第11章 面向数据的设计方法

软 件 工 程
BUTTON_2 seq request:=no /* 臵初值 */ read MBD and B1D /* 检查是否有未满足请求和交 通车是否停在站上 */ BUTTON_BODY itr PUSH_GROUP seq EXTRA_AR_BODY itr while (ARRIVAL) /* 交通车已靠站但尚无请求， 或既无请求交通车也未靠站 */ read MBD and B1D EXTRA_AR_BODY end RQ_PUSH seq /* 首次请求到达，臵请求标志 */ request:=yes read MBD and B1D RQ_PUSH end
• JSD和DSSD方法的软件总体结构设计与软件过 程性设计的分界并不明显，都能很快地过渡到 过程性描述。这也是易于理解和易于维护的重 要表现之一。 • JSD和DSSD也是分析与设计一体化的 ，本章侧 重于讨论与设计有关的技术。面向数据的设计 方法，要求信息结构用层次图表示，在软件需 求规格说明中与信息域的描述相对应。
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SHUTTLE_BODY1 itr STATION seq ARRIVE(i) write arrive to S1D /* 向mcontrol发送数据流， 说明车已到站（i）*/ LON(i) WAIT_BODY itr while Wait(i) read 状态向量 WAIT_BODY end LOFF(i) LEAVE(i) TRANSIT_BODY itr while Transit(i) read 状态向量 TRANSIT_BODY end STATION end SHUTTLE_BODY1 end ARRIVE(1) write arrive to S1D /* 发送数据流，说明车已到站1 */ SHUTTLE_1 end
Button-2 Push group*
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Extra Arrival body
Request push
Extra push body
Arrival
Extra Arrival*
图10-2-3
Extra push*
button-2的结构图
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11.2.2 扩充功能性过程 • 功能性过程mcontrol既负责检查BUTTON_2的 状态向量“B2V”，确定是否有未满足的请求， 又负责把从SHUTTLE_1处（S1D）获取的信 息（即交通车已到达发出请求的车站）传递给 BUTTON_2（MBD流）。在此定义了一个交 互型功能。 • BUTTON_2的结构正文描述如下：
Shuttle -1
TRANSit- b ody1
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wait- body1
Leave(1)
Shuttlebody1
Arrive(1)
Wait(1)*
Transit(1)*
Station(i)*
Arrive(i)
wait- body
Leave(i)
TRANSit body
Wait(i)*
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11.2.2
扩充功能性过程
过程SHUTTLE_1执行“read状态向量”操作和 过程mcontrol对“S1D”的访问都必须有足够 快的频率，否则交通车将不能及时停下来。 为完成USS实例，还需进一步考虑实体BUTTON 模型。过程BUTTON_1是对按钮动作的精确描述 （即每次压下都对应过程push的一次调用）， 实际上系统应把第一次压下按钮招呼交通车的 动作与一次运行未开始之前乘客压下按钮招呼 交通车的请求区分开来。用已有实体无法描述 和区分动作之间的时间约束，常常引入额外的 实体——为此设计过程BUTTON_2，结构图如图 10-2-3所示
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11.2.2
扩充功能性过程
BD
Button-1
Button-0
Shuttle-0
SV
Shuttle-1
LAMP CMDS
图10-2-2 修改后的SSD LAMPCMDS—Lamp commands
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SHUTTLE_1 seq LON(1) /* 控制发光板“亮”，说 明交通车正停在站1上 */ read 状态向量 WAIT_BODY1 itr while Wait(1) read 状态向量 WAIT_BODY1 end LOFF(1) /* 交通车即将离站；控 制发光板“暗” */ LEAVE(1) TRANSIT_BODY1 itr while Transit(1) read 状态向量 TRANSIT_BODY1 end
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11.1
面向数据设计的概念
• 面向数据的设计就是根据数据结构的表示获得 软件表示。 • 本章重点讨论： 1. Jackson系统开发方法 Jackson System Development，简称JSD 2. 基于结构化数据的系统开发方法 Data Structured System Development ，简 称DSSD
图6-2-5 对应于结构正文的结构图
Transit(i)*
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11.2.2
扩充功能性过程
• 这一步骤以初建系统模型为基础，通过数据流 和状态向量两种方式将新定义的功能性过程与 原有的模型过程联系起来。具体考虑两类功能： 1．信息型功能（information function）：从模 型过程产生的数据流和状态向量中提取信息并 生成输出信息。嵌入型功能只需在原有模型过 程的结构正文中插入一些操作； 2．交互型功能（interactive function）：监视模 型过程的状态向量，在输出结果的同时产生内 部输入信息，反过来影响模型化过程的动作。
• 用JSD方法开发一个软件的步骤： 1）标识实体与动作：用与面向对象方法类似的 分析技术识别出系统中的实体（包括人、对象、 产生或使用信息的组织）和动作（客观世界中 影响系统实体的那些事件）； 2）生成实体结构图：针对每一实体，将影响它 的所有动作按发生的时间顺序用Jackson结构 图（Jackson diagrams）表示出来。为了描述 时间约束，同一动作必须出现在多张结构图中；
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SHUTTLE_1 seq LON(1) read 状态向量 WAIT_BODY1 itr while Wait(1) read 状态向量 WAIT_BODY1 end LOFF(1) LEAVE(1) TRANSIT_BODY1 itr while Transit(1) read 状态向量 TRANSIT_BODY1 end
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11.2.1
JSD分析技术回顾
• 我们曾以大学校园内直达交通车系统USS为例进行需求 分析，结果得出“交通车”和“按钮”两实体及其动 作对应的实体结构图如下图所示。
Shuttle Leave(1)
Shuttle* body
Station(i)
Arrive(1)
Button Push*
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客观世界 外部过程
系统
交互型 功能过程
系统模型
信息型 功能过程
图10-2-1 两类功能性过程与系统模型的关系
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11.2.2
扩充功能性过程
假设在交通车上有一块发光板，专门显示车到 站的信息，发光板“亮”说明车到站，“暗” 说明车离开。此板或亮或暗受LON（i）、 LOFF（i）两命令的控制。在过程 SHUTTLE_1中可嵌入一个新功能：当交通车 到达站（i）时，发出命令LON（i）；离开站 （i）时，发出命令LOFF（i）。交通车在两站 之间往返运行过程中，输出“开关发光板”的 命令数据流，图10-2-2为增加这一功能后的 SSD，结构正文修改为：
DS
Button-1
SV
图7-2-4 USS的系统规格说明图
Shuttle-1
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11.2.1
JSD分析技术回顾
• 将实体结构图与初建系统模型（系统规格说明 图）综合起来，可导出目标软件系统中每个过 程内部细节的结构正文表示，如6.2.3节过程 BUTTON_1和SHUTTLE_1所描述。 • 上述结构正文也可对应地用Jackson结构图表 示。图6-2-5是与模型过程SHUTTLE_1的结构正 文对应的Jackson结构图。
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11.2.2
Hale Waihona Puke Baidu
扩充功能性过程
• 第二个功能是产生关于启动（START）和关闭（STOP） 发动机的命令，以此控制交通车的运行。下达STOP命 令的条件是，传感器显示车已到站，而下达START 命 令的条件是乘客压下按钮招呼交通车并恰好交通车在 某个站上等待。为此引入一个功能性过程mcontrol， 它从SHUTTLE_1和BUTTON_2两过程接收数据，适时地发 出START和STOP两种命令。 • 过程SHUTTLE_1与过程mcontrol之间用数据流“S1D” 连接。因此SHUTTLE_1的结构正文进一步修改为：
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11.1
面向数据设计的概念
• JSD方法是Jackson 于1989年对软件设计中广为使 用的Jackson结构程序设计（Jackson Structured Programming，简称JSP）方法的扩展。 • DSSD方法，也称为Warnier-Orr方法，是对Warnier 程序逻辑构造（Logical Construction of Program，简称LCP）方法的扩充，除了设计能力以 外，还加强了分析能力。
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11.1
面向数据设计的概念
• 在许多应用领域中，信息有着清晰的层次结构， 输入数据、存储信息（即数据库）及输出数据 都有各自的组织形式。 • 一般说来，顺序出现的数据可以用顺序控制结 构的程序处理；选择出现的数据用分支控制结 构的程序处理；重复出现的数据用循环控制结 构的程序处理。 • 因此可以根据数据的组织形式确定使用和处理 这些数据的程序的组织形式。
软 件 工 程
用JSD方法开发一个软件的步骤：
3）初建系统模型：将实体和动作统一用一个过程模型表示，并 定义该模型中的过程与客观世界中的过程之间的联系。所用 描述工具为系统规格说明图（System Specification Diagram，简称SSD）； 4）扩充功能性过程：在过程模型中扩充交互型功能和信息型功 能，分别产生内部输入信息和系统输出信息； 5）系统定时：确定实现必须满足的时间约束； 6）实现：确定系统中所有软硬件成分，形成一个完整设计方案。 • 前三个步骤主要在需求分析阶段完成，后三步是软件设计的 任务。
Arrive(i)° Leave(i)°
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11.2.1
JSD分析技术回顾
初建系统模型后，得到USS的系统规格说明图（图 7-2-4）。其中后缀为“_0”的过程表示客观世界中的过 程（或外部过程），后缀为“_1”的过程表示系统模型 内的过程（或模型过程）。
数据流联系
Button-0
状态向量联系 Shuttle-0
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11.1
面向数据设计的概念
面向数据设计方法一般都包括下列任务： 1．确定数据结构特征； 2．用顺序、选择和重复三种基本形式表示 数据； 3．把数据结构表示映射为软件的控制结构； 4．用与具体方法配套的设计指南进一步精 化控制结构； 5．开发软件的过程性描述。
软 件 工 程
11.1
面向数据设计的概念
软 件 工 程 SHUTTLE_BODY1 itr STATION seq ARRIVE(i) LON(i) /* 交通车已停靠站（i） */ WAIT_BODY itr while Wait(i) read 状态向量 WAIT_BODY end LOFF(i) /* 交通车将离开站（i） */ LEAVE(i) TRANSIT_BODY itr while Transit(i) read 状态向量 TRANSIT_BODY end STATION end SHUTTL_BODY1 end ARRIVE(1) SHUTTL_1 end
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11.1
面向数据设计的概念
• 面向数据的设计方法的适用场合 具有明显的层次信息结构的应用： 企事业的信息管理系统； 系统软件（如操作系统）； 科学与工程计算； 计算机辅助教学； 组合问题求解等领域。 例如：CAD/CAE/CIM类应用软件。
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11.2
Jackson系统开发方法
软 件 工 程
第11章 面向数据的设计方法 面向数据的设计（data structured-oriented design）方法就是根据问题的数据结构定义一 组映射，把问题的数据结构转换为问题解的程 序结构。 面向数据流的设计来源于程序的模块化和功能 分解的概念； 而面向数据结构的设计，则侧重于问题的数据 结构，把程序结构设计成与问题的数据结构一 致，不强调模块定义。模块只是设计过程的副 产品，对于模块独立性原则也未过分强调。这 种程序结构容易理解，也易于修改。