软件设计与体系结构1

软件设计与体系结构软件设计和体系结构是构建一个可靠和高效的软件系统的关键步骤。

它涉及到软件的整体结构、组织、模块化和交互等方面的决策和设计。

在本文中，我们将探讨软件设计和体系结构的重要性，以及一些常见的设计原则和模式。

软件设计是指在软件开发过程中，对软件系统的结构、模块、组件和接口等进行规划和设计的过程。

它通常涉及到需求分析、系统设计、详细设计等阶段。

软件设计的目标是确保系统的可靠性、可扩展性、安全性和性能等，同时满足用户需求。

软件体系结构是指软件系统的整体结构和组织方式。

它包括系统的各个模块、组件、接口、数据流和交互等方面的设计。

软件体系结构通常由一组设计原则和模式来指导，以确保系统的可维护性、可扩展性和灵活性。

软件设计和体系结构的重要性不言而喻。

一个好的设计和体系结构可以提高软件的质量和可靠性，减少错误和维护成本。

它可以帮助开发团队更好地组织和管理软件项目，确保项目按时交付并满足用户需求。

同时，良好的设计和体系结构也可以提高开发团队的生产效率，减少开发时间和成本。

在软件设计和体系结构中，有一些常见的设计原则和模式可以帮助开发人员做出正确的设计决策。

首先，单一职责原则要求每个模块或组件只负责一项功能。

这可以使系统的各个部分更加独立和可复用。

其次，开闭原则要求软件系统对扩展开放，对修改关闭。

这意味着系统应该具有良好的扩展性和可维护性，以应对需求的变化。

再次，依赖倒置原则要求高层模块不应依赖低层模块，它们都应该依赖于抽象的接口。

这可以提高系统的灵活性和可测试性。

此外，还有一些常见的设计模式，如观察者模式、策略模式和工厂模式等。

这些设计模式可以帮助开发人员解决一些常见的设计问题，并提高系统的灵活性和可维护性。

总之，软件设计和体系结构是构建可靠和高效软件系统的关键步骤。

它们可以帮助开发团队更好地组织和管理软件项目，确保项目按时交付并满足用户需求。

通过遵循一些设计原则和模式，开发人员可以做出正确的设计决策，提高系统的质量和可维护性。

《软件设计与体系结构》实验指导书软件工程教研室前言软件设计与体系结构课程是计算机科学与技术专业（软件工程方向）的一门重要的专业课。

通过本课程的学习，使学生在已有的计算机软硬件基础知识、程序设计知识、数据库和计算机网络知识基础上，系统掌握软件设计的基本方法，并具有针对特定环境下的应用问题进行软件系统开发（包括系统分析，设计与实现）的能力。

通过学习本课程学生可以理解和掌握软件设计与体系结构的分析和设计方法，掌握面向对象系统分析和设计的UML标准建模语言，能够利用Rational Rose软件以某一信息系统为例进行系统分析和设计。

本实验主要包括：系统原理的基本概念、系统开发过程RUP、面向对象分析和面向对象设计的方法、面向对象分析和设计的UML标准建模语言等内容。

通过本课程的学习，学生掌握的知识、内容及掌握的程度要求为：1. 使学生理解面向对象的信息系统的开发过程、系统分析和设计的原则和方法；2. 使学生掌握UML语言的基础知识，以及UML在面向对象的软件系统分析和设计中的应用，并能使用UML工具建立系统模型；3. 使学生掌握在UML系统模型下应用高级语言建立应用系统的方法；4. 通过案例教学和实验，提高学生在应用面向对象技术开发软件方面的动手能力和解决问题的能力，并鼓励创新。

本实验所要求的建模工具为Rational Rose 7.5。

实验要求计算机软件建模技术现在越来越广泛的应用于软件工程、软件体系结构中。

本课程实验的目的是为了使学生在课程理论学习的同时，通过在一个实践的环境下，实际学习软件统一建模语言，对软件建模技术有一个初步的了解及认识。

通过本指导书中的各个实验，学习掌握对一般面向对象系统建模的方法与技术。

总之，通过实验环节，使学生加深了解和更好地掌握《软件设计与体系结构》课程教学大纲要求的内容。

在《软件设计与体系结构》的课程实验过程中，要求学生做到：（1）预习实验指导书有关部分，认真做好实验内容的准备，就实验可能出现的问题提前做出思考和分析。

软件设计与体系结构《软件设计与体系结构》是2010年高等教育出版社出版的图书，作者是齐治昌。

该书是一本可作为高等院校计算机科学与技术专业、软件工程专业或信息类相关专业的本科生和研究生教材，以培养学生的软件设计思维能力以及方法和技术的运用能力，同时也适用于开发人员和项目管理人员在软件开发实践中参考。

内容软件工程强调以工程化思想和方法开发软件，而软件设计作为软件开发过程中的核心活动之一，对开发出满足需要的高质量软件起关键作用。

本书对软件设计以及软件体系结构的相关思想、理论与方法进行了系统的介绍，包括软件设计与软件体系结构在软件工程中的地位和作用、软件设计的基本方法与原则、统一建模语言UML2.0、面向对象的软件设计方法、面向数据流的软件设计方法、人机界面设计、软件体系结构风格与设计模式、基于构件的软件体系结构、软件体系结构评估、软件设计的进化等内容。

本书包含了作者多年来在软件开发实践、软件工程教学和科研活动中的认识与体会，并结合了大量的案例分析，力求全书内容与组织结构的系统性、先进性、基础性和实用性。

目录第1章软件工程与软件设计第2章统一建模语言UML第3章软件设计基础第4章面向对象的软件设计方法第5章面向数据流的软件设计方法第6章用户界面设计第7章软件体系结构风格与设计模式第8章基于分布构件的体系结构第9章软件体系结构评估第10章软件设计的进化“软件设计与体系结构”课程是为软件工程专业开设的必修课，也是计算机科学与技术软件开发方向课程。

本课程运用工程的思想、原理、技术、工具，来对软件设计以及软件体系结构的相关思想、理论与方法进行系统介绍，包括软件模型和描述、软件体系结构建模和UML、软件设计过程、软件体系结构风格、面向对象的软件设计方法、面向数据流的软件设计方法、用户界面设计、设计模式、Web服务体系结构、基于分布构件的体系结构、软件体系结构评估、软件设计的进化、云计算的体系结构等内容。

本课程的具体任务包括：1．让学生建立构建软件系统架构一般方法的感性认识，理解并掌握软件系统架构分析、体系结构建模与架构设计的相关理论知识，培养学生软件架构设计的基本能力，能从内部模块规划设计、系统层次结构的构建开始，了解构建系统结构的一般技术和方法。

软件设计和体系结构是软件开发过程中两个重要的概念，它们在软件系统的构建和组织中起着关键的作用。

软件设计指的是确定和定义软件系统的结构、组件、模块和其相互关系的过程。

它涉及到将软件系统的需求转化为可执行的软件解决方案。

软件设计的目标是创建一个高效、可维护、可扩展、可靠和可重用的软件系统。

在软件设计过程中，设计师通常会使用各种设计原则、模式和方法来帮助他们制定优良的设计方案。

软件体系结构则是描述软件系统的整体结构和组织方式的概念。

它定义了系统的主要组件、模块、它们之间的关系以及与外部环境的交互。

软件体系结构可以视为软件系统的"骨架"，它决定了系统的整体框架、架构风格和重要决策。

良好的软件体系结构应该具有可维护性、可扩展性、可重用性和性能等方面的优势。

软件设计和软件体系结构之间存在着密切的关系。

软件设计是软件体系结构的一部分，它关注的是如何在系统的局部范围内实现和组织组件和模块。

而软件体系结构则关注的是系统的整体结构和组织方式，包括不同组件之间的交互、通信和协作。

好的软件体系结构应该为软件设计提供指导和框架，而设计决策则应该符合整体体系结构的原则和约束。

综上所述，软件设计和体系结构在软件开发中是相辅相成的概念，它们共同为构建高质量、可靠和可维护的软件系统提供了基础和指导。

一、1. 软件危机的表现和成因。

2. 构件和软件重用的概念？3. 基于构件软件重用的开发组织结构关系和关系图。

二、1.广义软件设计的含义。

2. 广义软件设计过程的两个动作及其含义。

3. 软件设计（如非特别说明，均指一般意义上的）的方法分类。

4. 软件设计活动步骤。

5. 软件设计要素。

6. 软件体系结构的概念。

三、1. 软件体系结构的5种模型（简答）。

2. 什么是（4+1）视图模型，理解其含义。

3. 构件、连接件、配置、端口与角色及其互相关系。

4. 软件体系结构生命周期模型，理解其含义。

5. 功能需求与非功能需求。

四、1.能够列举出几种经典的软件体系结构风格。

2. 二层C/S的工作机制和优缺点。

五、1. 三层C/S ，B/S体系结构的工作机制和各自优缺点。

2. C/S与B/S混合软件体系结构模型。

六、1.软件体系结构描述方法有哪些，目前占据主导地位的是那一种？（P99).2.软件体系结构描述语言的特色是什么？（p101)3. 软件体系结构描述有哪些标准和规范？4. UML 和XML 都可以用来描述软件体系结构。

七、八、九1. UML的功能，UML的特色，UML的组成。

2. 对一个实际的系统采用UML面向对象建模。

十、1、为什么要评估软件体系结构？2、从哪些方面评估软件体系结构？3、软件体系结构评估的主要方式是什么？4、有哪两种常用的评估方法？十一、十二、十三、十四、十五1.由数据流图产生软件结构图。

2.模块内部的设计，设计模块功能的实现。

3.详细设计表示法。

4.深刻感受用户界面设计的意义，掌握用户界面设计的基本特征，对用户界面设计的风格和设计的一般问题有所了解，并且熟悉设计过程。

十六、1.中间件的说明性定义，中间件的特点。

2. 解释设计模式。

3. CMU/SEI所给出软件产品线的定义，并简要说明对这个定义应如何理解。

4. 理解框架和应用框架技术十七、1. 从软件维护的分类分析软件设计演化的原因和必要性。

软件设计与体系结构知识点软件设计与体系结构是软件开发过程中非常重要的两个环节。

设计是指通过分析需求，确定软件系统所需的各个组成部分及其相互关系，以及确定各个组成部分的详细设计方案的过程。

体系结构是指软件系统的整体架构，包括各个组件之间的关系，以及软件系统与外部环境的交互方式。

软件设计的主要知识点包括：1.需求分析：分析用户需求，明确软件系统的功能、性能、可靠性等方面的要求。

2.设计原则：包括开放封闭原则、单一职责原则、里氏替换原则、接口分离原则等。

3.设计模式：是一套被反复使用的、经过验证的、用来解决在软件设计过程中常见问题的解决方案。

常见的设计模式有工厂模式、单例模式、观察者模式、策略模式等。

4.UML（统一建模语言）：是一种用于软件系统建模的标准化语言。

包括用例图、类图、时序图、状态图等。

5.架构模式：是一种包含一组满足特定需求的技术决策，指导解决软件系统中基本设计问题的模式。

常见的架构模式有分层架构、客户端-服务器架构、发布-订阅架构等。

软件体系结构的主要知识点包括：1.分层架构：将软件系统分为若干层，每一层负责处理特定的功能或任务，层与层之间通过接口进行通信。

2.客户端-服务器架构：将软件系统分为客户端和服务器两部分，客户端向用户提供界面和交互功能，服务器处理客户端发送的请求并返回相应结果。

3.分布式架构：将软件系统的各个组件分布在不同的物理节点上，通过网络进行通信。

4.微服务架构：将软件系统拆分为若干个小型服务，每个服务负责一个特定的功能，通过接口和消息进行通信。

5.事件驱动架构：系统中的各个组件通过发布-订阅模式进行通信，一个组件发生变化时通知其他相关组件。

在实际应用中，软件设计与体系结构的知识点通常会结合起来使用，以满足软件系统的需求。

同时，不同的项目可能有不同的设计与体系结构要求，开发人员需要根据具体项目的需求来选择适合的设计和架构模式。

实验项目列表实验1：ACME软件体系结构描述语言应用一、实验目的1）掌握软件体系结构描述的概念2）掌握应用ACMESTUDIO工具描述软件体系结构的基本操作二、实验学时2学时。

三、实验方法由老师提供软件体系结构图形样板供学生参考，学生在样板的指导下修改图形，在老师的指导下进行软件体系结构描述。

四、实验环境计算机及ACMESTUDIO。

五、实验内容利用ACME语言定义软件体系结构风格，修改ACME代码，并进行风格测试。

六、实验操作步骤一、导入Zip文档建立的一个Acme Project，并且命名为AcmeLab2。

如下图：接着导入ZIP文档，导入完ZIP文档后显示的如下图：二、修改风格在AcmeLab2项目中,打开families下的TieredFam.acme.如下图：修改组件外观1. 在组件类型中，双击DataNodeT; 在其右边的编辑器中，将产生预览；选择Modify按钮，将打开外观编辑器对话框。

2. 首先改变图形：找到Basic shape section，在Stock image dropdown menu中选择Repository类型.3. 在Color/Line Properties section修改填充颜色为深蓝色。

4. 在颜色对话框中选择深蓝色，并单击[OK].5. 修改图形的边框颜色为绿色7. 单击Label tab，在Font Settings section, 设置字体颜色为白色,单击[OK] 产生的图形如下图：添加新元素类型1. 在Component Types section选择New按钮2. 在对话框中，类型名称输入LogicNodeT .3. 选择TierNodeT 为父类型.4. 单击[Finish].5. 按照修改外观的步骤，修改LogicNodeT的外观：填充颜色为浅绿色，边框颜色为黑色，大小为2，其他默认。

产生的图形如下图：添加新属性类型1. 选择Property Types2. 选择New按钮3. 在对话框中，类型名称为TierPropT4. 类型选择enum5. 值为：client, logic, data6. 单击[OK].添加属性1. 激活属性视图页2. 双击TierNodeT3. 选择Properties tab4. 右击空白位置，或者单击图标，选择新建属性5. 属性名为tier.6. 类型为TierPropT（找不到，则直接输入TieredFam.TierPropT）7.单击[OK].添加规则1. 单击Family editor中的TieredFam (Press to select).2. 选择属性视图中的规则页3. 单击生成新规则4. 规则名为hostCheck，选择invariant单选项5. 在规则框中输入（直接粘贴过去）Forall t1 : TierNodeT in ponents |!t1.allowShareHost -> (Forall t2 : TierNodeT in ponents | t1 != t2 -> t1.host != t2.host)6. 单击[Parse Rule] 以确认无语法错误，有错误，要重新写。

软件工程设计概念与体系结构设计软件工程设计是软件开发过程中非常重要的一个环节。

设计阶段旨在将需求转化为可执行的软件系统，具体包括软件的结构设计和详细设计两个方面。

其中，体系结构设计是软件工程设计的一个重要子过程，它定义了软件系统的整体结构和组织方式。

在软件工程设计过程中，需要考虑到诸多因素，如软件的需求、功能、性能、可用性、安全性等。

同时，设计过程还需要满足各种约束条件，如时间、成本、资源等。

软件体系结构设计的概念软件体系结构设计是软件工程设计的一个重要子过程，它定义了软件系统的整体结构和组织方式。

体系结构设计是将软件系统划分为若干个模块和组件，确定它们之间的关系和交互方式。

软件体系结构设计主要包括以下几个方面：模块划分、接口设计、数据流设计、控制流设计和数据库设计。

模块划分是指将软件系统划分为一个个相对独立的模块，每个模块负责一个或多个功能。

模块划分的基本原则是高内聚、低耦合，既要保持模块内部的一致性和完整性，又要减少模块之间的依赖关系。

接口设计是指定义模块之间的接口和协议，规定它们之间的数据格式和传输方式。

好的接口设计能够提高模块之间的可互操作性和可扩展性。

控制流设计是指定义软件系统中的控制流程，包括程序的执行顺序和控制结构。

控制流设计需要考虑功能的划分和模块之间的协作。

数据库设计是指设计软件系统中的数据库结构和数据模型。

数据库设计需要考虑数据的组织方式、关系和约束。

软件体系结构设计的目标是建立一个灵活、可扩展、易于维护和高效的软件系统。

一个好的体系结构设计能够提高软件的可靠性、可维护性、可重用性和扩展性。

总结软件工程设计概念与体系结构设计是软件开发过程中非常重要的环节。

软件工程设计旨在将需求转化为可执行的软件系统，它需要考虑到诸多因素和约束条件。

软件体系结构设计是软件工程设计的一个重要子过程，它定义了软件系统的整体结构和组织方式，包括模块划分、接口设计、数据流设计、控制流设计和数据库设计等方面。

软件设计与体系结构课后练习部分答案(DOC) 第一章作业6、简要叙述软件设计在软件工程中所处的位置和重要性。

答：所处的位置：软件需求分析?需求规格说明?软件设计?设计文档?软件编码。

重要性：（1）是对软件需求的直接体现；（2）为软件实现提供直接依据；（3）将综合考虑软件系统的各种约束条件并给出相应方案；（4）软件设计的质量将决定最终软件系统的质量；（5）及早发现软件设计中存在的错误将极大减少软件修复和维护所需的成本。

7、软件设计应该包含哪些要素？答：软件设计应该包含：目标描述、设计约束、产品描述、设计原理、开发规划、使用描述。

8、软件体系结构与软件设计有何关系？软件体系结构的出现有何必然性和重要意义？答：软件体系结构与软件设计的关系：软件体系结构设计作为软件设计过程中的活动之一，能在较为抽象的级别上描述整个软件系统的结构，成为大规模、复杂软件系统设计中必不可少的步骤。

软件体系结构的意义：软件体系结构将构件以及构件之间的连接作为软件体系结构的基本组成部分。

软件体系结构使软件复用从代码复用发展到设计复用和过程复用，为不同的人提供了共同的语言，体现了系统早期的设计决策，并作为系统设计的抽象，为实现框架和构件的共享与复用，基于体系结构的软件开发提供了有力的支持。

第二章作业1、简述UML的特点和用途。

答：UML的发起者在最初制定UML时，充分考虑了各种需求、方法和语言的特点使UML在表达能力、对新技术的包容能力和扩张性等方面具有显著的优势：（1）为使用者提供了统一的、表达能力强大的可视化建模语言，以描述应用问题的需求模型、设计模型和实现模型。

（2）提供对核心概念的扩展机制，用户可加入核心概念中没有的概念和符号，可为特定应用领域提出具体的概念、符号表示和约束。

（3）独立于实现语言和方法学，但支持所有的方法学，覆盖了面向对象分析和设计的相关概念和方法学。

（4）独立于任何开发过程，但支持软件开发全过程。

（5）提供对建模语言进行理解的形式化基础，用元素型描述基本语义，OCL描述良定义规则，自然语言描述动态语义。