文档介绍：系统集成项目管理工程师 课程辅导 3
北京理工大学
计算机学院
徐进
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系统架构设计
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软件体系结构基本概念
软件体系结构风格
软件体系结构应用框架
软件设计模式
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软件体系结构基本概念
软件体系结构,也称软件架构,是软件工程的重要研究领域。从90年代开始,很多专家学者对软件体系结构引起广泛的关注,到目前为止,软件体系结构并没有统一的定义,综合软件体系结构的定义,只有比较权威的定义性论述。
权威的定义性论述
软件体系结构是设计过程的一个层次,它处理那些超越算法和数据结构的设计,研究整体结构设计和描述方法。体系结构包括:总体组织结构、全局控制结构、通信和同步以及数据存取的协议、设计元素的功能、物理分布与合成、设计方案的选择、评估和实现等。
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理解要点:
软件体系结构是软件设计过程的一个层面,是相对独立的、有价值的软件设计方法的总结,可作为软件开发指导性的策略和途径
强调设计过程,而非分析的过程。分析的目标是理解和表达,而设计的目标是实现
非用户的观点,即非功能的观点。对于用户,结构是软件系统功能的组合,而对于设计者,结构是为特定目标而设立的、软件成分以及成分之间的关系。
软件体系结构的研究,包括:怎样选择、怎样评估,以及怎样实现一个软件结构的问题
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2. 软件的基本结构
软件技术的发展与硬件技术密不可分。软件结构的基础受硬件结构的制约,目前,在计算机基本硬件结构的基础之上,软件体系结构的基本元素和结构包括如下几种:
数据类型结构,包括基本数据类型结构、抽象数据类型结构
控制流连接结构,也称调用结构包括:条件连接结构、循环连接结构、控制转移结构;其调用连接方式,包括链询式、分析式、代理式
中断触发连接结构,包括内部进程连接结构、独立进程同步连接结构、独立进程异步连接结构
层次结构,包括单向依赖层次结构、开放式层次结构
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在大量的软件开发的设计实践中,始终存在对设计原则和策略的探讨和总结,很多被普遍性采用的原则和策略,一直被广泛使用,并不断验证和改进,它们独立于具体的软件开发方法。这些原则和策略包括:
•抽象
•分而治之,层次化分解
•封装和信息隐蔽
•模块化
•高内聚和低耦合
•关注点分离
•策略和实现分离
•接口和实现分离
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抽象
抽象,是人们认识复杂事物的基本方法。它的实质是集中表现事物的主要特征和属性,隐蔽和忽略细节部分。运用抽象,能概括普遍的、具有相同特征和属性的事物,简化表达和理解,便于利用。
软件设计中运用的抽象包括:
数据抽象:描述特定数据对象的属性集合
过程抽象:特定操作过程命名的操作序列
控制抽象:隐含内部细节的控制逻辑
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分而治之,层次式分解
将大问题分解,从小问题入手,逐一解决整个大问题,这是人们处理问题的通常的方式。软件设计中运用的分解包括:
横向分解:按照从基础问题到上层问题的分解方式,将大问题按照层次分解成相互依赖的多层,每层完成的局部解,提供对上层的支持
纵向分解:在横向分解的基础上,对每层的求解,再分解成相互独立的多项求解
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封装和信息隐蔽
封装是为了信息隐蔽,隐蔽是为了减小出错带来损失,而出错是软件系统不可避免的事实。无论是多么精心设计,严格实施,以及反复测试,软件系统的错误就像与生俱来不可回避。
局部化设计
将处理信息限制在局部处理过程中,避免与外部其它处理共享,减少出错的几率,并且,出错后的影响面也会较小。
封装性设计
将处理过程尽量隐蔽,使外界得不到,只留出简单而统一的访问接口。这样,使软件处理的各个部分相互独立,减小系统扩充或修改时的出错的机率。
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模块化
模块是可被独立命名、具有独立作用的软件成分。软件设计的模块化,是以提高系统的可构造性为目标的。为了软件系统的可扩充性、可修改性,设计可灵活的拆解,或者可灵活组装的软件构造,则成为软件设计者的愿望和责任。模块设计的原则包括:
可分解性:问题本身可由多个部分的解合成,则应分解问题成为多个处理模块
可组装性:可作为独立的部分被组装利用,得到一个更大的解,则包装它成为独立的模块
可理解性:模块需要容易理解,不能被理解或者理解多义的软件成分不能作为独立模块
连续性: 对于一个软件成分的修改,只作用于它自身,这样的模块才是好的模块
保护性: 如果模块出现异常,对于系统的影响较小,甚至没有影响,这样的模块才是好的模块