第五章 管理信息系統(tǒng)的設計

1、1本章內(nèi)容本章內(nèi)容n 5.1系統(tǒng)設計概述n 5.2系統(tǒng)總體設計n 5.3面向對象的設計n 5.4設計模式n 5.5設計軟件類n 5.6系統(tǒng)結構設計n 5.7代碼設計n 5.8對象持久化與數(shù)據(jù)庫n 5.9 系統(tǒng)程序設計規(guī)范n 5.10輸入/輸出設計25.1 5.1 系統(tǒng)設計概述系統(tǒng)設計概述 35.1.1 5.1.1 系統(tǒng)設計的原則系統(tǒng)設計的原則n 1）系統(tǒng)性原則n 2）層次性原則n 3）靈活性原則n 4）安全可靠性原則n 5）經(jīng)濟性原則n 6）實用性原則n 7）管理的可接受性原則45.1.25.1.2系統(tǒng)設計的任務系統(tǒng)設計的任務n 系統(tǒng)設計工作應該自頂向下地進行。 首先設計總體結構， 然后再逐層

2、深入， 直至進行每一個模塊的設計。n 總體設計主要是指在系統(tǒng)分析的基礎上，對整個系統(tǒng)的劃分（子系統(tǒng)）、機器設備（包括軟、硬設備）的配置、數(shù)據(jù)的存貯規(guī)律以及整個系統(tǒng)實現(xiàn)規(guī)劃等方面進行合理的安排。n 系統(tǒng)設計的主要任務是進行總體設計和詳細設計。5n （1）總體設計，總體設計包括系統(tǒng)模塊結構設計和計算機物理系統(tǒng)的配置方案設計。 系統(tǒng)模塊結構設計的任務是劃分子系統(tǒng)， 然后確定子系統(tǒng)的模塊結構，并畫出模塊結構圖。n 在這個過程中必須考慮以下幾個問題： 首先如何將一個系統(tǒng)劃分成多個子系統(tǒng)； 其次每個子系統(tǒng)如何劃分成多個模塊； 同時還需注意如何確定子系統(tǒng)之間、模塊之間傳送的數(shù)據(jù)及其調(diào)用關系； 最后如何評價并

3、改進模塊結構的質(zhì)量。6n （1）總體設計 1）系統(tǒng)總體布局方案的確定 2）系統(tǒng)總體結構的設計 3）數(shù)據(jù)存儲的總體設計 4）系統(tǒng)物理配置方案設計n （2）詳細設計 1）代碼設計； 2）人機交互設計（用戶界面設計）； 3）文件和數(shù)據(jù)庫設計； 4）模塊處理過程設計（模塊詳細設計）； 包括輸入設計、輸出設計、處理流程圖設計、模塊內(nèi)部的算法設計等 5）網(wǎng)絡設計； 6）制訂系統(tǒng)實施進度與計劃； 7）編寫系統(tǒng)設計報告；71 1、系統(tǒng)設計的任務、系統(tǒng)設計的任務n 系統(tǒng)設計的任務就是要依據(jù)這些文檔資料，采用正確的方法來確定系統(tǒng)各功能模塊在計算機內(nèi)應該由哪些程序組成，它們之間用什么方式聯(lián)結在一起以構成一個最好的系

4、統(tǒng)機內(nèi)結構，同時還要使用一定的工具將所設計的成果表達出來，另外考慮到實現(xiàn)系統(tǒng)功能的需要，還要進行數(shù)據(jù)庫的詳細設計、編碼設計、輸入/輸出界面（人機界面）設計等等 2 2、系統(tǒng)設計步驟、系統(tǒng)設計步驟n 第一步進行數(shù)據(jù)庫的物理設計。 根據(jù)總體方案及系統(tǒng)分析的實際需求，考慮數(shù)據(jù)庫的存儲方式（集中式或分布式）；考慮物理庫的數(shù)量及每一個物理庫所包含的數(shù)據(jù)庫表的內(nèi)容；從查詢處理效率等方面考慮數(shù)據(jù)庫表的索引問題等等。n 第二步進行編碼設計。 編碼是系統(tǒng)的重要組成部分，與數(shù)據(jù)的規(guī)范性和交換性密切相關，編碼一旦被設計處理將會永久使用并常駐于數(shù)據(jù)庫中，因此需要在系統(tǒng)設計階段給出具有永久性、穩(wěn)定性的編碼設計方案。n

5、第三步進行界面設計。 構造良好的界面是未來系統(tǒng)能夠順利運行的重要前提，要使信息系統(tǒng)使用起來更加舒適、更加高效就需要在界面設計方面具有一個全新的設計策略，這個設計策略要在程序設計之前完成。n 第四步進行系統(tǒng)功能設計。 功能設計是在前面所有工作基礎上進行的，它主要是采用“自頂向下”的原則考慮模塊的劃分與設計，使模塊內(nèi)部以及模塊與模塊之間的連接具有合理的結構。功能設計結果的表達方式可以有兩種：一種是利用“結構圖”來描述模塊的功能和模塊之間的信息交換；另一種是用Rational Rose工具來描述。功能設計中通常有一組評價標準來對設計結果進行評價，同時使用一組設計原則對系統(tǒng)模塊進行優(yōu)化設計 3 3、系

6、統(tǒng)設計評價標準、系統(tǒng)設計評價標準n 一般來說，評價系統(tǒng)方案主要從六個方面來進行,其中前三項是最重要的評價標準 運行效率 可靠性 可修改性 可擴充性 可移植性 靈活性 通用性 實用性1 1）運行效率）運行效率n 一個計算機信息的資源主要包括中央處理機、內(nèi)存、外存、輸入/輸出設備等，另外還包括時間，主要是指處理機的運行時間、外部設備運行時間和信息傳輸時間等等 n 評價系統(tǒng)運行效率可以從處理能力、運行時間、響應時間三個方面來進行 處理能力是指在單位時間里能夠處理多少事務； 運行時間是指在處理狀態(tài)下，系統(tǒng)運行一次所需要的時間； 響應時間是指在聯(lián)機處理狀態(tài)下，從向系統(tǒng)發(fā)出一項請求到系統(tǒng)給出回答所用的時間

7、 1 1）運行效率）運行效率n 對建立在數(shù)據(jù)庫基礎上的信息系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的運行時間主要用在與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)打交道方面，如數(shù)據(jù)的操縱、分類、檢索等等。影響系統(tǒng)處理能力的因素大致有五種 （1 1）系統(tǒng)中間文件數(shù)量）系統(tǒng)中間文件數(shù)量n 系統(tǒng)中間文件用來暫時保存程序運行過程中的一些中間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)并不具有長期保存價值。中間文件由某一段程序產(chǎn)生，被下一段程序所使用，使用完后便可以將它拋棄。建立不必要的中間文件或重讀這些文件必然會占據(jù)較大的存儲容量，降低系統(tǒng)的運行效率。因此在系統(tǒng)設計過程中要盡量減少中間文件的數(shù)量以提高系統(tǒng)運行效率 （2 2）數(shù)據(jù)文件的檢索次數(shù)）數(shù)據(jù)文件的檢索次數(shù)n 假設一個數(shù)據(jù)庫表中包含

8、有三種類型的記錄：A、B、C，對這三種類型記錄的檢索可以有兩種方案： 第一種方案是先從頭到尾把文件中A類型的記錄檢索出來進行處理，再從頭到尾把文件中B類型的記錄檢索出來，最后再用同樣的方法把C類型的記錄檢索出來。 第二種方案是對文件只檢索一次，遇到哪種類型就相應地進行哪種處理。因為在數(shù)據(jù)庫文件中往往存儲了大量的各類數(shù)據(jù)，對它們的檢索要花很長的時間，所以第一種方案的系統(tǒng)效率將低于第二種方案。 （3 3）外存訪問次數(shù)）外存訪問次數(shù)n 外存訪問次數(shù)是指對磁盤文件的訪問次數(shù)。n 計算機在訪問外存設備讀或寫一條記錄的過程 首先要確定記錄在磁盤上的位置 其次引導讀寫磁頭移動到相應的位置上 最后再將所讀到的

9、記錄傳輸?shù)街付ǖ奈恢没蛲瓿蓪懙牟僮鱪 由此可見文件的訪問時間主要用在定位和傳輸上，這屬于磁盤操作系統(tǒng)的一部分，系統(tǒng)設計員無法對其進行控制，他們所能夠做的重要事情就是建立一個外存訪問次數(shù)最少的信息系統(tǒng) （4 4）程序的調(diào)用和其他的系統(tǒng)開銷所花費的時間）程序的調(diào)用和其他的系統(tǒng)開銷所花費的時間n 一個系統(tǒng)是由一系列程序模塊組成的，每個程序可能又需要調(diào)用其它程序，出現(xiàn)A模塊調(diào)用B模塊，而B模塊在運行過程中又需要調(diào)用C模塊的現(xiàn)象，每一次的調(diào)用都要占用一定的時間，并且要消耗一定的系統(tǒng)資源，從而影響系統(tǒng)運行效率。因此程序的調(diào)用和其它系統(tǒng)開銷要被考慮到提高運行效率的因素中 （5 5）程序和執(zhí)行時間）程序和執(zhí)行

10、時間n 程序的執(zhí)行時間和程序的質(zhì)量有關。 同一個功能可能有幾種程序設計方法，每種方法的執(zhí)行時間是有差異的 衡量程序質(zhì)量的標準之一是在同一臺計算機上、運用同一個操作系統(tǒng)來運行這些程序，所占用的中央處理機和主存的時間最少的程序為最好。但是當操作系統(tǒng)很好，且計算機速度也很快時，程序的執(zhí)行時間對運行效率的影響并不顯著 2 2）可靠性）可靠性n 系統(tǒng)的可靠性包括軟件和硬件可靠性兩種，它取決于系統(tǒng)本身的性質(zhì) 校驗碼 批量控制 建立運行日志和信息追蹤 文件的存取限制 可靠性指標 可靠性指標可靠性指標n 衡量可靠性的指標是“平均故障間隔時間”（Mean_Time_Between_Failures，MTBF）。

11、這是指平均發(fā)生前后兩次故障的間隔時間，顯然故障間隔時間越長，則系統(tǒng)的可靠性越高 n 與可靠性密切相關的是系統(tǒng)的可維護性。這是指排除故障的難易程度，衡量的指標是“平均修復時間”（Mean_Time_To_Repairs，MTTR）。它的含義是在系統(tǒng)發(fā)生故障以后，平均每次所用的修理時間，也稱為排除故障時間。顯然平均修復時間越短，則系統(tǒng)的可維護性越高。 n 系統(tǒng)的有效性=MTBF/（MTBF+MTTR）它是一個大于零小于1的實數(shù)。這項指標越接近1，則系統(tǒng)的有效性越高 3 3）可修改性）可修改性n 系統(tǒng)不斷變化引發(fā)不斷修改的原因： 由于系統(tǒng)是在一個實際的客觀環(huán)境中運行，它的數(shù)據(jù)來自于客觀現(xiàn)實，而客觀世

12、界是在不斷地變化的，它導致客觀數(shù)據(jù)的變化和功能需求的變化，為了適應這種不斷變化需求，必然要求信息系統(tǒng)也隨之而變化，即對信息系統(tǒng)做相應的修改。 由于計算機技術在不斷地發(fā)展，硬件價格越來越便宜，新的操作系統(tǒng)和程序語言在不斷地出現(xiàn)或升級，計算機網(wǎng)絡技術和通訊技術也在不斷地發(fā)展，這些必然對信息系統(tǒng)產(chǎn)生影響，迫使用戶考慮使用新的技術、更新設備、提高系統(tǒng)運行效率、完善系統(tǒng)功能等等。 無論是在系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、程序設計及調(diào)試階段，都可能會發(fā)現(xiàn)一些問題導致對前一階段的工作進行修正，到了系統(tǒng)測試階段也必然會發(fā)現(xiàn)一些問題和故障需要給予解決，這些都意味著對系統(tǒng)的修改。 對于一個復雜的系統(tǒng)來說，不可能在系統(tǒng)測試階段

13、就能夠完全徹底地把故障全部排除，有的錯誤可能會在系統(tǒng)運行階段才能暴露出來，要把這些錯誤糾正過來稱為運行糾錯，這同樣意味著對系統(tǒng)進行修改和維護。 5.2 5.2 系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)總體設計21結構化方法的總體設計結構化方法的總體設計n 1）將系統(tǒng)劃分成程序模塊（包括子系統(tǒng)和底層函數(shù)，不同粒度）；n 2）決定每個模塊的功能；n 3）決定模塊的調(diào)用關系；n 4）決定模塊的接口，即模塊間信息的傳遞。22面向對象方法的總體設計面向對象方法的總體設計n 1）確定子系統(tǒng)的構成關系；n 2）識別系統(tǒng)中的對象，設計類；n 3）決定每個類的屬性和操作（功能）；n 4）決定對象之間的協(xié)作關系；n 5）將類劃分為組件，

14、決定組件的依賴關系。235.2.15.2.1總體設計的目標與要求總體設計的目標與要求n 總體設計的目標： 旨在依據(jù)系統(tǒng)分析報告， 建立系統(tǒng)的總體結構和它的各子系統(tǒng)之間(或各子系統(tǒng)與其各模塊之間)的關系， 定義各子系統(tǒng)或各功能模塊之間的接口， 設計總體數(shù)據(jù)存儲結構，規(guī)定設計限制，制定組裝測試計劃。n 總體設計的要求包括： 各功能模塊間應滿足低耦合度，而各功能模塊內(nèi)應滿足高內(nèi)聚度。功能模塊的作用范圍應在其控制范圍之內(nèi)。 降低模塊接口的復雜性，提高系統(tǒng)的可移植性。245.2.25.2.2總體設計的步驟總體設計的步驟n 1）建立系統(tǒng)的總體結構；n 2）給出各功能模塊的描述；n 3）設計總體數(shù)據(jù)存儲結構

15、；n 4）設計系統(tǒng)物理配置方案；n 5）制定組裝測試計劃；n 6）評審。255.7 5.7 代碼設計代碼設計26代碼設計的原則代碼設計的原則n 1）唯一性 代碼的唯一性表示每一個代碼只能唯一地表示某個實體或屬性，不能有二重性，這是最重要的特性。n 2）標準化 代碼的設計要適應并符合國家、部門及行業(yè)的標準，同一類型對象的編碼應該統(tǒng)一。n 3）擴展性 代碼結構必須能適應實體或屬性集合體不斷擴充的需要，即要留出足夠的備用代碼位。n 4）簡便性 在不影響系統(tǒng)容量和擴展性的情況下，代碼的設計越短越好，這樣既便于人們的識別與記憶，又可減少輸入操作時的錯誤。27代碼設計時應注意的問題代碼設計時應注意的問題n

16、 （1）設計代碼時，要預留足夠的位置，以適應不斷變化的需要。n （2）設計的代碼在邏輯上必須能滿足用戶的需要，在結構上應當與處理的方法相一致。n （3）一個代碼應該唯一表示它所代表的事物或屬性。n （4）要注意避免引起誤解，不要使用易于混淆的字符，不要把空格作為代碼；要使用24小時制表示時間等。n （5）代碼要系統(tǒng)化，代碼的編制應盡量標準化，盡量使代碼結構對事物的表示具有實際意義，以便于理解及交流。n （6）當代碼長于4個字母或5個數(shù)字字符時，應分成小段，這樣人們讀寫時不易發(fā)生錯誤。n （7）要注意盡量采用不易出錯的代碼結構，例如，字母字母數(shù)字的結構比字母數(shù)字字母的結構發(fā)生錯誤的機會要少一些。

17、n （8）若已知代碼的位數(shù)為P，每一位上可用的字符數(shù)為Si，則可以組成的碼的總數(shù)為：n 例如，有一個三位代碼，對應字符為09，那么它共可以組成C101010=1000種碼，如果對應的字符為07，那么它共可以組成C=888=512種碼。2829校驗碼校驗碼為了保證正確輸入，有意識地在編碼設計結構中原有代碼的基礎上，另外加上一個校驗位，使它事實上變成代碼的一個組成部分。這個校驗位依據(jù)事先規(guī)定的數(shù)學方法計算，將它與輸入的校驗位進行比較，以證實輸入是否有錯。 抄寫錯誤，如：1寫成7；易位錯誤，如：1234寫成1324；雙易位錯誤，如：26913寫成21963；隨機錯誤，如：包括以上兩種或三種綜合性錯誤

18、或其他錯誤。5.9 5.9 系統(tǒng)程序設計規(guī)范系統(tǒng)程序設計規(guī)范305.9.1 5.9.1 源程序的設計規(guī)范源程序的設計規(guī)范n 包結構及路徑設計規(guī)范n 程序文件的命名規(guī)范n 編碼規(guī)范n 程序Bug預防31/* * 取得監(jiān)測站數(shù)據(jù)（描述方法的用途）* * param strLTime String 本地數(shù)據(jù)時間戳* param strMSId String 監(jiān)測站ID* return byte 監(jiān)測數(shù)據(jù)（zip壓縮包）* throws SynDatasException 取得數(shù)據(jù)失敗時（拋出例外的時機/場景）* since ver 1.15 2006/01/15*/public byte getMo

19、nitorStationData(String strLTime, String strMSId) throws SynDatasException / 1. 取得處理要求的所有數(shù)據(jù)/檢查數(shù)據(jù)的有效性 / 2. 處理本體 / 3. 返回/保存結果5.9.2 5.9.2 頁面的設計規(guī)范頁面的設計規(guī)范32text text 5.105.10輸入輸入/ /輸出設計輸出設計33n 輸入輸出設計對于系統(tǒng)開發(fā)人員并不重要，但對用戶來說，卻顯得尤為重要 （1）它能夠為用戶建立良好的工作環(huán)境，激發(fā)用戶努力學習、主動工作的熱情； （2）它是一個組織系統(tǒng)形象(Cooperation Identify System, CIS)的具體體現(xiàn)； （3）符合用戶習慣，方便用戶操作，使目標系統(tǒng)易于為用戶所接受。 （4）為用戶提供易讀易懂的信息形態(tài)。345.10.1 5.10.1 輸入設計輸入設計n 輸入設計的目的是提高輸入效率，減