复杂系统体系结构 课件 第六章 系统体系结构概述

第六章

系统体系结构概述

contents目录什么是系统体系结构01系统思维方法02软件系统体系结构分析方法036.1什么是系统体系结构202401什么是系统体系结构4系统体系结构是由结构要素和各种视图组成的综合模型，描述系统的整体设计与组织。定义作用通过综合不同观点，描述系统组件及其相互关系，全面展现系统的功能与结构特性。02系统体系结构的概念5系统模型组织视图行为视图共同构建为复杂系统设计提供战略性环境，解决关键设计问题并指导系统发展。重要性02系统体系结构的概念6体系结构研究领域体系结构研究起步晚，过去对其理解较为隐含、片面，直到90年代才开始系统研究。历史背景涵盖体系结构框架、技术参考模型、描述语言等领域，推动系统设计的规范化与高效化。主要研究方向02系统体系结构的概念7国际体系结构框架TOGAF：适用于各类企业，尤其是大型跨国公司和复杂架构管理。Zachman：适合架构文档化与思维结构化，适用于明确角色和责任的场景。DODAF：适合复杂系统集成，尤其在军事、航空航天、制造业中表现突出。FEAF：公共部门的标准，适合政府和政策执行场景。02系统体系结构的概念8体系结构的定义•描述系统及其组件的结构•组件协同工作以达成目标共识02系统体系结构的概念9体系结构与其框架体系结构定义系统的组成结构及其相互关系，提供设计和发展的指导原则。体系结构框架为体系结构设计提供规范化指南，确保设计过程的标准化和适用性。02系统体系结构的概念10体系结构描述语言（ADL）描述和呈现体系结构目的示例ACME、Wright、Rapide02系统体系结构的概念11DoDAF框架解决系统互通性问题背景和目的作战视图

系统视图技术标准视图02系统体系结构的概念RUP和4+1视图模型以系统重要构件的组织和交互为核心，支持需求和设计约束的表达。RUP中的体系结构4+1视图模型用例视图逻辑视图实现视图进程视图配置视图03系统体系结构的分类六类主要风格通过数据流动完成处理和传输，适用于流式大数据处理，强调并行性与灵活性。数据流系统调用-返回系统基于主程序与子程序、面向对象或层次结构，分而治之，提高模块化与可维护性。独立部件构件间通过消息传递或事件隐式调用交互，支持模块化设计和软件复用。虚拟机模拟硬件或应用的执行过程，典型形式包括解释器和基于规则的系统。以数据为中心的系统以数据库、黑板系统等共享数据源为核心，适用于知识处理和复杂问题求解。特殊领域风格面向特定领域的架构风格，如过程控制与模拟器，适合嵌入式系统与连续控制任务。03系统体系结构的分类数据流系统管道和过滤器特点顺序批处理数据被视为基本元素数据流体系结构处理单元并行处理数据03系统体系结构的分类调用-返回系统主程序和子程序：通过分而治之的策略，划分处理步骤，提高模块化和可维护性。面向对象系统：基于数据抽象和封装，增强系统的灵活性和资源完整性。层次结构：采用分层设计，上层依赖下层提供服务，支持抽象设计与功能扩展。03系统体系结构的分类主程序/子程序风格主程序/子程序风格采用调用与返回机制，通过分而治之策略将复杂任务分解为多个模块，提高系统的可维护性和模块化水平。特点03系统体系结构的分类主程序/子程序风格面向对象风格基于数据抽象和封装，构件由对象组成，对象维护自身完整性并通过方法交互，提升系统的灵活性和可扩展性。特点03系统体系结构的分类层次结构风格层次结构风格通过将系统组织成层次结构，每一层为上层提供服务并依赖下层，支持抽象设计、功能增强和模块重用。特点03系统体系结构的分类独立部件类型通信进程：构件为独立进程，通过消息传递方式交互，支持点对点、异步或远程调用。事件隐式调用：通过事件触发构件交互，构件不直接调用过程，增强模块复用和维护便捷性。03系统体系结构的分类通信进程构件是独立的进程消息传递作为连接件03系统体系结构的分类事件隐式调用触发或广播事件构件之间的隐式调用03系统体系结构的分类虚拟机解释器：通过解释引擎仿真程序执行，适合灵活性要求高的场景。基于规则的系统：由规则集和解释器组成，支持逻辑推理与决策，广泛应用于AI和DSS领域。03系统体系结构的分类解释器由解释引擎、代码存储区和工作状态数据结构组成，用于解释执行代码。组成应用仿真硬件执行过程，适合灵活性和适配性要求高的场景。03系统体系结构的分类基于规则的系统包括规则集、规则解释器、规则选择器和工作内存，用于逻辑推理与决策。组成应用广泛应用于人工智能和决策支持系统（DSS），实现复杂问题求解与优化。03系统体系结构的分类以数据为中心的系统以中央共享数据源为核心，独立处理单元通过操作共享数据实现功能数据库黑板系统知识源通过全局黑板进行交互，适用于信号处理、问题规划等不确定性算法场景。超文本系统基于网状链接的非线性信息组织，常用于互联网和集成开发环境。03系统体系结构的分类数据库系统中央共享数据源独立处理单元操作数据03系统体系结构的分类黑板系统由知识源、黑板和控制模块构成，知识源提供问题解决方案，黑板作为全局状态数据库，控制模块协调交互。组成应用广泛应用于信号处理、问题规划、编译器优化等复杂问题领域。03系统体系结构的分类超文本系统特点：构件通过网状链接方式连接，支持非线性信息组织和联想跳转。应用：广泛应用于互联网领域和现代集成编译环境，实现灵活的信息访问与导航。03系统体系结构的分类特殊领域风格过程控制器模拟器适用于嵌入式系统，强调连续的动作与状态，常用于操作物理系统的反馈循环。特点04典型的系统体系结构软件体系结构模式重要性：促进体系结构级的软件重用，提高设计效率和可靠性。体系结构风格：定义系统组织方式的惯用模式，为模块和子系统的组织提供结构和语义指导。04典型的系统体系结构分层系统体系结构系统按层次结构组织，每层提供抽象功能并服务于上层。特点优点支持递增抽象设计，增强系统功能，促进模块化和重用。04典型的系统体系结构C/S（Client/Server）系统体系结构基于资源不对等和共享需求，20世纪90年代发展成熟。背景组成包括数据库服务器、客户应用程序和网络，支持数据与应用分布式处理。优点减少网络传输量，提高系统并发性与性能。04典型的系统体系结构三层C/S系统体系结构分为表示层、功能层、数据层，提供清晰的层次分工组成中间件作为核心构件，负责数据传输和客户端与服务器的通信，实现灵活扩展与高效管理。客户端发出请求中间件查找数据源并转发请求服务器处理后将结果返回客户端04典型的系统体系结构B/S（Browser/Server）系统体系结构特点基于WWW浏览器技术，应用程序以网页形式运行，实现“零客户端”功能，无需复杂的客户端安装。优点易于维护和升级，所有修改集中在服务器端；提供异构环境下的统一服务与开放性基础，支持灵活扩展。6.2系统思维方法202401系统思维方法定义一种将原则性与灵活性相结合的基本思维方式，通过系统化视角理解事物的联系与功能。重要性系统体系结构设计中至关重要的方法，助力抓住整体与要害。01系统思维方法系统思维的概述一种全面看待事物的思维方式，将目标、流程及其优化视为整体系统。含义古代整体近代机械辩证系统现代复杂系统01系统思维方法系统思维的发展阶段古代整体系统思维方式近代机械系统思维方式辩证系统思维方式现代复杂系统思维方式以整体观为核心，强调事物的相互联系和整体性。以分解和还原为主，注重对系统的独立部分进行分析。融合整体与部分，关注系统内部矛盾及其转化关系。强调复杂性、动态性，结合多学科方法研究系统全局。01系统思维方法系统思维方法树展示系统思维从古代整体观到现代复杂系统思维方式的演进过程体现其对事物认知从简单到全面、从局部到全局的不断深化与发展02系统思维的特征系统思维的五大特征强调从整体与部分的关系出发，系统分析与综合并重，实现整体目标。整体性结构性聚焦系统的结构优化，探索结构对功能的决定性作用以实现最优性能。立体性结合纵向与横向思维，多维度把握系统对象的全貌与演化规律。动态性反映系统的生成、发展、变化过程，通过控制项实现系统从无序到有序的演化。综合性非线性思维方式，从多角度、多关系综合考察系统，达成整体大于部分之和的效果。02系统思维的特征含义将研究对象视为有机整体，全面考察其构成与联系。要求基于整体与部分的相互作用，明确整体目标并综合分析系统要素。整体性02系统思维的特征结构性通过系统结构理解其整体功能，强调结构与功能的紧密联系。含义聚焦系统结构，优化要素关系，提升整体性能。要求02系统思维的特征立体性立体性指通过纵向与横向交叉视角，全面思考和理解系统的开放型思维方式。含义要求在思维中结合对象的纵向发展历程与横向联系，全面准确地把握系统特性。02系统思维的特征动态性系统稳定性是相对的，需随时间变化考虑其演化特性。含义要求识别和掌控系统演化的关键控制项，推动向新的有序结构过渡。02系统思维的特征综合性系统稳定性是相对的，需随时间变化考虑其演化特性。含义要求识别和掌控系统演化的关键控制项，推动向新的有序结构过渡。03系统思维的方法系统思维的四种方法从全局和整体出发整体法🌏结构法️🗽注意系统内部结构的合理性要素法🫧考察和发挥系统各要素的作用功能法🎛️调整系统各部分的功能以优化整体6.3软件系统体系结构分析方法2024