软件设计方法有哪些步骤？

设计方法 设计通常被描述为一个多步的过程，其主要任务是从信息需求中综合出数据结构的表示、程序结构、接口特征和过程细节。

Freeman在[FRE80]中对设计有较为详细的描述： 设计是一项主要考虑进行重要决策的活动，这些决策通常都与结构有关。

设计与编程都要考虑抽象信息表示，但其详细程度与编程有很大的不同。

设计的结果是一个一致的、合理计划的程序表示，主要描述高层各部分的相互关系和低层所需的逻辑操作… 在前一章我们已经指出，设计是由信息驱动的。

各种软件设计方法主要考虑分析模型中的三个域，因此数据、功能和行为三个域是整个设计创建活动的指南。

本章将讨论多种用于创建设计模型（见图13-1）的各个层次的方法，本章的目标是提供一个系统地完成设计的方法，设计的结果就是构造软件的蓝图。

14.1 数据设计 数据设计是实施软件工程中的四个设计活动的第一个（有人也认为是最重要的一个）。

由于数据结构对程序结构和过程复杂性都有影响，数据结构对软件质量的影响是很深远的。

信息隐蔽和抽象数据的概念为数据设计提供了基础。

Wasserman在参考文献[WAS80]中总结了数据设计的过程： 数据设计的主要活动是选择对需求定义和规约过程中找出来的数据对象（数据结构）的逻辑表示。

选择过程可以包括对候选结构进行算法分析，以决定出效率最高的结构；选择过程也可以只使用一组模块（一个包），在对象的某种表示上提供需要的操作。

设计中的另一个相关的活动是标识要直接作用于逻辑数据结构的程序模块，这样，各个数据设计决策的影响域就受到了约束。

无论采用哪种设计技术，好的数据设计将改善程序结构和模块划分，降低过程复杂性。

Wasserman[WAS80]提出了一组用于数据规约和设计的原则。

在实际应用中，数据设计在创建分析模型（见第12章）就已经开始了，考虑到需求分析和设计经常要重叠，我们主要考虑以下一组数据规约原则[WAS80]: 1.用于功能和行为的系统分析原则也应用于数据。

我们通常要在导出、复审和刻画功能需求和初步设计上花很多时间和工作量；数据对象及其关系、数据流和内容的表示也应该按步骤进行开发和复审，其他可选的数据组织结构也应加以考虑，数据模型对于软件设计的影响也应得到正确的评估，例如，一个多环链表可能可以很好地满足数据需求，但它也可能导致过于复杂的软件设计，而其他替代的数据组织结构可能会得到更好的结果。

2.应该标识所有的数据结构以及其上的操作。

设计一个高效的数据结构必须考虑其上的操作（见参考文献[AHO83]），例如，考虑一个由不同数据元素组成的数据结构，在许多重要的软件功能中都要操作这个数据结构。

通过评估该数据结构上的操作，可定义一个抽象数据类型，以便在以后的软件设计中使用。

抽象数据类型的规约将大大简化软件设计。

3.应当建立数据字典，并用于数据设计和程序设计。

数据字典的概念在第12章中已经介绍，数据字典明确表示了数据对象间的关系以及对数据结构中的元素的约束。

如果有一个类似字典的数据规约存在，那些必须利用某些特定关系的优秀算法的定义将得到简化。

4.低层的设计决策应该推迟到设计过程的后期。

数据设计可以采用逐步求精的过程，也就是说，总体的数据组织可以在需求分析阶段定义，在概要设计中进行精化，并在以后的设计迭代中进行详细描述。

在数据设计中应用自顶向下方法的优点与在软件设计中应用自顶向下方法的优点类似：主要的结构属性要首先进行设计和评估，以便建立数据的体系结构。

5.只有那些需要直接使用数据结构内部数据的模块才能看到该数据结构的表示。

信息隐蔽的概念以及相关的耦合概念为软件设计质量的评估提供了依据。

本原则不但强调了这两个概念的重要性，还强调了“将数据对象的逻辑视图和物理视图分开的重要性”[WAS80]。

6.应该开发一个由有用的数据结构和应用于其上的操作组成的库。

数据结构和操作都应被看作可用于软件设计的资源，数据结构的设计可以考虑到复用。

数据结构模板（抽象数据类型）库可以减少数据规约和设计的工作量。

7.软件设计和程序设计语言应该支持抽象数据类型的规约和实现。

如果没有办法对已有的数据结构直接进行规约，复杂数据结构的实现（以及对应的设计）将变得非常困难。

例如，如果目标语言是Fortran的话，实现（或设计）一个链表或多层异构数组将是非常困难的，因为Fortran不支持直接对这些数据结构进行规约。

以上这些原则为数据设计提供了基础，它们既可以应用在软件工程的定义阶段，也可以应用在开发阶段。

在本书的其他部分我们已经指出，清晰的信息定义是软件开发成功的关键。

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第1章 概 述 21世纪人类将全面进入信息化社会，对微电子信息技术和微电子VLSI基础技术将不断提出更高的发展要求，微电子技术仍将继续是21世纪若干年代中最为重要的和最有活力的高科技领域之一。

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VHDL是广泛使用的设计输人硬件语言，可用于数字电路与系统的描述、模拟和自动设计.CPLD/FPGA（复杂可编程逻辑器件/现场可编程门阵列）为数字系统的设计带灵活性，兼有串！并行工作方式和高集成度！高速！高可靠性等明显的特点，CPLD/FPGA的时钟延迟可达纳秒级，结合其并行工作方式，在超高速领域和实时测控方面有非常广泛的应用。

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课题除了学习相应的硬件知识外，还要学习如何使用VHDL语言设计可编程逻辑器件。

未来的EDA技术向广度和深度两个方向发展. （1）在广度上，EDA技术会日益普及.在过去，由于EDA软件价格昂贵，对硬件环境要求高，其运行环境是工作站和UNIX操作系统.最近几年，EDA软件平台化进展迅速，这些PC平台上的EDA软件具有整套的逻辑设计、仿真和综合工具.随着PC机性能的提高，PC平台上的软件功能将会更加完善. （2）在深度上，EDA技术发展的下一步是ESDA伍electronic System Design Automation电子系统设计自动化）和CE (Concurrent Engineering并行设计工程).目前的各种EDA工具，如系统仿真，PCB布线、逻辑综合、DSP设计工具是彼此独立的.随着技术的发展，要求所有的系统工具在统一的数据库及管理框架下工作，由此提出了ESDA和CE概念。

第2章 EDA的发展历程及其应用 2.1电子设计自动化（EDA）发展概述 2.1.1什么是电子设计自动化（EDA ） 在电子设计技术领域，可编程逻辑器件（如PLD, GAL）的应用，已有了很好的普及。

这些器件为数字系统的设计带来极大的灵活性。

由于这类器件可以通过软件编程而对其硬件的结构和工作方式进行重构，使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。

这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程、乃至设计观念。

电子设计自动化（EDA）是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，是20世纪90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。

EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件平台上，根据硬件描述语言HDL完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局线、仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

设计者的工作仅限于利用软件的方式来完成对系统硬件功能的描述，在EDA工具的帮助下和应用相应的FPGA/CPLD器件，就可以得到最后的设计结果。

尽管目标系统是硬件，但整个设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。

当然，这里的所谓EDA主要是指数字系统的自动化设计，因为这一领域的软硬件方面的技术已比较成熟，应用的普及程度也已比较大。

而模拟电子系统的EDA正在进入实用，其初期的EDA工具不一定需要硬件描述语言。

此外，从应用的广度和深度来说，由于电子信息领域的全面数字化，基于EDA的数字系统的设计技术具有更大的应用市场和更紧迫的需求性。

2.1.2 EDA的发展历史 EDA技术的发展始于70年代，至今经历了三个阶段。

电子线路的CAD（计算机辅助设计）是EDA发展的初级阶段，是高级EDA系统的重要组成部分。

它利用计算机的图形编辑、分析和存储等能力，协助工程师设计电子系统的电路图、印制电路板和集成电路板图；采用二维图形编辑与分析，主要解决电子线路设计后期的大量重复性工作，可以减少设计人员的繁琐重复劳动，但自动化程度低，需要人工干预整个设计过程。

这类专用软件大多以微机为工作平台，易于学用，设计中小规模电子系统可靠有效，现仍有很多这类专用软件被广泛应用于工程设计。

80年代初期，EDA技术开始技术设计过程的分析，推出了以仿真（逻辑模拟、定时分析和故障仿真）和自动布局与布线为核心的EDA产品，这一阶段的EDA已把三维图形技术、窗口技术、计算机操作系统、网络数据交换、数据库与进程管理等一系列计算机学科的最新成果引入电子设计，形成了CAE—计算机辅助工程。

也就是所谓的EDA技术中级阶段。

其主要特征是具备了自动布局布线和电路的计算机仿真、分析和验证功能。

其作用已不仅仅是辅助设计，而且可以代替人进行某...