系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)概述：5 數(shù)據(jù)和過程建模

數(shù)據(jù)和過程建模CollegeofComputerScienceandTechnologyZhejiangUniversity概述本部分內(nèi)容主要討論數(shù)據(jù)和過程的建模技術(shù)目的是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用的信息其工作的最終產(chǎn)品是一個(gè)模型系統(tǒng)的邏輯模型這個(gè)模型不僅能夠支持目標(biāo)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，滿足客戶的應(yīng)用需求，而且更是目標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建的邏輯架構(gòu)目標(biāo)系統(tǒng)邏輯模型建模的描述工具主要有：數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、結(jié)構(gòu)化語言、決策樹、決策表等數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖：也稱數(shù)據(jù)流程圖。它使用多種符號(hào)展示如何將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的信息并輸出的可視化工具數(shù)據(jù)流圖描述的是目標(biāo)系統(tǒng)的可視模型，顯示了數(shù)據(jù)在信息系統(tǒng)中的流動(dòng)方式，而不是程序邏輯或者過程步驟由一組數(shù)據(jù)流圖所描繪的目標(biāo)系統(tǒng)邏輯模型顯示了系統(tǒng)做什么，而不是怎么做由于信息系統(tǒng)的本質(zhì)功能就是對(duì)數(shù)據(jù)的處理，也即通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的加工，萃取出期望的數(shù)據(jù)信息。因此，數(shù)據(jù)流圖就被用來表示求解某一問題的數(shù)據(jù)通路，并在其中規(guī)定了處理的主要階段和所用的各種數(shù)據(jù)媒體數(shù)據(jù)流圖符號(hào)數(shù)據(jù)流圖使用四種基本的符號(hào)來表示過程、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)體數(shù)據(jù)流。表示具有固定成分及結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)過程。表示對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的操作或加工，是數(shù)據(jù)流變換的原因數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。表示處于靜止?fàn)顟B(tài)，需要暫時(shí)或永久存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)外部實(shí)體。表示數(shù)據(jù)流的起點(diǎn)和終點(diǎn)。通?？赡苁钱a(chǎn)生原始數(shù)據(jù)或使用最終處理結(jié)果的軟件系統(tǒng)外的組織、部門、人員或設(shè)備等下圖是數(shù)據(jù)流圖的四種基本符號(hào)集：數(shù)據(jù)流處理項(xiàng)過程存儲(chǔ)項(xiàng)實(shí)體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)體項(xiàng)外部實(shí)體創(chuàng)建數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖支持用結(jié)構(gòu)化、分層和自上而下的方法來描述系統(tǒng)的功能需求可以先從系統(tǒng)的角度，粗線條的概略描寫系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)流和輸出數(shù)據(jù)流，以及各數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)的外部實(shí)體，作為系統(tǒng)最高層次的處理，生成頂層數(shù)據(jù)流圖。在系統(tǒng)可行性分析中，通常都會(huì)使用到頂層數(shù)據(jù)流圖然后，分析師就可以自上而下、逐層將系統(tǒng)細(xì)分為一連串的處理正是在這些處理的作用下，輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，才會(huì)依據(jù)數(shù)據(jù)處理的方法或模型，逐步變換為滿足系統(tǒng)目標(biāo)的輸出數(shù)據(jù)流在自上而下的分層數(shù)據(jù)流圖中，數(shù)據(jù)流圖被繼續(xù)分解為內(nèi)部的子處理及子處理間的數(shù)據(jù)流替換并且，上層父圖中的某個(gè)處理，可以繼續(xù)展開為下層的子圖分解將直到最下層子圖中的處理足夠簡(jiǎn)單為止這就是系統(tǒng)需求分析的過程在實(shí)際生成系統(tǒng)分析的數(shù)據(jù)流圖時(shí)，為使數(shù)據(jù)流圖簡(jiǎn)單、易讀、易理解，并符合數(shù)據(jù)的局部封閉性，滿足數(shù)據(jù)流圖今后修改和維護(hù)的需要，在每一層的數(shù)據(jù)流圖中，只需畫出本層子處理之間界面上的數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而不必給出子處理內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分層繪制數(shù)據(jù)流圖系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖首先取得系統(tǒng)的輸入/輸出結(jié)構(gòu)方法是將整個(gè)系統(tǒng)看著是一個(gè)大的加工，然后根據(jù)系統(tǒng)從外界的哪些源接受哪些數(shù)據(jù)流，以及系統(tǒng)的哪些數(shù)據(jù)流送到外界的哪些目的地，就可以得到系統(tǒng)的輸入/輸出圖

機(jī)動(dòng)車數(shù)字儀表控制板數(shù)據(jù)流圖的例子系統(tǒng)需求概述通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)傳感器和微處理機(jī)接口在面板上顯示速度、里程、油量指示當(dāng)前加速、減速狀態(tài)超速報(bào)警（當(dāng)車速超過60公里時(shí)）在這個(gè)例子中，系統(tǒng)主要的輸入信息是，通過車輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器讀取車輪轉(zhuǎn)速信息，以及通過燃料傳感器讀取燃料流信息，形成系統(tǒng)的兩條主要信息流，分別獲得機(jī)動(dòng)車的速度和燃料消耗信息。并以此為依據(jù)，判斷車輛的速度、加減速、平均油耗和是否超速等

機(jī)動(dòng)車數(shù)字儀表控制板頂層數(shù)據(jù)流圖收集求平均讀車輪信號(hào)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)/分讀燃料信號(hào)計(jì)算GPH車輪旋轉(zhuǎn)信號(hào)燃料流信號(hào)計(jì)算油耗計(jì)算速度及超速控制計(jì)算并顯示里程分層繪制數(shù)據(jù)流圖系統(tǒng)分層數(shù)據(jù)流圖0層圖從系統(tǒng)頂層圖開始，將圖中的加工按照物理流程進(jìn)行分解，通常總可以分解成若干個(gè)子加工然后，用數(shù)據(jù)流將這些子加工連接起來，使得頂層圖中的輸入數(shù)據(jù)流在流經(jīng)這一連串的子加工處理后，變換成頂層圖中的輸出數(shù)據(jù)流這張經(jīng)過第一次分解的數(shù)據(jù)流圖成為0層圖1層圖從某個(gè)層次的數(shù)據(jù)流圖開始，通過對(duì)該層數(shù)據(jù)流圖的加工進(jìn)行分解，就可以得到下一層的數(shù)據(jù)流圖當(dāng)然，下一層數(shù)據(jù)流圖中的加工也比上一層圖中的加工小如，頂層圖的加工(即將整個(gè)系統(tǒng)看成是一個(gè)大的加工)通過分解，就可以得到0層圖；0層圖的加工再分解，就可以得到1層圖……

實(shí)際繪圖時(shí)，可以采用下述方法來確定加工：在數(shù)據(jù)流的組成或值發(fā)生變化的地方插入一個(gè)加工，該加工的功能就是實(shí)現(xiàn)這一變換；當(dāng)然也可以根據(jù)系統(tǒng)功能確定加工機(jī)動(dòng)車數(shù)字儀表控制板0層數(shù)據(jù)流圖讀旋轉(zhuǎn)信號(hào)車輪旋轉(zhuǎn)信號(hào)收集求平均信號(hào)/秒確定加減速加減速信號(hào)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)/分計(jì)算時(shí)速是否超速控制報(bào)警鈴計(jì)算里程顯示里程顯示時(shí)速計(jì)算燃料消耗顯示MPG讀信號(hào)計(jì)算GPH

信號(hào)/秒和控制信號(hào)

平均信號(hào)/秒rpm英里

超速值控制信號(hào)mphmphmpg

燃燒流燃料流信號(hào)

圖中的虛線表示這個(gè)數(shù)據(jù)流圖還可以繼續(xù)分解細(xì)化。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)流圖作為數(shù)字儀表總控層的話，沿圖中標(biāo)示的虛線，該數(shù)據(jù)流圖還可以繼續(xù)分解為第二層的傳感器信號(hào)接收控制、數(shù)據(jù)變換控制、儀表板顯示控制三個(gè)部分分層繪制數(shù)據(jù)流圖確定數(shù)據(jù)流方法是，系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，有若干數(shù)據(jù)總是被同時(shí)處理，即這些數(shù)據(jù)總是一起到達(dá)，一起加工時(shí)，就可把這些數(shù)據(jù)看成是一個(gè)數(shù)據(jù)流例如，財(cái)務(wù)報(bào)銷中的單據(jù)、學(xué)校新生報(bào)到的入學(xué)表格等，都可以被看成是數(shù)據(jù)流表達(dá)加工事實(shí)上，任何一個(gè)加工，就是一個(gè)小的系統(tǒng)，有輸入，有變換，也有輸出其中的輸入/輸出，就是加工的輸入/輸出接下來，就是采用頂層圖同樣的方法，表達(dá)一個(gè)加工的數(shù)據(jù)流圖這些數(shù)據(jù)流圖是加工所在的數(shù)據(jù)流圖的子圖。對(duì)分解出來的數(shù)據(jù)流子圖中的每個(gè)加工重復(fù)進(jìn)行分解，直到圖中尚未分解的加工都已經(jīng)足夠簡(jiǎn)單(即這些尚未分解的加工已經(jīng)不必再分解)為止。至此，得到了系統(tǒng)一套分層的數(shù)據(jù)流圖對(duì)圖和加工進(jìn)行編號(hào)為了區(qū)分不同的加工和不同的數(shù)據(jù)流子圖，有必要對(duì)每張圖和每個(gè)加工進(jìn)行編號(hào)，以方便使用和管理數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖是對(duì)系統(tǒng)加工分解的一種描述，數(shù)據(jù)字典是對(duì)數(shù)據(jù)流圖中的成分進(jìn)行說明的工具文檔分析員使用數(shù)據(jù)詞典來對(duì)數(shù)據(jù)流圖中的每個(gè)數(shù)據(jù)流、文件、加工、實(shí)體，以及組成數(shù)據(jù)流或文件的數(shù)據(jù)項(xiàng)等進(jìn)行說明對(duì)加工的描述，也稱為“加工邏輯說明”數(shù)據(jù)字典定義和描述了所有數(shù)據(jù)元素和數(shù)據(jù)元素有意義的組合數(shù)據(jù)元素：也稱數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)域，是信息系統(tǒng)中有意義的最小的數(shù)據(jù)單位。如，單課成績(jī)、身份證號(hào)、工資、單位名稱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)項(xiàng)組合而成的數(shù)據(jù)記錄，是數(shù)據(jù)元素有意義的組合。如，某生成績(jī)記錄、包括各公共課成績(jī)、各專業(yè)課成績(jī)、各次社會(huì)實(shí)踐成績(jī)、體育鍛煉成績(jī)、畢業(yè)論文成績(jī)等數(shù)據(jù)字典里的數(shù)據(jù)項(xiàng)之間存在著重要的關(guān)系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)流是基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)元素組成數(shù)據(jù)流與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)體和過程相連數(shù)據(jù)字典必須和數(shù)據(jù)流圖保持一致數(shù)據(jù)字典條目

數(shù)據(jù)流條目。由以下內(nèi)容組成：數(shù)據(jù)流名簡(jiǎn)述：記載該數(shù)據(jù)流的含義編號(hào)：用于詞典管理。例如，排序、搜索組成：描述組成該數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)項(xiàng)來源：描述該數(shù)據(jù)流來自哪個(gè)源或加工去向：描述該數(shù)據(jù)流向哪個(gè)加工或目的地?cái)?shù)據(jù)量：描述在系統(tǒng)中，該數(shù)據(jù)流總的流量，或是某個(gè)時(shí)間段里的數(shù)據(jù)量峰值：描述在某一時(shí)間范圍內(nèi)，要處理的數(shù)據(jù)流的最大數(shù)量注釋數(shù)據(jù)流的組成一般可使用如下符號(hào)表示：

a+b 表示a與b[a|b] 表示a或b{a} 表示a重復(fù)出現(xiàn)多次數(shù)據(jù)字典條目文件條目。由以下內(nèi)容組成：文件名簡(jiǎn)述：介紹該文件的含義編號(hào)：詞典管理需要組成：描述該文件由哪些數(shù)據(jù)項(xiàng)組成文件組織：描述該文件的類型、排序關(guān)鍵字等讀文件：描述讀該文件的加工寫文件：描述寫該文件的加工數(shù)據(jù)量：描述該文件的記錄數(shù)量注釋數(shù)據(jù)字典條目數(shù)據(jù)項(xiàng)條目。由有以下內(nèi)容組成：數(shù)據(jù)項(xiàng)名簡(jiǎn)述：介紹該數(shù)據(jù)項(xiàng)的含義編號(hào)：用于詞典管理類型：描述該數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)類型單位：該數(shù)據(jù)項(xiàng)的計(jì)量單位值域：描述該數(shù)據(jù)項(xiàng)的取值范圍編輯方式：描述該數(shù)據(jù)項(xiàng)在輸出時(shí)的編輯要求。如每3位數(shù)字前加逗號(hào)與其它數(shù)據(jù)項(xiàng)關(guān)系：有利于數(shù)據(jù)合法性檢查。如供電量＝發(fā)電量-線損注釋數(shù)據(jù)字典報(bào)告

數(shù)據(jù)字典作為信息系統(tǒng)的中央存儲(chǔ)庫，在系統(tǒng)開發(fā)的過程中創(chuàng)建，在系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的過程中不斷更新除了描述每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記錄、實(shí)體和過程外，數(shù)據(jù)字典還記錄了這些部分之間的關(guān)系，因此可以獲得不少有價(jià)值的報(bào)告：

根據(jù)名稱排列的所有數(shù)據(jù)元素的列表數(shù)據(jù)元素的描述報(bào)告，報(bào)告中明確負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入、更新、刪除操作的責(zé)任人或部門使用特殊的數(shù)據(jù)元素的所有數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的報(bào)告詳細(xì)報(bào)告顯示了存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)字典中的數(shù)據(jù)元素、記錄、數(shù)據(jù)流、過程或任一其它可選項(xiàng)的特征過程描述工具過程描述是記錄功能原語細(xì)節(jié)的文檔，是對(duì)特定處理步驟和業(yè)務(wù)邏輯的描述使用過程描述工具可以創(chuàng)建準(zhǔn)確、完整、簡(jiǎn)明的目標(biāo)系統(tǒng)邏輯模型典型的過程描述工具包括：結(jié)構(gòu)化英語、決策表、決策樹模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)是基于三個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)的組合，有時(shí)也稱為控制結(jié)構(gòu)，是過程的最小構(gòu)建單位順序：按序完成組合的各個(gè)步驟的加工或功能選擇：兩個(gè)或多個(gè)處理步驟中的一步的完成有賴于一個(gè)測(cè)試或條件的結(jié)果迭代：重復(fù)一個(gè)步驟，直到一個(gè)特定條件改變每一個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)都必須有一個(gè)單獨(dú)的入口和出口三個(gè)基本的邏輯結(jié)構(gòu)可以以各種方式來組合描述處理邏輯步驟1步驟2步驟3A>B？C=A-BYNENDOFFILE？A=A+1YN結(jié)構(gòu)化語言結(jié)構(gòu)化語言，也稱PDL(ProgramDesignLanguage),是一種介于自然語言和形式化語言之間的半形式化語言結(jié)構(gòu)化語言的結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外二層外層由關(guān)鍵詞構(gòu)架嚴(yán)格的語法，如常用的結(jié)構(gòu)化語言——結(jié)構(gòu)化英語，其外層由關(guān)鍵詞構(gòu)架if_then_else，for_do，while_do，set，case等結(jié)構(gòu)來表達(dá)加工動(dòng)作內(nèi)層的語法相對(duì)外層則顯得靈活，可以用幾乎是自然語言的方式描述問題結(jié)構(gòu)化語言在使用時(shí)，僅限于順序、選擇和迭代三個(gè)基本邏輯結(jié)構(gòu)PROCEDUREspell_checkIS

BEGIN

SplitdocumentintosinglewordsLookupwordsindictionaryDisplaywordswhicharenotindictionaryCreateanewdictionary

ENDspell_checkExterna

statementsInternalstatements決策表決策表顯示了一個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)，是條件和作為結(jié)果的行動(dòng)的所有可能組合如果一個(gè)加工邏輯由多個(gè)條件組成，并有多個(gè)操作需要在不同條件組合下選擇完成，就可以使用決策表來描述，以確保不忽略任何邏輯的可能決策表由四個(gè)部分組成條件所指的對(duì)象各種條件組合所有的操作在對(duì)應(yīng)條件組合下，某個(gè)操作是否要執(zhí)行決策樹決策樹是決策表中的條件、行為和規(guī)則的圖形表示，其本質(zhì)與決策表并無區(qū)別上例中用決策表描述的“檢查訂購單”的加工邏輯，在不改變其加工邏輯的前提下，也可以用決策樹表達(dá)，如圖檢查訂購單訂購金額>500訂購金額≤500有欠款——發(fā)不予批準(zhǔn)通知無欠款——發(fā)批準(zhǔn)單和提貨單有欠款——發(fā)批準(zhǔn)單、提貨單及催款單無欠款——發(fā)批準(zhǔn)單和提貨單邏輯模型和物理模型結(jié)構(gòu)化分析工具既可為目標(biāo)系統(tǒng)建立邏輯模型，也可用于創(chuàng)建目標(biāo)系統(tǒng)的物理模型物理模型顯示了如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的需求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，就是根據(jù)邏輯模型創(chuàng)建目標(biāo)系統(tǒng)的物理模型分析員在創(chuàng)建目標(biāo)系統(tǒng)邏輯模型前，通常都是從研究、創(chuàng)建當(dāng)前系統(tǒng)的物理模型著手的四模型方法，即創(chuàng)建當(dāng)前系統(tǒng)的物理模型、當(dāng)前系統(tǒng)邏輯模型、目標(biāo)系統(tǒng)邏輯模型、目標(biāo)系統(tǒng)物理模型四模型方法有助于分析員更好地理解當(dāng)前系統(tǒng)，規(guī)劃和構(gòu)想目標(biāo)系統(tǒng)，但會(huì)增加系統(tǒng)開發(fā)的資源開銷系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖作為描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)各個(gè)物理組成部分之間流動(dòng)情況的一種表達(dá)工具，其表現(xiàn)的是系統(tǒng)的物理數(shù)據(jù)流，是對(duì)系統(tǒng)物理模型概貌的描繪系統(tǒng)流程圖是分析員創(chuàng)建物理模型的重要表達(dá)手段在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)結(jié)果要從抽象的邏輯模型向物理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。廣義的處理用特定的程序替代，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由具體物理設(shè)備上的文件或數(shù)據(jù)庫替換，數(shù)據(jù)流也要有相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)——系統(tǒng)流程圖就是用來表達(dá)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)邏輯功能的設(shè)計(jì)思想的，是概括系統(tǒng)大量技術(shù)信息的一種好工具系統(tǒng)流程圖作為一種常用的物理模型描述工具，其基本思想是用圖形符號(hào)，以黑盒形式描繪系統(tǒng)內(nèi)含的每一個(gè)部件(如程序、文件、數(shù)據(jù)庫、表格