1、家庭保安系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì),第一部分 需求獲取與需求分析,這里以“家庭保安系統(tǒng)”為例，簡要說明初步需求的獲取過程。假設(shè)用戶的原始需求描述如下：,根據(jù)家庭保安市場的增長趨勢，我們希望建立一種基于微處理器的家庭保安系統(tǒng)，它能夠識別異常事件并采取相應(yīng)的報警措施。 這些異常事件有：非法進(jìn)入、火災(zāi)、水淹，等等。當(dāng)傳感器一旦探測出相應(yīng)的異常事件時，系統(tǒng)應(yīng)自動用電話向監(jiān)控中心報警。此外，系統(tǒng)應(yīng)允許戶主對其行為實(shí)施程序式控制。,“家庭保安系統(tǒng)”初步需求的獲取(2),為進(jìn)行初步的需求分析，這里采用開發(fā)方和用戶方組成聯(lián)合小組的方法。為此，聯(lián)合小組應(yīng)制定工作制度：每次會議開始前必須有確定的議程，小組成員必須針對議程進(jìn)

2、行充分準(zhǔn)備并應(yīng)形成文字。 聯(lián)合小組會議首先應(yīng)明確問題的范圍、問題與環(huán)境的關(guān)系，并就開發(fā)軟件產(chǎn)品的必要性達(dá)成共識。,“家庭保安系統(tǒng)”初步需求的獲取(3),之后的會議，小組負(fù)責(zé)人要求每位參加者根據(jù)負(fù)責(zé)的范圍列出應(yīng)用問題及環(huán)境中有關(guān)的對象、對象的操作及對象間的關(guān)系。 如市場營銷人員列出控制面板、電話機(jī)、監(jiān)控中心等對象和用戶編程控制、電話撥號、報警等操作； 負(fù)責(zé)傳感器的用戶可能列舉煙霧傳感器、門窗監(jiān)視器、警報器等對象。,“家庭保安系統(tǒng)”初步需求的獲取(4),接著，將對這些列舉的對象和操作進(jìn)行更詳細(xì)的討論和描述，比如，詳細(xì)地描述接收傳感器事件、用戶編程控制、電話報警等操作等。 之后，用戶可能提出一些約束

3、條件。比如，造價不應(yīng)超過3000元，對傳感器事件的響應(yīng)時間不得超過1秒，事件必須按優(yōu)先級順序進(jìn)行處理等等。 會后，小組負(fù)責(zé)人應(yīng)對這些信息加以整理并形成文檔，該文檔應(yīng)能反映“家庭保安系統(tǒng)”的全貌。,“家庭保安系統(tǒng)”初步需求的獲取(4),之后，根據(jù)“家庭保安系統(tǒng)”的特點(diǎn)，將聯(lián)合小組分成兩個小組，并行處理用戶編程控制和傳感器檢測兩個子系統(tǒng)，以便使子問題的軟件需求進(jìn)一步細(xì)化，這時可能又會增加新對象、新操作、新約束條件。在子系統(tǒng)的需求基本明確并形成文檔后，還應(yīng)就子系統(tǒng)的整合及需求驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行初步的討論。 最后，初步需求分析應(yīng)形成結(jié)論性文檔。比如，經(jīng)過初步的需求分析，“家庭保安系統(tǒng)”的部分初步需求文檔如

4、下：,“家庭保安系統(tǒng)”的部分初步需求文檔(1),“家庭保安系統(tǒng)”的軟件允許用戶在安裝時進(jìn)行系統(tǒng)配置，實(shí)施對傳感器的監(jiān)控并通過控制面板與戶主進(jìn)行信息交互。 系統(tǒng)開機(jī)后，軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，接收并處理戶主的命令。 當(dāng)系統(tǒng)處于配置狀態(tài)，軟件系統(tǒng)允許戶主進(jìn)行配置操作。配置操作包括： 指定每一傳感器的種類和編號； 設(shè)置開、關(guān)機(jī)密碼； 指定報警電話號碼； 指定報警延遲和電話重?fù)苎舆t時間（以秒為單位）。,“家庭保安系統(tǒng)”的部分初步需求文檔(2),當(dāng)系統(tǒng)處于監(jiān)視狀態(tài)時，軟件系統(tǒng)即開始對所有傳感器實(shí)施監(jiān)控。當(dāng)軟件系統(tǒng)接收到傳感器發(fā)出的數(shù)據(jù)后，判別是否出現(xiàn)異常事件，如果是，則經(jīng)過指定的延遲時間即開

5、始撥報警電話號碼，撥號操作將按照重?fù)苎舆t反復(fù)進(jìn)行，直至電話接通。此時軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)向監(jiān)控中心報告異常事件發(fā)生的地點(diǎn)、時間和性質(zhì)。,“家庭保安系統(tǒng)”的部分初步需求文檔(3),以上文檔沒有包括約束條件、測試標(biāo)準(zhǔn)等方面的內(nèi)容。 初步需求文檔將是后續(xù)詳細(xì)需求分析的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，就可以采用某種需求分析方法進(jìn)行詳細(xì)的需求分析。,圖1 “家庭保安系統(tǒng)”頂級數(shù)據(jù)流圖,警報類別,顯示信息,電話撥號音頻,傳感數(shù)據(jù),用戶命令,家庭保 安系統(tǒng),控制面板,傳感器,顯示器,電話機(jī),警報器,數(shù)據(jù)流圖,圖2 “家庭保安系統(tǒng)”1級數(shù)據(jù)流圖,警報類別,電話撥 號音頻,傳感信息,配置數(shù)據(jù),傳感數(shù)據(jù),配置數(shù)據(jù),原口令,口令有效/

6、口令無效,口令,配置數(shù)據(jù),配置命令,顯示信息,啟動/停止時 的顯示信息,口令有效,啟動/停止 命令,用戶命令,配置信息,控制面板,用戶命令處理,系統(tǒng) 配置,口令 核對,信息 顯示,啟動/停止 處理,顯示面板,傳感器 監(jiān)測,傳感器,警報器,電話機(jī),圖3 “家庭保安系統(tǒng)”2級數(shù)據(jù)流圖： 對“傳感器監(jiān)測”的分解,傳感器ID,類別 傳感數(shù)據(jù) （內(nèi)部表示）,傳感 數(shù)據(jù),報警信息,電話撥 號音頻,配置數(shù)據(jù),報警類別,電話號碼,傳感信息,配置信息,讀取傳 感數(shù)據(jù),生成報 警信號,異常數(shù) 據(jù)判別,電話 撥號,過程規(guī)格說明舉例“設(shè)置口令”子功能,1參數(shù)：口令；類別：字符串 2處理步驟： 1）檢查系統(tǒng)是否已有口令

7、。若有，則驗(yàn)證用戶輸入口令的有效性。如果有效，則顯示提示信息要求輸入新口令；否則，顯示失敗信息并退出。 2）檢查口令長度是否合法。如果非法，則顯示提示信息要求重新輸入。 3）要求用戶再次鍵入合法口令，以便用戶確認(rèn)和記憶。如果兩次鍵入的口令不符，則返回。 4）將確認(rèn)后的口令按某種加密方法轉(zhuǎn)換為另一字符串存放于系統(tǒng)配置文件中。顯示成功信息并退出。 3約束條件：在上述1）、2）、3）步驟中，用戶重試的機(jī)會不超過3次。,第二部分 軟件設(shè)計(jì),SD方法的設(shè)計(jì)過程和有關(guān)概念,SD方法能方便地將數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)換為軟件結(jié)構(gòu)，其過程分為五步： 1 確定信息流的類型； 2 劃定流界； 3 將數(shù)據(jù)流圖映射為程序結(jié)構(gòu)； 4

8、 提取層次控制結(jié)構(gòu)； 5 通過設(shè)計(jì)復(fù)審和使用啟發(fā)式策略進(jìn) 一步精化所得到的結(jié)構(gòu)。,1）變換流,變換流 在基本系統(tǒng)模型（即頂級數(shù)據(jù)流圖）中信息通常以“外部世界”所具有的形式進(jìn)入系統(tǒng)，經(jīng)過處理后又以這種形式離開系統(tǒng)。,輸入流,外部表示,內(nèi)部表示,信息,時間,圖3 信息流,輸出流,變換流,1）變換流,圖4 典型的變換流 變換流的特點(diǎn)是：經(jīng)過變換B的數(shù)據(jù)流一部分先經(jīng)過變換C到達(dá)變換E，然后另一部分經(jīng)過變換D到達(dá)E；即C和D是順序結(jié)構(gòu)。,2）事務(wù)流,事務(wù)流單個數(shù)據(jù)項(xiàng)稱為事務(wù)（transaction）沿傳入路徑（也稱接受通道）進(jìn)入系統(tǒng)，由外部形式變換為內(nèi)部形式后到達(dá)事務(wù)中心，事務(wù)中心根據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)計(jì)值結(jié)果從若

9、干動作路徑中選定一條繼續(xù)執(zhí)行。 可見它是一個選擇結(jié)構(gòu)。,事務(wù)中心,T,B,事務(wù),C,A,圖5 事務(wù)流,圖6 面向數(shù)據(jù)流 的設(shè)計(jì),1 變換分析,下面以“家庭保安系統(tǒng)”的傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)為例說明變換分析的各個步驟。 步驟一、復(fù)審基本系統(tǒng)模型 基本系統(tǒng)模型指頂級DFD和所有由外部提供的信息。這一設(shè)計(jì)步驟是對系統(tǒng)規(guī)格說明書和軟件需求規(guī)格說明書進(jìn)行評估。這兩個文檔描述軟件界面上信息的流程和結(jié)構(gòu)。,圖6 “家庭保安系統(tǒng)”的頂級數(shù)據(jù)流圖,警報類別,家庭保安 系統(tǒng)軟件,控制面板,顯示器,警報器,電話線,傳感器,用戶命令,顯示信息,傳感數(shù)據(jù),電話撥號音頻,圖7 “家庭保安系統(tǒng)”的第一級DFD,電話撥號音頻,配置

10、數(shù)據(jù),配置 數(shù)據(jù),配置數(shù)據(jù),用戶命令處理,顯示信息 和狀態(tài),傳感器 監(jiān)測,系統(tǒng) 配置,控制面板,顯示器,警報器,電話線,傳感器,配置信息,配置 命令,啟動/ 停止命令,原口令,有效口令,傳感器信息,報警類別,傳感數(shù)據(jù),顯示 信息,用戶命令,口令,啟動/停止 系統(tǒng)和狀態(tài),啟動或 停止消息,口令核對,用 戶 交 互 子 系 統(tǒng),1. 變換分析,步驟二、復(fù)審和精化軟件數(shù)據(jù)流圖 這一步主要是對軟件需求規(guī)格說明書中的分析模型進(jìn)行精化，直至獲得足夠詳細(xì)的DFD。 例如，由“傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)”的第一級（圖6的局部）和第二級DFD進(jìn)一步推導(dǎo)出第三級數(shù)據(jù)流圖，此時，每個變換對應(yīng)一個獨(dú)立的功能，可以用一個具有較高

11、內(nèi)聚度的模塊實(shí)現(xiàn)，至此已有足夠的信息可用于設(shè)計(jì)“傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)”的程序結(jié)構(gòu)，精化過程亦可結(jié)束。,圖8 “傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)”的第二級DFD,傳感器信息,傳感器標(biāo)志 的類型和位置,傳感數(shù)據(jù),警報類別,警報數(shù)據(jù),顯示 格式,產(chǎn)生警 報信號,電話 撥號,異常數(shù)據(jù)判別,讀取傳感數(shù)據(jù),配 置 信 息,配置數(shù)據(jù),傳感器 標(biāo)識類型,電話號碼,電話撥號音頻,圖9 “傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)”的第三級DFD,配 置 信 息,警報條件碼 傳感器標(biāo)志 定時信息,傳感數(shù)據(jù),電話號碼 對應(yīng)的音頻,電話撥 號音頻,傳感器信息,號碼表,電話號碼,讀取傳感數(shù)據(jù),獲取響應(yīng)信息,建立警報條件,選擇電話號碼,連通電話網(wǎng),產(chǎn)生撥號脈沖,產(chǎn)生

12、警報信號,格式化顯示,產(chǎn)生顯示,傳感器標(biāo)志的類型和位置,格式化標(biāo)志的類型和位置,置傳感器標(biāo)識,警報數(shù)據(jù),警報類別,配 置 數(shù) 據(jù),1. 變換分析,步驟三、確定DFD的特性，判定它為變換流還是事務(wù)流。 以圖9所示DFD為例，數(shù)據(jù)沿一個傳入路徑進(jìn)來，沿三個傳出路徑離開，沒有明顯的事務(wù)中心，因此，該信息流應(yīng)屬變換流。 步驟四、劃定輸入流和輸出流的邊界，孤立變換中心。,變換分析,步驟五、執(zhí)行“一級分解”（first level factoring） 一級分解的目標(biāo)是導(dǎo)出具有三個層次的程序結(jié)構(gòu)，頂層為主控模塊；底層模塊執(zhí)行輸入、計(jì)算和輸出功能；中層模塊控制、協(xié)調(diào)底層的工作。,變換分析,程序結(jié)構(gòu)可用You

13、rdon結(jié)構(gòu)圖表示。結(jié)構(gòu)圖中，方框代表模塊，框內(nèi)名稱表示模塊的功能；方框之間的有向邊（無二義時也可用無向邊）表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。調(diào)用模塊上無標(biāo)志表示順序調(diào)用：從左至右；菱形表示選擇調(diào)用；弧形箭頭表示循環(huán)調(diào)用。但本書后面除了順序調(diào)用外，并沒有遵循這些規(guī)定。,a,c,b,a,c,b,a,b,a) 順序調(diào)用 b) 選擇調(diào)用 c) 循環(huán)調(diào)用,變換分析,圖10所示的結(jié)構(gòu)圖對應(yīng)于一級分解的上兩層模塊，即主控模塊和下面幾個中層控制模塊： 輸入流控制模塊，接收所有輸入數(shù)據(jù)； 變換流控制模塊，對內(nèi)部形式數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、處理； 輸出流控制模塊，產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。,變換分析,圖10 一級分解,輸入流,變換流,變換流 控

14、制模塊,輸入流 控制模塊,輸出流,主控模塊,輸出流 控制模塊,A,B,C,D,E,F,G,H,變換分析,圖10展示的是一個簡單三叉結(jié)構(gòu)，實(shí)際處理大型系統(tǒng)的復(fù)雜數(shù)據(jù)流時，可能需要多個模塊對應(yīng)圖10中一個模塊的功能。“一級分解”總的原則是，在完成控制功能并保持低耦合度、高內(nèi)聚度的前提下盡可能地減少模塊的數(shù)量。 “傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)”一級分解如圖11所示，其中控制模塊的名字概括了所有下屬模塊的功能。,圖11 傳感器監(jiān)測子系統(tǒng)一級分解結(jié)果,警報條件控制模塊,傳感器輸入控制模塊,主控模塊,警報輸出控制模塊,配 置 信 息,變換分析,步驟六、執(zhí)行“二級分解”。 二級分解的任務(wù)是把數(shù)據(jù)流圖中每個處理框映射為結(jié)

15、構(gòu)圖中的一個模塊。其過程是從變換中心的邊界開始沿輸入、輸出通道向外移動；從變換中心的輸入(出)邊界向外移動，把遇到的每個處理框映射為結(jié)構(gòu)圖中相應(yīng)控制模塊下的一個模塊。,圖12 二級分解,輸入流,變換流,輸入流控制模塊,輸出流,主控模塊,A,B,C,D,E,F,G,H,B,D,A,C,變換流控制模塊,輸出流控制模塊,E,F,G,H,變換分析,DFD的處理框與程序結(jié)構(gòu)模塊一一對應(yīng)，但按照軟件設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)時，可能需要把幾個處理框聚合為一個模塊，或者把一個處理框裂變?yōu)閹讉€模塊?？傊?，應(yīng)根據(jù)“良好”設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行二級分解。 二級分解后得到的僅僅是程序結(jié)構(gòu)的“雛形”（firstcut），后續(xù)的復(fù)審和

16、精化會反復(fù)修改。,變換分析,程序結(jié)構(gòu)的模塊名已隱含了模塊功能，但仍有必要為每個模塊寫一個簡要的處理說明，它應(yīng)當(dāng)包括： 1進(jìn)出模塊的信息（接口描述）； 2模塊的局部信息； 3處理過程陳述，包括任務(wù)和主要的判 斷點(diǎn)的位置、條件； 4對有關(guān)限制和一些專門特性的簡要說 明（例如，文件I/O，獨(dú)立于硬件的 特性，特殊的實(shí)時要求等）。 這些描述構(gòu)成第一版設(shè)計(jì)規(guī)格說明書。,變換分析,步驟七、采用啟發(fā)式設(shè)計(jì)策略，精化所得程序結(jié)構(gòu)雛形，改良軟件質(zhì)量 對于程序結(jié)構(gòu)的雛形，以“模塊獨(dú)立”為指導(dǎo)思想，對模塊進(jìn)行整合或分解，旨在追求高內(nèi)聚、低耦合，以及易實(shí)現(xiàn)、易測試、易維護(hù)的軟件結(jié)構(gòu)。,圖9-2-8 結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,輸入流

17、控制模塊,主控模塊,B,D,A,C,變換流控制模塊,輸出流控制模塊,E,F,G,H,輸入流控制模塊,主控模塊,B,D,A,C,E,F,G,H,變換分析,上述七個設(shè)計(jì)步驟的目標(biāo)是給出軟件的一個整體描述。 一旦有了這樣一個描述，設(shè)計(jì)人員即可從整體角度評價和精化軟件的總體結(jié)構(gòu)，此時修改所需耗費(fèi)不多，卻能大大提高軟件質(zhì)量。,2. 事務(wù)分析,當(dāng)數(shù)據(jù)流具有明顯的事務(wù)特征時，即能找到一個事務(wù)（亦稱觸發(fā)數(shù)據(jù)項(xiàng)）和一個事務(wù)中心，采用事務(wù)分析法更為適宜。 下面以“家庭保安系統(tǒng)”中“用戶交互子系統(tǒng)”為例，說明事務(wù)分析法。 該子系統(tǒng)的第一級數(shù)據(jù)流圖精化后得到如圖13 所示第二級數(shù)據(jù)流圖。圖中“用戶命令數(shù)據(jù)”流入系統(tǒng)后

18、，沿三條動作路徑之一離開系統(tǒng)，若將數(shù)據(jù)項(xiàng)“命令類型”看作事務(wù)，該子系統(tǒng)的信息流具有明顯的事務(wù)特征。,圖13 用戶交互子系統(tǒng)的二級數(shù)據(jù)流圖,無效口令,啟動/停止命令,口令,啟動/停止消息,配置數(shù)據(jù),配置數(shù)據(jù),配置命令,顯示信息,“再試”信息,讀取用戶命令,啟動命令處理,啟動/停止系統(tǒng),產(chǎn)生無效的信息,讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù),讀取配置文件,讀取口令,顯示信息和狀態(tài),比較口令 與文件,配 置 信 息,用戶命令數(shù)據(jù),系統(tǒng)參數(shù)和數(shù)據(jù),原始配置項(xiàng),格式化的 配置數(shù)據(jù),命令類型,確認(rèn)口令,四位數(shù),有效口令,事務(wù)分析,事務(wù)分析法可概括為七個步驟： 步驟一、復(fù)審基本系統(tǒng)模型； 步驟二、復(fù)審并精化軟件數(shù)據(jù)流圖； 步驟三、確定數(shù)據(jù)流圖的特征； 顯然，前三步與變換分析法相同。,步驟4,指出事務(wù)中心 ，確定由事務(wù)中心發(fā)出的每一動作路徑的數(shù)據(jù)流特性。數(shù)條動作路徑的公共源頭即為事務(wù)中心，如圖 所示，事物中心定位為“啟動命令處理”框。事務(wù)中心一經(jīng)確定，即可劃定接受路徑與所有動作路徑的界限，隨后判定每一動作路徑上數(shù)據(jù)流的特征。 例如，圖 “口令處理”路徑具有明顯變換特征，可立即劃定輸入、變