第八章結構化系統設計 SSD 結構化系統設計 StructuredSystemDesign 遵循結構化的思想自頂向下 逐步求精的策略目標明確 成果規范的階段層次清楚 體系嚴謹的結構形象直觀 清晰易懂的表達劃分為總體設計和詳細設計兩個階段 每個階段都包括動態的處理流程設計 處理功能模塊化靜態的數據結構設計 數據結構模型化系統平臺的設計 系統平臺開放化 MIS的結構化系統設計 總體設計方案是結構化系統分析得到的邏輯模型到結構化系統設計的詳細設計中所得到的具體的物理模型中間的一個橋梁 在詳細設計中 才完成系統平臺的具體軟硬件設備的詳細結構和具體選型 并在此基礎上 具體地完成模塊的流程設計 數據結構具體實現的構架設計及其所使用的代碼系統設計 得到可以直接安裝 建庫 編程 調試直至運行的物理模型 這樣縱橫劃分當然是為了問題簡化 思路清晰 但在信息系統工程中 結構化系統設計也努力追求動態處理流程的設計與靜態數據結構的設計之間的集成融合 追求階段之間的無縫過渡 基本目的是要得到一個令用戶滿意的良好的實現方案 用戶評價MIS系統的主要性能指標有適應性 容易理解 容易改正錯誤 容易改進 容易擴充可靠性 檢錯 糾錯 容錯和從故障中恢復的能力安全性 保密 抗入侵 防病毒 反竊取等能力工作質量效益 直接經濟效益 間接經濟效益和社會效益工作效率系統適應性好 容易理解 就便于與用戶交流 有利于用戶參與開發與維護 就能提高用戶滿意度 容易改正錯誤 就為系統調試與維護提供了便利 從而節省系統開發與維護的人力 物力與時間 容易修改就是為調整其它性能指標創造了有利條件 使其綜合性能達到滿意點 容易改進和擴充 就能方便地適應環境或目標的變化 不斷調整各項性能指標 更好地滿足用戶需求 有效地延長MIS的生命周期 因此 在系統設計中把系統適應性擺在突出的位置 MIS的總體設計 總體設計 又稱概要設計 是以系統分析中得到的新系統的邏輯模型為依據 著眼于 如何做 但又不考慮具體的特定系統平臺 從全局一般的視野 來設計MIS的總體方案 包括從全局實體聯系圖 ERD 導出數據的一般關系模型并改進優化之 從數據流圖 DFD 及其數據字典 DD 中的加工說明 導出模塊結構圖 MSD 基于可行性研究的初步方案中系統平臺構思 依據組織機構 數據的一般關系模型和MSD設計系統平臺總體布局 得到系統平臺總體布局圖 下面8 1 8 4節討論系統的總體設計 這里把教材上的1 2兩節對調 因為處理功能設計中要對數據庫模型中的一般關系模型中的關系讀寫數據 8 1MIS的一般關系模型的設計 關系模型是由關系數據結構 關系操作集合和關系完整性約束三部分組成 MIS的一般關系模型的設計是指 在不涉及到任何具體的數據庫管理系統 DBMS 與不考慮任何具體的系統操作平臺與運行環境的情況下 依據結構化系統分析中得到的實體聯系圖ERD 設計具有一般通用性的關系模型 8 1 1一般關系模型設計的基本任務 1 從全局ER圖導出一般關系數據模型 全局一般關系模型 從系統全局ER圖構造出各個關系 二維表 以關系框架 表頭 描述記錄結構 由屬性名 外碼 主碼等三行構成 表示 它們構成了全局數據模型 2 初始一般關系模型的改進與優化 改進 檢查關系模式的規范化 不是BCNF或3NF的 要通過分解規范化到BCNF或3NF優化 通過查詢 更新分析 對要頻繁多關系查詢而又很少更新的關系要適當合并 降低規范化程度而提高查詢效率 3 導出用戶一般關系數據模型 用戶視圖 從全局數據模型中 依據各子ER圖 抽出一些屬性 表欄 數據項 和滿足某些條件的元組 行 記錄 加上某些導出項構成滿足具體子系統或模塊需要的數據模型 8 1 2從ER圖導出一般關系模型的基本原則 現以帳務處理 圖7 21 和工資核算 圖8 16 的ERD為實例 介紹從ER圖導出一般關系模型的四個基本原則 原則1 ER圖中的每一個獨立實體變換為一個關系 其屬性變為關系的屬性 其主標識變為關系的主碼 例如 圖8 16中獨立實體 部門 職員 分別變為部門關系 員工關系 部門關系 員工關系 原則2 ER圖中的從實體及相應的主從聯系變換為一個關系 從實體的屬性加上主實體關系的主碼構成這個關系的屬性 如果主從聯系是1 1的 則以主實體關系的主碼 作為外來碼 為這個關系的主碼 如果主從聯系是1 M的 則以主實體關系的主碼加上同一主實體個體聯系的不同從實體個體賴以相互區分的屬性組 組成該關系的主碼 例如 圖8 16中主實體 員工 與從實體 固定工資 變動工資 的主從聯系是1 1的 轉換為以 員工工號 為主碼的 固定工資 關系 變動工資 關系 主實體 員工 與從實體 家庭成員 的主從聯系是1 M的 而 稱謂 可以把同一個員工的不同家庭成員區分開來 可以轉換為以 員工工號 與 稱謂 為復合主碼的 家庭成員 關系 固定工資關系 變動工資關系 家庭成員關系關系 原則3 1 M聯系通過在 多 實體關系中增加相聯系的 1 實體關系的主碼及聯系本身的屬性來表達 其中 1 實體主碼為外來碼 例如 在員工關系中增加 所屬部門號 這個外來碼反映1 M聯系所屬職員關系 屬于聯系 員工關系 注 在1 1聯系中 與對方部分個體沒有對應個體的實體稱為 零 實體 1 1聯系應附加到 零 實體關系上 即1 1聯系應附加到沒造成或少造成外碼及聯系本身屬性空白的實體關系上 例如 把主管工號加到部門關系而不是把所管部門號加到員工關系上來表達 主管 聯系 部門關系 主管聯系 原則4 M M聯系轉換成一個獨立的關系 被聯系實體關系的主碼 作為外來碼 和聯系本身的屬性作為該關系的屬性 被聯系實體關系的主碼組成其復合主碼 例如 圖7 22帳務處理ER圖中的分錄聯系轉換為分錄關系關系注意 如果要保存時間序列數據 則日期 時間屬性往往應加入到主碼中 分錄關系 8 1 3初始一般關系模型的改進與優化 1 初始一般關系模型的改進 關系規范化逐一分析模型的這些關系模式中 是否存在部分函數依賴 傳遞函數依賴等 確定每個關系模式是否屬于BCNF或3NF 不是則要通過關系模式的分解使之規范化 2 一般關系模型的優化 查詢 更新分析規范化程度都屬于3NF及其以上的關系組成的關系模型的基本結構 能消除數據冗余和操縱異常 主要是有利于數據更新 插入 刪除與修改 但當一個查詢涉及到多個關系中的屬性時 必須用到時空開銷大且易出錯的連接運算 如果只強調提高規范化程度而把關系分解得太小 就會得不償失 得到規范化程度較高的基本結構后 要進行查詢 更新分析 如果是以更新為主 可以直接用基本結構來建庫 如果是以查詢為主 則應適當合并關系 適當降低規范化程度 而減少查詢時的連接運算 案例分析 帳務處理案例的基本結構有 經濟業務 與 分錄 兩個關系查詢 更新分析結帳 制表 查帳等都要多次進行涉及到這兩個關系的查詢 按規定 記帳憑證輸入并在審核認定正確后 就不能再修改 即使后來發現錯誤 也只能用反向登記沖平后再將更正的記錄重新登入 所以 只有追加 而沒有刪除與修改 優化 提高查詢效率 可以考慮把兩者合并為 分錄日記帳 或稱 記帳憑證關系 下頁表 從而提高查詢效率問題 追加中將必需對 經濟業務 信息多次重復輸入 既增加了輸入量 又可能產生不一致而破壞了數據完整性 問題的解決辦法 設計專門的追加 輸入 和修改的應用程序 用 一次輸入 多次復制 或 一處修改就同時修改 的策略 來減少重復輸入與修改 保證不破壞數據完整性 首先得到規范化程度在3NF及其以上的關系組成的一般關系模型是主要的 這會使開發維護人員和用戶都容易理解和把握相同全局的數據結構 做到心中有數 在實現 維護和運行系統時 就不致迷失方向而犯破壞數據完整性等方面的錯誤 記帳憑證關系 復合主碼 8 1 4用戶一般關系模型的設計 一個數據庫應用系統可能涉及到一個組織的許多部門 有許多用戶 包含的數據種類和數據量都很大 聯系也很復雜 一開始很難用一個總體E R圖準確地反映出它們之間錯綜復雜的聯系 一般從設計各部門的分ER圖入手 每一個分E R圖就是一個用戶視圖 用戶一般關系模型的設計同樣遵循上述導出原則 從子ER圖導出 但必須指明其字段來自全局一般數據模型的哪個關系 說明記錄的選用條件 復合字段與導出字段的來源與使用的方法 8 2MIS處理功能的總體設計 MIS處理功能的總體設計是要確定 從總體上看 要完成其信息輸入 處理 存取 輸出的那些任務 MIS應該 如何做 其基本思路是 以系統的加工任務和數據流程為基礎 依據系統的DFD及其DD 借助于一套標準的設計準則與圖表工具 通過 自頂向下 的逐層分解和 自底向上 的反復推敲 把系統功能劃分為多個層次分明 大小適當 任務單一 相對獨立 容易理解和實現的處理單元 模塊 并組成模塊結構圖 展現出上層模塊對下層模塊的調用 模塊間的數據交換 數據對系統的輸入 輸出 模塊對數據存儲的讀 寫 8 2 1模塊結構圖設計一 處理功能模塊化的基本概念 模塊 Modular 可以組合 分解和更換的單元 是組成系統 易于理解的基本單位 在管理信息系統中 任何一個處理功能都可以看作是一個模塊 一個模塊具有輸入和輸出 功能 內部數據 處理過程等四個特性 總體設計的任務就是決定系統中模塊間的相互關系和各個模塊的輸入 輸出和功能等外部特性 詳細設計才決定每個模塊的內部數據和處理過程等內部特性 處理過程可以是程序代碼 計算機處理 或操作規程 人工處理 2 模塊的分層與調用系統由模塊以層次結構組成 邏輯上 上層模塊的任務通過調用其下層模塊來共同分擔 完成 最下層的是具體工作模塊 執行具體任務 物理上 子模塊是其上層父模塊的組成部分 每個模塊有自己獨立的任務 只有上級模塊的調用才能執行 模塊之間的通信只限于直接上下級之間 劃分模塊的基本要求模塊功能簡單明確模塊劃分按層次進行模塊盡可能獨立模塊之間的關系要明確說明 二 模塊結構圖 ModularStructureDiagram 模塊結構圖 ModularStructureDiagram MSD 也稱控制結構圖或系統結構圖 簡稱結構圖 是HIPO圖的進一步發展 它不僅表示了系統功能的層次分解關系 還表示了模塊的調用關系及模塊之間數據流與控制流信息的傳遞關系 以及模塊對數據存儲的讀寫及外部對象間的輸入輸出關系 是結構化系統設計的一種重要圖表工具 模塊的圖形表示一般模塊 用矩形表示 模塊名寫在方框內 如圖8 1 a 所示 葉模塊 不再分解 不再調用別的模塊的基本模塊 必要時表示成下橫為雙線的矩形 如圖8 1b 所示 預定義模塊 作為特殊葉模塊的公用模塊 例如程序庫中的子程序 必要時表示為上下橫為雙線的矩形 如圖8 1c 所示 a 模塊圖形 b 葉模塊圖例 c 預定義模塊圖例 圖8 1模塊的圖形表示 編工資表 模塊的調用表示在結構圖中 模塊間的調用一般有如下三種 一般調用 用表示模塊間的調用關系 箭尾部分是調用模塊 箭頭部分是被調用模塊 如圖8 2a 所示 選擇調用 用表示一個模塊中包含著選擇判斷 根據判斷結果確定調用模塊 如圖 b 所示 循環調用 用表示一個模塊中包含著循環處理功能 如果一個模塊中存在著一個主模塊 需要循環調用某一個或若干個從屬模塊 它們的循環調用關系如圖 c 所示 不需要特別強調時 通常不畫出循環符號 a 一般調用 b 選擇調用 c 循環調用 圖8 2模塊間的調用 3 模塊間通信的圖形表示模塊間的通信用調用箭頭旁邊的小箭頭表示 說明調用時從一個模塊傳遞給另一模塊的信息 小箭頭也指出了傳遞的方向 作為被處理對象的數據和能改變模塊內部流程的控制信號則分別用小箭頭尾端的空心小圓圈和實心小圓圈來區分 一般情況下也不必特別區分 可保持箭尾為空白 圖 表示模塊 有條件地調用 或 并無條件地調用 在調用 時將數據 傳遞給 從 返回時將數據 帶回給 為了使結構表達得更清楚 除了上述介紹的幾種基本符號外 還可以用一些輔助符號 如選擇 循環用 編號 然后列表說明等 4 讀寫數據存儲的圖形表示 圖8 4讀寫數據存儲 A B 數據存儲 5 與外界通信 輸入 輸出 的表示用從輸入對象指向模塊的箭頭表示讀入 用從模塊指向輸出對象的箭頭表示輸出 輸入對象 鍵盤 輸出對象 打印 屏幕 也可用 編號 卡片 單據 6 轉接方法結構圖如果在一張紙上表達不下 要轉接到另一張紙上 或者在同一張紙上由于地方所限要轉換到另一地方 或者是要避免箭頭交叉 可以用轉接符號 如用帶圓圈的小寫字母表示調用線轉接 用重復的虛線框模塊表示模塊轉接等 轉接符號沒有統一的規定 7 小說明為了清楚表達 必要時可以附加文字小說明 包括 通信說明 選擇說明 循環說明 輸入 輸出對象與存儲說明 模塊說明 以工資核算系統為實例來說明模塊結構圖的畫法 三 模塊結構圖的評價指標與設計原則模塊結構圖設計的合理性直接決定了系統功能設計的質量 模塊結構圖的評價包括模塊內部邏輯構成評價和模塊間的相互聯結關系的評價 塊內聯系 模塊內聚模塊內聚是衡量一個模塊內部各組成部分間整體統一性的指標 描述了一個模塊功能專一性的程度 根據模塊的內部構成情況 內聚可劃分為以下七個等級 偶然內聚 一個模塊的構成是由若干個毫無關系的功能偶然地組合在一起 稱為偶然內聚模塊邏輯內聚 一個模塊的構成是由若干個結構不同 但具有邏輯相似關系的功能組合在一起的 稱為邏輯內聚模塊 時間內聚 一個模塊是由是在相同階段內執行的 若干個彼此關系不大的功能放在一起構成的 稱為時間內聚模塊 過程內聚 一個模塊是由受同一個控制流支配 決定執行次序的若干彼此沒有多少關系的功能組合在一起構成的 稱為過程內聚模塊 通信內聚 一個模塊的內部的各個組成部分的處理功能 其輸入或輸出都共享相同的數據 稱為通信內聚模塊 順序內聚 一個模塊內部的各個處理功能密切相關 順序執行 前一個功能所產生的輸出數據直接作為下一個處理功能的輸入數據 稱為順序內聚模塊 功能內聚 一個模塊內部的各個組成部分的處理功能全都為了執行同一個功能而存在 并且只執行一個功能 稱為功能內聚模塊 注意 功能內聚模塊與功能模塊不是同一個概念 信息系統中所有模塊都是功能模塊 但只有完成單一功能的模塊才是功能內聚模塊 通常有接受 有時還判別 輸入并反饋非正常輸入 完成單一功能和送回結果這三個密不可分的部分組成 作為葉模塊的功能內聚模塊是基本功能模塊 只完成一項基本功能 一個上層調用模塊 雖然調用其下層模塊可完成具有不同關系的多項功能 因而總體上可有不同的內聚度 但如果具體功能都由其下層模塊去完成 它本身只完成接收輸入數據并判斷之 對非法數據則反饋信息給調用它的程序 對合法數據則通過調用 把數據傳送給被調用模塊 由下層模塊去完成具體功能 接受被調用模塊送回的數據 并傳送回上層模塊 就可稱之為純調用模塊 它只完成調用功能 也是功能內聚模塊 設計時應該力求做到高內聚 內聚和耦合是密切相關的 模塊內的高內聚往往意味著模塊間的松偶合 內聚和耦合都是進行模塊化設計的有力工具 模塊內聚度的判別可用圖8 7來示意 塊間聯系 模塊耦合衡量模塊之間聯結程度的指標 模塊之間除了有調用聯系外 還有信息交換聯系 模塊間的這些關系 稱做模塊間的耦合 影響模塊間耦合程度因素有 調用方式按名調用 通過子模塊的名字來調用子模塊 主子模塊界限分明 調用者不必了解子模塊的內部結構 直接轉入 主模塊直接轉向進入子模塊 主子模塊沒有十分明確的固定界限 調用者必須了解子模塊的內部結構 傳遞信息的類型 作用 數據型 收發雙方都把傳送的信息只作為被處理的對象 因而它不會影響任何一方的處理流程 塊間聯系松弛 控制型 收發雙方都明確傳送信息是控制條件 也都意識到它會影響對方的處理流程 彼此要了解對方的內部結構 以把握傳送信息帶來的影響 混合型 發方只認為是處理對象 數據 到收方卻變成了控制條件 控制信號 這將無法把握其影響 傳送信息的方式參數傳送 調用和返回時作為子程序的參數明確地傳送信息 塊間接口簡明 聯系不緊密 共享公共環境 模塊間通過共同的信息對象來送出或接收信息 直接使用 塊間不加聲明地直接使用或改變對方的變量 接口模糊 聯系緊密 傳送信息的數量少而簡明 接口明晰 聯系松弛 多而復雜 接口復雜 聯系緊密 綜合上述各種因素 常見的模塊耦合有如下四種 內容耦合 當一個模塊不通過按名調用的方式而直接訪問另一個模塊內部內容時 這兩個模塊之間就發生了內容耦合 控制耦合 父模塊按名調用子模塊 兩個模塊之間傳送的信息中包含有控制信息 稱為控制耦合 公共環境耦合 模塊間交換的信息中不含控制信息 但有通過共享公共環境來實現交換的數據 若有調用則一定是按名調用 則稱模塊間存在公共環境耦合 數據耦合 父模塊按名調用子模塊 父子模塊間交換的信息中沒有控制信息而全是數據 而且全用參數形式來傳送 則稱之為數據耦合 模塊耦合度的判別可用圖8 7b來示意 Y 3 模塊的控制范圍和影響 作用 范圍控制范圍 一個模塊的控制范圍是指其本身及其可調用的所有下層模塊和所組成的集合 如圖8 8a 中模塊C的控制范圍是C D E F G 一個模塊的影響范圍 是指由該模塊及其中生成的判斷條件所影響到的所有其它模塊的集合 如圖8 8a 中模塊B的影響范圍是B D G 如圖8 8b 中模塊A的影響范圍是A D G生成判斷條件的模塊的影響范圍都應當是其控制范圍的子集 如圖8 8a 中模塊B的影響范圍就超出了其控制服務 解決方法在系統結構中向上層移動判斷點的位置 以擴大模塊的控制范圍 將具有判斷功能的模塊合并到它的上層調用模塊中 從而提高判斷點位置 在結構層次中 將受到某判斷模塊影響的模塊下移 使其處于判斷模塊的控制范圍之內 運用判斷條件的模塊不要與生成改判斷條件的模塊所在的層次相隔過高 如圖8 8b 中模塊A的影響范圍就與A相離太遠 解決方法把生成判斷條件功能下移到接近運用判斷條件的模塊 圖8 8c 中模塊E的影響范圍是理想的 4 初始基本結構的設計原則系統處理功能設計的主要工作 一是把系統分解成若干個模塊 二是把它們組織成一個有機整體 為了使系統模塊結構合理 有較高的適應性 使系統具有良好的可修改性 可維護性和可靠的穩定性 在系統功能結構和程序模塊結構的設計中 在求得系統初始基本結構時 應遵守基本設計原則高內聚度 盡可能實現功能內聚 有條件地使用順序內聚 較少用通信內聚 盡量避免用過程內聚和時間內聚 基本不使用其他內聚 低耦合度 盡量使用數據耦合 必要時使用公共環境耦合 盡量避免用控制耦合 完全不使用內容耦合 模塊的控制范圍必須包含其影響范圍 且盡可能接近影響范圍 8 2 2從數據流程圖導出初始模塊結構圖 模塊結構圖 ModularStructureDiagram MSD 用來表示系統的模塊劃分與層次分解關系與調用關系 模塊間數據流與控制流的傳遞關系以及模塊與外界或數據存儲的信息接口的規范化圖形 是結構化系統設計的一種重要的圖表描述工具 一 模塊結構圖的基本結構1 模塊結構圖的基本構成任何模塊或模塊結構圖通常都是由輸入 處理和輸出 IPO 三個基本部分組成 系統內部模塊之間的相互輸入和輸出 從邏輯上來講又常稱為內導與外導 一般來說 系統的基本結構如圖8 9所示 2 結構圖的三種基本形態根據系統模塊結構中數據流及控制流關系 從邏輯上來看 模塊結構圖一般可以劃分為如下三種基本形態 內導結構 它的數據流是由下向上的 高層模塊從低層模塊接受數據并進行傳遞 數據輸入模塊以后進行處理 而后繼續向上層模塊傳遞已經處理或未作處理的數據信息 轉換結構 其下層模塊從上層模塊接收數據后 進行各種處理 再把處理后的結果信息傳遞給同一個上層模塊 外導結構 它的數據流是由上向下流的 低層模塊從上層模塊接受數據 進行必要的處理后 再把處理結果信息傳遞給下一層模塊 二 模塊結構圖與相關開發工具的區別1 模塊結構圖與數據流圖的區別 數據流程圖從數據在系統中的流動情況來描述系統 主要從數據流著眼 而模塊結構圖是從處理功能的層次關系來描述系統 主要從控制層次著眼 數據流圖是反映系統邏輯模型的 著重說明系統 做什么 而結構圖則是反映系統的物理模型 著重說明系統的總功能是怎樣分層逐步完成的 數據流圖抽象地描述系統的邏輯結構 模塊結構圖是為了從一個總的抽象系統功能出發 逐步加入具體的實現方法和技術手段 最后設計出系統的物理模型 數據流程圖要用多張圖來表示不同的層次 是多張平面圖 模塊結構圖則用一張圖集中地反映出系統的層次結構 是一張立體圖 2 模塊結構圖MSD與功能層次圖FHD的區別FHD中的任務 功能 與DFD中的加工一一對應 MSD中的模塊則不完全如此 FHD只描述功能的層次分解 MSD要描述模塊的層次調用及其信息傳遞 FHD是嚴格的層次樹 MSD中一個下層模塊可能被幾個上層模塊調用而變成層次塔 3 模塊結構圖與程序流程圖的區別模塊結構圖描述的是系統的總體結構與模塊間的層次關系 說明某個模塊調用哪些模塊等等 程序流程圖描述的是程序的過程特性 即先執行哪一部分 再執行哪一部分 或如何選擇執行的動作 三 由數據流圖導出初始模塊結構圖從數據流程圖上找出不同的系統結構類型和變化規律 有效地導出初始模塊結構圖 需要有一定的規則 方法和技巧 信息系統的數據流圖有線狀數據流圖和束狀數據流圖兩種典型類型 可以分別用變換分析技術和事務分析技術導出初始的模塊結構圖 線狀數據流圖與變換分析線狀數據流圖描述的業務是對數據按用戶的要求進行一系列的轉換 各個加工處在同一個線形鏈上 其結構是一種線狀結構 它可以明顯地分成輸入 變換和輸出三部分 主加工是系統的變換中心 圖8 10所示為一實例 圖8 10變換型 線狀 數據流圖 線狀數據流圖可以分為典型情況與變形情況來討論 典型情況 變型情況 有這幾種情況沒有I沒有O既無I又無O沒有P有多個串行的P都是多個 都是多個時 要注意確定變換中心的范圍 從而把數據流圖劃分為I P O三個部分 變換分析變換分析技術通過以下三個主要步驟從線狀數據流圖導出系統結構圖 找出變換中心 主處理 輸入部分和輸出部分從物理輸入端開始 逐步向系統的中間移動 直到達到一個再不能被作為系統輸入的數據流 即與物理輸入流相比 內容結構有真正變化的數據流 為止 則其前一個數據流就是系統的邏輯輸入 從物理輸出端開始 逐步向系統的中間移動 也可以找到離物理輸出端最遠的但仍可視為系統輸出 與物理輸出流的內容結構是基本相同的 的那個數據流 它就是邏輯輸出 對系統的每一股輸入和輸出 都可用上面的方法找出相應的邏輯輸入和邏輯輸出 位于邏輯輸入和邏輯輸出之間的加工組成變換中心 所有從物理輸入到邏輯輸入的加工組成輸入部分 所有從邏輯輸出到物理輸出的加工組成輸出部分 設計系統最上兩層模塊將整個數據流圖導出為頂層主模塊 將整個輸入部分導出為一個向主模塊提供數據的輸入模塊 將整個輸出部分導出成一個從主模塊輸出數據的輸出模塊 將變換中心導出為把邏輯輸入變換成邏輯輸出的變換模塊 頂層模塊起控制和協調下層模塊作用 一般不做實質性的數據處理 在系統實現時常表現為一個控制性的功能選擇菜單 設計中 下層模塊按輸入部分 變換中心 輸出部分的結構分別自定向下逐層導出輸入模塊 變換模塊 輸出模塊的下面各層模塊 變換分析實例將圖7 16會計帳務處理數據流圖中的圖2記帳憑證生成和圖3記帳憑證文件生成轉換成圖8 12所示的模塊結構圖 見Word文檔 束狀數據流圖與事務分析信息系統中有各種各樣的事務 所謂事務就是作業或事件 能引起一組處理動作 不同的事務有不同的處理邏輯 典型的束狀數據流圖有一組加工接受輸入數據 并把它們分類為不同事務的輸入 稱為發射中心 各個事務都有實現其處理邏輯的一組加工 所有事務的加工共同組成事務中心 可能還有一組加工 把各個事務處理的加工匯集起來 形成輸出 稱為集束中心 典型情況如圖8 13 上 所示 變型情況 沒有發射中心 沒有集束中心 沒有發射中心與集束中心 有多個輸入成組 有多個輸出成組 束狀數據流圖典型情況 事務分析找出事務中心 發射中心 集束中心 束狀數據流圖一般比較明顯 容易確定 設計系統最上兩層模塊將整個數據流圖導出為頂層主模塊 將整個發射中心導出為一個向主模塊提供數據的輸入模塊 將整個集束中心導出成一個從主模塊輸出數據的輸出模塊 將事務中心導出為完成事務的的事務調度模塊 頂層模塊起控制和協調下層模塊作用 一般不做實質性的數據處理 在系統實現時常表現為一個控制性的功能選擇菜單 設計中 下層模塊按發射中心 事務中心 集束中心的結構分別自定向下逐層導出輸入模塊 事務調度模塊 輸出模塊的下面各層模塊 事務調度模塊對其下層事務處理模塊是選擇調用 要用菱形選擇調用框 圖8 13 下 束狀數據流程圖第一層模塊分解結構圖 實例 從P7 2帳務查詢束狀數據流程圖 見圖7 19 下 中的圖7 2 通過事務分析技術 設計出帳務查詢模塊結構圖 為簡化 省去不常用的查會計科目表與查記帳憑證文件 如圖8 14所示 Word文檔 3 從數據流程圖導出初始模塊結構圖的一般步驟把DF圖的頂圖 圖Top 中的加工作為頂層模塊 它具有系統的總體功能 依據DF圖的圖O 參考加工說明 設計下層模塊 復查圖O 必要時改進并優化 確定圖O是否為束狀DF圖 是則進行事務分析 否則作變換分析 導出的未分解模塊 依據相應的DFD子圖 使用 中方法再分解 反復進行 直到葉模塊都是基本功能模塊為止 當DF圖中沒有明顯的輸入輸出加工或文件讀寫加工時 應補充輸入 輸出 I O 模塊和讀 寫 R W 模塊 在實際系統中 DFD往往是兩種類型的混合結構 對這種混合型 一般采取以 變換分析 為主 事務分析 為輔的辦法 找出主加工 處理 設計出結構圖的上層模塊 根據DF圖各部分的結構特點靈活地運用變換分析或事務分析設計出中下層模塊 從而得到了系統初始結構圖一般來講 第一層的每個模塊 往往就是一個子系統根據用戶的需求 對初始結構進行改進與優化 8 2 3設計模塊結構圖的啟發性規則 1 模塊結構圖與數據流圖的對應性層次對應 上在上 下在下 但并非嚴格的同層對應類型對應 線狀對變換 束狀對事務 但要綜合運用元素對應加工對對應模塊 但非一一對應外部對象對應輸入輸出對象 來自和流向外部對象的數據流對應輸入線和輸出線數據存儲對應數據文件或數據關系 出進數據存儲的數據流對讀寫線加工間的數據流對模塊間的數據傳遞線 但要由父模塊轉交 因而往往是一對多2 模塊的獨立性 高內聚 低耦合3 模塊的控制范圍必須包含其影響范圍 且盡可能接近影響范圍 4 基本模塊的大小要適中 人工方式 一人一輪處理 計算機方式 高級語言程序不得超過100行 5 結構圖的寬度 深度 模塊的扇入 扇出都應當適度寬度 同一層次模塊數的最大值 表示系統的控制范圍 小于等于18深度 模塊層次的最大值 小于等于9模塊的扇入 一個模塊的直接上級模塊的個數 小于等于5到9個模塊的扇出 一個模塊擁有直屬下級模塊的個數 小于等于5到9個 但公用服務模塊的扇入與高層調用模塊的扇出可以適當多些 有關寬度 深度 扇入 扇出 如圖8 15所示 6 接口簡明且與子模塊功能一致 7 模塊只有單一的入口 8 模塊功能是可預期且簡明的 可用動賓結構描述 8 2 4模塊結構圖的檢查與改進 初始模塊結構圖的導出 還需要從系統的角度 運用模塊結構圖設計的啟發性規則和有關經驗對初始結構圖進行檢查和改進 具體的操作過程如下 1 檢查與DFD的對應性 解釋或改進不對應之處2 檢查模塊是否為功能內聚葉模塊應是基本功能模塊模塊功能可預測 并能用一個動賓結構短語命名模塊由三個基本部分組成 輸入 處理 輸出內模塊應是純調用模塊3 合并功能相同的模塊 4 組合并重新分解功能交叉的模塊 5 使模塊控制范圍成為影響范圍的最小包容集 6 檢查塊間通信 數量 少 類型 數據型 形式 參數 7 檢查入口 出口 只有單一入口 出口分布合理 8 檢查結構圖的寬度 深度 模塊的扇入扇出 并適當改進 9 檢查系統的性能 系統是否具有較強的可讀性 可修改性與可靠的穩定性 并作適當改進 8 2 5模塊結構圖的優化 模塊結構圖的優化有兩層的意思數據流圖并不能反映出所有的需求 由DFD導出的初始MSD一般不是一個結構良好 功能完善的系統 必須根據計算機處理的特殊性 相應地增加一些模塊 如用于出錯處理 系統管理 用戶管理 安全保密 信息查詢等模塊 完善系統功能 模塊高度獨立的良好的系統基本結構不一定是運行效率高的 在檢查與改進的基礎上 要對系統全局結構進行優化 提高系統的效率 具體做法是 找出 瓶頸 分析原因 合理改進 例如 調用太多的小模塊 高扇出 模塊適當合并 減少調用 文件存取頻繁 改文件存取為內存存取 程序效率太低 模塊占用CPU的時間長 研究新的高效率算法并用C語言或匯編語言重新優化設計 首先把握由高內聚 低耦合的功能內聚模塊組成的好理解的基本結構是非常重要的 這使得開發維護人員和用戶心中有數 即使為提高效率而優化合并調整 也不會迷失方向 8 2 6編寫模塊說明書 模塊說明書是對模塊結構圖中的模塊所作的說明 包括如下方面 模塊名模塊的輸入描述模塊的功能描述模塊的輸出描述所調用的子模塊名及其調用方式 是否選擇 循環 調用本模塊的父模塊名生成的判斷條件使用的判斷條件模塊說明書是伴隨著模塊結構圖的設計來編寫 修改 完善的 8 3MIS系統平臺的總體設計 管理信息系統 MIS 的系統平臺是指支撐MIS開發與運行的計算機系統及其網絡的硬件系統 系統軟件及開發運行支持工具軟件所組成的有機整體 是管理信息系統開發 運行的基礎 它對管理信息系統的功能 性能與結構影響巨大 它與組織機構一起支撐著整個MIS的體系結構 MIS系統平臺配置包含計算機處理方式選擇 網絡拓撲結構設計 計算機系統選型 網絡操作系統選擇 數據庫管理系統及其它系統軟件 工具軟件的選型設計等多個方面的內容 MIS系統平臺配置的總體設計必須根據MIS的規模目標 應用環境 功能需求等多方面因素進行綜合考量來確定 8 3 1MIS系統平臺配置的主要依據 1 性能要求用戶的分布范圍信息的存儲量與吞吐量系統的服務時間與響應時間系統的可靠性系統的適應性2 可用資源現有設備及可提供的資金 物資資源 信息基礎 管理水平與潛力 信息資源 技術水平 基礎與潛力 技術資源 3 市場情況國內外廣泛采用的 目前國內推廣應用的優選系列市場供應現狀與預測主要廠家產品的性能 價格比 售后服務4 環境條件相關的系統情況通信條件社會相關的環境 8 3 2MIS系統平臺的總體結構設計 一 平臺的總體結構設計基本內容1 系統平臺總體布局結構設計指系統設備的構成 布局及其相互間的聯系 獨立于具體的設備與實際連接 但指導著具體設備的選型與布局 具體設備的更新換代 一般不影響總體結構 2 計算機系統邏輯設計設計出計算機系統的邏輯功能 按總體結構布局配置 3 數據通信網絡系統的邏輯設計解決不同機種 不同設備 不同地理位置之間的計算機系統互連通信的網絡拓撲結構和通信設備的布點及其邏輯功能 4 系統軟件 工具軟件 開發環境軟件 通信管理軟件的邏輯功能設計包括對網絡操作系統及其實用程序 數據庫管理系統 程序設計語言軟件 工具軟件 開發環境軟件 通信管理軟件以及其他系統軟件的邏輯功能設計 二 系統平臺總體結構設計的步驟1 確定設備的地理位置分布 確定總體結構類型一幢辦公大樓內 相距最遠不超過百米 單機多用戶局域網一個組織 其內部范圍在幾公里以內單機聯機結構局域網 根據單位的大小 可分為有大 中 小型機支持的局域網一個組織 其屬下各部門相距幾公里之外帶遠程通信的局域網互連 可分為大 中 小型機支持 內聯網 Intranet 現在即使在近距離也往往采用內聯網 幾個城市之間甚至全球廣域網 或遠程聯機結構 互聯網 Internet 上的內聯網 2 信息處理及信息存儲設備總體設計決定具有處理和存儲功能的設備的邏輯功能 配置及分布位置 邏輯功能包括檔次級別 服務方向 性能指標及應用特性等 檔次級別 由計算機的價格 性能 技術特點和系統結構來決定的 可分為微型機 小型機 中型機 大型機 巨型機 服務方向 指主要的服務領域 是事務處理和數據處理還是辦公自動化 是科學和工程計算還是實時過程控制 是開發支持為主還是生產性的使用 是批處理為主還是聯機交互式為主 或是兩者混合使用 性能指標及應用特性 包括速度 容量 安全性 可靠性 可維護性等 3 人 機接口設備總體設計確定人機接口設備的邏輯功能 配置及分布位置 邏輯功能包括檔次級別 服務方向 性能指標及應用特性等 與信息處理及信息存儲設備總體設計中的討論類似 4 數據通信設備總體設計數據通信設備邏輯設計的主要問題是 如何與已有的通信資源配合起來 組成快速 有效 經濟 實用的數據通信系統 解決不同地域 不同類型計算機聯網及數據資源共享問題 包括設備的類型 主要功能 性能指標 基本配置等 5 系統處理結構的總統設計指信息系統的邏輯功能在物理系統上的配置 分布與控制 現在普遍采用的系統處理結構有如下三種 集中式系統處理結構 全部邏輯功能都集中在一臺計算機上 分散式系統處理結構 指邏輯功能分散在幾臺計算機上 各臺計算機互不相關 分布式系統處理結構 指信息處理的邏輯功能分布在若干臺計算機上 各臺計算機是相互協調 相互配合的 在技術復雜程度 響應速度 可靠性 有效性 通信費用等方面各有優缺點 但是分布式系統處理容易適應不同地點 不同用戶的不同需求 使系統具有高度的靈活性和可靠性 隨著Internet Intranet Extranet的發展與日益廣泛應用 分布式系統處理結構將成為今后計算機系統處理結構的主流 6 通信網絡拓撲結構總體設計即互連結構的類型 是點對點的網絡 還是多點式網絡 是分布式還是集中式 是星型 樹型 環型 總線型還是網狀型 要根據數據通信系統的類型 網絡軟件的功能 通信線路 地理分布 可靠性要求 數據量 技術力量等因素來決定 7 系統軟件的邏輯功能與性能設計包括網絡操作系統的邏輯功能與性能要求 數據庫管理系統的邏輯功能與性能要求 需要哪些功能的程序設計語言軟件 要哪些功能的通信管理軟件 要哪些功能的工具軟件 如文字處理軟件 文本編輯軟件 表格處理軟件等等 要哪些功能的開發環境軟件及其他系統軟件等等 系統平臺總體設計的成果是系統平臺總體布局圖及其說明 系統平臺總體布局圖描述的是拓撲結構 只描述系統平臺各類節點的邏輯功能及其相對位置的布局 而不管其絕對距離與方位 不管節點的物理大小和具體實現與選擇 每個節點只用矩形 圓型 三角形等簡單圖形來示意 而不表示其具體形狀 大小 更不必用圖片或象形圖來表示 連接一般用簡單的線條表達 也不表示其長短與連線類型 說明也只要簡單介紹節點中設備的類別 邏輯功能與一般性能 系統軟件的邏輯功能與性能要求 而不涉及物理性能與具體選型 服務器端 8 4MIS的總體設計說明書 1 MIS總體設計說明書原則要求是內容準確完整 簡明扼要 用簡短的篇幅表達出概要設計的思想和設計內容 系統總體結構概述 系統功能結構的總體設計 系統數據結構的總體設計 系統平臺的總體設計 方案的評價與選擇 2 MIS總體設計說明書的審批把每個設計的預期結果 同以前擬定的系統目標相比較 每個設計方案的概要的成本 效益分析 以便作定量性的比較 檢驗以圖表所表示的信息系統結構的優點和缺點 檢驗數據庫的質量和數據的有效性 詳細設計 管理信息系統的詳細設計 也稱具體設計 是在系統總體設計 也稱系統概要設計 的指導下 對系統各組成部分進行細致 具體的設計 使系統總體設計階段的各個方面具體化 它屬于整個系統設計工作的第二個階段 得到MIS的具體實現方案 8 5 8 8節全面討論MIS的具體設計 8 5MIS系統平臺的詳細設計 系統平臺的詳細設計是在系統平臺總體設計的基礎上 設計系統平臺的具體結構 包括系統平臺的設備選型 具體布局 設備的市場價格與系統平臺費用概算 以及系統平臺實現的初步計劃 系統平臺的詳細設計是其他方面詳細設計的基礎 8 5 0MIS系統平臺詳細設計的主要內容 一 計算機系統選型1 計算機系統選型的基本原則滿足需求 留有余地先進適用 互連開放軟件豐富 應用方便系列統一 升級容易質量保障 安全可靠通信力強 便于聯網維修服務 全面快捷經濟實用 美觀大方 2 計算機系統的主要性能指標主機系統的主要性能指標中央處理機 CPU 時鐘周期或主頻 指令執行速度 MIPS 數據流寬度或字長主存儲器 MS 容量 讀寫周期或速度 讀寫寬度或字長控制存儲器 CS 容量 周期 訪問時間 每周期取字節數 控制字長度高速緩存 Cache 容量 周期 每周期取字節數通道 CH 字節多路通道 傳輸速率 數組多路通道總線 Bus 系統總線字長 系統總線速率 IO總線字長 IO總線速率 外設硬盤子系統 存儲容量 平均尋道時間 數據傳輸率光盤子系統 存儲容量 平均尋道時間 數據傳輸率打印機顯示器通信設備其他系統軟件操作系統及其實用程序程序設計語言系統數據庫管理系統及其語言漢字處理系統 系統開發工具與環境系統維護管理工具與環境通信軟件其他3 計算機系統選擇評價方法資料收集方法印刷型資料收集 廣告 產品樣本 期刊 綜述 網絡搜索收集已有的類似要求的投標方案方案意見征集 RFP 招標嘗試法 其他方法粗選方法專家會議法 德爾菲法 專家評估法 其他方法精選方法線性加權法層次分析法 AHP 模糊決策法價值工程方法 如 性能 價格比法 其他方法4 服務器 端的計算機 選型Web服務器數據服務器應用服務器代理服務器其他服務器 并非每類服務器都由一臺計算機組成 小的信息系統可在一臺計算機上實現多種服務器功能 大的信息系統一類服務器可以由多臺計算機組成 5 客戶 端計算機 機選型客戶機一般無需象服務器那樣功能強 性能高 但其數量多 種類多 使用者的技術水平相對較低 所以也要慎重選型 二 通信網絡設備與線路的選型1 公共通信資源與通信環境調查通信資源與用戶的地理分布公共通信網的類型 接入方式 通信容量通信線路的類型 速度 容量 長度通信質量 特性 費用通信設備與相關的數據處理設備通信機構通信發展規劃2 網絡通信要求分析通信節點分析通信量分析通信速度分析通信線路數分析通信性能要求分析 交換方式 連接方式 通信方式分析3 網絡通信設備的選擇路由器交換機集線器網關調制解調器 接口設備通信處理機4 網絡線路選型物理專線有線 光纖 同軸電纜 雙絞線 其他無線 移動通信 衛星通信 微波通信 藍牙技術 其他 租用信道虛擬專用網 線 VPN 其他三 設計系統平臺具體布局圖 見Word文檔 按設備的實際布局畫出的系統平臺布局圖 按一定的比例畫出節點的位置 當距離太遠時 可用折斷線但要在線上標注實際距離 節點中的設備按慣例用大家都能理解象形圖畫出 并在圖中標注編號名稱等信息 再在小說明中具體說明 四 編制系統平臺費用概算表參考設備與線路的市場價格 編制設備費用清單 估算施工及其管理費用 編制系統平臺費用概算表 這是系統平臺招標實施的主要依據 案例 基于Intranet的MIS系統平臺的設計與選型8 5 1 8 5 3 8 5 1系統平臺方案規劃1 系統網絡需求根據對設計對象的調查與分析 獲知企業具有以下網絡需求 網絡須覆蓋相距較遠 跨度大的整個樓群 有800多臺微機要入網 網絡須與數字數據網 DDN 和亞太一號衛星VSAT專線連接 網絡須有多重服務器 支持多語種 多版本的網絡操作系統 其中的生產線制造管理系統要求無中斷運行 提供實時響應 能與客戶 供應商專用網進行聯機數據交換 2 系統網絡體系采用星型網絡拓撲結構總體布線方式采用美國朗信 LUCENT 的科技增強綜合應用型的結構化綜合布線系統方案主干采用12芯多膜室外光纖和6芯室內多膜光纖 辦公樓與生產大樓內設置主配線架 MDF 和多個子配線架 IDF 主配線架的交換機采用智能主干端口雙激活方式 使帶寬達到400M網絡幀選用快速以太Check point網與10M以太網采用虛擬局域網 VLAN 技術將網絡設備端口劃分成多個邏輯網段 以解決網絡的廣播風暴 選用LotusNotes電子群件作為新一代電子郵件系統 申請三條DDN數據專線和亞太一號衛星VSAT專線 建設企業網采用業界領先的Check point防火墻和美國夏恩公司備份中心備份企業內部幾臺跨平臺服務器的數據3 網絡平臺與軟件平臺選擇綜合考慮系統的易用性 界面友好性 安全性及價格性能比操作系統 網絡選用WindowsNT4 0 用戶端選用WindowsXP選用LotusDomino Notes群件作為工作流環境軟件系統平臺具體布局圖見Word 中圖8 22 8 5 2系統功能模塊設計與特點 根據系統的業務特點 分為六大功能模塊 事務管理 人事管理 財務管理 材料需求計劃 MPR 企業資源計劃 ERP 和生產管理 辦公事務處理模塊人事管理模塊財務管理模塊材料需求計劃模塊企業資源設計模塊生產管理模塊模塊的具體功能結構與特點見教材p182 183 8 5 3異種數據接口實現技術 作為基于廣域網的新一代企業信息系統 必須集成網絡上不同站點 不同計算機 不同類型數據庫里的數據 因此 解決異種數據庫訪問 提供一個一致的數據訪問 UDA UniversalDataAccess 接口至關重要 本系統采用如下技術 ODBC技術 在服務器端安裝ODBC驅動程序 并使用象SymantecDbanywhere一類的數據庫中間軟件將用戶端的JDBC請求傳送到ODBC驅動程序或使用內置的接口直接訪問數據庫 ADO技術 ADO是Microsoft公司在IIS3 0以上版本中推出的一套面向對策優化的數據訪問接口 目前將它看作OLEDB的ActiveX容器 ADO技術獨立于開發語言和開發工具 具有很廣的適用性 尤其是基于WEB瀏覽器的應用程序 對于非基于SQL的數據源 如電子郵件 多媒體數據 空間數據等 ADO可以提供了一個UDA接口 8 5 4系統安全設計 本系統采用下列安全性措施 防火墻技術通過防火墻建立企業內聯網與互聯網的連接 分為三級 第一級是硬件防火墻屏障 采用Cisco公司的FIX 或利用路由器的地址翻譯功能設置防御 第二級是采用目前國內自行研制的防火墻軟件 防止黑客入侵 第三級是采用國外防火墻軟件進行防御 如Checkpointweb服務器操作系統 IBM公司的IBMRS6000 AIX在物理網絡上采用虛網劃分 將企業保密信息單獨劃分成一個網段 在物理上與網絡其他部分分開 并可設置網關阻斷對該網段的訪問企圖每個用戶僅擁有一個網絡帳號和Notes帳號 并隸屬于某一級別的用戶集合 其使用權限均被嚴格劃分 并應受到審計追蹤 8 5 5計算機系統的選型設計 計算機系統的選型設計主要有如下幾項工作 工作負荷分析分析信息系統各個應用系統 或各類用戶 的作業類型及工作量 研究整個信息系統 全部用戶 的作業類型及工作量 建立計算機系統的負荷模型 計算機系統性能分級 反映計算機的檔次級別有如下四個方面 CPU能力內存容量外存容量輸入輸出能力 計算機選型 一般應采取以下幾個步驟 收集各種有關計算機硬件 軟件資料 確定評價計算機的原則 綜合考慮系統分析與系統概要設計對造型的要求 制定選擇計算機系統的標準 選擇評價方法 進行處理與計算 分析評價結果 8 6MIS的代碼系統設計 代碼可以分為明碼和密碼 明碼是對其所描述對象語義的簡單 概括 易于理解的編碼表達 密碼則是為了保密而用于傳輸與存儲的編碼 在計算機安全中有重要作用 這里討論的MIS的代碼系統屬于