第11章 系統(tǒng)設計

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1、第11章 系統(tǒng)設計 2 11.1 介紹 2 11.2 用戶需求調查 3 11.2.1 目的 3 11.2.2 角色與職責 3 11.2.3 啟動準則 3 11.2.4 輸入 3 11.2.5 主要步驟 3 [Step1] 設計準備 3 [Step2] 確定影響系統(tǒng)設計的約束因素 4 [Step3] 確定設計策略 4 [Step4] 系統(tǒng)分解與設計 4 [Step5] 撰寫體系結構設計文檔 4 [Step6] 體系結構設計評審 5 [后續(xù)活動] 5 11.2.6 輸出 5 11.2.7 結束準則 5 11.2.8 度量 5 11.3 用戶界面設計 5 11.

2、3.1 目的 5 11.3.2 角色與職責 5 11.3.3 啟動準則 6 11.3.4 輸入 6 11.3.5 主要步驟 6 [Step1] 設計準備 6 [Step2] 用戶界面設計 7 [Step3] 撰寫用戶界面設計文檔 7 [Step4] 用戶界面設計評審 7 [后續(xù)活動] 8 11.3.6 輸出 8 11.3.7 結束準則 8 11.3.8 度量 8 11.4 數(shù)據(jù)庫設計 8 11.4.1 目的 8 11.4.2 角色與職責 8 11.4.3 啟動準則 8 11.4.4 輸入 9 11.4.5 主要步驟 9 [Step1] 設計準備 9 [S

3、tep2] 數(shù)據(jù)庫設計 9 [Step3] 撰寫數(shù)據(jù)庫設計文檔 10 [Step4] 數(shù)據(jù)庫設計評審 11 [后續(xù)活動] 11 11.4.6 輸出 11 11.4.7 結束準則 11 11.4.8 度量 11 11.5 模塊設計 12 11.5.1 目的 12 11.5.2 角色與職責 12 11.5.3 啟動準則 12 11.5.4 輸入 12 11.5.5 主要步驟 12 [Step1] 設計準備 13 [Step2] 模塊設計 13 [Step3] 撰寫模塊設計文檔 13 [Step4] 模塊設計評審 13 [后續(xù)活動] 14 11.5.6 輸出 14

4、 11.5.7 結束準則 14 11.5.8 度量 14 11.6 實施建議 14 第11章 系統(tǒng)設計 系統(tǒng)設計（System Design, SD）是指設計軟件系統(tǒng)的體系結構、用戶界面、數(shù)據(jù)庫、模塊等，從而在需求與代碼之間建立橋梁，指導開發(fā)人員去實現(xiàn)能滿足用戶需求的軟件產品。 系統(tǒng)設計過程域是SPP模型的重要組成部分。本規(guī)范闡述了系統(tǒng)設計過程域的四個主要規(guī)程： 2 體系結構設計 [SPP-PROC-SD-ARCHITECTURE] 2 用戶界面設計 [SPP-PROC-RM-UI] 2 數(shù)據(jù)庫設計 [SPP-PROC-RM-DATABASE] 2 模塊設計 [SPP-

5、PROC-RM-MODULE] 上述每個規(guī)程的“目標”、“角色與職責”、“啟動準則”、“輸入”、“主要步驟”、“輸出”、“完成準則”和“度量”均已定義。 本規(guī)范適用于國內IT企業(yè)的軟件研發(fā)項目。建議用戶根據(jù)自身情況（如商業(yè)目標、研發(fā)實力等）適當?shù)匦薷谋疽?guī)范，然后推廣使用。 11.1 介紹 系統(tǒng)設計過程域分為兩個階段：高層設計階段和詳細設計階段。 高層設計階段的重點是軟件系統(tǒng)的體系結構設計。詳細設計階段的重點是用戶界面設計、數(shù)據(jù)庫設計和模塊設計，如圖11-1所示。 需求開發(fā) 高層設計階段 體系結構設計 數(shù)據(jù)庫設計 用戶界面設計 模塊設計 實現(xiàn)與測試 詳細設計階段

6、圖11-1 系統(tǒng)設計過程域示意圖 系統(tǒng)設計過程域產生的主要文檔有： 2 《體系結構設計報告》，模板見 [SPP-TEMP-SD-ARCHITECTURE]。 2 《用戶界面設計報告》，模板見 [SPP-TEMP-SD-UI]。 2 《數(shù)據(jù)庫設計報告》，模板見 [SPP-TEMP-SD-DATABASE]。 2 《模塊設計報告》，模板見 [SPP-TEMP-SD-MODULE]。 11.2 用戶需求調查體系結構設計 11.2.1 目的 l 分析與設計軟件的體系結構。通過系統(tǒng)分解，確定子系統(tǒng)的功能和子系統(tǒng)之間的關系，以及模塊的功能和模塊之間的關系，產生《體系結構設計報告》。 11

7、.2.2 角色與職責 l 項目經(jīng)理指定若干名開發(fā)人員從事體系結構設計（以下稱為體系結構設計人員）。 11.2.3 啟動準則 l 體系結構設計人員已經(jīng)確定。 11.2.4 輸入 l 需求文檔如《產品需求規(guī)格說明書》 11.2.5 主要步驟 體系結構設計流程如圖11-2所示。 Step3. 確定 設計 策略 Step2. 確定 約束 因素 Step1. 設計 準備 Step4. 系統(tǒng) 分解 設計 Step6. 設計 評審 Step5. 撰寫 文檔 圖11-2 體系結構設計流程 [Step1] 設計準備 l 項目經(jīng)理或者

8、技術負責人分配系統(tǒng)設計任務，包括體系結構設計、模塊設計、用戶界面設計、數(shù)據(jù)庫設計等。本活動可能產生一份階段性的開發(fā)計劃，如《系統(tǒng)設計計劃》，視工作量而定。 l 體系結構設計人員閱讀需求文檔，明確設計任務。 l 體系結構設計人員準備相關的設計工具（如Rational Rose）和資料。 [Step2] 確定影響系統(tǒng)設計的約束因素 l 需求約束。體系結構設計人員從需求文檔如《軟件需求規(guī)格說明書》中提取需求約束，例如： 2 本系統(tǒng)應當遵循的標準或規(guī)范 2 軟件、硬件環(huán)境（包括運行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境）的約束 2 接口/協(xié)議的約束 2 用戶界面的約束 2 軟件質量的約束，如正確性、健壯性、

9、可靠性、效率（性能）、易用性、清晰性、安全性、可擴展性、兼容性、可移植性等等。 l 隱含約束。有一些假設或依賴并沒有在需求文檔中明確指出，但可能會對系統(tǒng)設計產生影響，設計人員應當盡可能地在此處說明。例如對用戶教育程度、計算機技能的一些假設或依賴，對支撐本系統(tǒng)的軟件硬件的假設或依賴等。 [Step3] 確定設計策略 l 體系結構設計人員根據(jù)產品的需求與發(fā)展戰(zhàn)略，確定設計策略（Design Strategy）。例如： 2 擴展策略。說明為了方便本系統(tǒng)在將來擴展功能，現(xiàn)在有什么措施。 2 復用策略。說明本系統(tǒng)在當前以及將來的復用策略。 2 折衷策略。說明當兩個目標難以同時優(yōu)化時如何折衷，

10、例如“時－空”效率折衷，復雜性與實用性折衷。 [Step4] 系統(tǒng)分解與設計 l 體系結構設計人員： 2 將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，確定每個子系統(tǒng)的功能以及子系統(tǒng)之間的關系。 2 將子系統(tǒng)分解為若干模塊，確定每個模塊的功能以及模塊之間的關系。 2 確定系統(tǒng)開發(fā)、測試、運行所需的軟硬件環(huán)境。 [Step5] 撰寫體系結構設計文檔 l 體系結構設計人員根據(jù)指定的模板撰寫《體系結構設計報告》，主要內容包括： 2 軟件系統(tǒng)概述 2 影響設計的約束因素 2 設計策略 2 系統(tǒng)總體結構 2 子系統(tǒng)的結構與模塊功能 2 開發(fā)、測試、運行所需的軟硬件環(huán)境 [Step6] 體系結構設計

11、評審 l 體系結構設計人員邀請同行專家、開發(fā)人員對體系結構進行正式技術評審，評審流程請參考 [SPP-PROC-TR-FTR]。 l 體系結構評審的重點不是“對還是錯”，而是“好還是差”。主要評審要素包括： 2 合適性?？疾煸擉w系結構是否適合于產品需求，是否可在預定計劃內實現(xiàn)。 2 系統(tǒng)的綜合能力（Capability）。例如“時－空”效率（性能，容量等），可擴展性，可管理性（可維護性），可復用性，安全性等等，視產品特征而定。 [后續(xù)活動] l 體系結構設計完成后進入詳細設計階段（用戶界面設計、數(shù)據(jù)庫設計、模塊設計等）。 11.2.6 輸出 l 《體系結構設計報告》 11.

12、2.7 結束準則 l 《體系結構設計報告》已經(jīng)完成，并且通過了技術評審。 11.2.8 度量 l 體系結構設計人員統(tǒng)計工作量以及文檔的規(guī)模，匯報給項目經(jīng)理。 11.3 用戶界面設計 11.3.1 目的 l 設計軟件的用戶界面，產生《用戶界面設計報告》。 l 制作用戶界面的資源如圖像、圖標或者界面專用組件等。 11.3.2 角色與職責 l 項目經(jīng)理指定若干名開發(fā)人員從事用戶界面設計（以下稱為界面設計人員）。 l 如果可能的話，邀請用戶或美工人員協(xié)助設計用戶界面。 11.3.3 啟動準則 l 需求文檔已經(jīng)完成。 l 體系結構設計已經(jīng)完成。 11.3.4 輸入 l 需求

13、文檔 l 體系結構設計文檔 11.3.5 主要步驟 用戶界面設計流程如圖11-3所示。 迭代 Step2. 界面設計 Step4. 設計 評審 Step3. 撰寫 文檔 Step1. 設計 準備 2.3細化 2.2原型評估 2.1原型創(chuàng)作 圖11-3 體系結構設計流程 [Step1] 設計準備 l 界面設計人員閱讀需求文檔和體系結構設計文檔，明確界面設計任務。 l 界面設計人員與用戶交流，了解用戶的工作習慣和他們對界面的看法。 l 界面設計人員準備相關的設計工具和資料，收集或創(chuàng)作基本的界面資源如圖像、圖標以及通用的組件。 l 界面設

14、計人員確定本軟件的用戶界面設計規(guī)則（或指南），主要包括： 2 優(yōu)秀界面的特征或通用的設計原則； 2 軟件主界面（如主窗口、主頁面）的設計規(guī)則； 2 軟件子界面（如子窗口、子頁面）的設計規(guī)則； 2 標準控件的使用規(guī)則； 2 美學設計規(guī)則。 [Step2] 用戶界面設計 用戶界面設計一般要經(jīng)歷“原型創(chuàng)作—>原型評估－>細化”等步驟，通常迭代進行。 l [Step2.1] 原型創(chuàng)作 界面設計人員創(chuàng)作界面原型： 2 先徒手畫，或者用Visio 等工具繪制界面的視圖； 2 再用軟件開發(fā)工具實現(xiàn)可以運行的原型。 l [Step2.2] 原型評估 2 界面設計人員邀請用戶和同行們評

15、估界面的原型，匯集意見，及時改進。 l [Step2.3] 細化 2 界面設計人員細化界面原型，例如美工處理，添加細節(jié)等。 補充說明：開發(fā)人員在本階段不必關心界面原型的代碼質量，因為界面原型可能不斷地被修改甚至被拋棄。 [Step3] 撰寫用戶界面設計文檔 l 用戶界面定型之后，界面設計人員根據(jù)指定的模板撰寫《用戶界面設計報告》，主要內容包括： 2 應當遵循的界面設計規(guī)范； 2 界面的關系圖和工作流程圖； 2 主界面的視圖、功能說明、操作方式； 2 子界面的視圖、功能說明、操作方式； 2 美學設計說明。 [Step4] 用戶界面設計評審 l 界面設計人員邀請用戶和同行們

16、對定型后的界面進行正式技術評審，盡最大努力使界面變得更加美觀、易用。評審流程請參考 [SPP-PROC-TR-FTR]。 l 用戶界面的主要評審要素包括： 2 合適性 2 簡潔易用 2 一致性 2 美觀 2 動態(tài)反饋 2 功能屏蔽和出錯處理 2 用戶控制 2 國際化（兼容性和可移植性） 2 適應性（針對各種用戶） [后續(xù)活動] l 在系統(tǒng)設計工作結束之后，開發(fā)人員編寫界面的代碼，并和用戶一起通過各種途徑測試界面，從而不斷地完善用戶界面。（請參考有關測試的文檔） l 界面設計人員總結經(jīng)驗教訓，不斷地完善適用于本機構的“用戶界面設計指南”。 11.3.6 輸出 l

17、《用戶界面設計報告》 11.3.7 結束準則 l 《用戶界面設計報告》已經(jīng)完成，界面原型已經(jīng)通過評審。 11.3.8 度量 l 界面設計人員統(tǒng)計工作量以及文檔的規(guī)模，匯報給項目經(jīng)理。 11.4 數(shù)據(jù)庫設計 11.4.1 目的 l 設計軟件的數(shù)據(jù)庫，產生《數(shù)據(jù)庫設計報告》。 11.4.2 角色與職責 l 項目經(jīng)理指定若干名開發(fā)人員從事數(shù)據(jù)庫設計（以下稱為數(shù)據(jù)庫設計人員）。 11.4.3 啟動準則 l 需求文檔已經(jīng)完成。 l 體系結構設計已經(jīng)完成。 11.4.4 輸入 l 需求文檔 l 體系結構設計文檔 11.4.5 主要步驟 數(shù)據(jù)庫設計流程如圖11-4所示。

18、 迭代 Step2. 數(shù)據(jù)庫設計 Step3. 撰寫 文檔 2.4優(yōu)化 2.3安全性設計 2.2物理設計 2.1邏輯設計 Step1. 設計 準備 Step4. 設計 評審 圖11-4 數(shù)據(jù)庫設計流程 [Step1] 設計準備 l 數(shù)據(jù)庫設計人員閱讀需求文檔和體系結構設計文檔，明確數(shù)據(jù)庫設計任務。 l 數(shù)據(jù)庫設計人員準備相關的設計工具和資料。 l 數(shù)據(jù)庫設計人員確定本軟件的數(shù)據(jù)庫設計規(guī)則（或指南），主要包括： 2 數(shù)據(jù)庫命名規(guī)則 2 邏輯設計規(guī)則（或指南） 2 物理設計規(guī)則（或指南） 2 安全性設計規(guī)則（或指南） 2 優(yōu)化規(guī)則（或指

19、南） 2 數(shù)據(jù)庫管理與維護規(guī)則（或指南） [Step2] 數(shù)據(jù)庫設計 數(shù)據(jù)庫設計一般要經(jīng)歷“邏輯設計—>物理設計－>安全性設計－>優(yōu)化”等步驟，通常要迭代進行。 l [Step2.1] 邏輯設計 2 數(shù)據(jù)庫設計人員根據(jù)需求文檔，創(chuàng)建與數(shù)據(jù)庫相關的那部分實體關系圖（ERD）。如果采用面向對象方法（OOAD），這里實體相當于類（class）。 l [Step2.2] 物理設計 2 設計表結構。一般地，實體對應于表，實體的屬性對應于表的列，實體之間的關系成為表的約束。邏輯設計中的實體大部分可以轉換成物理設計中的表，但是它們并不一定是一一對應的。數(shù)據(jù)庫表的參考格式如表11-1所示。

20、2 對表結構進行規(guī)范化處理（第三范式）。 表名 功能說明 列名 數(shù)據(jù)類型（精度范圍） 空/非空 約束條件 補充說明 表11-1 數(shù)據(jù)庫表的參考格式 l [Step2.3] 安全性設計 提高軟件系統(tǒng)的安全性應當從“管理”和“設計”兩方面著手。這里僅考慮數(shù)據(jù)庫的安全性設計。 2 用戶只能用帳號登陸到應用軟件，通過應用軟件訪問數(shù)據(jù)庫，而沒有其它途徑可以操作數(shù)據(jù)庫。 2 對用戶帳號的密碼進行加密處理，確保在任何地方都不會出現(xiàn)密碼的明文。 2 確定每個角色對數(shù)據(jù)庫表的操作權限，如創(chuàng)建、檢索、更新、刪除等。每個角色擁

21、有剛好能夠完成任務的權限，不多也不少。在應用時再為用戶分配角色，則每個用戶的權限等于他所兼角色的權限之和。 l [Step2.4] 優(yōu)化 分析并優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的“時－空”效率，盡可能地“提高處理速度”并且“降低數(shù)據(jù)占用的空間”。 2 分析“時－空”效率的瓶頸，找出優(yōu)化對象（目標），并確定優(yōu)先級。 2 當優(yōu)化對象（目標）之間存在對抗時，給出折衷方案。 2 給出優(yōu)化的具體措施，例如優(yōu)化數(shù)據(jù)庫環(huán)境參數(shù)，對表格進行反規(guī)范化處理等。 [Step3] 撰寫數(shù)據(jù)庫設計文檔 l 數(shù)據(jù)庫設計人員根據(jù)指定的模板撰寫《數(shù)據(jù)庫設計報告》，主要內容包括： 2 數(shù)據(jù)庫環(huán)境說明 2 數(shù)據(jù)庫的命名規(guī)則 2 邏

22、輯設計 2 物理設計 2 安全性設計 2 優(yōu)化 2 數(shù)據(jù)庫管理與維護說明 [Step4] 數(shù)據(jù)庫設計評審 l 數(shù)據(jù)庫設計人員邀請同行們對數(shù)據(jù)庫進行正式技術評審，評審流程請參考 [SPP-PROC-TR-FTR]。 l 數(shù)據(jù)庫的主要評審要素包括： 2 正確性、完整性、一致性 2 安全性 2 “時－空”效率 [后續(xù)活動] l 在系統(tǒng)設計工作結束之后，開發(fā)人員將編寫與數(shù)據(jù)庫相關的代碼，并和用戶一起通過各種途徑測試數(shù)據(jù)庫，從而不斷地完善數(shù)據(jù)庫。（請參考有關測試的文檔） l 數(shù)據(jù)庫設計人員總結經(jīng)驗教訓，不斷地完善適用于本機構的《數(shù)據(jù)庫設計指南》。 l 軟件交付給用戶后，由用

23、戶管理與維護數(shù)據(jù)庫。 11.4.6 輸出 l 《數(shù)據(jù)庫設計報告》 11.4.7 結束準則 l 《數(shù)據(jù)庫設計報告》已經(jīng)完成，并且通過了技術評審。 11.4.8 度量 l 數(shù)據(jù)庫設計人員統(tǒng)計工作量以及文檔的規(guī)模，匯報給項目經(jīng)理。 11.5 模塊設計 11.5.1 目的 l 設計軟件所有模塊的主要接口與屬性、數(shù)據(jù)結構和算法，產生《模塊設計報告》。 11.5.2 角色與職責 l 項目經(jīng)理指定若干名開發(fā)人員從事模塊的設計（以下稱為模塊設計人員），模塊設計人員將在實現(xiàn)階段編寫這些模塊的代碼。 11.5.3 啟動準則 l 需求文檔已經(jīng)完成。 l 體系結構設計已經(jīng)完成。 11.5

24、.4 輸入 l 需求文檔 l 體系結構設計文檔 11.5.5 主要步驟 模塊設計流程如圖11-5所示。 Step2. 模塊設計 2.1接口與屬性設計 Step4. 設計 評審 Step3. 撰寫 文檔 Step1. 設計 準備 迭代 2.2數(shù)據(jù)結構 與算法設計 圖11-5 模塊設計流程 [Step1] 設計準備 l 模塊設計人員閱讀需求文檔和體系結構設計文檔，明確模塊設計任務。 l 模塊設計人員準備相關的設計工具和資料。 l 模塊設計人員確定本軟件的編程規(guī)范，確保模塊設計文檔的風格與代碼的風格保持一致。 [Step2] 模塊設計

25、 模塊設計一般要經(jīng)歷“接口與屬性設計—>數(shù)據(jù)結構與算法設計”等步驟，并且通常需要反復迭代。 建議：由于現(xiàn)代的軟件開發(fā)工具越來越先進，模塊的詳細設計和編程可以很好地融合一起，而且效率相當高，有些工具甚至具有代碼自動生成功能。所以在系統(tǒng)設計階段，模塊設計究竟要詳細到什么地步，應當視問題復雜性以及所采用的開發(fā)工具而定。一般地，只要確定了每個模塊的主要接口、數(shù)據(jù)結構與算法，能夠清楚地指導模塊編程即可?？傊?，不必花太多時間用于設計模塊的細節(jié)。 l [Step2.1] 接口與屬性設計 2 模塊設計人員設計每個模塊的主要接口與屬性。如果采用面向對象方法（OOAD），相當于設計類的函數(shù)和成員變量。

26、l [Step2.2] 數(shù)據(jù)結構與算法設計 2 模塊設計人員設計每個模塊的數(shù)據(jù)結構與算法（如果存在的話）。 [Step3] 撰寫模塊設計文檔 l 模塊設計人員根據(jù)指定的模板撰寫《模塊設計報告》，主要內容包括： 2 模塊匯總 2 每個模塊的主要接口與屬性 2 每個模塊的數(shù)據(jù)結構與算法（如果存在的話） [Step4] 模塊設計評審 l 模塊設計人員邀請同行們對模塊設計文檔進行正式技術評審或者非正式技術評審（由技術負責人決定采用何種評審方式），評審流程請參考 [SPP-PROC-TR]。 l 模塊的主要評審要素包括： 2 信息隱藏（獨立性） 2 強內聚、低耦合 2 數(shù)據(jù)結構與

27、算法的效率 [后續(xù)活動] l 模塊的代碼實現(xiàn)可以與模塊設計同步進行，也可以在模塊設計完成之后進行。 11.5.6 輸出 l 《模塊設計報告》 11.5.7 結束準則 l 《模塊設計報告》已經(jīng)完成，并且通過了技術評審。 11.5.8 度量 l 模塊設計人員統(tǒng)計工作量以及文檔的規(guī)模，匯報給項目經(jīng)理。 11.6 實施建議 l 先對系統(tǒng)設計人員進行“專題”培訓，讓他們掌握必要的系統(tǒng)設計技能。 l 由于國內絕大多數(shù)的大學不開設“用戶界面設計課程”，這導致大部分軟件開發(fā)人員不善于設計用戶界面。項目開發(fā)小組應當設法邀請用戶界面設計專家參與（或指導）本軟件的界面設計。 l 系統(tǒng)設計人員可以根據(jù)產品的特征，適當?shù)匦薷摹扼w系結構設計報告》、《用戶界面設計報告》、《數(shù)據(jù)庫設計報告》和《模塊設計報告》的模板。 l 對系統(tǒng)設計過程中產生的所有有價值的文檔進行配置管理。 14