，確定相應(yīng)的邏輯輸入、邏輯輸出。處于這些邏輯輸入、邏輯輸出之間的處理框就是主加工。主加工可能包括數(shù)據(jù)流圖中的多個處理框。 從上面的分析過程可以看出，邏輯輸入、邏輯輸出的劃分涉及對數(shù)據(jù)流的理解。各人的理解不同，結(jié)果就有差異，但一般出入不會太大。 2. 設(shè)計頂層模塊和第一層模塊 找到主加工之后，遵照“自頂向下，逐步加細的原那么，設(shè)計各層的模塊。每創(chuàng)立一個模塊必須確定該模塊的外部特征：模塊的功能及與其他模塊的界面(調(diào)用時傳送的信息)；為每個模塊起一個名字，這個名字應(yīng)當恰如其分地反映出這個模塊的功能。 系統(tǒng)的主加工就是系統(tǒng)的頂層模塊，其功能就是整個系統(tǒng)的功能

43、。 第一層模塊按輸入、變換、輸出等分支來處理：為每一個邏輯輸入設(shè)計一個輸入模塊，其功能是為頂層模塊提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)；為每一個邏輯輸出設(shè)計一個輸出模塊，它的功能是輸出頂層模塊的輸出信息；為主加工設(shè)計一個變換模塊，它的功能就是將邏輯輸入變換成邏輯輸出。第一層模塊與頂層模塊之間傳送的數(shù)據(jù)應(yīng)該同數(shù)據(jù)流圖相對應(yīng)。 圖7.22(a)有一個邏輯輸入，一個邏輯輸出，所以對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖第一層模塊共三個，即寬度為3。如圖7.22(b)所示。 3. 設(shè)計中、下層模塊 對輸入、變換、輸出模塊逐個分解，便可得到初始結(jié)構(gòu)圖。 輸入模塊為系統(tǒng)提供邏輯輸入，一般要進行變換，先確定實現(xiàn)最后變換的變換模塊。這個變換模塊顯然又需要某些

44、輸入，對每個這樣的輸入，對應(yīng)一個新的輸入模塊。用類似方法依次分解下去，直到最終的物理輸入為止。 對輸出模塊的分解與上面的方法相似。 對變換模塊的分解，目前還沒有像上面那樣的歸納出的方法，我們只能通過研究數(shù)據(jù)流圖中相應(yīng)加工的組成情況，應(yīng)用7.2節(jié)介紹的耦合、內(nèi)聚等概念，得到好的分解。 與圖7.22(a)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖如圖7.22(b)所示。 回憶一下節(jié)“病人監(jiān)護系統(tǒng)這個例子，有助于我們理解這里介紹的方法。這個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如圖7.23所示。圖7.23 病人監(jiān)護系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖 “合理數(shù)據(jù)可以看作是這個系統(tǒng)的邏輯輸入，也是系統(tǒng)的邏輯輸出。因此，這個系統(tǒng)沒有主加工。由此設(shè)計出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的頂層模塊和第一層模

45、塊，如圖7.24所示。進一步分析便可得到如圖7.21所示的結(jié)構(gòu)圖。由此可見由數(shù)據(jù)流圖出發(fā)，采用變換分析的方法得到的結(jié)構(gòu)圖比采用直觀理解的方法得到的結(jié)構(gòu)圖(圖7.15)要好得多。圖7.24 病人監(jiān)護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 7.3.2 事務(wù)分析 圖7.25是事務(wù)型結(jié)構(gòu)的例子。在這種結(jié)構(gòu)中，某個加工將它的輸入別離成一串平行的數(shù)據(jù)流，然后分別執(zhí)行后面的某些加工。對于這種類型的數(shù)據(jù)流圖，可以通過事務(wù)分析(transaction Analysis)得到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。 事務(wù)分析也是按“自頂向下，逐步細化的原那么進行的。先設(shè)計主模塊，其功能就是整個系統(tǒng)的功能。下面有一個“分析模塊和“調(diào)度模塊。前者分析事務(wù)的類型，后者根據(jù)

46、不同的類型調(diào)用相應(yīng)的下層模塊。這樣得到與圖7.25相應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖7.26所示。這里作用范圍可能在控制范圍之外，從而產(chǎn)生控制耦合。對于不太復(fù)雜的系統(tǒng)，可以通過在主模塊判別事務(wù)類型來解決這一問題。對于復(fù)雜的問題，還得分開設(shè)模塊。圖7.25 事務(wù)型結(jié)構(gòu) 圖7.26 事務(wù)分析 前面我們分別討論了變換分析和事務(wù)分析。在實際應(yīng)用中，這兩種分析方法往往交替使用。數(shù)據(jù)流圖的某一個局部可能是變換型，另一個局部可能是事務(wù)型，如此等等。這時，一般以變換分析為主，輔之以事務(wù)分析。各個系統(tǒng)有不同的特點，初始結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計方法也不同。但凡滿足系統(tǒng)說明書要求的結(jié)構(gòu)圖都可以作為初始結(jié)構(gòu)圖。這里稱之為初始結(jié)構(gòu)圖，是因為數(shù)據(jù)流

47、圖并沒有完全反映出用戶的要求(如查詢要求、控制流等)，因此，按數(shù)據(jù)流圖導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)圖還要參照小說明、查詢分析等文檔進行調(diào)整。 7.3.3 數(shù)據(jù)流圖層次的轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)流圖是分層次的，當我們對某一層數(shù)據(jù)流圖進行變換分析或事務(wù)分析得出相應(yīng)的模塊結(jié)構(gòu)圖之后，還必須轉(zhuǎn)換它下一層的數(shù)據(jù)流圖。如圖7.27所示，如果處理框P1.4對應(yīng)模塊M32，那么P1.4進一步分解的處理框應(yīng)轉(zhuǎn)換成M32的下層模塊。 作為一個練習，建議讀者根據(jù)上一章給出的“學習成績管理的數(shù)據(jù)流圖，畫出對應(yīng)的初始結(jié)構(gòu)圖，并根據(jù)這兩節(jié)的內(nèi)容，優(yōu)化你的初始結(jié)構(gòu)圖。圖7.27 數(shù)據(jù)流圖的層次與模塊結(jié)構(gòu)7.4 一體化設(shè)計方法 結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法也有明顯的缺乏

48、。系統(tǒng)的總體設(shè)計應(yīng)包括程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩個方面，但傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計只考慮程序結(jié)構(gòu)方面，而進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計需要參考其他方法。事實上，關(guān)于數(shù)據(jù)庫設(shè)計的許多信息在系統(tǒng)分析階段已經(jīng)得到，但沒有充分利用。因此，在系統(tǒng)分析階段與系統(tǒng)設(shè)計階段之間存有“空隙，沒有很平滑地由前一階段過渡到后一階段。 一體化方法對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化方法做了改進,集功能分析、過程設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計為一體，充分利用利用系統(tǒng)分析的結(jié)果，完成系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計，填補兩個開發(fā)階段之間的空隙。7.4.1 根本概念1初等功能 在數(shù)據(jù)流圖中，需要再分解為子功能稱為一般功能，不需要再分解的功能稱為初等功能。與初等功能聯(lián)系的數(shù)據(jù)流稱為初

49、等數(shù)據(jù)流。2選單樹 在一個規(guī)模較大的系統(tǒng)中，需要一系列的屏幕選單引導(dǎo)用戶選擇需要系統(tǒng)完成的功能。這些選單是按層次組織起來的，稱為選單樹。從用戶角度看，選單樹就是系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。3事務(wù) 事務(wù)是信息系統(tǒng)可獨立完成的一項業(yè)務(wù)或活動。在數(shù)據(jù)流圖中，一項事務(wù)包含由數(shù)據(jù)流鏈接的一些根本功能、與這些根本功能聯(lián)系的數(shù)據(jù)存儲和外部實體。 信息系統(tǒng)由一系列事務(wù)組成。系統(tǒng)的所有事務(wù)構(gòu)成信息系統(tǒng)內(nèi)部的總體結(jié)構(gòu)。7.4.2 選單樹初步設(shè)計 選單樹設(shè)計的目標，是建立與系統(tǒng)功能相應(yīng)的層次選單。選單樹的設(shè)計分兩階段進行：第一階段，從DFD導(dǎo)出一個初始選單樹；第二階段，在事務(wù)設(shè)計之后，修改、完善選單樹。 為了設(shè)計初始選單樹，需

50、要從頂層數(shù)據(jù)流圖開始，自頂向下考查所有數(shù)據(jù)流圖。為便于對照檢查，選單中各行的標號和標題，暫時用對應(yīng)功能的標號和標題說明。在優(yōu)化、完善選單樹時，再給出更恰當?shù)臉颂柡蜆祟}。7.4.3 事務(wù)設(shè)計 一項事務(wù)由數(shù)據(jù)流鏈接的幾個初等功能及有關(guān)的數(shù)據(jù)存儲、外部實體構(gòu)成。其中有一個初等功能是該事務(wù)的觸發(fā)者，這可以從初始選單中找到標有“T。由此出發(fā)，沿或逆數(shù)據(jù)流找下一個初等功能，依此下去，直到進入數(shù)據(jù)存儲或外部實體，便可找到一項事務(wù)的所有成分。這個過程有可能由一張數(shù)據(jù)流圖跨越到其他數(shù)據(jù)流圖上。初始選單樹中所有標有“T的行都完成這種過程后，便可找出系統(tǒng)的全部事務(wù)。 事務(wù)設(shè)計可能影響到數(shù)據(jù)流圖和初始選單樹。所以，在

51、事務(wù)設(shè)計之后，要對選單樹進行必要的整理和完善。第一 消除所有蛻化選單屏幕，假設(shè)這一行前標有“T，那么在其父選單的相應(yīng)行前標以“，表示該行是“準選擇行；第二適當改變各行的標號、標題，使之意思更明確。7.5 代 碼 設(shè) 計 7.5.1 代碼的作用 代碼是用來表征客觀事物的一個或一組有序的符號，它應(yīng)易于計算機和人識別與處理。代碼也簡稱為“碼。 編碼就是用數(shù)字或字母代表事物。編碼的歷史可以追溯到古代。從古代常用來傳遞信息的煙信號直到現(xiàn)代的電傳打字機，沒有代碼是難以想象的。這個問題過去不太受重視，今天卻成了信息技術(shù)的中心問題之一，成為現(xiàn)代化管理的重要根底。通過編碼，建立統(tǒng)一的經(jīng)濟信息語言，有利于提高通用

52、化水平，使資源共享，到達統(tǒng)一化；有利于采用集中化措施以節(jié)約人力，加快處理速度；有利于檢索方法的統(tǒng)一。下面具體介紹代碼的功能。 1. 鑒別功能 這是代碼最根本的特性。任何代碼都必須具備這種根本特性。在一個信息分類編碼標準中，一個代碼只能惟一地標識一個分類對象，而一個分類對象只能有一個惟一的代碼。 2. 分類 當按分類對象的屬性(如工藝、材料、用途等)分類，并分別賦予不同的類別代碼時，代碼又可以作為分類對象類別的標識。這是利用計算機進行分類統(tǒng)計的根底。 3. 排序 當按分類對象產(chǎn)生的時間、所占空間或其他方面的順序關(guān)系分類，并賦予不同的代碼時，代碼又可以作為區(qū)別分類對象排序的標識。 4. 專用含義

53、當客觀需要采用一些專用符號時，代碼可提供一定的專門含義，如數(shù)學運算的程序，分類對象的技術(shù)參數(shù)、性能指標等。 7.5.2 代碼的種類 代碼的種類如圖7.39所示。圖中列出了最根本的代碼。實際應(yīng)用中，常常根據(jù)需要采用兩種或兩種以上根本代碼的組合。下面介紹幾種最常用的代碼。圖7.39 代碼的種類 1. 順序碼 按圖7.39的分類，順序碼是一種無實義代碼。這種代碼只作為分類對象的惟一標識，只代替對象名稱，而不提供對象的任何其他信息。 順序碼是一種最簡單、最常用的代碼。這種代碼是將順序的自然數(shù)或字母賦予分類對象。例如“人的性別代碼(GB226180)規(guī)定：1為男性，2為女性。 順序碼的優(yōu)點是代碼簡短，使

54、用方便，易于管理，易添加，對分類對象無任何特殊規(guī)定。缺點是代碼本身沒有給出對象的任何其他信息。通常非系統(tǒng)化的分類對象常采用順序碼。 2. 矩陣碼 矩陣碼是一種邏輯碼。所謂邏輯碼，是按照一定的邏輯規(guī)那么或者程序算法編寫的代碼。矩陣碼就是建立在兩維空間x、y坐標根底上的代碼。代碼的值是通過坐標的數(shù)值構(gòu)成的。 3. 自檢碼 自檢碼由代碼本體局部和一個附加碼組成。附加碼用來檢查代碼的錄入和轉(zhuǎn)錄過程中是否有過失。附加碼也叫校驗碼，它和代碼本體局部有某種惟一的關(guān)系，它是通過一定的數(shù)學算法得到的。關(guān)于代碼校驗方法在后面的節(jié)介紹。 4. 系列順序碼 系列順序碼是排序碼的一種。排序碼是把對象按預(yù)先選擇的某種順序

55、排列，分別賦予代碼。 系列順序碼是一種特殊的順序碼。它將順序代碼分為假設(shè)干段并與分類對象的分段一一對應(yīng)，給分類對象賦予一定的順序代碼。 例如“國務(wù)院各部、委、局及其他機構(gòu)名稱代碼(GB4657-84)采用的就是系列順序碼，用三位數(shù)字表示一個機構(gòu)，第一位數(shù)字表示類別標識，第二、三位數(shù)字表示該機構(gòu)在此類別中的數(shù)字代碼，如300399為國務(wù)院各部代碼，700799為全國性人民團體代碼。 這種代碼的優(yōu)點是能表示一定的信息屬性，易于添加；缺點是空碼較多時，不便于機器處理，不適用于復(fù)雜的分類體系。 5. 層次碼 層次碼是按分類對象的附屬層次關(guān)系作為排列順序的一種代碼。代碼分為假設(shè)干層，并與對象的分類層次對

56、應(yīng)。代碼左端為高位層次代碼，右端為低位層次代碼。每個層次的代碼可采用順序碼或系列順序碼。 例如“國民經(jīng)濟行業(yè)分類和代碼(GB475484)采用三層的層次碼。第一、二、三層代碼分別代表大類、中類、小類，其結(jié)構(gòu)如下： 層次碼有著廣泛的應(yīng)用。其優(yōu)點是能明確標出對象的類別，有嚴格的隸屬關(guān)系，代碼結(jié)構(gòu)簡單，容量大，便于機器匯總。但是，當層次較多時，其彈性較差。 7.5.3 代碼的類型 代碼的類型指代碼符號的表示形式，一般有數(shù)字型、字母型、數(shù)字字母混合型。 數(shù)字型代碼是用一個或多個阿拉伯數(shù)字表示的代碼。這種代碼結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，也便于排序，易于推廣。這是目前各國普遍采用的一種形式，如前面提到的“人的性別

57、代碼、“國民經(jīng)濟行業(yè)分類和代碼等國家標準都是采用數(shù)字碼。這種代碼的缺點是對象特征的描述不直觀。 字母型代碼是用一個或多個字母表示的代碼。例如，鐵道部制定的火車站站名字母縮寫碼：BJ代表北京，HB代表哈爾濱。這種碼的優(yōu)點是便于記憶，人們有使用習慣。另外，與同樣長度的數(shù)字碼相比，這種代碼容量大得多。一位數(shù)字最多可表示10個類目，而一位字母可表示26個類目。其缺點是不便于機器處理。特別是編碼對象多、更改頻繁時，常會出現(xiàn)重復(fù)和沖突。因此，字母型代碼常用于分類對象較少的情況。 混合型代碼是由數(shù)字、字母、專用符號組成的代碼。這種代碼根本上兼有前兩種代碼的優(yōu)點。但是代碼組成形式復(fù)雜，計算機輸入不便，錄入效率

58、低，錯誤率高。 綜上所述，三種類型的代碼各有所長，各有所短，使用時應(yīng)根據(jù)使用者的要求，信息量的多少，信息交換的頻度，使用者的習慣等各方面綜合考慮，選用適宜的代碼類型。 7.5.4 代碼校驗方法 代碼是數(shù)據(jù)的重要組成局部，它的正確性將直接影響系統(tǒng)的質(zhì)量。當人們抄寫、錄入時，發(fā)生錯誤的可能性很大。如抄寫錯(把1234寫成1235)、移位錯(把1234記為1243)、隔位移位錯(把1234記為1432)等等。因此，為了驗證輸入代碼的正確性，就要在代碼本體的根底上，再外加校驗碼，使它成為代碼的一個組成局部。這就是前面介紹的自檢碼。 校驗碼是根據(jù)事先規(guī)定好的數(shù)學方法及代碼本體計算出來的。當自檢碼輸入計算

59、機后，計算機按照同樣的數(shù)學方法，根據(jù)代碼本體進行計算，將結(jié)果與校驗位比較，檢驗輸入的代碼是否正確。 校驗碼的生成過程如下： (1) 對代碼本體的每一位加權(quán)求和: 設(shè)代碼本體為C 1C 2C n，權(quán)因子為P 1P 2P n，加權(quán)求和得： S=C i P i 其中，權(quán)因子可取自然數(shù)1、2、3、，幾何級數(shù)2、4、8、16、32、，質(zhì)數(shù)2、3、5、7、11、。 (2) 以模除和得余數(shù)： R=S mod M 其中，R表示余數(shù)，表示模數(shù)，可取M=10，11等。 (3) 模減去余數(shù)得校驗位： C n+1 =M-R 例如，代碼本體為123456，權(quán)為173173，模為10，那么S=11+27+33+41+57

60、+63=81，R=81 mod 10=1，校驗位為：10-1=9。 所以自檢碼為1234569，其中9為校驗位。 當自檢碼C 1 C 2 .C nC n+1 (其中C n+1為校驗位)輸入計算機后，對C 1 C 2 .C n 分別乘以原來的權(quán)，C n+1乘以，把它們相加后所得的和被模除。假設(shè)余數(shù)為零，那么該代碼一般說來是正確的，否那么輸入有錯。 在這種方法中，權(quán)和?？梢杂卸喾N取法。表7.1列出了一些權(quán)和模的檢錯率。 表7.1 不同權(quán)和模的檢錯率 模權(quán)抄寫錯檢錯率易位錯檢錯率隔位易位錯檢錯率隨機錯檢錯率1010101111111，2，1，2，1，21，3，1，3，1，37，6，5，4，3，29，