系统设计

1 ．系统设计概述
2 ．系统设计方法和工具
3 ．系统总体结构设计
4 ．系统设计说明书
系统设计是管理信息系统开发中紧接系统分析的重要阶段，其目的将是反映用户信息需求的系统逻辑方案变成可以实现的物理方案。要求自学者深刻理解系统设计的目标和任务，熟练掌握系统设计的结构化方法和主要图形工具，深刻理解并掌握系统总体结构设计，特别是软件系统总体结构设计的主要原则和方法，掌握计算机系统方案选择的基本原则，掌握系统详细设计中各部分设计的基本概念，设计原则与方法，特别是代码设计，用户界面设计的原则与方法，理解系统实施计划的主要内容，掌握系统设计说明书的基本内容和编写要求。
本章学习重点是系统设计的结构化方法和图形工具，软件系统总体结构设计，代码设计和用户界面设计，难点是软件总体结构设计和用户界面设计。
5 ． 1 系统设计概述
5 ． 1 ． 1 目的与任务
系统设计阶段的主要目的是将系统分析阶段所提出的反映了用户信息需求的系统逻辑方案，转换成可以实施的基于计算机与通信系统的物理（技术）方案。
系统设计阶段的主要任务是从管理信息系统的总体目标出发，根据系统分析阶段对系统逻辑功能的要求，并考虑到经济、技术和运行环境等方面的条件，确定系统的总体结构和系统各组成部分的技术方案，合理选择计算机和通信的软、硬件设备，提出系统的实施计划，确保总体目标的实现。
5 ． 1 ． 2 系统设计的依据
通常，系统设计阶段工作的主要依据可从如下几个方面考虑：
（ 1 ）系统分析的成果。系统设计人员必须严格按照系统分析阶段的成果 “ 系统说明书 ” 所规定的目标，任务和逻辑功能进行设计工作。
（ 2 ）现行技术。主要指可供选用的计算机硬件技术、软件技术、数据管理技术以及数据通信与计算机网络技术。
（ 3 ）现行的信息管理和信息技术的标准、规范和有关法律制度。
　 （ 4 ）用户需求。进行系统设计时应充分尊重和理解用户的要求，尽可能使用户满意。
（ 5 ）系统运行环境。新系统的目标要和现行管理方法相匹配，与组织的改革与发展相适应。
5 ． 1 ． 3 系统设计阶段的主要活动
系统设计阶段的工作主要包括：
（ l ）系统总体结构设计。其中包括： ① 系统总体布局方案的确定； ② 软件系统总体结构的设计； ③ 计算机硬件方案的选择和设计； ③ 数据存储的总体设计。
（ 2 ）详细设计。 ① 代码设计； ② 数据库设计； ③ 输出设计； ④ 输入设计； ⑤ 用户界面设计； ③ 处理过程设计。
（ 3 ）系统实施进度与计划的确定。
（ 4 ） “ 系统设计说明书 ” 的编写。
5 ． l ． 4 系统设计工作的特点
系统设计工作的环境是管理环境和技术环境的结合。
5 ． 2 系统设计的方法和工具
5 ． 2 ． l 结构化设计方法概述
结构化设计（ SD ）方法是从建立一个具有良好结构的系统的观点出发，基于把一个复杂的系统分解成相对独立的模块的原则，主要研究了将系统分解为不同模块的方法与技术，分析系统分解时产生的各种影响，提出了评价模块结构质量的具体标准，还给出厂从表达用户要求的数据流图导出模块结构图的规则。
结构化方法规定了一系列模块的分解协调原则和技术，提出了结构化设计的基础是模块化，即将整个系统分解成相对独立的若干模块，通过对模块的设计和模块之间关系的协调来实现整个软件系统的功能。
5 ． 2 ． 2 系统流程图
系统流程图指用图形符号表达系统的执行过程，即所有的输入 / 输出和与之有关的处理，同时也包括对所有文件的建立过程。
绘制系统流程图时应主要根据：
（ l ）信息处理的步骤和内容。
（ 2 ）每一步骤所涉及的物理过程。主要包括；输入／输出的内容和形式，存储要求，加工所用的物理设备。
（ 3 ）各步骤之间的物理和逻辑关系。
系统流程图即表示信息联系，又表示加工的逻辑顺序，还反映人一机关系，但不考虑加工方法和人机对话过程。
5 ． 2 ． 3 HIPO （分层和输入一处理一输出）技术
HIPO 技术即用图形方法表达一个系统的输入和输出功能，以及模块的层次。 HIPO 技术包含两个方面的内容：
（ 1 ） HIPO 分层图，用此图层表示自项向下分解所得系统的模块层次结构。
（ 2 ） IPO 图（输入 — 处理 — 输出图），此图描述分层图中一个模块的输入，输出和处理内容。
IPO 图实际上是一张图形化的表格。它描述分层图中每一个模块的输入输出关系，处理内容，本模块的内部数据和模块间的调用关系，是系统设计的重要成果，是系统实阶段编制程序设计任务书和进行程序设计的出发点和依据。
5 ． 2 ． 4 控制结构图
HIPO 分层图展示系统的模块层次结构，但它只能一般地看到各模块间的调用关系。模块间有具体通讯与控制关系，数据流程在模块之间的流动状况，分层国没有明确描述。
系统结构图是描述系统结构的图形工具，它是描述模块的层次结构和它们之间的控制通讯联系的工具。
系统结构图和 HIPO 分居图一样，用方块展示模块，模块间用箭线连结，箭头指示方向为被调用的模块。调用关系分为：直接调用，选择调用，重复调用三种。其表示方法如图 5 － 1 所示。
模块间通讯的表示方法为：在两模块联结箭线旁边用圈圈头的短话线 ○→ 一并加在文事或代号表示数据流，箭头方向表示数据传送方向，用带圆点头的只箭线 ●→ 并加注文字或代号表示传送状态标志信号（如错误信号或开关信号）。
绘制系统结构图的出发点仍是数据流程图。如果已具备 HIPO 分层图，在此基础上加注模块间的控制与通讯标志就成了系统结构图。
5 ． 3 系统总体结构设计
5 ． 3 ． 1 系统的总体布局
系统的总体结构是指整个系统由哪些部分组成，以及各部分在物理上、逻辑上的相互关系，包括硬件部分和软件部分。
系统的总体布局是指系统的硬软件资源以及数据资源在空间上的分布特征。系统的总体布局通常有以下几种方案选择。以信息资源管理的集中程度来看主要有：
（ l ）集中式系统。
（ 2 ）分布式系统。
从信息处理的方式来看主要有：
（ 1 ）批处理方式。
（ 2 ）联机处理方式。
系统布局方案的选择原则：
（ 1 ）处理功能和存储功能应满足系统要求。
（ 2 ）使用方便。
（ 3 ）可维护性、可扩展性、可变更性好。
（ 4 ）可靠性高。
（ 5 ）经济实用。
5 ． 3 ． 2 软件系统总体结构设计的原则
软件系统总体结构设计的主要任务，就是将整个系统合理的划分成各个功能模块，正确地处理模块之间与模块内部的联系及它们之间的调用关系和数据联系，定义各模块的内部结构等等。
软件系统总体结构设计的原则：
（ l ）分解一协调的原则。
（ 2 ）信息隐蔽，抽象的原则，上一阶段各负责为下一阶段的工作提供原则和依据，并不规定下一阶段或下一步工作中要负责决策的问题，即上层模块只规定下层模块做什么和所属模块间的协调关系，但不规定怎么做，以保证模块的相对独立性和内部结构的合理性，使得模块与模块之间层次分明，易于理解，易于实施，易于维护。
（ 3 ）自项向下原则：首先抓住总的功能目标，然后逐层分解，即先确定上层模块的功能，再确定下层模块的功能。
（ 4 ）一致性原则：要保证整个软件设计过程中具有统一的规范，
统一的标准，统一的文件模式等等。
（ 5 ）面向用户的原则，每个模块必须功能明确，接口明确，坚决消除多重功能和无用接口。
5 ． 3 ． 3 模块结构设计
1 ．模块
是指这样一组程序语句，它包括输入输出和逻辑处理功能．内部信息及其运行环境。
（ l ）输入与输出。模块的输入来源和输出去向在正常的情况下都是同一个调用者，即模块。从调用者处获得输入信息，经过模块本身的处理后，再把输出返送给调用者。
（ 2 ）逻辑功能。模块的逻辑功能描述了该模块能够做什么样的事情，具备什么样的功能，即对于输入信息能够加工成什么样的输出信息。
（ 3 ）内部信息。模块的内部信息是指模块执行的和在模块运行时所需要的属于该模块自己的数据
　 （ 4 ）运行环境。模块的应行环境说明了模块的调用与被调用的关系。
2 模块化
模块化就是把系统划分为若干个模块，每个模块完成一个特定的功能，然后把这些模块汇集起来组成一个整体（即系统），用以完成指定功能的一种方法。
3 模块独立性
模块独立性是指它在一定抽象层次上的信息隐藏。抽象帮助我们确定组成软件的过程（或信息）实体，而信息隐藏则定义和实施了对模块的过程细节和局部数据结构的存取限制。
　 模块独立性可由两个定性标准衡量，这两个标准分别称为块间耦合和块内组合，块间耦合是度量不同模块彼此间互相依赖（连结）的紧密程度，块内组合则是衡量一个模块内部的各个部分彼此结合的紧密程度。
（ 1 ）块间耦合。块间耦合是一个系统内不同模块之间互连程度的度量，块间耦合强弱取决于模块间联系形式及接口的复杂程度，模块间接口的复杂性越高，说明耦合的程度越高。
块间耦合程度直接影响系统的可读性，可维护性以及可靠性，在系统设计中我们应尽可能追求耦合松散的系统。

（ 2 ）块内组合。块内组合即模块内部元素的联系方式；块内组合标志一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。主要表现在模块内部各个元素为了执行某一功能而结合在一起的程度。
所谓模块内部的元素是指该模块程序中一条或若干条的指命。模块设计中应尽力避免较低的块内组合。
4 ．模块之间的耦合形式
模块之间的耦合形式有数据耦合，控制耦合，公共耦合和内容耦合。
（ 1 ）数据耦合。如果两个模块彼此间通过数据交换信息，而且交换的信息仅仅为数据，种耦合就是数据耦合。
（ 2 ）控制耦合。如果两个模块彼此间传递的信息中有控制信息，那么这种块间耦合称为控制耦合。
（ 3 ）公共耦合。如果两个模块彼此之间通过一个公共的数据区域传递信息时，则称之为公共耦合。
（ 4 ）内容耦合。如果一个模块需要涉及另一个模块的内部信息时，则这种联系称为内容耦合。如： ① 一个模块访问另一个模块内部的数据； ② 一个模块调用执行另一个模块中间的部分程序代码； ③ 模块的出人。不符合单人单出的原则。
（ 5 ）模块方式的比较。详见下表所示；
板块之间四种清会方式的比较
在对一个系统进行模块设计时，我们应当遵循下列原则： ① 模块间尽量使用数据耦合； ② 必要时才采用控制耦合； ③ 对公共耦合应限制耦合的模块数； ④ 坚决不用内容耦合。
5 ．模块内部的组合形式
模块内部的组合形式主要有七种，共组合程序如图所示。
块间耦合形式 可读性 错误扩散能力 可修改性 通用性
数据耦合 好 弱 好 好
控制耦合 中 中 中 中
公共耦合 不好 强 不好 较差
内容耦合 最差 最强 最差 差
（ l ）偶然组合。如果一个模块所要完成的各动作之间没有任何关系，或者即使有某种关系，也是非常松散的，就称之为偶然组合。
（ 2 ）逻辑组合。如果一个模块内部的各个组成部分在逻辑上具有相似的处理动作，但功能与用途上却彼此无关，则称之为逻辑组合。
（ 3 ）时间组合。如果一个模块内部的各位组成部分所包含的处理动作必须在同一时间内执行，则称之为时间组合。
（ 4 ）过程组合。如果一个模块内部的各个组成部分所要完成的动作彼此间没什么关系，但必须以特定的次序（控制流）执行，则称之为过程组合。
（ 5 ）通信组合。如果一个模块内部的各个组成部分所完成的动作都使用了同一个输入数据或产生同一个输出数据，则称之为通信组合。
（ 6 ）顺序组合。对于一个模块内部的各个组成部分，如果前一锅务处理动作的输出是后一部分处理动作的输入，则称之为顺序组合。
（ 7 ）功能块内组合。如果一个模块内部约各个组成部分全部为执行同一功能而结合成为一个整体，则称之为功能组合方式的模块。

  第五章系统设计 (2)
 

 

8 ）七种块内组合的比较。功能组合与其它模块的联系低，可读性、可修改性、可维护性、可测试性均很好。偶然组合最差，如下表所示：
板块内部的六种组合形式比较
块内组合 联接形式 可修改性 可读性 通用性 联系程序
功能组合 好 好 好 好 高
↑
↑
↑
↑
↑
↑
低
顺序组合 好 好 好 中
通讯组合 中 中 中 不好
过程组合 中 中 中 不好
时间组合 不好 不好 中 最坏
逻辑组合 最坏 最坏 不好 最坏
偶然组合 最坏 最坏 最坏 最坏
模块设计中两项最重要的原则：尽可闻地降低模块之间的耦合程度和提高模块内部的组合程度。
6 模块设计的基本原则和注意事项
（ 1 ）改进系统结构。仔细分析与审查系统结构，发现高块间耦合，低块内组合的模块，要通过模块的分解与合并，改进系统结构。从而降低块间耦合，提高块内组合。
（ 2 ）系统的深度与宽度。系统的深度表示系统结构中的控制层数，宽度则表示控制的总分布，即同一层次的模块总数的最大值。
深度和宽度标志着一个系统的大小和复杂程度、它们之间应有一定的比例关系，即深度和宽度均要适当。深度过大，可能说明系统分割的过分细化；宽度过大，则有可能带来系统管理上的困难。
（ 3 ）模块的扇出与扇人。一个模块控制的直属下级模块的个数称为该模块的扇出；一个模块的直接上级模块的个数称为模块的扇入。
通常，一个较好的系统结构，高层扇出数较多，中间扇出较少，底层模块有较高的扇入。
（ 4 ）模块的规模。一个模块的规模不可过大，也不可过小。过大的模块常常是系统分解不充分，而过小的模块有可能降低模块的独立性，造成系统接口的复杂。
（ 5 ）模块的作用范围与控制范围。模块的作用范围是指受该模块旧部的一个判定影响的所有模块的集合，只要某一模块中含有一些依赖于这个判定的影响，那么该模块就在这个判定的作用范围之中，如果整个模块的全部操作都受该操作的影响，则这个模块连同它的上级模块都在这个判定的作用范围内。
模块的控制范围，包括该模块本身及所有的下属模块的集合，控制范围完全取决于系统的结构，它与模块本身的功能并无多大关系。
（ 6 ）其它考虑。一个模块，应设计成 “ 暗盒 ” 形式。只完成一个单独的子功能，从而使模块内部有很强的块内组合，模块的接口设计简单。
7 ．从数据流图中导出模块结构图
模块结构图（ MSC ）也称控制结构图见图 5 － 3 所示。
（ l ） MSC 使用的基本符号：
□ 表示一个模块，其名称标在方框内；
→ 表示块间的调用关系，从调用模块指向被调用模块；
○→ 表示模块间传递的数据流，箭杆上标明数据流名；
●→ 表示模块间传递的控制信息，箭杆上标明控制信息名；
◇ 表示调用模块有选择的调用被调用模块；
Ω 表示循环调用。
（ 2 ）模块调用的有关规定。 ① 模块间的调用关系符合军事调度原则（即每个模块都有自己独立的功能，但只有上级模块命令下达对，才能执行）； ② 模块间的通迅只限于其上、下级之间，模块间通讯主要有两种：一是数据传递，二是控制信息传递； ③ 某一模块与其邻近的同级模块通 迅，必须通过它们各自的上级模块传递； ④ 模块之间的调用次序一般是从上到下，从左到右，所以在 MSC 中，输入部分在左边，输出部分在右边。
（ 3 ） MSC 的基本结构。
① 内导结构； ② 转换结构； ③ 外导结构。
（ 4 ） DFD 与 MSC 的关系。 ① DFD 与 MSC 都是对系统的功能描述， DFD 是对系统做逻辑描述， MSC 是对系统做物理描述； ② DFD 中每一个较高层次的数理，与 MSC 中相应的管理模块相对应； ③ DFD 中的基本处理与 MSC 中相应的基本模块相对应； ④ DFD 的输
入部分相应于 MSC 的内导结构，输出部分相应于外导结构，中心部分相应于转换结构。
（ 5 ） DFD 的类型。 ① 变换型的 DFD ：在变换型中，信息沿输入通路进入系统，同时由外部形式变换成内部形式；进入系统的信息通过变换中心，经加工处理以后再沿输出通路变换成外部形式变升软件系统。 ② 事物型的 DFD ：在事物型中，数据沿输入通路到达一个处理，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。 ③ 混合型的，
（ 6 ） DFD 到 SMC 的转换规则： ① 中心提升法的实施步骤： a ：确定 DFD 的转换层； b ：去掉局部文件，使 DFD 分解为几部分； c ：对每一部分确定其类型，并实施转换得到 MSC ； d ：优化 MSC ，设计顶层模块，提升输入，变换中心，输出到顶层模块下与之相关联的自然下垂。
② 事物型 DFD 的转换： a ：找出前事物中心，若有后事物中心，也一定找出； b ：提升前事物中心为顶层模块； C ：其它处理（加工）以数据流连线为据自然下垂做为下级模块，若有后事物中心，将其作为二级模块；小将加工符号改为方框，标出模块名。
5 ． 3 ． 4 数据存储的总体结构设计
数据存储的总体结构设计主要包括：数据存储方式设计，数据存储规模设计，数据存储空间分布，数据库管理系统的设计。数据存储总体设计应遵循的原则：
（ 1 ）数据结构的合理性，即数据文件的合理组织，数据元素的合理归类和划分，以及数据项的合理描述。
（ 2 ）数据存储的安全性，提高安全性的最有效措施是增加数据的允余，而数据的大量冗余又为维护数据一致性带来困难。对此，我们应进行合理取舍，在尽量降低冗余的前提下，确保数据的安全性与可靠性。
（ 3 ）维护和管理方便。无论设计什么样的存储结构，首先应保护对数据进行管理和维护上的方便。它是提高系统运行效率的基础。
5 ． 3 ． 5 计算机系统方案的选择
计算机系统方案的选择可从如下几个方面来进行：
1 ．选择依据
2 ．功能要求
3 ．市场考虑
4 ．系统的配制
5 ．培训要求
6 ．评价
最后形成系统选择方案报告，提交有关专家论证，批准并存档。
5 ． 4 系统详细设计
5 ． 4 ． l 代码设计
代码：就是用来表征客观事物的实体类别，以及属性的一个或一组易于计算机识别和处理的特定符号或记号。它可以是字符、数字、某些特殊符号或它们的组合。
1 ． 代码的作用
（ l ）标志作用。
（ 2 ）统计和检索作用。
（ 3 ）对象状态的描述作用。
2 ．代码设计的原则
（ l ）适应性。
（ 2 ）简明性。
（ 3 ）合理性。
（ 4 ）系统性。
（ 5 ）稳定性。
（ 6 ）可扩充性。
（ 7 ）标准化。
（ 8 ）便于识别和记忆。
3 ．代码的种类
（ 1 ）无含义码，无含义吗包括顺序码和无顺序码两类。 ① 顺序码：是将顺序的自然数和字母赋予编码对象。例如 GB2261 － 80 《人的性别代码》中， 1 为男性， 2 为女生； ② 无序码：是将无序的自然数或字母赋予编码对象，此种代码无任何规律，是靠机器的随机程序编写的。
（ 2 ）有含义码。 ① 系列顺序码：用连续数字代表编码对象的码，通常从 1 开始，如张平的职工号为 0001 ，王立为 0002 ， … ； ② 数值化字母顺序码：数值化字母顺序码是按编码对象名称的字母排列顺序编写的代码。
例如，按英文字母的数值化字母序列（见下表）：
按英文字母顺序排列
③ 层次码：层次码适用于线性分类体系，它是按分类对象的从属、层次关系为排列顺序的一种代码。例如， GB4784—84 《国民经济行业分类和代码》就是采用三层四位数字的层次码。第一层，第二层，第三层分别表示大类、中类、小类。
层次码的优点：能明确地表示分类对象的类别：有严格的隶属关系；代码结构简单；容量大，便于机器汇总。
层次码的缺点：代码结构弹性较差，当层次较多时，代码位数较长； ④ 特征组合码：特征组合码常用于面分类体系。它是将分类对象按其属性或特征分成若干个 ‘ 面 ” ，每个 “ 面 ” 内的诸类目按其规律分别进行编码。例如：对机制螺钉可选用材料，螺钉直径，螺钉头形状及螺钉表面处理等四个 “ 面 ” ，每个面内又分成若干个类目，并分别编码，如下表：
按特征组合编码排列
使用时，将各 “ 面 ” 的代码组合，例如：代码 2342 ．即表示黄钢 φ1 ． 5 方形头镀铬螺钉。
特征组合码的优点：代码结构具有一定的柔性，适于机器处理，
特征组合码的缺点：代码容量利用率低，不便于求和，汇总； ⑤ 复合码：复合码是一种应用较广的有含义代码，它常常是由两个或由两个以上完整的、独立的代码组成。
复合码的优点：代码结构具有很大的柔性，易于扩大代码容量和调整对象的所属类别。同时代码的标志部分可以用于不同的信息系统，便于扩大若干个系统之间的信息交换。
复合码的缺点：代码总长较长。
4 ．代码的校验
校验妈又称为编码结构中的校验位。为了保证正确的输入，有意识地在编码设计结构中原代码的基础上，通过事先规定的数学方法计算出校验码（一位或两位），附在原代码的后面，使它变成代码的一个组成部分；使用时与原代码一起输入，此时计算机令用同样的数学运算方法输入校验位进行比较，以检验输入是否有错。
检验码可以检查出移位错，双重移位错，抄写错，及其它错误等。
（ l ）校验码的生成过程： ① 对原代码中的每一位加权求和：
N 位代码：、 C1 、 C2 、 C3 、 … ， Cn
仅因子为： P1 、 P2 、 P3 、 … ， Pn
加权和： C1?P1 ＋ C2?P2 ＋ C3?P3 ＋ … ＋ Cn?Pn
仅因子可选为自然数 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ；几何级数 2 ， 4 ， 8 ， 16 ， 32 ；质数 3 ， 5 ， 7 ， 11 ， 13 或其它系列。 ② 以模除加权和得余数： S ／ M=Q…R
其中 S 表示加权和； M 表示模； Q 表示两； R 表示余数。模可取不同的数，如人 10 ， 11 ， 37 ， 97 等。 ③ 得到校验码：将模和余数之差作为校验码。或将余数直接做校验码，附加在原代码后。
例如：原代码为： 2578
权系数为： 1234
模为： 9
加权和： 2?1 ＋ 5?2 ＋ 7?3 ＋ 8?4=65
校验码： 65 ／ 9=7……2 ， 9 － 2=7
所以，带校验位的代码为 25787 ，其中 7 为校验位。
（ 2 ）用校验码检查代码的过程。此过程是上述过程的逆过程。 设输入的代码（含校验码）为 55787 ，其中 7 为校验值，对每一位乘以它的原来的权，校验位乘的权为 1 。用所得的加权和被模除，若余数为零，则代码一般是正确的，否则就是输入有错。上述代码显然有错，因为其加权除以模的余数不为零。
5 ． 4 ． 2 数据库设计
通常，支持管理信息系统的数据库系统由模式子模式、应用程序、数据库和数据库管理系统（简称 DBMS ）等几部分组成，其中除 DBMS 可从现在产品中选购外，模式、子模式、应用程度、数据库等则必须根据用户的具体要求进行分析和设计，这项工作称为 “ 数据库设计 ” 。它的核心问题是如何从系统的观点出发建立一个数据模式，使其满足下面几个条件：
（ l ）符合用户的要求，即能正确地反映用户的工作环境。
（ 2 ）与所选用的 DBMS 所支持的数据模式相匹配。
（ 3 ）数据组织合理，应易操作，易维护，易理解。
1 ．数据的规范化形式
在规范化理论中，把关系看做是二维表，它有以下几个性质：
（ l ）在任一列上，数据项应该具有同一个属性。
（ 2 ）在这个表中所有的行都是不相同的，即不允许有重复的组项出现。
（ 3 ）在一个表中，行的顺序是无关紧要的。
（ 4 ）在一个表中，每一个列（属性）有不同的名称，列的顺序也无关紧要。
2 ．第一范式（ 1NF ）
在规范化理论中，关系必须是规范化的，所谓规范化是指在一个只据结构中没有重复出现的项组，任何一个规范化的关系都自动称为第一范式。在建立关系数据模型时，必须将非规范化形式规范化，如下表中（ a ）所示关系为非规范化形式，表中（ b ）所示关系因为第一范式。
3 ．第二范式（ 2NF ）
第二范式：关系在满足第一候范式的前提下，所有非主属性都完全函数依赖于任一候选关键字。候选关键字是由一个或几个属性组成，它的每一个取值均能唯一的确定一个元组。
4 ．第三范式（ 3NF ）
第三范式：关系在等第二范式的前提下，所有非主属性之间都不存在函数依赖关系。
5 ．数据库设计步骤
（ l ）用户需求分析。收集和分析用户需求是数据库系统设计中的基础，其目的是根据一个组织中高层领导和终端用户的要求，决定整个管理信息系统的目标、范围及应用性质。
（ 2 ）基本数据库结构的设计，通常从以下几个方面来考虑数据库组织的合理性： ① 数据的基础程度； ② 数据的稳定程度； ③ 数据的重要程度； ④ 数据的冗余程度。
（ 3 ）中间数据库结构的设计。所谓中间数据库是指为满足某个具体功能模块的要求而从基础数据中生成的临时工作库。
（ 4 ）与应用程序的接口。在数据库设计时，应尽可能为程序员担供透明的数据库接口，以利于它们调整和维护程序。

5 ． 4 ． 3 用户界面设计
所谓用户界面是指软件系统与用户交互的接口，通常包括输出，输入，人 — 机对话的界面与方式等。
1 ．输出设计
输出是由计算机对输入的原始信息进行加工处理，形成高质量的有效信息，并使之具有一定的格式，提供管理者使用，这是输出设计的主要职责和目标。
目前较为广泛的一种输出方式为报表输出，但报表输出的设计不仅应符合使用者的要求，还要受到输出设备，输出介质等客观条件的约束，在设计输出报表时，用户满意是报表设计的基本原则。
表格基本上有三部分组成：表首、表体、表尾。

第五章系统设计 (2)
 

 

2 ．输入设计
输入设计的出发点是确保向信息系统提供正确的信息。
（ 1 ）输入设计的目标与原则。输入设计的目标：在保证输入信息正确性和满足需要的前提下，应做到输入方法简单、迅速和方便使用者。
输入设计应遵循的原则： ① 输入量应保持在能满足处理要求的最低限度； ② 输入的准备及输入过程应尽量容易进行； ③ 应尽早对输人数据进行检查，以便使错误及时得到更正； ④ 输人数据应尽早地用其处理所需的形式被记录。
（ 2 ）输入信息的获得。最主要的输入是向计算机输送原始数据，为避免错误，可设计专门的输入记录单。
（ 3 ）输入信息的内容设计。输入信息的内容设计包括：输入数据项名称、数据类型、精度或倍数、数值范围及输入格式等。
输入信息的内容设计包括确定输入记录单的格式，数据记录的 描述，数据在输人介质上的格式及编写输入说明等。
（ 4 ）输入信息的设备。通常所用的输入设备有以下几类：键盘。鼠标、读卡机、磁性墨水字符识别机，光电阅读器：条型码识别机．声音识别仪，囹象扫描仪等。
（ 5 ）输入信息的校验。输入设计的最重要问题是如何保证输入数据的正确性，而对输入信息进行校验，是保证输入正确的主要措施。
3 ．人机对话设计
人机对话主要是指在计算机程序运行中，使用者与计算机系统之间通过终端屏幕或其它装置进行一系列交替的询问与问答，对话设计的任务是与用户共同确定对话方式、内容与具体格式。
5 ． 4 ． 4 处理过程设计
管理信息系统处理方式的合理选择，就是一个处理过程的设计问题，选择处理方式实际上就是根据系统的任务、目标和环境条件合理地选择信息活动的形态及其具体方法。
计算机处理数据的基本方式包括：传递、核对、变换、分类、合并、存储、更新、检索、抽出、分配、生成、计算、表现。
5 ． 4 ． 5 编写系统说明书
系统设计说明书是从系统总体的角度出发，对系统建设中各主要技术方面的设计进行说明，是系统设计阶段的产物，其着重点在于阐述系统设计的指导思想以及所采用的技术路线和方法。编写系统设计说明书，将为后续的系统开发工作从技术和指导思想上提供必要的保证。
对系统说明书的具体要求是：应全面、准确和清楚地阐明系统在实施过程中具体采取的手段、方法和技术标准，以及相应的环境要求，另外，系统建设的标准化问题也是系统说明书中应阐明的一项重要内容。
系统设计说明书的主要内容应包括：
1 ．系统开发项目概述
2 ．模块设计说明
3 ．代码设计说明
4 ．输入设计说明
5 ．输出设计说明
6 ．数据库设计说明
7 ．网络环境说明
8 ．安全保密说明
9 ．系统设计实施方案说明
习题：
一、名词解释
1 ．系统流程图：系统流程图是一种传统的描述工具，是指用图形符号的描述来表达系统的执行过程。
2 ． HIPO 技术：即分层和输入 — 处理 — 输出技术，是用图形方法表达一个系统的输入和输出功能，以及模块的层次。
3 ． IPO 图：描述分层图中一个模块的输入、输出和处理内容。
4 ．系统的总体结构：系统的总体结构是指整个系统由哪些部分组成，以及各部分在物理上、逻辑上的相互关系，包括硬件部分和软件部分。
5 ．系统的总体布局：系统的总体布局是指系统的硬、软件资源以及数据资源在空间上的分布特征。
6 ．模块：在软件系统设计中，原模块是指这样一组程序语句，它包括输入输出和逻辑处理功能、内部信息及其运行环境。
7 ．模块化：把系统划分为若干模块，每个模块完成一个特定的功能，然后将这些模块汇集起来组成一个整体，用以完成指定功能的一种方法。
8 ．独立的模块：具有独立功能而且和其它模块之间没有过多的相互作用的模块，我们称之为独立的模块。
9 ．逻辑功能：描述模块能够做什么样的事情，具备什么样的功能，即对于输入信息能够加工成什么样的输出信息。
10 ．内部信息：指模块执行的指令和在模块运行时所需要的属于该模块自己的数据。
11 ．运行环境：用来说明模块的调用与被调用的关系。
12 ．块间耦合：是一个系统内不同模块之间互连程度的度量。
13 ．块内组合：是指模块内部元素的联系方式。
14 ．控制耦合：两个模块披此间传递的信息中有控制信息的块间耦合称为控制耦合。
15 ．数据耦合：两个模块间通过数据交换信息，且每一个参数仅仅为数据的块间耦合称为数据耦合。
16 ．公共耦合：两个模块间彼此通过一个公共的数据区域传递信息的块间耦合称公共耦合。
17 ．内容耦合：一个模块需要涉及另一个模块的内部信息的块间耦合称为内容耦合。
18 ．模块内部的元素：指该模块的程序中的一条或若干条的指令。
19 ．偶然组合：一个模块所要完成的各动作之间没有任何关系，即使有某种关系，也是非常松散的，就称为偶然组合。
20 ．时间组合：一个模块内部的各个组成部分所包含的处理动作必须在同一时间内执行，称为时间组合。
21 ．过程组合：一个模块内部的各个组成部分所要完成的动作彼此间没有什么关系但必须以特定的次序执行，称之为过程组合。
22 ．通信组合：一个模块内部的各个组成部分所完成的动作都使用了同一个输入数据或产生同一个输出数据，则称之通信组合。
23 ．顺序组合：一个模块内部 24 ．功能块内组合：若一个模块内部的各个组成部分全部执行同一功能而结合成为一个整体，称为功能块内组合。
25 ．模块的扇入、扇出：一个模块控制的直属下级模块的个数称为该模块的扇出；而一个模块的直接上级模块的个数称模块的扇入。
26 ．模块的控制范围和作用范围：模块的控制范围包括该模块的本身及所有的下属模块的集合。模块的作用范围指受该模块内部的一个判定影响的所有模块的集合。
27 ．变换型结构：管理信息系统的数据流图的一种典型结构、是一种线性状结构，可明显的分为输入、主加工和输出三部分。
28 ．事物型结构：是通常可以确定一个处理逻辑为系统的事务中心的数据流图的结构。
29 ．代码：代码是用来表征客观事物的实体类别，以及属性的一个或一组易于计算机识别和处理的特定符号或记号，可以是字符、数字、某些特殊符号或它们的组合。
30 ．规范化：规范化是指一个数据结构中没有重复出现的项组。
31 ．第一范式化形式：任何一个规范化的关系都自动称为第一规范化形式。
32 ．第二范式：从第一范式中分解出新的关系，使每个关系都可确定一个或几个属性做为关系的关键字，使该关系中的其它属性都完全依赖于它而定，从而消去非主属性对主关键字的不完全依赖性。由此所得关系叫第二范式。
33 ．第三范式：进一步规范第二范式，消去非主属性对主关键字的传递依赖性，则变为第三范式。
34 ．系统的浓度和宽度：系统的深度表示系统结构中的控制层数，宽度则表示控制的总分布，即同一层次的模块总数的最大值。
35 ．函数依赖：在一个数据结构 R 中，若数据元素 B 的取值依赖于数据元素 A 的取值，则我们称 B 函数依赖于 A ，即函数依赖。
36 ．主关键字：一个或几个属性可以共同作为唯一标识的主码，也叫主关键字。
37 ．传递依赖：假设 A 、 B 、 c 分别是同一个数据结构 R 中的三个数据元素，或分别是 R 中若干个数据元素的集合，若 C 函数依赖于 B ，即 B→C ，而 B 函数依赖于 A ，即 A→B ，那么显然， C 也依赖于 A ，我们称这种依赖关系为 “ 传递依赖 ” ，即 “C 传递依赖于 A” 。
38 ．传递，核对，计算，表现：传递即数据输入；核对就是将两个文件的有关内容进行对比核对；计算是信息处理过程中一系列的数值计算处理；表现是通过输出工具输出文件的格式，主要是报表输出等。
39 ．系统设计说明书：系统设计说明书是从系统总体的角度出发对系统建设中各主要技术方面的设计讲在讲明。
40 ．人机对话：人机对话主要是指在计算机程序运行中，使用者与计算机系统之间通过终端屏幕或其它装置进行一系列交替的询问与回答。
41 ．中间数据库：中间数据库是指为满足某个具体功能模块的要求而从基础数据库中生成的临时工作库。
42 ．逻辑组合：一个模块内部的各个组成部分在逻辑上具有相似的处理动作，但功能上、用途上却与此无关，则称之为逻辑组合。
二、论述题
1 ． 试述系统设计的目标、任务和主要活动。
答：系统设计的主要目标，是将系统分析阶段所提出的反映了用户信息需求的系统逻辑方案，转换成可以实施的基于计算机与通信系统的物理方案。
系统设计阶段的主要任务，是从管理信息系统的总体目标出发，根据系统分析阶段对系统的逻辑功能的要求，并考虑到经济、技术和运行环境等方面的条件，确定系统的总体结构和系统的各组成部分的技术方案，合理选择计算机和通信的软硬件设备，提出系统的实施计划，确保总体目标的实现。
的各个组成部分，前一部分处理动作的输出是后一部分处理动作的输入，则称之为顺序组合。
系统设计阶段的主要活动包括：
（ l ）系统总体结构设计，其中包括： ① 系统总体布局方案的确定； ② 软件系统总体结构的设计； ③ 计算机硬件方案的选择和设计； ④ 数据存储的总体设计。
（ 2 ）详细设计，其中包括： ① 代码设计； ② 数据库设计； ③ 输出设计； ④ 输入设计； ⑤ 用户界面设计； ③ 处理过程设计。
（ 3 ）系统实施进度与计划的制订。
（ 4 ） “ 系统设计说明书 ” 的编写。
2 ．试述系统设计工作的依据和主要特点。
答：系统设计的依据从以下几个方面考虑：
（ 1 ）系统分析的成果。
（ 2 ）现行技术。
（ 3 ）现行的信息管理和信息技术的标准、规范和有关法律制度。
（ 4 ）用户需求。
（ 5 ）系统运行环境。
系统设计阶段工作的特点是：系统设计工作的环境是管理环境和技术环境的结合
3 ．试述结构化设计的基本原则。
答：结构化设计的基本原则包括：结构化设计方法是从一个具有良好结构的系统的观点出发，基于把一个复杂的系统分解成相对独立的模块的原则，主要研究了将系统分解为不同模块的方法与技术，分析系统分解时产生的各种影响，提出了评价模块质量结构的具体标准，还给出了从表达用户要求的数据流图导出模块结构图的规则。
4 ．试述系统流程图的作用和绘制方法。
答：系统流程图是用图形符号表达系统的执行过程。即用图形符号描述了所有的输入／输出和与之有关的处理。同时也包括对所有文件的建立过程。
在绘制系统流程团时应主要根据以下步骤绘制：
（ l ）信息处理的步骤和内容。
（ 2 ）每一步骤所涉及的物理过程。主要包括：输入／输出的内容和格式，存储要求，加工所用的物理设备。
（ 3 ）各步骤之间的物理和逻辑关系。
5 ．试述控制结构图的作用和绘制方法。
答：控制结构图的作用：描述了模块的层次结构和它们之间 的控制通讯联系。是描述系统结构的通讯工具。
控制结构图的绘制方法，绘制系统结构图的出发点仍是数据流程图，但如果已具备 HIPO 分居图，则在此基础上加注模块间的控制与通讯标志，就成了系统结构图。
6 ．试述 HIPO 技术的内容和作用。
答： HIPO 技术包含两个方面的内容：
（ 1 ） HIPO 分居图。用此图表示自顶向下分解所得系统的模块层次结构。
（ 2 ） IPO 图，此图描述分层图中一个模块的输入、输出和处理内容。
HIPO 技术的作用即用图形方法表达一个系统的输入和输出功能，以及模块的层次。
7 ．试述系统总体结构设计的内容。
答：系统的总体结构是指整个系统由哪些部分组成，以及各部分在物理上、逻辑上的相互关系，包括硬件部分和软件部分。即包括系统的总体布局设计，软件系统总体的设计，数据存储的总体结构设计。
8 ．试述总体布局方案选择的原则。
答：系统总体布局方案选择原则：
（ I ）处理功能和存储功能应满足系统要求。
（ 2 ）使用方便。
（ 3 ）可维护性、可扩展性、可变更性好。
（ 4 ）可靠性高。
（ 5 ）经济实用。
9 ．试述软件系统模块划分的原则方法与步骤。
答：软件系统模块划分的原则：
（ l ）分解一协调原则。
（ 2 ）信息隐蔽 — 抽象原则。
（ 3 ）自顶向下原则。
（ 4 ）一致性原则。
（ 5 ）面向用户的原则。
步骤：首先抓住总的功能目标，然后逐层分解，即先确定上层模块的功能，再确定下层模块的功能。
10 ．试述模块间耦会和模块内部联系的各种形式及比较研究。
答：模块间的耦合形式决定了模块之间联系的程度。通常两个模块门的耦合形式有数据耦合、控制耦合、公共耦合和内容耦合。
（ l ）数据耦合是两个模块被此间通过数据交换信息，而且每一个参数仅仅为数据的块间耦合。数据耦合是一种最低的块门耦合，是一种理想的模块联结。但模块间传递的数据量大时，则也会产生不利影响。
（ 2 ）控制耦合是两个模块彼此传递的信息中有控制信息的决问耦合。控制耦合与数据耦合很相似。它往往是可避免的，可以通过适当的方式，转化为数据耦合。但在特定场合下，控制耦合还有一定的必要。
（ 3 ）公共耦合是两个模块彼此之间通过一个公共的数据区域传递信息的块间耦合。公共数据区域实际上就是被设计成为多个模块公用数据的区域。公共耦合并不是好的联结余式，它的块间联系的复杂度大，但公共耦合可作为数据耦合的一种补充。
（ 4 ）内容耦合是一个模块需要涉及另一个模块的内部信息的联系。内容耦合的联系程序高，因此应坚决避免使用。
四种块间耦合形式的比较如下：
模块内部的组合形式有七种，其组合程度由强到弱依次是：
（ 1 ）偶然组合。偶然组合就是指模块要完成的各种动作之间没有任何关系，或即使有，也是非常松散关系的组合。
（ 2 ）逻辑组合。逻辑组合是指一个模块内部的各个组成部分在逻辑上具有相似的处理动作，但功能、用途上都彼此无关的组合。
（ 3 ）时间组合。时间组合指的是一个模块内部的各个组成部分所包含的处理动作必须在同一时间内执行的组合。
（ 4 ）过程组合。一个模块内部的各个组成部分所要完成的动作被此间没什么关系，但必须以特定的次序执行的组合称为过程组合。
（ 5 ）通信组合。一个模块内部的各个组成部分所完成的动作都使用了同一输入数据或产生同一输出数据的组合为通讯组合。
（ 6 ）顺序组合。对于一个模块内部的各个组成部分，若前一部分处理动作的输出是后一部分处理动作的输入，则称之为顺序组合。
（ 7 ）功能块内组合。一个模块内部的各个组成部分全部为执行
同一功能而结合成为一个整体，这就是功能组合方式的模块。
七种块内组合形式的比较如下：
11 ．试述从数据流程图到模块结构图的转换策略。
答：系统设计阶段的 SD 方法与系统分析阶段的 SA 方法有密切的联系，两种方法通常衔接使用。分析阶段用 SA 获得系统说明书， SD 则以数据流图为基础设计程序的模块结构。可以用一些简单的规则从表达用户需求的数据流日中导出初始的模块结构图。
管理信息系统的数据流日有两种典型结构：变换型结构与事务型结构。这两种典型结构可分别通过 “ 以变换为中心的分析 ” 和 “ 以事务为中心的分析 ” 技术导出标准形式的模块结构图。
（ 1 ）以变换为中心的分析。这种方法的基本思想是以数据流图为基础，先找出变换中心，确定模块结构层的顶层模块，再按 “ 自须向下 ” 的原则逐步组化，形成一个满足数据流图所表达用户要求的模块结构。整个过程可分以下三步： ① 找出变换中心，确定出主加工； ② 设计模块结构图
的顶层和第一层； ③ 设计中、下层模块。
在设计每一个模块时，应注意给它们起一个适当的名字，以反映该模块的功能。
（ 2 ）以事务为中心的分析。一个系统中可能有若干个事务中心而事务中心的输出又可能有各种不同的形式，为识别进入系统的事务属于哪种类型，就必须在事务记录中有一个类型识别标识，以求每一类型的事务分别有专门的模块予以处理。
进行事务分析，有以下七步： ① 确定事务来源； ② 确定适当的以事务为中心的系统结构图； ③ 确定每一事务以及它所需的处理动作： ④ 合并有相同处理功能的模块； ⑤ 对每一类型的事务，分别建立专门的事务模块，独立进行处理； ③ 对一种事务所引起的每一处理动作，分别建立直接从属的下级模块。在使用模块分解原则分解时，注意允许有公共处理动作模块，加大它的扇入系数； ⑤ 必要时对动作模块进一步分解。
12 ．试述数据存储总体设计的原则与方法。
答：进行数据存储的总体结构设计时，应遵循的主要原则：
（ l ）数据结构的合理性。
（ 2 ）数据存储的安全性。
（ 3 ）维护和管理方便。
13 ．试述计算机方案选择的主要原则。
答：计算机系统方案的选择可从如下几个方面进行：
（ l ）选择依据。
（ 2 ）功能要求。
（ 3 ）市场考虑。
（ 4 ）系统配置。
（ 5 ）培训要求。
（ 6 ）评价。
14 ．试述系统设计说明书的作用、主要内容及编写要求。
答：系统设计说明书的作用：是从系统总体的角度出发，对系统建设中各主要技术方面的设计进行说明，是系统设计阶段的产物，其着重点在于阐述系统设计的指导思想以及所采用的技术路线和方法。编写系统设计说明书，将为后续的系统开发工作从技术和指导思想上提供必要的保证。
系统设计说明书的主要内容应包括：
（ 1 ）系统开发项目概述。
（ 2 ）模块设计说明。
（ 3 ）代码设计说明。
（ 4 ）输入设计说明。
（ 5 ）输出设计说明。
（ 6 ）数据库设计说明。
（ 7 ）网络环境说明。
（ 8 ）安全保密说明。
（ 9 ）系统设计实施方案说明。
对系统设计说明书的具体要求是：应全面、准确和清楚地阐明系统在实施过程中具体采取的手段、方法和技术标准，以及相应的环境要求。另外，系统建设的标准化问题也是系统说明书应阐明的一项具体内容。