Bài giảng Công nghệ phần mềm - Phần 4: Thiết kế và Lập trình (Design and Programming)
10/5/2011
PHẦN IV:
THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH
DESIGN AND PROGRAMMING
I. Thiết kế hệ thống
1. Khái niệm
2. Thiết kế cấu trúc hóa
3. Quy trình thiết kế
4. Các phương pháp thiết kế hệ thống
II. Thiết kế chương trình
III. Lập trình
1
1. Thiết kế hệ thống là gì?
• Là thiết kế cấu hình phần cứng và cấu trúc phần
mềm (gồm cả chức năng và dữ liệu) để có được
hệ thống thỏa mãn các yêu cầu đề ra.
• Có thể xem như Thiết kế cấu trúc (WHAT), chứ
không phải là Thiết kế Logic (HOW).
Phương pháp thiết kế cấu trúc hóa (Structured
Design) của Constantine
Phương pháp thiết kế tổng hợp (Composite
Design) của Myers.
2
1
10/5/2011
2. Thiết kế cấu trúc hóa
• Bắt nguồn từ modularity, top-down design,
structured programming.
• Còn xem như phương pháp thiết kế hướng luồng
dữ liệu (Data flow-oriented design).
• Quy trình 6 bước:
– Tạo kiểu luồng thông tin;
– Chỉ ra biên của luồng;
– Ánh xạ DFD sang cấu trúc chương trình;
– Xác định phân cấp điều khiển;
– Tinh lọc cấu trúc;
– Chọn mô tả kiến trúc.
3
Đặc trưng của thiết kế cấu trúc hóa
• Dễ thích ứng với mô hình vòng đời thác nước do
tính thân thiện cao.
• Thiết kế theo tiến trình, không hợp với thiết kế
xử lý theo lô (batch system).
• Dùng phân chia - kết hợp để giải quyết tính phức
tạp của hệ thống.
• Topdown trong phân chia module.
• Kỹ thuật lập trình hiệu quả.
4
2
10/5/2011
2.1. Module
• Dãy các lệnh nhằm thực hiện chức
năng (function) nào đó.
• Có thể được biên dịch độc lập
• Module đã được dịch có thể được
module khác gọi tới.
• Giao diện giữa các module thông qua
các biến tham số (arguments) .
• So sánh với các NNLT!
5
a. Lưu đồ bong bóng (Bubble
chart)
• Biểu thị luồng xử lý dữ liệu
• Ký pháp
Tên dữ liệu
Tên dữ liệu
(Dữ liệu ra)
Tên
chức năng
(Dữ liệu vào)
(Bong bóng)
6
3
10/5/2011
b. Cấu trúc phân cấp
(Hierarchical structured chart)
– Tên module biểu thị chức
• Là phân cấp biểu thị
quan hệ phụ thuộc giữa
các module và giao diện
(interface) giữa chúng
năng (“làm gì”), đặt tên
sao cho các module ở
phía dưới tổng hợp lại sẽ
biểu thị đủ chức năng
của module tương ứng
phía trên.
• Các quy ước:
– Không liên quan đến
trình tự gọi các module,
nhưng ngầm định là từ
trái qua phải
– Biến số (arguments) biểu
thị giao diện giữa các
module, biến số ở các
module gọi/bị gọi có thể
khác nhau.
– Mỗi module xuất hiện
trong cấu trúc 1 lần, có
thể được gọi nhiều lần
– Mũi tên xanh biểu thị dữ
liệu, tím biểu thị flag .
– Quan hệ trên dưới:
– Chiều của mũi tên là
hướng truyền tham số.
không cần nêu số lần gọi
7
Cấu trúc phân cấp
Module A
1
Module B
Module C
Module D
Luồng dữ liệu
Luồng flag
Module E
8
4
10/5/2011
3. Quy trình thiết kế hệ thống
• Phân chia mô hình phân tích ra các hệ con
• Tìm ra sự tương tranh (concurrency) trong hệ thống
• 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
• Tìm ra nguồn tài nguyên chung và cơ chế điều khiển
truy nhập chúng.
• Thiết kế cơ chế điều khiển thích hợp cho hệ thống, kể
cả quản lý nhiệm vụ.
• Xem xét các điều kiện biên được xử lý như thế nào.
• Xét duyệt và xem xét các thỏa hiệp (trade-offs).
9
Các điểm lưu ý khi thiết kế hệ thống
1.
2.
3.
4.
Có thể trích được luồng dữ liệu từ hệ thống: đó
là phần nội dung đặc tả yêu cầu và giao diện.
Xem xét tối ưu tài nguyên kiến trúc lên hệ
thống rồi quyết định kiến trúc.
•
•
Thiết kế hệ thống
–
Thiết kế hệ thống
Theo quá trình biến đổi dữ liệu, hãy xem những
chức năng được kiến trúc như thế nào?
phần cứng [(1), (2)]
–
Thiết kế hệ thống
Từ kiến trúc các chức năng, hãy xem xét và
chỉnh lại, từ đó chuyển sang kiến trúc chương
trình và thiết kế chi tiết.
phần mềm [(3)-(7)]
Thiết kế hệ thống phần
mềm
5.
Quyết định các đơn vị chương trình theo các
chức năng của hệ phần mềm có dựa theo luồng
dữ liệu và phân chia ra các thành phần.
–
Thiết kế tệp (file
design) [(7)]
–
Thiết kế chức năng hệ
6.
7.
8.
Khi cấu trúc chương trình lớn quá, phải phân
chia nhỏ hơn thành các module.
thống [(3)-(6)]
Xem xét dữ liệu vào-ra và các tệp dùng chung
của chương trình. Truy cập tệp tối ưu.
Hãy nghĩ xem để có được những thiết kế trên
thì nên dùng phương pháp luận và những kỹ
thuật gì ?
10
5
10/5/2011
4. Các phương pháp thiết kế hệ thống
• Thiết kế cấu trúc:
– Phương pháp phân chia STS (Source/Transform/Sink:
Nguồn/Biếnđổi/Hấpthụ)
– Phương pháp phân chia TR (Transaction)
• Minh họa phân chia chức năng theo bong bóng
của DFD (biểu đồ luồng dữ liệu)
11
4.1. Phương pháp phân chia STS
(Source/Transform/Sink)
• 1) Chia đối tượng “bài toán” thành các chức năng
thành phần
F3
F5
Bài toán
Problem
F1
F4
F2
13
6
10/5/2011
Quyết định luồng dữ liệu chính
• 2) Tìm ra luồng dữ liệu chính đi qua các chức
năng: từ đầu vào (Input) tới đầu ra (Output)
INPUT
F3
F5
F1
F4
Luồng dữ
liệu chính
F2
OUTPUT
14
Quyết định bong bóng và dữ liệu
• 3) Theo luồng dữ liệu chính: thay từng chức năng
bởi bong bóng và làm rõ dữ liệu giữa các bong
bóng
Data1
Data2
Data3
Data4
Data5
Data6
F1
F2
F3
F4
F5
INPUT
OUTPUT
15
7
10/5/2011
Từ sơ đồ bong bóng sang sơ đồ phân
cấp
• 4) Xác định vị trí trừu tượng hóa tối đa đầu vào
và đầu ra
Data1
Data2
Data3
Data4
Data5
Data6
F1
F2
F3
F4
F5
INPUT
OUTPUT
Trừu tượng hóa
tối đa đầu vào
Trừu tượng hóa
tối đa đầu ra
Transform Module
Sink Module
Source Module
16
• 5) Chuyển sang sơ đồ phân cấp
Data1
Data2
Data3
Data4
Data5
Data6
F5
F1
F2
F3
F4
INPUT
OUTPUT
Trừu tượng hóa
tối đa đầu vào
Trừu tượng hóa
tối đa đầu ra
Transform Module
Sink Module
Source Module
Control
Module
0
2
Source
Module
Transform
Module
Sink
Module
17
1
3
8
10/5/2011
• 6) Xác định các tham số giữa các module dựa
theo quan hệ phụ thuộc
Module 0
0
3
5
3
5
Module 1
Module 2
Module 3
1
2
3
18
• 7) Với từng module (Source, Transform, Sink) lại
áp dụng cách phân chia STS lặp lại các bước từ 1)
đến 6). Đôi khi có trường hợp không chia thành 3
mô đun nhỏ mà thành 2 hoặc 1.
• 8) Tiếp tục chia đến mức cấu trúc lôgic khi
module tương ứng với thuật toán đã biết thì
dừng. Tổng hợp lại ta được cấu trúc phân cấp:
mỗi nút là 1 module với số nhánh phía dưới
không nhiều hơn 3.
19
9
10/5/2011
4.2. Phương pháp phân chia TR
(Transaction)
• Khi không tồn tại luồng dữ liệu chính, mà dữ liệu
vào có đặc thù khác nhau như những nguồn khác
nhau xem như các Giao dịch khác nhau.
• Mỗi giao dịch ứng với 1 module xử lý nó
• Phân chia module có thể: theo kinh nghiệm; theo
tính độc lập module; theo số bước tối đa trong 1
module (ví dụ < 50) và theo chuẩn.
20
Các bước thực hiện
• Xác định trung tâm giao dịch gồm 1 số chức năng
phân loại và các chức năng tham gia vào quá
trình xử lý:
– Vào: 1 số chức năng truyền dẫn thông tin từ nguồn và 1
số chức năng sơ chế.
– Ra: Một số chức năng dẫn thông tin ra từ các tình huống
xử lý.
• Vẽ 2 mức cao nhất của lưu đồ cấu trúc:
•
•
- Một mô đun mức cao nhất (đỉnh): mức 1
- 1 cho vào, 1 mô đun xử lý cho mỗi trường
hợp và 1 mô đun ra: mức 2.
21
10
10/5/2011
Thí dụ
T1
T2
u1
v1
v3
x
y
u2
v2
z
A
B
C
D
u3
T3
Biểu đồ chức năng có 1 trung tâm giao dịch
Thí dụ
Chính
Lấy y
Vào
T1
T2
T3
Chuyển z
Xử lý giao dịch
Ra
Lưu đồ cấu trúc mô đun mức đỉnh
23
11
10/5/2011
4.3. Phân tích cấu trúc hóa
• Xác định luồng dữ liệu
• Luồng tuyến tính thì theo phân chia STS
• Luồng phân nhánh thì theo phân chia TR
24
4.4. Chuẩn phân chia module
• Tính độc lập: Độ kết hợp (coupling) và Độ bền
vững (strength)
• 5 tiêu chuẩn của Myers
– Decomposability
– Composability
– Understandability
– Continuity
– Protection
25
12
10/5/2011
PHẦN IV:
THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH
DESIGN AND PROGRAMMING
I. Thiết kế hệ thống
II. Thiết kế chương trình
1. Khái niệm
2. Phương pháp thiết kế chương trình
3. Công cụ thiết kế
III. Lập trình
26
1. Khái niệm
• Thiết kế chương trình là thiết kế chi tiết cấu trúc
bên trong của phần mềm: thiết kế tính năng từng
module và giao diện tương ứng.
• Cấu trúc ngoài của phần mềm: thiết kế hệ thống.
• Trình tự xử lý bên trong: Thuật toán (giải thuật,
Algorithm); Logic.
27
13
10/5/2011
2. Phương pháp thiết kế chương trình
• Nguyên tắc
– Không có trạng thái mờ (fuzzy), để đảm bảo thiết kế cấu
trúc trong đúng đắn.
– Ngôn ngữ lập trình phù hợp.
– Triển khai đúng đắn đặc tả chức năng các module và
chương trình nhờ phương pháp luận thiết kế chi tiết.
– Dùng quy trình thiết kế dễ chuẩn hóa từng bước.
• Kỹ thuật thiết kế mô hình hệ phần mềm
– Hướng tiến trình (process) : Kỹ thuật thiết kế cấu trúc điều
khiển.
– Hướng cấu trúc dữ liệu (data): Kỹ thuật thiết kế cấu trúc dữ
liệu.
– Hướng sự vật / đối tượng (object): Kỹ thuật thiết kế hướng
đối tượng.
28
2.1. Lập trình cấu trúc hóa
• Khái niệm cơ bản: tuần tự, nhánh (chọn), lặp;
cấu trúc mở rộng, tiền xử lý, hậu xử lý.
• Những điểm lợi khi thiết kế thuật toán :
– Tính độc lập của module: chỉ quan tâm vào-ra
– Làm cho chương trình dễ hiểu
– Dễ theo dõi chương trình thực hiện
– Hệ phức tạp sẽ dễ hiểu nhờ tiếp cận phân cấp
29
14
10/5/2011
Loại bỏ GOTO
• GOTO dùng để làm gì?
– Cho phép thực hiện các bước nhảy đến một nhãn nhất
định
• Tại sao cần loại bỏ GOTO ?
– Phá vỡ tính cấu trúc của lập trình cấu trúc hóa
• Phương pháp loại bỏ GOTO
• Có thể loại bỏ GOTO trong mọi trường hợp?
• Thế nào là “kỹ năng lập trình cấu trúc”
30
VD chương trình Spaghetti
Start: Get (Time-on, Time-of f,Time, Setting, Temp, Switch)
if Switch = of fgoto off
if Switch = on goto on
goto Cntrld
of f: if Heating-status = on goto Sw-of f
goto loop
on: if Heating-status = off goto Sw-on
goto loop
Cntrld: if Time = Time-on goto on
if Time = Time-off goto off
if Time < Time-on goto Start
if Time > Time-off goto Start
if Temp > Setting then goto off
if Temp < Setting then goto on
Sw-off : Heating-status := of f
goto Switch
Sw-on: Heating-status := on
Switch: Switch-heating
loop:
goto Start
31
15
10/5/2011
CT được cấu trúc hoá
loop
-- The Get statement f inds values for the given variables f rom the system’s
-- environment.
Get (Time-on, Time-of f,Time, Setting, Temp, Switch) ;
case Switch of
when On => if Heating-status = of fthen
Switch-heating ; Heating-status := on ;
end if ;
when Off => if Heating-status = on then
Switch-heating ; Heating-status := off ;
end if;
when Controlled =>
if Time >= Time-on and Time < = Time-of fthen
if Temp > Setting and Heating-status = on then
Switch-heating; Heating-status = of f;
elsif Temp < Setting and Heating-status = of fthen
Switch-heating; Heating-status := on ;
end if;
end if ;
end case ;
end loop ;
32
Lưu ý khi thiết kế chương trình
• Phụ thuộc vào kỹ năng và kinh nghiệm của người
thiết kế.
• Cần chuẩn hóa tài liệu đặc tả thiết kế chi tiết.
• Khi thiết kế cấu trúc điều khiển của giải thuật, vì
theo các quy ước cấu trúc hóa nên đôi khi tính
sáng tạo của người thiết kế bị hạn chế, bó buộc
theo khuôn mẫu đã có.
33
16
10/5/2011
2.2. Lưu đồ cấu trúc hóa
• Tác dụng của lưu đồ (flow chart)
• Quy phạm (discipline)
• Trừu tượng hóa thủ tục
• Lưu đồ cấu trúc hóa
– Cấu trúc điều khiển cơ bản
– Chi tiết hóa từng bước giải thuật
– Thể hiện được trình tự điều khiển thực hiện
34
Lưu đồ Nassi-Shneiderman
(NS chart by IBM)
• a- Nối (concatination)
b- Chọn (selection)
Xử lý 1
Xử lý 2
ĐIều kiện
Y
N
Xử lý 1
Xử lý 2
• c- Đa nhánh (CASE)
d- Lặp (repetition)
TT1
ĐIều kiện
DO WHILE (Đkiện)
Xử lý
Xử lý
TT2
TT3
Xử lý 1
Xử
lý 3
Xử lý 2
REPEAT UNTIL (Đkiện)
35
17
10/5/2011
Lưu đồ Phân tích bài toán
(PAD chart by Hitachi)
a- Nối (concatination)
b- Chọn (selection)
Xử lý 1
Xử lý 1
Trục
chính
Điều kiện
Xử lý 2
Xử lý 2
c- Đa nhánh (CASE)
d- Lặp (repetition)
Xử lý 1
TT1
Đ
I
ề
u
TT2
Xử lý 2
Xử lý 3
WHILE
Đkiện
UNTIL
Đkiện
Xử lý
Xử lý
k
i
ệ
TT3
TT4
n
Xử lý 4
36
2.3 Phương pháp Jackson
• JSP: Jackson Structured Programming
• Các ký pháp:
– Cơ sở (elementary)
– Tuần tự (sequence)
– Lặp
– Rẽ nhánh
37
18
10/5/2011
Lưu đồ JSD (tiếp)
JSD biểu diễn các chức năng của 1 HT nhân sự
38
Trình tự thiết kế chung
• Thiết kế cấu trúc dữ liệu (Data step)
• Thiết kế cấu trúc chương trình (Program step)
• Thiết kế thủ tục (Operation step)
• Thiết kế đặc tả chương trình (Text step)
39
19
10/5/2011
2.4. Phương pháp Warnier
• Khái niệm chung
• Trình tự thiết kế
– Thiết kế dữ liệu ra
– Thiết kế dữ liệu vào
– Thiết kế cấu trúc chương trình
– Thiết kế lưu đồ
– Thiết kế lệnh thủ tục
– Thiết kế đặc tả chi tiết
40
PHẦN IV:
THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH
DESIGN AND PROGRAMMING
I. Thiết kế hệ thống
II. Thiết kế chương trình
III. Lập trình
1. Lịch sử phát triển của ngôn ngữ lập trình
2. Cấu trúc chương trình
3. Các công cụ lập trình
41
20
Tải về để xem bản đầy đủ
23 trang
24820
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công nghệ phần mềm - Phần 4: Thiết kế và Lập trình (Design and Programming)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_cong_nghe_phan_mem_phan_4_thiet_ke_va_lap_trinh_de.pdf
