Bài giảng Nhập môn Công nghệ học phần mềm (Phần IV: Thiết kế và lập trình Design and Programming) – Chương 6: Phương pháp thiết kế hệ thống

Chia sẻ: Đinh Gấu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

187
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn cùng tham khảo "Bài giảng Nhập môn Công nghệ học phần mềm (Phần IV: Thiết kế và lập trình Design and Programming) – Chương 6: Phương pháp thiết kế hệ thống" để nắm bắt được những nội dung về thiết kế hệ thống và phương pháp thiết kế hệ thống.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nhập môn Công nghệ học phần mềm (Phần IV: Thiết kế và lập trình Design and Programming) – Chương 6: Phương pháp thiết kế hệ thống

9/4/2011 Nhập môn Phần IV Công nghệ học Phần mềm Thiết kế và Lập trình Introduction to Software Engineering Design and Programming Department of Software Engineering Chương 6: Faculty of Information Technology Phương pháp thiết kế hệ thống Hanoi University of Technology TEL: 04-8682595 FAX: 04-8692906 Email: cnpm@it-hut.edu.vn 6.1. Thiết kế hệ thống là gì? 6.2. Phương pháp thiết kế hệ thống HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.1 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.2 6.1. Thiết kế hệ thống là gì? Quy trình thiết kế hệ thống • Là thiết kế cấu hình phần cứng và cấu trúc phần mềm (gồm cả chức năng và dữ liệu) để có • Phân chia mô hình phân tích ra các hệ con được hệ thống thỏa mãn các yêu cầu đề ra • Tìm ra sự tương tranh (concurrency) trong hệ • Có thể xem như Thiết kế cấu trúc (WHAT), chứ thống không phải là Thiết kế Logic (HOW) • Phân bố các hệ con cho các bộ xử lý hoặc các nhiệm vụ (tasks) • Phát triển thiết kế giao diện • Chọn chiến lược cài đặt quản trị dữ liệu HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.3 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.4 Quy trình thiết kế hệ thống (tiếp) Các điểm lưu ý khi thiết kế hệ thống • Tìm ra nguồn tài nguyên chung và cơ chế điều (1) Có thể trích được luồng dữ liệu từ hệ thống: khiển truy nhập chúng đó là phần nội dung đặc tả yêu cầu và giao • Thiết kế cơ chế điều khiển thích hợp cho hệ diện thống, kể cả quản lý nhiệm vụ (2) Xem xét tối ưu tài nguyên kiến trúc lên hệ • Xem xét các điều kiện biên được xử lý như thế thống rồi quyết định kiến trúc nào (3) Theo quá trình biến đổi dữ liệu, hãy xem • Xét duyệt và xem xét các thỏa hiệp (trade-offs) những chức năng được kiến trúc như thế nào HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.5 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.6 1
9/4/2011 Các điểm lưu ý (tiếp) Các điểm lưu ý (tiếp) (4) Từ kiến trúc các chức năng theo (3), hãy xem xét (7) Xem xét dữ liệu vào-ra và các tệp dùng chung và chỉnh lại, từ đó chuyển sang kiến trúc chương của chương trình. Truy cập tệp tối ưu trình và thiết kế chi tiết (5) Quyết định các đơn vị chương trình theo các (8) Hãy nghĩ xem để có được những thiết kế trên chức năng của hệ phần mềm có dựa theo luồng thì nên dùng phương pháp luận và những kỹ dữ liệu và phân chia ra các thành phần thuật gì ? (6) Khi cấu trúc chương trình lớn quá, phải phân chia nhỏ hơn thành các môđun HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.7 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.8 6.2 Phương pháp thiết kế hệ thống Thiết kế hệ thống • Thiết kế hệ thống • Phương pháp thiết kế cấu trúc hóa (Structured – Thiết kế hệ thống phần cứng [(1), (2)] Design) của Constantine – Thiết kế hệ thống phần mềm [(3)-(7)] • Ngoài ra còn các phương pháp khác, như • Thiết kế hệ thống phần mềm Phương pháp thiết kế tổng hợp (Composite – Thiết kế tệp (file design) [(7)] Design) của Myers – Thiết kế chức năng hệ thống [(3)-(6)] HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.9 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.10 Thiết kế cấu trúc hóa Thiết kế cấu trúc hóa • Bắt nguồn từ modularity, top-down design, (1) Môđun và tham số structured programming (2) Lưu đồ bong bóng và cấu trúc phân cấp • Còn xem như Phương pháp thiết kế hướng Lưu đồ bong bóng (Bubble chart) luồng dữ liệu (Data flow-oriented design) Cấu trúc phân cấp (Hierarchical structured chart) • Quy trình 6 bước: (1) tạo kiểu luồng thông tin; (2) (3) Phương pháp phân chia STS chỉ ra biên của luồng; (3) ánh xạ DFD sang cấu trúc (Source/Transform/Sink) và TR (Transaction) chương trình; (4) xác định phân cấp điều khiển; (5) (4) Phân tích cấu trúc hóa tinh lọc cấu trúc; (6) chọn mô tả kiến trúc (5) Chuẩn phân chia môđun HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.11 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.12 2
9/4/2011 (1) Môđun (2a) Lưu đồ bong bóng (Bubble chart) • Dãy các lệnh nhằm thực hiện chức năng • Biểu thị luồng xử lý dữ liệu (function) nào đó • Ký pháp • Có thể được biên dịch độc lập • Môđun đã được dịch có thể được môđun khác Tên dữ liệu Tên Tên dữ liệu chức năng gọi tới • Giao diện giữa các môđun thông qua các biến tham số (arguments) (Dữ liệu vào) (Bong bóng) (Dữ liệu ra) HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.13 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.14 (2b) Cấu trúc phân cấp Hierarchical structured chart (Hierarchical structured chart) • Các quy ước (tiếp): • Là phân cấp biểu thị quan hệ phụ thuộc giữa các – Tên môđun biểu thị chức năng (“làm gì”), đặt tên sao cho môđun và giao diện (interface) giữa chúng các môđun ở phía dưới tổng hợp lại sẽ biểu thị đủ chức năng của môđun tương ứng phía trên • Các quy ước: – Biến số (arguments) biểu thị giao diện giữa các môđun, biến – Không liên quan đến trình tự gọi các môđun, nhưng ngầm số ở các môđun gọi/bịgọi có thể khác nhau định là từ trái qua phải – Mũi tên với đuôi tròn trắng biểu thị dữ liệu, đuôi tròn đen – Mỗi môđun xuất hiện trong cấu trúc 1 lần, có thể được gọi (hồng) biểu thị flag nhiều lần – Chiều của mũi tên là hướng truyền tham số – Quan hệ trên dưới: không cần nêu số lần gọi HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.15 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.16 Hierarchical structured chart (3) Phương pháp phân chia STS, TR Module A • Thiết kế cấu trúc: 1 – Phương pháp phân chia STS (Source/Transform/Sink: Nguồn/Biếnđổi/Hấpthụ) – Phương pháp phân chia TR (Transaction) Module B Module C Module D • Minh họa phân chia chức năng theo bong bóng của DFD (biểu đồ luồng dữ liệu) Luồng dữ liệu Module E Luồng flag HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.17 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.18 3
9/4/2011 (3a) Phương pháp phân chia STS Quyết định luồng dữ liệu chính 1) Chia đối tượng “bài toán” thành các chức năng 2) Tìm ra luồng dữ liệu chính đi qua các chức năng: từ thành phần đầu vào (Input) tới đầu ra (Output) INPUT F3 F3 F5 F5 F1 Bài toán F1 F4 F4 Problem Luồng dữ F2 liệu chính F2 OUTPUT HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.19 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.20 Từ sơ đồ bong bóng sang Quyết định bong bóng và dữ liệu sơ đồ phân cấp 3) Theo luồng dữ liệu chính: thay từng chức năng bởi bong bóng và làm rõ dữ liệu giữa các bong 4) Xác định vị trí trừu tượng hóa tối đa đầu bóng vào và đầu ra Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 F1 F2 F3 F4 F5 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 INPUT OUTPUT F1 F2 F3 F4 F5 Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa INPUT OUTPUT tối đa đầu vào tối đa đầu ra Source Module Transform Module Sink Module HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.21 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.22 6) Xác định các tham số giữa các môđun dựa theo 5) Chuyển sang sơ đồ phân cấp quan hệ phụ thuộc Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 F1 F2 F3 F4 F5 INPUT OUTPUT Trõu t-îng hãa Trõu t-îng hãa tèi ®a ®Çu vµo tèi ®a ®Çu ra Module 0 Source Module Transform Module Sink Module 0 3 3 5 5 Control Module 1 Module 2 Module 3 Module 0 1 2 3 Source Transform Sink Module Module Module 1 2 3 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.23 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.24 4
9/4/2011 7) Với từng môđun (Source, Transform, Sink) lại áp dụng cách phân chia STS lặp lại các bước từ 1) đến (3b) Phương pháp phân chia TR 6). Đôi khi có trường hợp không chia thành 3 mô • Khi không tồn tại luồng dữ liệu chính, mà dữ liệu đun nhỏ mà thành 2 hoặc 1 vào có đặc thù khác nhau như những nguồn khác 8) Tiếp tục chia đến mức cấu trúc lôgic khi môđun nhau xem như các Giao dịch khác nhau tương ứng với thuật toán đã biết thì dừng. Tổng • Mỗi giao dịch ứng với 1 môđun xử lý nó hợp lại ta được cấu trúc phân cấp: mỗi nút là 1 • Phân chia môđun có thể: theo kinh nghiệm; theo môđun với số nhánh phía dưới không nhiều hơn 3 tính độc lập môđun; theo số bước tối đa trong 1 môđun (ví dụ < 50) và theo chuẩn HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.25 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.26 (4) Phân tích cấu trúc hóa (5) Chuẩn phân chia môđun • Xác định luồng dữ liệu • Tính độc lập: Độ kết hợp (coupling) và Độ bền • Luồng tuyến tính thì theo phân chia STS vững (strength) • 5 tiêu chuẩn của Myers • Luồng phân nhánh thì theo phân chia TR – Decomposability – Composability – Understandability – Continuity – Protection HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.27 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.28 Chương 7: Đặc trưng của thiết kế cấu trúc hóa Kỹ thuật thiết kế chương trình • Dễ thích ứng với mô hình vòng đời thác nước do tính thân thiện cao • Thiết kế theo tiến trình, không hợp với thiết 7.1 Thiết kế chương trình là gì ? kế xử lý theo lô (batch system) 7.2 Phương pháp thiết kế chương trình • Dùng phân chia - kết hợp để giải quyết tính 7.3 Công cụ thiết kế phức tạp của hệ thống • Topdown trong phân chia môđun • Kỹ thuật lập trình hiệu quả HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.29 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.30 5
9/4/2011 7.1 Thiết kế chương trình là gì ? 7.2 Phương pháp thiết kế chương trình • Là thiết kế chi tiết cấu trúc bên trong của phần • Không có trạng thái mờ (fuzzy), để đảm bảo mềm: thiết kế tính năng từng môđun và giao thiết kế cấu trúc trong đúng đắn diện tương ứng • Ngôn ngữ lập trình phù hợp • Cấu trúc ngoài của phần mềm: thiết kế hệ • Triển khai đúng đắn đặc tả chức năng các thống môđun và chương trình nhờ phương pháp luận thiết kế chi tiết • Trình tự xử lý bên trong: Thuật toán (giải thuật, • Dùng quy trình thiết kế dễ chuẩn hóa từng Algorithm); Logic bước HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.31 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.32 Kỹ thuật thiết kế chương trình 7.2.1 Lập trình cấu trúc hóa • Kỹ thuật thiết kế mô hình hệ phần mềm • Khái niệm cơ bản: tuần tự, nhánh (chọn), lặp; cấu – Hướng tiến trình (process) : Kỹ thuật thiết kế cấu trúc mở rộng, tiền xử lý, hậu xử lý trúc điều khiển • Những điểm lợi khi thiết kế thuật toán – Hướng cấu trúc dữ liệu (data): Kỹ thuật thiết kế cấu – Tính độc lập của môđun: chỉ quan tâm vào-ra trúc dữ liệu – Làm cho chương trình dễ hiểu – Hướng sự vật / đối tượng (object): Kỹ thuật thiết kế – Dễ theo dõi chương trình thực hiện hướng đối tượng – Hệ phức tạp sẽ dễ hiểu nhờ tiếp cận phân cấp HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.33 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.34 Loại bỏ GOTO Lưu ý khi thiết kế chương trình • GOTO dùng để làm gì? • Phụ thuộc vào kỹ năng và kinh nghiệm của – Cho phép thực hiện các bước nhảy đến một nhãn nhất người thiết kế định • Cần chuẩn hóa tài liệu đặc tả thiết kế chi tiết • Tại sao cần loại bỏ GOTO ? • Khi thiết kế cấu trúc điều khiển của giải thuật, – Phá vỡ tính cấu trúc của lập trình cấu trúc hóa vì theo các quy ước cấu trúc hóa nên đôi khi • Phương pháp loại bỏ GOTO tính sáng tạo của người thiết kế bị hạn chế, bó • Có thể loại bỏ GOTO trong mọi trường hợp? buộc theo khuôn mẫu đã có • Thế nào là “kỹ năng lập trình cấu trúc” HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.35 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.36 6
9/4/2011 Lưu đồ Nassi-Shneiderman 7.2.2 Lưu đồ cấu trúc hóa (NS chart by IBM) • Tác dụng của lưu đồ (flow chart) a- Nối (concatination) b- Chọn (selection) • Quy phạm (discipline) Xử lý 1 ĐIều kiện • Trừu tượng hóa thủ tục Y N Xử lý 2 Xử lý 1 Xử lý 2 • Lưu đồ cấu trúc hóa c- Đa nhánh (CASE) d- Lặp (repetition) – Cấu trúc điều khiển cơ bản – Chi tiết hóa từng bước giải thuật TT1 ĐIều kiện DO WHILE (Đkiện) Xử lý – Thể hiện được trình tự điều khiển thực hiện Xử lý 1 TT2 TT3 Xử Xử lý Xử lý 2 lý 3 REPEAT UNTIL (Đkiện) HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.37 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.38 7.2.3 Về Phương pháp Giắc-sơn Lưu đồ Phân tích bài toán (Jackson’s method) (PAD chart by Hitachi) • JSP: Jackson Structured Programming a- Nối (concatination) b- Chọn (selection) Xử lý 1 Xử lý 1 • Các ký pháp: Trục chính Điều kiện – Cơ sở (elementary) Xử lý 2 Xử lý 2 – Tuần tự (sequence) c- Đa nhánh (CASE) d- Lặp (repetition) – Lặp Xử lý Đ I TT1 1 – Rẽ nhánh ề TT2 Xử lý u WHILE UNTIL 2 Đkiện Xử lý Đkiện Xử lý k TT3 Xử lý i ệ 3 TT4 n Xử lý 4 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.39 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.40 7.2.4 Về Phương pháp Wa-ny Trình tự thiết kế chung (Warnier’s method) • Thiết kế cấu trúc dữ liệu (Data step) • Khái niệm chung • Thiết kế cấu trúc chương trình (Program step) • Trình tự thiết kế – Thiết kế dữ liệu ra • Thiết kế thủ tục (Operation step) – Thiết kế dữ liệu vào • Thiết kế đặc tả chương trình (Text step) – Thiết kế cấu trúc chương trình – Thiết kế lưu đồ – Thiết kế lệnh thủ tục – Thiết kế đặc tả chi tiết HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.41 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.42 7
9/4/2011 Chương 8: 8.1 Lịch sử ngôn ngữ lập trình • Các ngôn ngữ thế hệ thứ nhất: Kỹ thuật lập trình – Ngôn ngữ lập trình mã máy (machine code) – Ngôn ngữ lập trình assembly • Các ngôn ngữ thế thế thứ hai: 8.1 Lịch sử phát triển của ngôn ngữ lập trình – FOTRAN, COBOL, ALGOL, BASIC – Phát triển 1950-1970 8.2 Cấu trúc chương trình • Các ngôn ngữ thế hệ thứ ba - Cấu trúc dữ liệu dễ hiểu – Ngôn ngữ lập trình cấp cao vạn năng (cấu trúc) – Lập trình hướng đối tượng - Cấu trúc thuật toán dễ hiểu – Lập trình hướng suy diễn – logic 8.3 Các công cụ lập trình • Các ngôn ngữ thế hệ thứ tư – Truy vấn – Các ngôn ngữ hỗ trợ quyết định HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.43 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.44 8.2 Cấu trúc dữ liệu dễ hiểu Cấu trúc thuật toán dễ hiểu • Nên xác định tất cả các cấu trúc dữ liệu và các • Algorithm thao tác cần thực hiện trên từng cấu trúc dữ liệu • Structured coding và 9 điểm lưu ý: • Việc biểu diễn/khai báo các cấu trúc dữ liệu chỉ – Tuân theo quy cách lập trình nên thực hiện ở những mô đun sử dụng trực – Một đầu vào, một đầu ra tiếp dữ liệu – Tránh GOTO, trừ khi phải ra khỏi lặp và dừng – Dùng comments hợp lý • Nên thiết lập và sử dụng từ điển dữ liệu khi – Dùng tên biến có nghĩa, gợi nhớ thiết dữ liệu – Cấu trúc lồng rõ ràng – Tránh dùng CASE / switch nhiều hoặc lồng nhau – Mã nguồn 1 chương trình / môđun nên viết trên 1 trang – Tránh viết nhiều lệnh trên 1 dòng HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.45 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.46 IF THEN / IF THEN ELSE CASE / switch PASCAL 0 PASCAL ĐK Công việc1 Ngôn ngữ C if điều kiện then =0 CASE switch () begin Công việc 2 Ngôn ngữ C OF { gtrị1: ; công việc 1 if (điều kiện) case : ;[break;] gtrị2: ; case : ; [break;] end; ........... else { công việc 1} case : ; [break;] gtrịN: ; [default : ; [break;] ] begin else ELSE công việc 2 } ; end {công việc 2} END; HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.47 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.48 8
9/4/2011 FOR TO / DOWNTO PASCAL Bắt đầu FOR biếnđkhiển := GTđầu TO GTCuối DO begin Biến điều khiển = Giá trị đầu end; Biến điều khiển > Giá trị cuối Ngôn ngữ C KThúc for ( [biểuthức1] ; [biểuthứcĐK]; [biểuthức2] ) Thực hiện { ; } Biến điều khiển = giá trị tiếp theo của biến điều khiển) Đặc biệt: có các lệnh thoát break; continue; exit HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.49 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.50 DO WHILE PASCAL While BiểuthứcBoolean DO Bắt đầu begin end; Sai Biểu thức Logic Ngôn ngữ C while () Đúng { ; } Công việc • Kiểm tra điều kiện trước khi thực hiện KThúc • Lỗi thường gặp: Lặp vô hạn HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.51 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.52 REPEAT UNTIL PASCAL Repeat Bắt đầu until Biểu_thức_Boolean; Ngôn ngữ C Công việc do { ; } while (); Biểu thức Logic Sai Đúng • Có sự khác nhau giữa hai ngôn ngữ? Kthúc HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.53 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.54 9
9/4/2011 Chú thích trong chương trình 8.3 Các công cụ lập trình • Environments: DOS, WINDOWS, • Tại sao cần đặt các chú thích trong chương trình ? UNIX/LINUX • Vị trí đặt các chú thích trong chương trình – Thành phần/ Module • Editors, Compilers, Linkers, Debuggers – Lớp • TURBO C, PASCAL – Hàm/thủ tục • MS C, Visual Basic, Visual C++, ASP – Các vị trí đặc biệt khác • UNIX/LINUX: C/C++, gcc (Gnu C Compiler) • Một số quy định khi đặt chú thích: – Ngắn gọn • JAVA, CGI, perl – Gợi nhớ • C#, .NET HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.55 HUT, Falt. of IT Dept. of SE, 2001 SE-IV.56 10