Bài giảng Bộ môn Công nghệ phần mềm - Bài 4: Thiết kế hệ thống phần mềm

Bài 4: Thiết kế hệ thống phần mềm. Bài giảng bao gồm các nội dung về: Khái niệm, một số hoạt động chính trong giai đoạn thiết kế, vai trò của thiết kế, quy trình thiết kế, sự ghép nối (Coupling)... Mời các bạn cùng tham khảo.

THI T K  H  TH NG PH N M M Ế Ế Ệ Ố Ầ Ề

BM CNPM – Khoa CNTT – 

HVKTQS 10/2012

Khái ni m ệ

 Ho t đ ng thi t k  s  đạ ộ ế ế ẽ ược th c hi n sau khi ự ệtài li u yêu c u đệ ầ ược xác đ nhị

 Là quá trình chuy n hóa các đ c t  yêu c u ể ặ ả ầ

ph n m m thành m t bi u di n thi t k  c a ầ ề ộ ể ễ ế ế ủ

h   th ng  PM  c n  xây  d ng,  sao  cho  ngệ ố ầ ự ười 

l p trình có th  ánh x  nó thành m t chậ ể ạ ộ ương trình

 M c đích: T o ra b n thi t k  ụ ạ ả ế ế đúng

M t s  ho t đ ng chính trong  ộ ố ạ ộ

giai đo n thi t k ạ ế ế

 Nghiên c u đ  hi u v n đứ ể ể ấ ề

 Ch n m t s  gi i pháp thi t k  và xác ọ ộ ố ả ế ế

đ nh các đ c đi m thô c a nóị ặ ể ủ

 Mô t  tr u tả ừ ượng cho m i gi i pháp thi t ỗ ả ế

k , các sai sót c n phát hi n và ch nh s a ế ầ ệ ỉ ử

trước khi l p tài li u TK chính th cậ ệ ứ

Vai trò c a Thi t k ủ ế ế

 Là cách duy nh t đ  chuy n hóa m t cách chính xác  ấ ể ể ộ các yêu c u c a khách hàng thành mô hình thi t k   ầ ủ ế ế

h   th ng  ph n  m m  cu i  cùng  làm  c   s   cho  vi c  ệ ố ầ ề ố ơ ở ệ tri n khai ch ể ươ ng trình PM

 Là  công  c   giao  ti p  gi a  các  nhóm  cùng  tham  gia  ụ ế ữ phát  tri m  ph n  m m,  qu n  lý  r i  ro,  đ t  đ ể ầ ề ả ủ ạ ượ c  PM 

Các khái ni m trong thi t k ệ ế ế

 Tr u  t ừ ượ ng  hóa  (abstraction):  chia  ra  3  m c  cao  ứ

nh t,  m c  v a,  m c  th p,  có  các  d ng  tr u  t ấ ứ ừ ứ ấ ạ ừ ượ ng 

nh   tr u  t ư ừ ượ ng  th   t c,  tr u  t ủ ụ ừ ượ ng  d   li u,  tr u  ữ ệ ừ

t ượ ng đi u khi n ề ể

 Phân rã (Decomposition): Chia nh  đ i t ỏ ố ượ ng

 Làm  m n  (refinement):  Chi n  l ị ế ượ c  thi t  k   t   trên  ế ế ừ

xu ng ố

 Modul: Chia thành các ph n riêng có tên và đ a ch ầ ị ỉ

 Th  t c ph n m m (software procedure) ủ ụ ầ ề

 Che d u thông tin (information hidding) ấ

Các giai đo n c n tr i qua ạ ầ ả

 Thi t k  ki n trúc: Xác đ nh các h  con t o nên h   ế ế ế ị ệ ạ ệ

th ng t ng th  và m i quan h  gi a chúng ố ổ ể ố ệ ữ

 Đ c t  tr u t ặ ả ừ ượ ng: Mô t  tr u t ả ừ ượ ng các d ch v  c a  ị ụ ủ

h  con ệ

 Thi t k  giao di n thành ph n ế ế ệ ầ

 Thi t k  h  th ng giao di n ng ế ế ệ ố ệ ườ i dùng

 Thi t k  các thành ph n ế ế ầ

 Thi t k  c u trúc d  li u ế ế ấ ữ ệ

 Thi t k  th  t c (thu t toán): Stepwise refinement ế ế ủ ụ ậ

Quy trình thi t k ế ế

Các hình th c bi u di n  ứ ể ễ

gi a  các  TP  c a  h   th ng,  v a  là  mô  hình ữ ủ ệ ố ừ

mô t  th  gi i th cả ế ớ ự

ki m tra và c u trúc các c  c u thi t k  d a ể ấ ơ ấ ế ế ựtrên các c u trúc c a m t ngôn ng  l p trìnhấ ủ ộ ữ ậ

các thông tin không th  hình th c hóa để ứ ược 

nh   thông  tin  phi  ch c  năng  bên  c nh  cách ư ứ ạ

mô t  khácả

Cách ti p c n chung c a  ế ậ ủ

các p/pháp t/kế

 Cách nhìn c u trúc – thông qua lấ ược đ  c u ồ ấtrúc

 Cách nhìn quan h  th c th  ­ mô t  c u trúc ệ ự ể ả ấ

d  li u logic đữ ệ ược dùng

 Cách nhìn lu ng d  li u – th  hi n quá trình ồ ữ ệ ể ệ

v n đ ng c a d  li u ậ ộ ủ ữ ệ

 Cách nhìn v n đ ng – Lậ ộ ược đ  chuy n sang ồ ể

tr ng thái đ  b  sung cho các phạ ể ổ ương pháp trên

 S  ghép n i: ch  ra m c đ  đ c l p gi a các đ n v   ự ố ỉ ứ ộ ộ ậ ữ ơ ị thành ph n c a m t ch ầ ủ ộ ươ ng trình. Có 5 lo i k t n i  ạ ế ố

đ ượ c  x p  theo  th   t   t   t t  đ n  x u:  Ghép  n i  d   ế ứ ự ừ ố ế ấ ố ữ

li u,  ghép  n i  nhãn,  ghép  n i  đi u  khi n,  ghép  n i  ệ ố ố ề ể ố chung, ghép n i n i dung ố ộ

 S   k t  dính  c a  các  thành  ph n,  đ ự ế ủ ầ ượ c  chia  ra  các 

m c  theo  th   t   tăng  d n:  k t  dính  gom  góp,  k t  ứ ứ ự ầ ế ế dính  h i  h p  logic,  theo  th i  đi m,  th   t c,  truy n  ộ ợ ờ ể ủ ụ ề thông, tu n t , ch c năng, đ i t ầ ự ứ ố ượ ng

 Tính hi u đ ể ượ c ­ liên quan đ n các đ c tr ng: Tính  ế ặ ư

k t dính, đ t tên, so n t  li u, đ  ph c t p ế ặ ạ ư ệ ộ ứ ạ

 Tính  thích  nghi  đ ượ c  cho  quá  trình  b o  trì  –  đ ả ượ c  ghép n i l ng l o ố ỏ ẻ

S  ghép n i (Coupling) ự ố

 Thông th ườ ng chúng ta nói đ n các h   ế ệ

th ng đ ố ượ c module hóa

 S   ghép  n i  chính  là  m t  trong  nh ng  ự ố ộ ữ tiêu chí đánh giá module hóa

 Th   hi n  m c  đ   liên  k t  gi a  các  ể ệ ứ ộ ế ữ module

Các tiêu chính đánh giá s  k t n i ự ế ố

Ki u ghép n i trong các h   ể ố ệ

 Ghép  n i  t ố ươ ng  tác:  Ph ươ ng  th c  c a  ứ ủ

l p này kích ho t ph ớ ạ ươ ng th c c a l p  ứ ủ ớ khác

 Logic: T n t i các m i quan h  logic gi a các thành ph n ồ ạ ố ệ ữ ầ

 Theo th i gian: m i quan h  logic trong th i gian ch y ờ ố ệ ờ ạ

 Các th c th  ph n m m nên đ ự ể ầ ề ượ c thi t  ế

k   m   đáp  ng  nhu  c u  m   r ng  đ   ế ở ứ ầ ở ộ ể đáp  ng nhu c u, nh ng tránh thay đ i  ứ ầ ư ổ (vào code đang có)

Đánh giá thi t k  t t ế ế ố

 Thi t  k   ph n  m m  đế ế ầ ề ược  g i  là  t t  n u  nó ọ ố ế

s n  sinh  ra  m t  chả ộ ương  trình  t i  u.  Càng ố ư

Các gi i pháp cho m t thi t  ả ộ ế

Nh ng nguyên lý thi t k ữ ế ế

 C n tính đ n m i cách ti p c n khác nhau thay vì 1 cách ầ ế ọ ế ậ

 Có th  l n v t tr  l i mô hình hay b ể ầ ế ở ạ ướ c tr ướ c đó

 Không nên gi i quy t v n đ  đã đ ả ế ấ ề ượ c gi i quy t mà nên s   ả ế ử

d ng l i ụ ạ

 Ph i rút ng n kho ng cách ph n m m và v n đ  t n t i h   ả ắ ả ầ ề ấ ề ồ ạ ệ

th c ự

 Th  hi n đ ể ệ ượ c tính nh t quán và tích h p ấ ợ

 C n đ ầ ượ c c u trúc đ  d  thay đ i ấ ể ễ ổ

 Thi t k  không ph i là mã hóa và ng ế ế ả ượ ạ c l i

 C n đ ầ ượ c theo dõi ngay t  đ u đ  tránh l i ừ ầ ể ỗ

 C n đ ầ ượ c đánh giá và rà soát ch t l ấ ượ ng

M u thi t k ẫ ế ế

 Trong công ngh  ph n m m, m t  ệ ầ ề ộ m u thi t k ẫ ế ế là m t gi i pháp t ng th  cho  ộ ả ổ ể các  v n  đ   chung  trong thi t  k   ph n  m m.  M t  m u  thi t  k   không  ph i  là  ấ ề ế ế ầ ề ộ ẫ ế ế ả

m t thi t k  hoàn thi n đ  mà có th  đ ộ ế ế ệ ể ể ượ c chuy n đ i tr c ti p thành mã; nó  ể ổ ự ế

ch  là m t mô t  hay là s ỉ ộ ả ườ n (template) mô t  cách gi i quy t m t v n đ  mà ả ả ế ộ ấ ề

có th  đ ể ượ c dùng trong nhi u tình hu ng khác nhau. Các m u thi t k  h ề ố ẫ ế ế ướ ng 

đ i  t ố ượ ng th ườ ng  cho  th y m i  quan  h  và s   t ấ ố ệ ự ươ ng  tác gi a  các l p hay  ữ ớ các đ i t ố ượ ng, mà không c n ch  rõ các l p hay đ i t ầ ỉ ớ ố ượ ng c a t ng  ng d ng  ủ ừ ứ ụ

c  th  Các gi i thu t không đ ụ ể ả ậ ượ c xem là các m u thi t k , vì chúng gi i quy t  ẫ ế ế ả ế các v n đ  v  tính toán h n là các v n đ  v  thi t k ấ ề ề ơ ấ ề ề ế ế

 Các m u thi t k  có th  giúp tăng t c quá trình phát tri n ph n m m b ng cách  ẫ ế ế ể ố ể ầ ề ằ cung  c p  các m u  hình ( ấ ẫ paradigms)  phát  tri n  đã  đ c  ch ng  th c  và  ki m ể ượ ứ ự ể

ch ng. Đ  thi t k  ph n m m hi u qu  đòi h i ph i xem xét các y u t  mà ch   ứ ể ế ế ầ ề ệ ả ỏ ả ế ố ỉ

tr   nên  rõ  ràng  sau  khi  hi n  th c.  Xác  đ nh  đ ở ệ ự ị ượ c  chúng,  thông  qua  các  m u  ẫ thi t k , chúng ta s  thoát kh i chúng vì chúng có th  d n đ n nh ng r c r i  ế ế ẽ ỏ ể ẫ ế ữ ắ ố

l n và c i ti n kh  năng d  đ c c a mã cho ng ớ ả ế ả ễ ọ ủ ườ i vi t mã và các nhà ki n trúc  ế ế

s  c m th y quen thu c v i các m u ẽ ả ấ ộ ớ ẫ

Phân lo i m u thi t k ạ ẫ ế ế

 Các m u thi t k  có th  đ ẫ ế ế ể ượ c phân lo i d a vào nhi u tiêu chí,  ạ ự ề chung nh t là d a vào v n đ  c  b n mà chúng gi i quy t.  ấ ự ấ ề ơ ả ả ế

Theo tiêu chu n này, các m u thi t k  có th  đ ẩ ẫ ế ế ể ượ c phân lo i  ạ thành nhi u l p, m t s  trong chúng là: ề ớ ộ ố

Ph ươ ng pháp thi t k  ph n m m ế ế ầ ề

 Ph ươ ng pháp h ướ ng c u trúc ấ

 Ph ươ ng pháp h ướ ng đ i t ố ượ ng

 Ph ươ ng  pháp  thi t  k   theo  th i  gian  ế ế ờ

th c ự

Ph ươ ng pháp h ướ ng c u trúc  ấ

 H   th ng  đ ệ ố ượ c  phân  chia  thành  các 

ch c năng, b t đ u   m c cao nh t, và  ứ ắ ầ ở ứ ấ

Thi t k  d  li u ế ế ữ ệ

 Thi t k  d  li u ế ế ữ ệ

 ­G m 2 b ồ ướ c: Thi t k  DL logic và TK CSDL v t lý ế ế ậ

 ­Thi t k  DL logic: Đ u vào c a b ế ế ầ ủ ướ c này là mô hình th c th  quan h , đ ự ể ệ ượ c mô t ả

 ­Thi t k  CSDL v t lý: Th c hi n trên CS mô hình quan h  nh n đ ế ế ậ ự ệ ệ ậ ượ c, l a ch n h  qu n  ự ọ ệ ả

tr  CSDl ti n hành phi chu n hóa, thi t k  t p ị ế ẩ ế ế ệ

 Thi t k  x  lý ế ế ử

 ­ G m 2 b ồ ướ c: TK x  lý logic & TK ki n trúc modul ử ế

 ­ Thi t k  x  lý logic:  Xu t phát t  lu ng DL v t lý , b  đi các y/t  v t lý và c u trúc l i đ   ế ế ử ấ ừ ồ ậ ỏ ố ậ ấ ạ ể

mô hình v n đ m b o th c hi n đúng các ch c năng ẫ ả ả ự ệ ứ

 ­ Thi t k  ki n trúc modul: Tr ế ế ế ướ c h t c n xác đ nh lu ng h  th ng t  bi u đ  lu ng DL  ế ầ ị ồ ệ ố ừ ể ồ ồ

b ng cách ch n các ti n trình máy th c hi n và ph ằ ọ ế ự ệ ươ ng th c th c hi n ứ ự ệ

 Ư u và nh ượ c đi m ể

 ­ Đã có th i gian phát tri n lâu dài nên các ph ờ ể ươ ng pháp và các công c  cũng đã hoàn  ụ thi n  ệ

 ­ Có các h  q/tr  CSDL m nh: SQLServer, Oracle tr  giúp vi c l u tr  và t  đ ng hóa cao ệ ị ạ ợ ệ ư ữ ự ộ

 ­ Thích h p v i các bài toán x  lý trên các DL có th  mô t    d ng b ng ợ ớ ử ể ả ở ạ ả

 ­ Tuy nhiên h n ch  v i các bài toán DL đa d ng và đòi h i nhi u đ i t ạ ế ớ ạ ỏ ề ố ượ ng t ươ ng tác v i  ớ nhau

 ­ N u HT s  d ng CSDL dùng chung nên khó SD l i và sai sót   m t s  b  ph n thì  nh  ế ử ụ ạ ở ộ ố ộ ậ ả

h ưở ng đ n toàn h  th ng ế ệ ố

Các b ướ c trong thi t k   ế ế

h ướ ng c u trúc ấ

 Phát bi u l i bài toán nh  m t DFD ể ạ ư ộ

 Ch  ra các thành ph n d  li u vào/ra ỉ ầ ữ ệ

 Phân chia m c cao ứ

 Phân chia   m c chi ti t ở ứ ế

=> L ượ c đ  c u trúc (structural charts) ộ ấ

 Ư u đi m: ể

­ Quen thu c ộ

­ Xây d ng h  th ng thông qua bi u đ  lu n d  li u, mô t  vi c  ự ệ ố ể ồ ồ ữ ệ ả ệ

bi n đ i d  li u m t cách logic. Đây là k t qu  h p nh t c a  ế ổ ữ ệ ộ ế ả ợ ấ ủ nhi u  ph ề ươ ng  pháp  di n  t   d   li u  vào  ra  qua  m t  dãy  bi n  ễ ả ữ ệ ộ ế

đ i.  Ngoài  ra  ng ổ ườ i  ta  còn  ph i  xây  d ng  các  b ng  bi u  d   ả ự ả ể ữ

li u,  các  m i  liên  k t  cũng  nh   l ệ ỗ ế ư ượ c  đ   c u  trúc  đ   th   hi n  ồ ấ ể ể ệ

c u trúc c a h  th ng ấ ủ ệ ố

 Nh ượ c đi m: ể

­  Do  chung  nhau  tr ng  thái  h   th ng  nên  vi c  thay  đ i  m t  ạ ệ ố ệ ổ ộ

ch c năng nào đó thì s   nh h ứ ẽ ả ưở ng đ n các ch c năng khác ế ứ

=>  Ph ươ ng  pháp  này  ch   đ ỉ ượ c  s   d ng  t t  khi  các  bi n  dùng  ử ụ ố ế chung, các tr ng thái chung ít và ph i đ ạ ả ượ c xác đ nh m t cách  ị ộ

rõ ràng.

Ví d : Ch ụ ươ ng trình đ m s   ế ố từ

Ph ươ ng pháp h ướ ng đ i t ố ượ ng

Th a k ừ ế

Khái ni m v  Thi t k   ệ ề ế ế

 Là m t ph n c a c a chi n l ộ ầ ủ ủ ế ượ c phát tri n đ nh h ể ị ướ ng đ i  ố

+ V i m i gói thi t k  ca s  d ng t ớ ỗ ế ế ử ụ ươ ng  ng ứ

+ Xây d ng bi u đ  t ự ể ồ ươ ng tác

+ Thi t k  chi ti t các l p ế ế ế ớ

+ Phân tích và hoàn thi n bi u đ  l p d a trên m u thi t k ệ ể ồ ớ ự ẫ ế ế

u và nh c đi m

 D  b o trì, m i thay đ i c a đ i tễ ả ọ ổ ủ ố ượng không làm  nh hả ưởng đ n các đ i tế ố ượng khác

 Các đ i tố ượng có th  s  d ng l i để ử ụ ạ ược

 Có th  ph n ánh để ả ược th  gi i th c m t cách ế ớ ự ộ

c  thụ ể

 Tuy nhiên có nhược đi m nh : khó th c hi n ể ư ự ệ

vì khó xác đ nh đ i tị ố ượng c a h  th ng. ủ ệ ố

Thường cách nhìn t  nhiên là nhìn ch c năng ự ứ

 UML là ngôn ng  mô hình hóa th ng nh t, là ữ ố ấngôn  ng   chu n  cho  phát  tri n  ph n  m m ữ ẩ ể ầ ề

hướng đ i tố ượng

 L p  (class)  đ   đ c  t   các  đ i  tớ ể ặ ả ố ượng  được 

bi u  diên  b ng  hình  vuông  có  tên  và  các ể ằthu c tính cũng nh  phộ ư ương th cứ

 Các  l p  có  m i  quan  h   v i  nhau:  quan  h  ớ ố ệ ớ ệ

ph c  thu c,  quan  h   k   th a,  quan  h   k t ụ ộ ệ ế ừ ệ ế

h p (gi a toàn th  và b  ph n), quan h  k t ợ ữ ể ộ ậ ệ ế

t p (đ i tậ ố ượng và thành ph n c u thành c a ầ ấ ủnó)

Ví dụ

attributes operations

L p/đ i t ớ ố ượ ng

Member

memberNumber firstName

lastName telephone address city etc

checkOutVideo checkInVideo buyItem

  Top: Class Name   Middle: attributes   Bottom: operations

Class

Person

A generalization connects a subclass

to its superclass. It denotes an  inheritance of attributes and behavior from the superclass to the subclass and indicates a specialization in the subclass

of the more general superclass.

Student

Role

attributes operations

Staff

attributes operations

Visitor

attributes operations

attributes operations

Poor Generalization Example (violates the “is a” or “is a kind of” heuristic)

Head

attributes operations

• roles have multiplicity (e.g., cardinality, constraints)

• To restrict navigation to one direction only, an arrowhead is  used to indicate the navigation direction

No inheritance as in generalizations

 Multiplicity: refers to how many objects of one  class can relate to each object of another 

Association Relationships  (Cont’d)

Instructor Student

1 *

Association Relationships  (Cont’d)

The example indicates that every Instructor has one or more Students:

Instructor Student

1 *

Association Relationships  (Cont’d)

We can also name the association.

Team

Association Relationships  (Cont’d)

We can specify dual associations.

Team Student

member of 1 *

president of

1 *

Association Relationships  (Cont’d)

Association Relationships  (Cont’d)

Associations can also be objects themselves, called link classes or an 

association classes.

Warranty Product

Registration

modelNumber serialNumber warrentyCode

Association Relationships  (Cont’d)

We can model objects that contain other objects by way of special 

associations called aggregations and compositions.

An aggregation specifies a whole­part relationship between an aggregate (a 

whole) and a constituent part, where the part can exist independently from  the aggregate. Aggregations are denoted by a hollow­diamond adornment 

on the association.

Car

Engine Transmission

1 1 1

1 1

1   *

Các l ượ c đ  UML ồ

 L ượ c đ  l p ồ ớ

 L ượ c đ  tu n t ồ ầ ự

L ượ c đ  l p ồ ớ

L ượ c đ  tu n t ồ ầ ự

 V i m i kích thích t ớ ỗ ươ ng  ng xác đ nh các ràng bu c ứ ị ộ

 Phân tích các kích thích và quá trình x  lý đáp  ng thành 1 ti n trình song song ư ứ ế

 V i m i c p kích thích/đáp  ng thi t k  các thu t toán t ớ ỗ ặ ứ ế ế ậ ươ ng  ng ứ

 Thi t k  h  th ng l p l ch đ m b o các quá trình đ ế ế ệ ố ậ ị ả ả ượ c b t đ u   đúng th i đi m  ắ ầ ở ờ ể thích h p ợ

 Tích h p h  th ng d ợ ệ ố ướ ự ề i s  đi u khi n c a m t b  đi u ph i th i gian th c ể ủ ộ ộ ề ố ờ ự

B  đi u ph i không gian th c ộ ề ố ự

 Ch u trách nhi m qu n lý quá trình và đ nh v  tài  ị ệ ả ị ị

nguyên trong h  th i gian th c ệ ờ ự

 T ươ ng t  h  đi u hành trong máy tính v i m c đích  ự ệ ề ớ ụ khái quát hóa

 V i các h/th ng c n cung c p d ch v  liên t c thì  ớ ố ầ ấ ị ụ ụ

c n thêm b  qu n lý c u hình và b  qu n lý l i ầ ộ ả ấ ộ ả ỗ

 Các kích thích tùy theo m c đ  quan tr ng mà có  ứ ộ ọ

m c  u tiên khác nhau, g m 2 m c ứ ư ồ ứ

 M c ng t: Là m c  u tiên cao nh t ứ ắ ứ ư ấ

 M c đ ng h : M c sau ứ ồ ồ ứ

 H  giám sát s  có ho t đ ng tệ ẽ ạ ộ ương  ng khi ứ

có c m bi n ngo i lả ế ạ ệ

 Thi t kê này d a trên s  phân tích c  th  ế ự ự ụ ể

Th ướ c đo (metrics) thi t k ế ế

 Kích thước: s  lố ượng modules

 Đ  ph c t pộ ứ ạ

 M i m t module s  có m t đ  ph c t p ỗ ộ ẽ ộ ộ ứ ạ

Dc = kichthuoc*(s  t  h p đ u vào và đ u ra)^2 ố ổ ợ ầ ầ

 Trong các h  OO, đ  ph c t p c a l p đệ ộ ứ ạ ủ ớ ược tính b ng t ng các đ  ph c t p c a các ằ ổ ộ ứ ạ ủ

phương th cứ

 Đ  sâu c a cây th a k  trong OOộ ủ ừ ế

Tài li u đ c t  thi t k   ệ ặ ả ế ế

 IEEE 1016­1998, also known as the Recommended Practice for Software  Design Descriptions, is an IEEE standard that specifies an organizational 

structure for asoftware design description (SDD). An SDD is a document used 

to specify system architecture and application design in a software related 

project.