系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

軒轅砍刀

1．系統(tǒng)
在存儲程序的控制下，計(jì)算機(jī)把數(shù)據(jù)處理成信息。對系統(tǒng)的定義略加思考，任何一個(gè)已知的計(jì)算機(jī)應(yīng)用至少包含三個(gè)部分，硬件、軟件和數(shù)據(jù)。僅僅編寫一個(gè)程序是不夠的，因?yàn)槌绦蛑皇窍到y(tǒng)中的一部分。
系統(tǒng)就是為實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)而共同工作的一組部件。例如，考慮一個(gè)工資系統(tǒng)，它的目標(biāo)是為雇員付工資，應(yīng)包含哪幾部分呢？每天雇員們把他們工作的時(shí)數(shù)記錄在計(jì)時(shí)卡片上，每周末把計(jì)時(shí)卡片收集起來，送給計(jì)算中心，在計(jì)算中心把計(jì)時(shí)卡片上的數(shù)據(jù)讀給工資程序。當(dāng)工資程序執(zhí)行時(shí)，程序存取數(shù)據(jù)文件。最后，打印出工資單，用來分發(fā)。為使系統(tǒng)工作，人、處理過程、輸入和輸出介質(zhì)、文件、硬件和軟件都必須認(rèn)真地協(xié)調(diào)。注意，程序只是系統(tǒng)中的一部分。

2．系統(tǒng)分析
因?yàn)槿藗冃枰�信息，所以要開發(fā)基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)。被稱為用戶的那些人常常知道需求什么信息，但是他們可能缺乏得到這些信息的計(jì)算機(jī)的專門知識。計(jì)算機(jī)技術(shù)方面的專業(yè)人員，例如程序設(shè)計(jì)員有這方面的專門知識，但是可能在用戶的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)缺少訓(xùn)練。麻煩的是，用戶和程序員似乎常常講不同的語言，導(dǎo)致了兩者之間的聯(lián)系障礙。系統(tǒng)分析員是一個(gè)專業(yè)人員，他能把用戶的需求轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)技術(shù)術(shù)語（圖9.1）因此他是用戶和技術(shù)專業(yè)人員之間的橋梁。
象工程師或建筑師一樣，系統(tǒng)分析員把他扎實(shí)的技術(shù)技能與知識、想象力和一點(diǎn)藝術(shù)結(jié)合起來去解決問題。通常，分析員遵循一個(gè)意義明確的有條理的過程，至少應(yīng)包括以下幾個(gè)步驟：
1. 問題的定義
2. 分析
3. 設(shè)計(jì)
4. 實(shí)現(xiàn)
5. 維護(hù)
在每一步驟的結(jié)尾，研究的結(jié)果都要形成文件，提供給用戶和程序設(shè)計(jì)員。基本的思想是要盡早地抓住和修正錯(cuò)誤以及一些未理解之處。也許通過一個(gè)例子來說明該過程是最好的方法。
設(shè)想一個(gè)小服裝店，成批地購買貨物，把貨物擺在貨架上，零售給顧客。一方面庫存太多會造成不必要的開銷；另一方面可供挑選的商品太少會使顧客推動(dòng)購買的信心。理想上，希望達(dá)到一個(gè)平衡，貨物即充足但又不太多。
麻煩的是，隨著顧客的購買庫存減少了，還有退貨以及追加訂貨等情況，所以貨物的清單經(jīng)常地發(fā)生變化。店主喜歡按貨物清單購銷，剛好在商店售完某種貨物之前，再訂購這種貨。對一項(xiàng)商品，該任務(wù)是容易完成的，只要計(jì)算一下手頭現(xiàn)存的貨物數(shù)量就行了。遺憾的是商店要經(jīng)管幾百種不同的貨物，始終跟蹤每一種貨物的銷售情況是不實(shí)際的，也許計(jì)算機(jī)可以幫這個(gè)忙吧？
2.1  問題定義
在系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)過程中的第一步，是問題的定義。分析員的目標(biāo)是確定用戶需求是什么（本例中就是店主需求什么）。注意，當(dāng)這個(gè)過程開始時(shí)，用戶擁有很重要的資料，分析員必須認(rèn)真地聽和學(xué)。用戶幾乎都不是計(jì)算機(jī)方面的專家，他們大多數(shù)人把計(jì)算機(jī)看成魔術(shù)盒，并不關(guān)心它是如何工作的。在該階段上，分析員不必考慮程序、文件或計(jì)算機(jī)硬件，但他們必須用自己的專業(yè)術(shù)語與用戶對話。
目的是確保用戶和分析員兩者都思考同一件事。因此，一份能表達(dá)分析員對問題理解程序的清晰的書面報(bào)告是必要的。用戶應(yīng)該反復(fù)地閱讀和修改這份書面報(bào)告。此時(shí)是在時(shí)間、金錢和精力被浪費(fèi)之前抓出錯(cuò)誤和疏漏的好時(shí)機(jī)。
通常，接著初步的問題定義，分析員要進(jìn)行可行性研究。該研究是整個(gè)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的一個(gè)簡略的方案，應(yīng)力圖回答以下三個(gè)問題。
1. 問題能解決嗎？
2. 在用戶的環(huán)境下問題能解決嗎？
3. 在一個(gè)合適的花費(fèi)上問題能解決嗎？
如果這些問題中的任何一個(gè)得到的是否定回答，那么該系統(tǒng)就不應(yīng)開發(fā)。有了好的問題定義和肯定的可行性研究。分析員就能著手計(jì)劃和研究問題的解了。
2.2  分析
當(dāng)分析開始時(shí)，分析員要理解問題，下一步要決定的是為了解決問題必須做什么。用戶清楚必須做什么。在分析階段得到了這方面知識，并正式地形成文件。大多數(shù)用戶是按著所要完成的功能和要處理的數(shù)據(jù)元素去思考的，目的是要區(qū)分并聯(lián)接這些關(guān)鍵的功能和數(shù)據(jù)元素，隨之產(chǎn)生邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
從系統(tǒng)的基本功能入手，關(guān)鍵是始終監(jiān)視貨單中每種商品的現(xiàn)存量。因?yàn)轭櫩唾徺I、換貨和退貨，所以貨單要改變，因此系統(tǒng)必須處理顧客辦理的手續(xù)。店主希望有選擇地查看供應(yīng)中任意一種短缺商品的清單，如果合理的話，定貨補(bǔ)充庫存，因此系統(tǒng)必須能和經(jīng)營管理部門對話。最后，經(jīng)過經(jīng)營管理部門的核準(zhǔn)，系統(tǒng)應(yīng)該產(chǎn)生一個(gè)重新訂貨單，準(zhǔn)備發(fā)送給供應(yīng)商。
已知了系統(tǒng)的基本功能，分析員的下一個(gè)任務(wù)是分析理解這些功能之間的數(shù)據(jù)如何流動(dòng)。顧名思義，為了用圖解方法描述這些數(shù)據(jù)流，那么數(shù)據(jù)流程圖就是特別有用的。圖9.2中用到四種符號：數(shù)據(jù)的源和目的地用方框表示，輸入的數(shù)據(jù)從源進(jìn)入系統(tǒng)，而輸出的數(shù)據(jù)流到目的地。數(shù)據(jù)一進(jìn)入系統(tǒng)，就被若干進(jìn)程加工或改變，用圓角的矩形表示這些過程。進(jìn)程可以是程序、過程以及能夠改變或傳送數(shù)據(jù)的任何事件。為了后續(xù)處理，數(shù)據(jù)被保留在數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，這可用末端開口的矩形符號表示。數(shù)據(jù)存儲可以是磁盤文件、磁帶文件、數(shù)據(jù)庫、一些筆記或者甚至是人的記憶。最后，數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)目的地、處理過程和數(shù)據(jù)存儲之間的數(shù)據(jù)流向用箭頭表示。
圖9.3展示了貨單管理系統(tǒng)的初步的數(shù)據(jù)流程圖。從CUSTOMER（顧客）開始，由此事務(wù)進(jìn)入系統(tǒng)，在這所辦理的手續(xù)由PROCESS TRANSATION（事務(wù)處理程序）處理。STOCK保存貨單中每項(xiàng)商品的數(shù)據(jù)。為了對新的事務(wù)處理起作用，事務(wù)處理程序要改變數(shù)據(jù)。同時(shí)，MANAGEMENT（經(jīng)營部門）可通過COMMUNICATE（通信）存取系統(tǒng)，檢查STOCK中的數(shù)據(jù)，如果需要的話，請求重新訂貨。訂貨單一經(jīng)核準(zhǔn)，GENERATE
REORDER（產(chǎn)生訂貨單程序）就向SUPPLIER（供應(yīng)商）發(fā)出需要的數(shù)據(jù)，供應(yīng)商就把貨運(yùn)送到商店。注意，因?yàn)橛嗀洷憩F(xiàn)為某種待定的商品或某些商品在清單中的變化，所以把訂貨作為事務(wù)處理。
數(shù)據(jù)流程圖描述了邏輯系統(tǒng)。下一步該追朔該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向了。從數(shù)據(jù)的目的地SUPPLIER開始。例如，重訂貨單送給了供貨商們，商店可能想要25條工作褲，為了填寫訂貨單，供應(yīng)商需要商品的說明和再訂貨的數(shù)量，那么，這些數(shù)據(jù)從什么地方來呢？由于數(shù)據(jù)是Generate
reorder輸出的，所以既要有數(shù)據(jù)輸入給它，還要有數(shù)據(jù)經(jīng)過它的處理而產(chǎn)生。數(shù)據(jù)從STOCK流入Generate reorder，因此商品說明和訂貨數(shù)量必定存放在STOCK中。
另外一些數(shù)據(jù)，例如購買的貨物品種和數(shù)量由CUSTOMER產(chǎn)生。還有一些數(shù)據(jù)，例如銷售價(jià)格和訂貨點(diǎn)由MANAGEMENT產(chǎn)生，或者由它提出要求。例如，某種已知貨物的現(xiàn)貨量就是由某個(gè)處理過程中的某種算法產(chǎn)生出來的。分析員逐步地、有條理地區(qū)分了系統(tǒng)要求輸入、存儲、產(chǎn)生或輸出的應(yīng)該分別是哪些數(shù)據(jù)元素。
為了記錄數(shù)據(jù)元素，分析員必須把每個(gè)數(shù)據(jù)列在數(shù)據(jù)字典內(nèi)。簡單的數(shù)據(jù)字典可建立在索引卡片上，但計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)字典已經(jīng)變得日益流行了。數(shù)據(jù)字典是描述和定義數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)據(jù)集合，不僅在各個(gè)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過程中有用，而且在實(shí)現(xiàn)階段經(jīng)常被用來建立數(shù)據(jù)庫。
分析階段的目標(biāo)是定義系統(tǒng)的主要功能和有條理地確定數(shù)據(jù)元素。記住，它的目標(biāo)是把用戶的需求轉(zhuǎn)換成技術(shù)術(shù)語。因?yàn)橄到y(tǒng)是由用戶提出的，所以首先要確定用戶的需求。用戶只是從功能和數(shù)據(jù)出發(fā)考慮系統(tǒng)，他們并不具體設(shè)計(jì)程序、文件和硬件，并且在這個(gè)初始的帶有決定性的分析階段，分析員必須象用戶而不象程序設(shè)計(jì)員一樣去思考問題。這是該階段的基本要求。數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)字典是有用的工具。這些工具為記錄用戶系統(tǒng)的關(guān)鍵信息提供了一種格式。還有，這些工具可幫助喚醒分析員的記憶。例如，如果分析員沒有足夠的信息數(shù)據(jù)字典的條目完整化，那么分析員就可能丟失一些內(nèi)容。也許，數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)字典為分析員理解系統(tǒng)的需求提供了最重要的文件，通過查閱這些文件，用戶能改正誤解或疏忽大意。最終，這些有用的工具對下一步——設(shè)計(jì)階段，奠定了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
2.3  設(shè)計(jì)
當(dāng)進(jìn)入設(shè)計(jì)階段的時(shí)候，已知道必須做什么事。因此可以開始考慮系統(tǒng)如何完成這些事。目標(biāo)是研究出解決問題的策略。在該階段上，對寫代碼或確定精確的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不感興趣，而是希望從整體上確定整個(gè)系統(tǒng)所需要的程序、文件、過程和其它一些部分。
數(shù)據(jù)流程圖確定了系統(tǒng)的必須具有的功能，如何才能實(shí)現(xiàn)這些功能呢？一種可能性是為每個(gè)處理過程寫一個(gè)程序；另一種可能性是把兩個(gè)或更多的處理過程合并在一個(gè)程序里，因而有幾十種可能的方案。讓我們集中營在在一種選擇上并為它提供一些詳細(xì)的資料。
系統(tǒng)流程表示程序、過程、硬設(shè)備及物理系統(tǒng)中的其它部件（圖9.4）。流程圖（圖9.5）表明，通過終端進(jìn)入系統(tǒng)的事務(wù)數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)采集程序處理，然后存放在貨單文件上。最后，貨物清單文件由一個(gè)Report
and reorder（報(bào)告和訂貨）程序處理。經(jīng)營部門用該程序處理數(shù)據(jù)和核對訂貨單。
請看系統(tǒng)流程圖，它指明了若干硬部件，其中包括一臺計(jì)算機(jī)、一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)數(shù)據(jù)輸入終端、一臺打印機(jī)和一個(gè)顯示終端等；還需要兩個(gè)程序，事務(wù)處理程序和報(bào)告與再定貨程序；除了硬件和程序以外，我們還需要貨單文件以及I/O設(shè)備與軟件之間數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。注意，本系統(tǒng)的流程圖只說明一種可能的方案。一個(gè)好的系統(tǒng)分析員在他選定一個(gè)方案之前要研究出若干個(gè)可行的方案，以備替換。
流程圖擬訂了系統(tǒng)，突出了系統(tǒng)的主要物理部件。因?yàn)閿?shù)據(jù)鏈接了部件，所以接下來的工作就是確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以貨物清單文件為例，它包含來自STOCK的所有數(shù)據(jù)元素，這些數(shù)據(jù)元素被列在數(shù)據(jù)字典中。利用這些數(shù)據(jù)元素能安排文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
如何組織文件呢？這取決于如何訪問它。例如，在某些應(yīng)用中數(shù)據(jù)是在有規(guī)律的預(yù)定時(shí)間內(nèi)被處理，一般的是整段時(shí)間地收集數(shù)據(jù)，成批地一起處理。如果可采用批處理的話，那么一個(gè)順序文件結(jié)構(gòu)可能是最好的了。
然而，不可能總是等到一批事務(wù)都被收集好以后再去處理。例如，設(shè)想一個(gè)防空預(yù)警系統(tǒng)，如果一個(gè)不明的飛行被標(biāo)明了位置，就必須立即分辨它。因?yàn)榉揽粘绦蛳挛缥鍟r(shí)才運(yùn)行，要等到那時(shí)才處理的思想是荒謬的。該種情況要求快速響應(yīng)，每個(gè)事務(wù)必須在它發(fā)生時(shí)得到處理。一般來說，這些事務(wù)處理系統(tǒng)要求直接存取文件。
我們的貨單系統(tǒng)有二個(gè)程序，一個(gè)事務(wù)處理，直接存取貨單文件似乎是個(gè)合適的方案；另一個(gè)為經(jīng)營部門偶爾分析貨物清單數(shù)據(jù)用，當(dāng)然批處理就能完成了。貨物清單文件應(yīng)按順序組織還是直接組織呢？面對著這種選擇，一個(gè)好的系統(tǒng)分析員應(yīng)考慮兩種方案。一種可能的系統(tǒng)是當(dāng)事務(wù)一發(fā)生就接收并處理該事務(wù)；另一種可供選擇的方案是可整天的收集銷售單，商店關(guān)門以后，成批地處理。在第一個(gè)系統(tǒng)中，這兩個(gè)程序應(yīng)處理直接存取文件；在第二個(gè)系統(tǒng)中，這兩個(gè)程序應(yīng)鏈接到順序文件上。處理可直接訪問的數(shù)據(jù)的程序和處理可按順序一個(gè)接一個(gè)訪問的數(shù)據(jù)的程序是不同的。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)了系統(tǒng)，所以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇決定了程序的結(jié)構(gòu)。注意，程序在系統(tǒng)的意義上被定義和規(guī)劃。
2.4  實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的主要部分一分析清楚了，就能開始開發(fā)這幾部分。本系統(tǒng)包括兩個(gè)程序、若干臺設(shè)備和大量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在實(shí)現(xiàn)階段，每個(gè)程序都用在第七章中所描述的技術(shù)來編排和書寫；要建立文件并檢查文件的內(nèi)容；購買、安裝和測試新的硬件；另外還要寫出操作步驟，并對系統(tǒng)作出評價(jià)。所有的部分都準(zhǔn)備好的，就調(diào)試系統(tǒng)。若用戶滿意了，系統(tǒng)就交付使用。
2.5  維護(hù)
系統(tǒng)交付以后，維護(hù)就開始了。當(dāng)人們使用系統(tǒng)時(shí)，他們將提出一些小的改善和提高。有時(shí)在調(diào)試和檢測階段一些缺陷被忽略了，那么排除這些缺陷就是另一個(gè)維護(hù)任務(wù)了。最后還有，條件改變了，必須修改程序，例如，政府通過了一個(gè)法律，修改了征收所得稅的方法，則工資程序就必須修改。維護(hù)延續(xù)在系統(tǒng)的整修生命期內(nèi)。維護(hù)的費(fèi)用和初期的研制費(fèi)用差不多，甚至更高。良好的計(jì)劃、實(shí)用的文件資料和合適的程序結(jié)構(gòu)都有助于減少維護(hù)費(fèi)用。

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