【文章內(nèi)容簡介】 輯劃分方案(即子系統(tǒng)的劃分)。②新系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的分布方案，如哪些在本系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部，哪些在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或主機(jī)上。數(shù)據(jù)詞典（Data Dictionary，簡稱DD）DD就是對數(shù)據(jù)流圖中的各文件和數(shù)據(jù)流進(jìn)行詳細(xì)地描述和確切解釋的詞典，它能定義文件或數(shù)據(jù)流由哪些更小的單位組成（這些更小的單位一般叫做字段或數(shù)據(jù)項(xiàng)），并描述每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的具體內(nèi)容、取值范圍等。處理邏輯說明：在數(shù)據(jù)字典的數(shù)據(jù)處理?xiàng)l目中使用自然語言對處理邏輯進(jìn)行了說明，但是由于自然語言和含糊性和繁瑣性，或人與人之間的理解問題，很難用自然語言表達(dá)清楚某些真正的處理邏輯，必須用專門的工具和方法加以說明，使之標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化。常用的工具有結(jié)構(gòu)化語言、判斷樹、判斷表等。第六步：系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是把系統(tǒng)需求分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)的最重要的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣在根本上決定了軟件系統(tǒng)的質(zhì)量。就象“一切帝國主義都是紙老虎”那樣可以斷定“差的系統(tǒng)設(shè)計(jì)必定產(chǎn)生差的軟件系統(tǒng)。”Windows NT的一位系統(tǒng)設(shè)計(jì)師擁有8輛法拉利跑車，讓Microsoft公司的一些程序員十分眼紅。但你只能羨慕而不能憤恨，因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)程序員都有本事成為復(fù)雜軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要比純粹的編程困難得多。即便你清楚客戶的需求，卻未必知道應(yīng)該設(shè)計(jì)什么樣的軟件系統(tǒng)——既能掙最多的錢又能讓客戶滿意?！疤煜挛骱?，最美是杭州”，千年前蘇東坡大學(xué)士對西湖精采絕倫的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使杭州榮升為“天堂”，讓后人只剩下贊嘆和破壞的份了。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的四方面內(nèi)容：體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)、用戶界面設(shè)計(jì)。如果將軟件系統(tǒng)比喻為人體，那么：（1）體系結(jié)構(gòu)就如同人的骨架。如果某個(gè)家伙的骨架是猴子，那么無論怎樣喂養(yǎng)和美容，這家伙始終都是猴子，不會成為人。（2）模塊就如同人的器官，具有特定的功能。人體中最出色的模塊設(shè)計(jì)之一是手，手只有幾種動(dòng)作，卻能做無限多的事情。人體中最糟糕的模塊設(shè)計(jì)之一是嘴巴，嘴巴將最有價(jià)值但毫無相干的幾種功能如吃飯、說話、親吻混為一體，使之無法并行處理，真乃人類之不幸。（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法就如同人的血脈和神經(jīng)，它讓器官具有生命并能發(fā)揮功能。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分布在體系結(jié)構(gòu)和模塊中，它將協(xié)調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)功能。人的耳朵和嘴巴雖然是相對獨(dú)立的器官，但如果耳朵失聰了，嘴巴就只能發(fā)出“啊”“嗚”的聲音，等于喪失了說話的功能（所以聾子天生就是啞巴），可人們卻又能用手勢代替說話。人體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)真是十分神奇并且十分可笑。（4）用戶界面就如同人的外表，最容易讓人一見鐘情或一見惡心。象人類追求心靈美和外表美那樣，軟件系統(tǒng)也追求（內(nèi)在的）功能強(qiáng)大和（外表的）界面友好。但隨著生活節(jié)奏的加快，人們已少有興趣去品味深藏不露的內(nèi)在美。如果把Unix系統(tǒng)比作是健壯的漢子和婦人，那么Windows系統(tǒng)就象嫵媚的小白臉和狐貍精。想不到Windows系統(tǒng)竟然能興風(fēng)作浪，占去大半市場。有鑒于此，我們應(yīng)該鼓勵(lì)女士多買化妝品（男士付錢）以獲得更好的界面。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們要深情地關(guān)注軟件的質(zhì)量因素，如正確性與精確性、性能與效率、易用性、可理解性與簡法性、可復(fù)用性與可擴(kuò)充性等等。即使把系統(tǒng)設(shè)計(jì)做好了，也并不意味著就能產(chǎn)生好的軟件系統(tǒng)。在程序設(shè)計(jì)、測試、維護(hù)等環(huán)節(jié)還要做大量的工作，無論哪個(gè)環(huán)節(jié)出了差錯(cuò)，都會把好事搞砸了。據(jù)說上帝把所有的女士都設(shè)計(jì)成天使，可是天使們在下凡時(shí)有些雙腳先著地，有些臉先著地。上帝的這一疏忽讓很多女孩傷透了心。我們在開發(fā)軟件時(shí)，一定要吸取這個(gè)教訓(xùn)。1． 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)楊叔子院士曾這樣指點(diǎn)其弟子：文學(xué)中有科學(xué)，音樂中有數(shù)學(xué)，漫畫中有現(xiàn)代數(shù)學(xué)的拓?fù)鋵W(xué)。漫畫家可以“幾筆”就把一個(gè)人畫出來，不管怎么美化或丑化，就是活像。為什么？因?yàn)槟恰皫坠P”不是別的，而是拓?fù)鋵W(xué)中的特征不變量，這是事物最本質(zhì)的東西。體系結(jié)構(gòu)是軟件系統(tǒng)中最本質(zhì)的東西：（1）體系結(jié)構(gòu)是對復(fù)雜事物的一種抽象。良好的體系結(jié)構(gòu)是普遍適用的，它可以高效地處理多種多樣的個(gè)體需求。一提起“房子”，我們的腦中馬上就會出現(xiàn)房子的印象（而不是地洞的印象）?！胺孔印笔侨藗儗ψ∷藁蜣k公環(huán)境的一種抽象。不論是辦公樓還是民房，同一類建筑物（甚至不同類的建筑物）之間都具有非常相似的體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)造方式。如果13億中國人民每個(gè)人都要用特別的方式構(gòu)造奇異的房子，那么960萬平方公里的土地將會變得千瘡百孔，終日不得安寧。（2）體系結(jié)構(gòu)在一定的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。只有在穩(wěn)定的環(huán)境下，人們才能干點(diǎn)事情，社會才能發(fā)展?？茖W(xué)告訴我們，宇宙間萬物無時(shí)無刻不在運(yùn)動(dòng)、飛行。由于我們的生活環(huán)境在地球上保持相對穩(wěn)定，以致于我們可以無憂無慮地吃飯和睡覺，壓根就意識不到自己是活生生的導(dǎo)彈。軟件開發(fā)最怕的就是需求變化，但“需求會發(fā)生變化”是個(gè)無法逃避的現(xiàn)實(shí)。人們希望在需求發(fā)生變化時(shí)，最好只對軟件做些皮皮毛毛的修改，可千萬別改動(dòng)軟件的體系結(jié)構(gòu)。就如人們對住宿的需求也會變動(dòng)，你可以經(jīng)常改變房間的裝璜和擺設(shè)，但不會在每次變動(dòng)時(shí)都要去折墻、拆柱、挖地基。如果當(dāng)需求發(fā)生變化時(shí)，程序員不得不去修改軟件的體系結(jié)構(gòu)，那么這個(gè)軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是失敗的。良好的體系結(jié)構(gòu)意味著普適、高效和穩(wěn)定。本節(jié)將論述兩種非常通用的軟件體系結(jié)構(gòu)：層次結(jié)構(gòu)和客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server）結(jié)構(gòu)。①層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)表達(dá)了這么一種常識：有些事情比較復(fù)雜，我們沒法一口氣干完，就把事情分為好幾層，一層一層地去做。高層的工作總是建立在低層的工作之上。層次關(guān)系主要有兩種：上下級關(guān)系和順序相鄰關(guān)系。一、上下級關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)我們從小學(xué)一直讀到博士研究生畢業(yè)，要讀20多年，可以分為五個(gè)層次。而范進(jìn)的知識結(jié)構(gòu)只有兩層：“私塾”和“秀才”，但讀了五十多年。一般地處于較高層次的學(xué)生應(yīng)該懂得所有低層次的知識，而處于低層次學(xué)生無法懂得所有高層次的知識。如同在軍隊(duì)中，上級可以命令下級，而下級不能命令上級。如果層次結(jié)構(gòu)當(dāng)成是一個(gè)軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，那么上層子系統(tǒng)可以使用下層子系統(tǒng)的功能，而下層子系統(tǒng)不能夠使用上層子系統(tǒng)的功能。二、順序相鄰關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)順序相鄰關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)表明通訊只能在相鄰兩層之間發(fā)生，信息只能被一層一層地順序傳遞。這種層次結(jié)構(gòu)的經(jīng)典之作是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的OSI參考模型。為了減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都按層（Layer）或級（Level）的方式組織。每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務(wù)，而把如何實(shí)現(xiàn)這一服務(wù)的細(xì)節(jié)對上一層加以屏蔽。一臺機(jī)器上的第n層與另一臺機(jī)器上的第n層進(jìn)行對話，通話的規(guī)則就是第n層的協(xié)議，數(shù)據(jù)不是從一臺機(jī)器的第n層直接傳送到另一臺機(jī)器的第n層，發(fā)送方把數(shù)據(jù)和控制信息逐層向下傳遞，最低層是物理介質(zhì)，它進(jìn)行實(shí)際的通訊，接收方則將數(shù)據(jù)和控制信息逐層向上傳遞。每一對相鄰層之間都有接口。接口定義了下層提供的原語操作和服務(wù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者在決定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)包含多少層，每一層應(yīng)當(dāng)做什么的時(shí)候，其中很重要的工作是在相鄰層之間定義清晰的接口。接口可以使得同一層能輕易地用某一種實(shí)現(xiàn)（Implementation）來替換另一種完全不同的實(shí)現(xiàn)（如用衛(wèi)星信道來代替所有的電話線），只要新的實(shí)現(xiàn)能向上層提供同一組服務(wù)就可以了。②客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)讓我們先回顧一下早期的電話系統(tǒng)。貝爾（Alexander Graham Bell）于1876年申請了電話專利。那時(shí)期的電話必須一對一對地賣，用戶自己在兩個(gè)電話之間拉一根線。如果一個(gè)電話用戶想和其它幾個(gè)電話用戶通話，他必須拉n根單獨(dú)的線到每個(gè)人的房子里。于是在很短的時(shí)間內(nèi)，城市里到處都是穿過房屋和樹木的混亂的電話線。很明顯，企圖把所有的電話完全互聯(lián)是行不通的。貝爾電話公司在1878年開辦了第一個(gè)交換局。公司為每個(gè)客戶架設(shè)一條線。打電話時(shí)，客戶搖動(dòng)電話的曲柄使電話公司辦公室的鈴響起來，操作員聽到鈴聲以后根據(jù)要求將呼叫方和被呼叫方用跳線手工連接起來。很快地，貝爾系統(tǒng)的交換局就出現(xiàn)在各地。人們又要求能打城市間的長途電話，就出現(xiàn)了二級交換局，以后進(jìn)一步發(fā)展為多個(gè)二級交換局。客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)顯然的優(yōu)點(diǎn)：（1）以集中的方式高效率地管理通訊。前面講電話系統(tǒng)的故事就是要說明這一點(diǎn)。（2）可以共享資源。比如在信息管理系統(tǒng)中，服務(wù)器將信息集中起來，任何客戶機(jī)都可以通過訪問服務(wù)器而獲得所需的信息?？蛻魴C(jī)和服務(wù)器之間的通訊以“請求——響應(yīng)”的方式進(jìn)行?？蛻魴C(jī)先向服務(wù)器發(fā)起“請求”（Request），服務(wù)器再響應(yīng)（Response）這個(gè)請求。采用“請求——響應(yīng)”這種通訊方式的基本動(dòng)機(jī)是為了解決“聚集”（Rendezvous）問題。在客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器在啟動(dòng)后必須（無限期地）等待客戶機(jī)的“請求”，因此就形成了“請求——響應(yīng)”的通訊方式。在Internet/Intranet領(lǐng)域，目前“瀏覽器—Web 服務(wù)器—數(shù)據(jù)庫服務(wù)器” 結(jié)構(gòu)是一種非常流行的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是：客戶機(jī)統(tǒng)一采用瀏覽器，這不僅讓用戶使用方便，而且使得客戶機(jī)端不存在維護(hù)的問題。當(dāng)然，軟件開發(fā)布和維護(hù)的工作不是自動(dòng)消失了，而是轉(zhuǎn)移到了Web 服務(wù)器端。在Web 服務(wù)器端，程序員要用腳本語言編寫響應(yīng)頁面。例如用Microsoft的ASP語言查詢數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，將結(jié)果保存在Web 頁面中，再由瀏覽器顯示出來。2． 模 塊 設(shè) 計(jì)在設(shè)計(jì)好軟件的體系結(jié)構(gòu)后，就已經(jīng)在宏觀上明確了各個(gè)模塊應(yīng)具有什么功能，應(yīng)放在體系結(jié)構(gòu)的哪個(gè)位置。我們習(xí)慣地從功能上劃分模塊，保持“功能獨(dú)立”是模塊化設(shè)計(jì)的基本原則。因?yàn)?，“功能?dú)立”的模塊可以降低開發(fā)、測試、維護(hù)等階段的代價(jià)。但是“功能獨(dú)立”并不意味著模塊之間保持絕對的孤立。一個(gè)系統(tǒng)要完成某項(xiàng)任務(wù)，需要各個(gè)模塊相互配合才能實(shí)現(xiàn)，此時(shí)模塊之間就要進(jìn)行信息交流。比如手和腳是兩個(gè)“功能獨(dú)立”的模塊。沒有腳時(shí)，手照樣能干活。沒有手時(shí)，腳仍可以走路。但如果希望跑得快，那么邁左腳時(shí)一定要伸右臂甩左臂，邁右腳時(shí)則要伸左臂甩右臂。在設(shè)計(jì)一個(gè)模塊時(shí)不僅要考慮“這個(gè)模塊就該提供什么樣的功能”，還要考慮“這個(gè)模塊應(yīng)該怎樣與其它模塊交流信息”。模塊結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)方法模塊結(jié)構(gòu)圖直接根據(jù)數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)換過來，常用兩種轉(zhuǎn)換方法：變換中心分析法和事務(wù)中心分析法。變換中心分析法適合于數(shù)據(jù)流程圖中從一個(gè)數(shù)據(jù)來源流入的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中所經(jīng)過的邏輯路徑幾乎相同，并且存在三種類型的處理邏輯（執(zhí)行輸入功能、執(zhí)行處理邏輯變換功能、執(zhí)行輸出功能）的情況。其分析步驟如下：①根據(jù)數(shù)據(jù)流圖的加工找出確定主加工(或變換中心)。在數(shù)據(jù)流程圖中多股數(shù)據(jù)流的匯合處一般是系統(tǒng)的變換中心。若沒有明顯的匯合處，可先確定邏輯輸入和邏輯輸出的數(shù)據(jù)流，作為變換中心。從物理輸入端開始，沿著數(shù)據(jù)流輸入的方向向系統(tǒng)中間移動(dòng)，直至到達(dá)不能被作為系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)流為止，則前一個(gè)數(shù)據(jù)流就是系統(tǒng)的邏輯輸入。從系統(tǒng)的物理輸出端開始，向系統(tǒng)的中間移動(dòng)，可找出離物理輸出端最遠(yuǎn)的，但仍可作為系統(tǒng)輸出的部分就是系統(tǒng)的邏輯輸出。邏輯輸入和邏輯輸出之間的部分是系統(tǒng)的變換中心。②設(shè)計(jì)模塊結(jié)構(gòu)圖的頂層和第一層。系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖的頂層是主控模塊，負(fù)責(zé)對全系統(tǒng)進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，通過調(diào)用下層模塊來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。在與變換中心對應(yīng)的位置上畫出主控模塊，作為模塊結(jié)構(gòu)圖的“頂”，然后“自頂向下，逐步細(xì)化”，每一層均按輸入、變換中心、輸出等分支來處理。③設(shè)計(jì)中、下層模塊。根據(jù)數(shù)據(jù)流程圖將系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖中第一層的各模塊自頂向下逐級向下擴(kuò)展，形成完整的結(jié)構(gòu)圖。輸入模塊的功能是向調(diào)用它的模塊提供數(shù)據(jù)，故需要一個(gè)數(shù)據(jù)來源，因此，為每個(gè)輸入模塊設(shè)計(jì)兩個(gè)下層模塊：輸入模塊、變換模塊。為每個(gè)輸出模塊設(shè)計(jì)兩個(gè)下層模塊：輸出模塊、變換模塊。直到物理輸入端或物理輸出端為止。事務(wù)中心分析法適合進(jìn)入系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理有多種類型，需要根據(jù)判斷結(jié)果確定執(zhí)行的步驟。其分析步驟如下：①分析數(shù)據(jù)流程圖，確定它的事務(wù)中心。如果數(shù)據(jù)沿著輸入通路到達(dá)一個(gè)處理T，這個(gè)處理根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型在若干動(dòng)作序列中選出一個(gè)來執(zhí)行，那么，處理T稱為事務(wù)中心。 ②設(shè)計(jì)高層模塊。事務(wù)型數(shù)據(jù)流程圖轉(zhuǎn)換成模塊結(jié)構(gòu)圖③設(shè)計(jì)中、下層模塊。自頂向下，逐層細(xì)化，對高層模塊進(jìn)行必要分解，形成完整的模塊結(jié)構(gòu)圖。一個(gè)實(shí)際的管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖是相當(dāng)復(fù)雜的，往往是變換型和事務(wù)型的混合結(jié)構(gòu)，此時(shí)可把變換分析和事務(wù)分析的應(yīng)用列在同一數(shù)據(jù)流程圖的不同部分。以導(dǎo)出初始的系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖．然后再根據(jù)模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則對初始的模塊結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行修改和優(yōu)化，以求獲得設(shè)計(jì)合理的模塊結(jié)構(gòu)圖。 評價(jià)模塊設(shè)計(jì)優(yōu)劣的三個(gè)特征因素：“信息隱藏”、“內(nèi)聚與耦合”和“封閉——開放性”。信息隱藏在一節(jié)不和諧的課堂里，老師嘆氣道：“要是坐在后排聊天的同學(xué)能象中間打牌的同學(xué)那么安靜，就不會影響到前排睡覺的同學(xué)。”這個(gè)故事告訴我們，如果不想讓壞事傳播開來，就應(yīng)該把壞事隱藏起來，“家丑不可外揚(yáng)”就是這個(gè)道理。為了盡量避免某個(gè)模塊的行為去干擾同一系統(tǒng)中的其它模塊，在設(shè)計(jì)模塊時(shí)就要注意信息隱藏。應(yīng)該讓模塊僅僅公開必須要讓外界知道的內(nèi)容，而隱藏其它一切內(nèi)容。模塊的信息隱藏可以通過接口設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)模塊僅提供有限個(gè)接口（Interface），執(zhí)行模塊的功能或與模塊交流信息必須且只須通過調(diào)用公有接口來實(shí)現(xiàn)。如果模塊是一個(gè)C++對象，那么該模塊的公有接口就對應(yīng)于對象的公有函數(shù)。如果模塊是一個(gè)COM對象，那么該模塊的公有接口就是COM對象的接口。一個(gè)COM對象可以有多個(gè)接口，而每個(gè)接口實(shí)質(zhì)上是一些函數(shù)的集合。美國也許是世界上丑聞最多的國家，因?yàn)樗非竺裰?，不懂得“隱藏信息”。但美國又是軟件產(chǎn)業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，模塊化設(shè)計(jì)的方法都是美國人倡導(dǎo)的，他們應(yīng)該很懂得“隱藏信息”。真是前后矛盾，這些美國佬！內(nèi)聚與耦合內(nèi)聚（Cohesion）是一個(gè)模塊內(nèi)部各成分之間相關(guān)聯(lián)程度的度量。耦合（Coupling）是模塊之間依賴程度的度量。內(nèi)聚和耦合是密切相關(guān)的，與其它模塊存在強(qiáng)耦合的模塊通常意味著弱內(nèi)聚，而強(qiáng)內(nèi)聚的模塊通常意味著與其它模塊之間存在弱耦合。模塊設(shè)計(jì)追求強(qiáng)內(nèi)聚，弱耦合。一、內(nèi)聚強(qiáng)度內(nèi)聚按強(qiáng)度從低到高有以下幾種類型：（1）偶然內(nèi)聚。如果一個(gè)模塊的各成分之間毫無關(guān)系，則稱為偶然內(nèi)聚。（2）邏輯內(nèi)聚。幾個(gè)邏輯上相關(guān)的功能被放在同一模塊中，則稱為邏輯內(nèi)聚。如一個(gè)模塊讀取各種不同類型外設(shè)的輸入。盡管邏輯內(nèi)聚