Ch05GIS软件工程的总体设计-2
5_GIS软件工程的总体设计
GIS软件 第五章 GIS软件 工程总体设 计
课堂提要
5.1 系统目标的确 定 5.2 总体设计的基 本原则 5.3 体系结构设计 5.4 数据库概念设 计 5.5 模块设计 5.6 应用模型设计 5.7 代码设计
GIS 软件工程
4）先进性 要考虑计算机及外设、 要考虑计算机及外设、基础软件的 新版本，新的操作系统等先进设备、 新版本，新的操作系统等先进设备、先 进技术的应用。 进技术的应用。
5.6 应用模型设计 5.7 代码设计
GIS软件 第五章 GIS软件 工程总体设 计
GIS 软件工程
1、确定目标的原则 1）针对性
GIS软件 第五章 GIS软件 工程总体设 计
提高信息管理的效率， 以提高信息管理的效率，提高信息 5.1 系统目标的确 质量，为决策者提供及时、准确、 质量，为决策者提供及时、准确、有效 定 的信息，向社会提供所需信息为出发点。 的信息，向社会提供所需信息为出发点。5.2 总体设计的基 对具体的专业应用要有具体的设计目标。 对具体的专业应用要有具体的设计目标。 本原则
5.3 体系结构设计 5.4 数据库概念设 计 5.5 模块设计 5.6 应用模型设计 5.7 代码设计
GIS 软件工程
5.3 体系结构设计 1、常用系统体系 1）层次体系
所谓层 所谓层次的概念就是一层一层分割一目了 概念就是 的处理方 体系就 用分层 然的处理方式。层次体系就是利用分层的方式 处理复杂 功能， 复杂的 系统要求上 来处理复杂的功能，层次系统要求上层子系统 下层子系统的功能， 下层子系统 子系统的功能 子系统不 可以使用下层子系统的功能，而下层子系统不 子系统的功能 功能。 下层每 能够使用上层子系统的功能。一般下层每个程 接口执行当前 一个简 功能， 序接口执行当前的一个简单的功能，而上层通 下层程 过调用不同的下层程序，并按不同的顺序来执 这些下层 下层程 体系就是以这 行这些下层程序，层次体系就是以这种方式来 多个复杂 复杂的 功能的 完成多个复杂的业务功能的。
第五章GIS软件工程总体设计123
特点：
(1)每个理想模块只解决一个问题。 (2)每个理想模块的功能都应该明确，使人容易理解。 (3)理想模块之间的联结关系简单，具有独立性。 (4)由理想模块构成的系统，容易使人理解，易于编程，易于测试，易于 修改和维护。
对用户来说，其感兴趣是模块的功能，而不必去理解 模块内部的结构和原理。
5.3 软件结构设计－模块
模块的特点：
1.属性
外部属性：输入/输出、逻辑功能
内部属性：运行程序、内部数据 • 在结构化系统设计中。人们主要关心的是模块的外 部属性，至于内部属性，将在详细设计中完成。 2.大小 • 模块有大有小，它可以是一个程序，也可以是程序 中的一个程序段或者一个子程序。
5.3 软件结构设计－模块
信息隐蔽
5.3 软件结构设计－模块
一 模块： 在程序中数据说明、可执行语句等程序对
象的集合，或者是单独命名和编址的元素
。 模块化：指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把软 件系统划分若干模块的过程。
(1) 模块的逻辑功能是指模块能够做什么事，表达了模块把输 入转换成输出的功能，可以是单纯的输入/输出功能。 (2) 模块的运行程序指模块如何用程序实现其逻辑功能。
5.3 软件结构设计－模块的独立性
四、模块的独立性
模块独立性, 是指软件系统中每个模块只完成系 统要求的独立的子功能, 并且与其它的模块的联 系最少且接口简单。 例如, 若一个模块只具有单一的功能且与其它 模块没有太多的联系, 则称此模块具有模块独 立性。 一般采用两个准则度量模块独立性。即模块 间耦合和模块内聚。
5.3 软件结构设计
结构化设计的主要思想：认为一个程序 、一组程序或者一个系统无非是由一组功能 操作来构成的，并进而吸取了结构化分析的 “黑盒子”的概念。
软件工程 总体设计(两篇)2024
软件工程总体设计（二）引言：在软件工程中，总体设计是开发过程中的关键阶段之一，它是从需求分析和概要设计中得出的结果。
总体设计的目标是确定系统的整体架构和主要模块之间的关系，为详细设计提供指导。
本文将从五个大点来阐述软件工程的总体设计，包括：系统架构设计、模块划分、数据设计、接口设计和性能设计。
概述：软件的总体设计是软件开发过程中非常重要的一环，它定义了系统的整体结构和模块之间的相互关系，为详细设计提供了重要的指导。
在总体设计的过程中，需要综合考虑系统的功能需求、性能要求和可维护性，以确保系统能够满足预期的需求并具备良好的扩展性和可靠性。
正文内容：一、系统架构设计1. 确定系统架构类型：根据系统的特点和需求，选择适合的架构类型，如分层架构、客户端-服务器架构或面向服务的架构等。
考虑到系统的功能和性能要求，选择合适的架构类型对于系统的稳定性和可维护性至关重要。
2. 划分子系统和模块：根据功能需求和模块的耦合性与内聚性，将系统划分为多个子系统和模块。
每个子系统和模块应具备明确的职责和功能，以便于后续的详细设计和实现。
3. 定义模块之间的接口：确定不同模块之间的接口规范和协议，确保模块之间能够正确地通信和交互。
接口设计的合理性和稳定性直接影响系统的可维护性和扩展性。
二、模块划分1. 根据功能需求划分模块：根据系统的功能需求，将系统拆分为多个模块。
模块的划分应该考虑功能的独立性和复用性，以提高系统的可扩展性和可维护性。
2. 定义模块的职责和接口：每个模块应该具备明确的职责和功能，且模块之间的接口应该清晰明确、稳定可靠。
模块之间的接口设计应该遵循信息隐藏和低耦合的原则，以便于模块的独立开发和维护。
3. 制定模块的规范和标准：制定模块的编码规范和设计标准，确保所有的模块都能够按照相同的规范进行开发和维护。
规范和标准的统一性有助于提高团队的协作效率和代码质量。
三、数据设计1. 数据建模：通过分析系统的功能需求，识别出系统所涉及的重要数据及其之间的关系。
软件工程总体设计(二)2024
软件工程总体设计（二）引言：本文是关于软件工程总体设计的第二部分，将进一步阐述在总体设计过程中需要考虑的关键因素和步骤。
总体设计是软件开发过程的重要阶段，它确定了软件系统的结构和功能，为后续的详细设计和实现提供了指导。
正文：在软件工程总体设计的过程中，需要考虑以下五个关键大点：1. 架构设计：- 评估可行性，考虑软件系统的需求和约束条件。
- 选择适当的架构风格，如分层架构、客户-服务器架构等。
- 设计系统的核心组件和模块，划分任务和职责。
2. 数据库设计：- 分析系统的数据需求，确定合适的数据模型。
- 设计数据库的表结构和关系，确保数据的完整性和一致性。
- 选择合适的数据库管理系统，如MySQL、Oracle等。
3. 接口设计：- 定义系统与外部组件和系统的接口协议。
- 考虑不同模块之间的接口设计，确保模块之间的良好通信。
- 制定接口的规范和文档，以便开发人员进行实现和集成。
4. 安全性设计：- 分析系统的安全需求，制定相应的安全策略和措施。
- 设计合适的身份验证和访问控制机制，确保系统的安全性。
- 考虑数据加密和防止恶意攻击的措施。
5. 性能设计：- 分析系统的性能需求和瓶颈点，制定性能测试计划。
- 设计高效的算法和数据结构，优化系统的响应时间和资源利用率。
- 考虑并发访问、负载均衡和缓存等策略，提升系统的整体性能。
总结：本文详细阐述了在软件工程总体设计过程中需要考虑的五个关键大点：架构设计、数据库设计、接口设计、安全性设计和性能设计。
通过合理的设计，可以确保软件系统的稳定性、可扩展性和安全性，并提升系统的性能效果。
总体设计是软件开发中至关重要的阶段，它为后续的详细设计和实施提供了指导和基础。
GIS软件工程的总体设计-课件 (二)
GIS软件工程的总体设计-课件 (二)
1. GIS软件工程的总体设计需要考虑到系统的功能需求，包括数据管理、地图展示、空间分析等。
2. 在GIS软件工程的总体设计中，需要考虑到系统的数据源，包括地图数据、卫星影像数据、传感器数据等。
3. GIS软件工程的总体设计需要考虑到系统的用户需求，包括不同用户的使用习惯、需求差异等。
4. 在GIS软件工程的总体设计中，需要考虑到系统的安全性，包括数据的保密性、系统的防护能力等。
5. GIS软件工程的总体设计需要考虑到系统的可扩展性，包括支持新的数据源、新的功能模块等。
6. 在GIS软件工程的总体设计中，需要考虑到系统的性能需求，包括数据处理速度、系统响应时间等。
7. GIS软件工程的总体设计需要考虑到系统的可维护性，包括代码的易读性、易维护性等。
8. 在GIS软件工程的总体设计中，需要考虑到系统的用户界面设计，包括界面的美观性、易用性等。
9. GIS软件工程的总体设计需要考虑到系统的可靠性，包括系统的稳定性、容错能力等。
10. 在GIS软件工程的总体设计中，需要考虑到系统的成本效益，包括系统的开发成本、维护成本等。
软件工程 总体设计
软件工程总体设计在当今数字化的时代，软件如同无处不在的精灵，融入我们生活的方方面面。
从智能手机上的各种应用程序，到企业内部复杂的业务系统，软件的身影无所不在。
而软件工程中的总体设计，就像是为软件绘制蓝图的建筑师，决定着软件的架构、功能模块的划分以及它们之间的交互关系，对软件的质量、可维护性和可扩展性起着至关重要的作用。
总体设计是软件工程中的一个关键阶段，它承接了需求分析的成果，为后续的详细设计和编码工作奠定了基础。
在这个阶段，软件工程师需要综合考虑各种因素，包括软件的功能需求、性能要求、运行环境、用户界面、安全性等，以设计出一个满足用户期望并且高效、可靠的软件架构。
首先，在进行总体设计时，需要明确软件的目标和范围。
这就像是确定一座建筑的用途和占地面积一样。
比如，是要开发一个在线购物平台，还是一个企业资源规划系统？不同的目标和范围将导致截然不同的设计方案。
通过与利益相关者（如客户、用户、业务分析师等）的充分沟通，软件工程师能够清晰地了解软件需要解决的问题和实现的功能，从而为后续的设计工作指明方向。
接下来，是对软件架构的设计。
软件架构就像是建筑的框架结构，决定了软件的整体稳定性和可扩展性。
常见的软件架构模式有分层架构、客户端服务器架构、微服务架构等。
选择合适的架构模式需要考虑软件的规模、复杂性、性能要求以及开发团队的技术能力等因素。
例如，对于一个小型的单机应用程序，分层架构可能是一个简单而有效的选择；而对于一个大型的分布式系统，微服务架构可能更能适应其高并发和快速迭代的需求。
在设计软件架构的过程中，还需要合理划分功能模块。
这就像是将一座大楼划分为不同的房间和区域，每个模块负责实现特定的功能。
功能模块的划分应该遵循高内聚、低耦合的原则，即模块内部的元素紧密相关，而模块之间的交互尽量简单和明确。
这样可以提高软件的可维护性和可重用性，当某个模块出现问题时，能够快速定位和修复，而不会影响到其他模块的正常运行。
软件工程总体设计
软件工程总体设计软件工程总体设计简介软件工程总体设计是软件开发过程中的重要阶段之一，用于定义软件系统的整体结构和框架。
本文档将从需求分析、结构设计、模块设计、接口设计等方面，详细介绍软件工程总体设计的内容和方法。
需求分析在软件工程总体设计的过程中，需要进行需求分析。
需求分析是确定软件系统功能和性能要求的过程，它包括对用户需求的调查和分析，形成软件需求规格说明书。
需求分析阶段的主要任务包括：- 收集用户需求：通过与用户的沟通和调研，获取用户对软件系统的需求和期望。
- 分析需求：对收集到的需求进行整理和分析，确保需求的准确性和一致性。
- 确定功能和性能要求：根据用户需求，确定软件系统需要实现的功能和性能要求。
结构设计在需求分析阶段确定了软件系统的功能和性能要求后，接下来就需要进行结构设计。
结构设计是软件工程总体设计的核心任务，它包括定义软件系统的整体结构和模块划分。
结构设计阶段的主要任务包括：- 定义软件系统的层次结构：确定软件系统的整体结构，将系统划分为各个模块，并确定各个模块之间的关系。
- 选择合适的架构风格：根据软件系统的需求和特点，选择合适的架构风格，如客户端-服务器架构、分层架构等。
- 设计系统的数据流和控制流：确定软件系统中数据的流动方式和控制的流程，确保系统能够按照预期的方式运行。
模块设计在结构设计阶段确定了软件系统的整体结构和模块划分后，接下来就需要进行模块设计。
模块设计是定义软件系统各个模块的具体实现方式和功能的过程。
模块设计阶段的主要任务包括：- 设计模块的接口：确定模块与模块之间的接口，包括输入参数、输出结果以及模块之间的调用关系。
- 设计模块的内部逻辑：定义模块内部的实现逻辑，包括算法、数据结构等。
- 确定模块的策略：设计模块的策略，确保模块的功能和性能能够满足需求和规格说明。
接口设计在进行模块设计的过程中，还需要进行接口设计。
接口设计是定义模块和外部环境之间的通信接口，确保模块能够与其他模块正确地进行交互。
第五章 GIS软件工程的详细设计
（4）判断有一个入口，有多个可选出口，在判 断条件取值后有且仅有一个出口被激活。取值结果 可在流线附近注明。
A=B A<B 条件值
A: B
A>B
1
2
3
4
5
（5）虚线表示两个或多个符号间的选择关系， 例如虚线连接了两个符号，则表示这两个符号中只 选用其中的一个。 （6）外接符及内接符表示流线在另一个地方连 接，或者表示转向外部或从外部转入。
2 程序流程图的符号 除去使用规定的符号之外，流程图中不允许出 现任何其他符号。下图给出了中国国家技术监督局 批准的程序流程图标准符号。
起止端点
预定义处理 或既定处理
数据输入输出
处理
准备或预处理
条件判断
循环上界
循环下界 虚线
文件或文档
…
外接
内接
流线
……
省略线
并行方式
注解或注释
（1）对于循环开始符和循环结束符，应当注明 循环名和进入循环的条件（While）或中止循环的条 件（Until），通常这两个符号在同一条纵线上，循 环体夹在中间。
五 GIS软件的基本界面样式
1 基于命令的GIS界面
2 基于窗口的界面
3 菜单驱动的GIS界面
4 基于对话框的界面
5 基于数据流的GIS图形用户界面
利用GeoSurf建立的成都地图出版社网站
利用GeoSurf建立的上海之窗网站
利用GeoSurf建立的宁波网站
第三节 标准化设计
一 地理定位控制
2 灵活性 （1）算法的可隐可显性 （2）用户可以根据需要制定和修改界面方式 （3）根据用户需要提供系统响应信息 （4）与其他软件系统应有标准的界面 3 复杂性和可靠性 （1）用户界面的复杂性 是指用户界面的规模和组织的复杂程度 （2）用户界面的可靠性 是指无故障使用的间隔时间
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•
③ 指示每小时英里数(mph)，行驶的里程，
每加仑油行驶的英里数(mpg)等等；
•
④ 指示加速或减速；
•
⑤ 如果车速超过55mph ,则发出警告铃声
•11
•设计步骤：
第1步：复查基本 系统模型； 第2步：复查并精 化数据流图；
•12
第3步 确定 数据流图具有 变换性还是事 务特性；
•13
•控制模块 Cm协调下述 从属的控制功能： 输入信息处理控制模块 Ca； 变换中心控制模块Ct； 输出信息处理控制模块 Ce；
•第一级分解的方法
•15
•数字仪表板系统的第一级分解
•16
第6步 完成“第二级分解”
所谓第二级分解就是把数据 流图中的每个处理映射成软件 结构中一个适当的模块。
从变换中心的边界开始沿着 输入通路向外移动，把输入通 路中每个处理映射成软件结构 中 Ca控制下的一个低层模块；
•2
SD方法的中心任务：把用DFD图表示的系统分析模型方便 地转换为软件结构的设计模型； DFD System Hierarchy
•3
三、数据流的分类与面向数据流的设计过程
在软件工程的需求分析阶段，信息流是一个关键考 虑，通常用数据流图描绘信息在系统中加工和流动的情 况。面向数据流的设计方法定义了一些不同的“映射”， 利用这些映射可以把数据流图变换成软件结构。
gph
•读燃料 流
•确 定加
•计 算
•计 算
•计 算里
/减 速
mph mpg
程
•加/ 减速 •显 示
•显 示
mpg
•显 示
mph
•显 示里 程
•发 出铃 声
•发光二极管显 示
•未精化的数字仪表板系统的软件结构
•18
•旋转信号 •读 •旋转 信号
•燃料流 • 传感器信号
•读和 校核
•燃烧流
•计算 gph
•23
•设计优化
软件设计人员应该致力于开发能够满足所有功能 和性能要求，而且按照设计原理和启发式设计规则 衡量是值得接收的软件。应该在设计的早期阶段尽 量对软件结构进行精化。 注意，结构简单通常既表示设计风格优雅，又表 明效率高。设计优化应该力求做到在有效的模块化 的前提下使用最少量的模块，以及在能够满足信息 要求的前提下使用最简单的数据结构。
然后沿输出通路向外移动， 把输出通路中每个处理映射成 直接或间接受模块 Ce控制的一 个低层模块；
最后把变换中心内的每个处 理映射成受Ct控制的一个模块 。
•第二级分解的方法
•17
•数字仪表板 •控制
•接收传感器 •信号
•数据转换 •控制
•驱动仪表板
•转换成
rpm
•收集sps
•读旋转信 号
•计算
•导出接口描述和 •全程数据结构
•变换分析
•复 查
•详细设计
•10
四、变换分析
• 变换分析是一系列设计步骤的总称，经过这些步骤 把具有变换流特点的数据流图按预先确定的模式映射成软 件结构。
• 例：汽车数字仪表板的设计
•
功能：① 通过模 - 数转换实现传感器和微处理机
接口；
•
② 在发光二极管面板上显示数据；
•Transaction •request
•T
•事 务 中 心
•…
• …
•… •Action paths •…
•…
•9
•2.面向数据流的设计过程
•精化数据流图
•“事务”Leabharlann •“变换”•流类型
•区分事务中心和 数据接收通路
•映射成事务结构
•区分输入和 •输出分支
•映射成变换结构
•事务分析
•用启发式设计规 则精化软件结构
发送分支的结 构包含一个调度 模块；
然后把数据流 图中的每个活动 流通路映射成与 它的流特征相对 应的结构；
•22
五、综合设计 在实际的软件系统中，数据流图往往是变换型和
事务型的混合体，这就要用综合设计的方法：
一般以“变换分析”为主，“事务分析”为辅进行设计。先 找出主加工，设计出结构图的上层，然后根据数据流图 各部分的结构特点适当地运用“变换分析”或“事务分析” 对下层模块进行设计，可得到初始结构图。
，作用范围和控制范围等。
•25
•SD方法的不足： 对数据结构、文件结构、数据库结构没有考虑充
分。 “高内聚、低耦合”的原则虽已被广为接受，但这
两个概念尚无严格的定义，更无健全的理论基础 。
•26
Ch05GIS软件工程的总 体设计-2
2020年5月25日星期一
二、面向数据流的设计
结构化开发方法（Structured Developing Method）由 ：结构化分析方法（SA法）、结构化设计方法（SD法） 及结构化程序设计方法（SP法）构成的。
面向数据流的设计方法又称结构化设计。 结构化设计方法主要完成软件系统的总体结构设计。
第4步 确定 输入流和输出 流的边界，从 而孤立出变换 中心；
•旋转信号 •读 •旋转 信号
•燃料流 • 传感器信号
•读和 校核
•燃烧流
•计算 gph
•SPS
•收集 和求平
均
•确定 加/减
速
•SPS
•箭头指示
•产生 •加/减 速显示
•上箭头 •水平线
•SPS
•转换 成
•转/分
•rpm
•rpm
•计算 里程
•SPS
•收集 和求平
均
•确定 加/减
速
•SPS
•箭头指示
•产生 •加/减 速显示
•上箭头 •水平线
•SPS
•转换 成
•转/分
•rpm
•rpm
•计算 里程
•英里
•计算 mph,超
速值
•超速值
•下箭头
•产生 里程显
示
•显示
•gph •mph
•计算 燃料消
耗
•mpg
•产生 mpg显
示
•mph
•发出 铃声
•4
1. 数据流的分类
• （1）变换流(Transform Flow)
•External representation
•Incoming •flow
•Outgoing •flow
•Transform flow
•Information
•Internal representation
•Time
•5
•输入 •路径
•铃声
•产生 mph显
示
•mph显示
•mpg显示
•19
第7步 使用设计度量和启发式规则对得到的软件结构进一 步精化；
•精化后的数字仪表板系统的软件结构 •20
四、事务分析 事务分析的设计步骤和变换分析的设计步骤大部分相同
或类似，主要差别仅在于由数据流图到软件结构的映射方法 不同。
•21
映射出接收分 支结构的方法： 从事务中心的边 界开始，把沿着 接收流通路的处 理映射成模块；
•24
• 六、SD方法小结 SD方法的特点
SD方法是从以下几个方面来获得质量较好的软件结构： 根据描述用户需求的数据流图导出了实现用户需求的 结构图。 为了控制大型软件系统复杂性，运用了下面两个手段 ：
• 将系统分解成许多个黑盒。 • 将黑盒组织成适合于用计算机实现的一个层次结构。
用内聚和耦合作为评价软件结构质量的标准。 给出一组设计技巧，如扇入和扇出、模块大小的掌握
数据沿输入通路到达一 个处理T，这个处理根据 输入数据的类型在若干个 动作序列中选出一个来执 行。
•7
•事务型结构的系统基本模型
这类系统的特征，是 具有在多种事务中执行 某类事务的能力。
•8
•事务中心完成下述任务：
•（1）接收输入数据（输入 数据又称为事务）； （2）分析每个事务以确定 它的类型； （3）根据事务类型选取一 条活动通路。
•计算 mph,超
速值
•超速值
•英里
•下箭头
•产生 里程显
示
•显示
•gph •mph
•计算 燃料消
耗
•mpg
•产生 mpg显
示
•mph
•发出 铃声
•铃声
•产生 mph显
示
•mph显示
•mpg显示
•14
第5步 完成“第一级分解” • 对于变换流的情况，数据流图被映射成一个特殊的软件 结构，这个结构控制输入、变换和输出等信息处理过程。
•变换 •中心
•输出 •路径
•变换中心的任务：就是通过计算或者处理，把系统的输入 流变换为系统的输出流。
•6
（2）事务流(Transaction Flow)
•Transaction •request
•T
•事 务中 心
•…
•…
•… •Action paths •…
•…
当信息流具有明显的“ 发射中心”时，可归结为 事务流。