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1 Engenharia de Software Desenho de Software Departamento de Matemática Universidade dos Açores Hélia Guerra desenho Desenho (dicionário Priberam on-line) do Lat.! designu s. m., arte de representar os objectos por meio de linhas e sombras; delineamento ou traçado geral de um quadro; plano; projecto; arte de desenhar; acto de desenhar; 2

2 desenho Desenho é o processo criativo de transformar o problema numa solução A descrição da solução também é designada desenho A especificação dos requisitos define o problema A documentação do desenho especifica uma solução particular para o problema 3 desenho conceptual e desenho técnico O desenho é um processo iterativo feito em duas partes Desenho conceptual (desenho do sistema) Desenho técnico 4

3 desenho conceptual Indica ao cliente o que o sistema irá fazer a origem dos dados o que acontece aos dados no sistema o aspecto do sistema para os utilizadores as escolhas oferecidas aos utilizadores a duração dos eventos o aspecto dos relatórios e dos ecrãs 5 desenho conceptual Características de um bom desenho conceptual linguagem do cliente sem termos técnicos descreve as funções do sistema independente da implementação com ligações aos requisitos 6

4 desenho conceptual 7 desenho técnico Indica aos programadores o que o sistema fará as componentes de hardware e as suas funções a hierarquia e as funções das componentes de software as estruturas de dados o fluxo de dados 8

5 decomposição Descrição dos dados do sistema Descrições funcionais de alto nível Criação de hierarquia da informação 9 modularidade Módulos ou componentes: partes que compõe o desenho Sistema modular cada actividade é executada por uma componente inputs e outputs de cada actividade estão bem definidos todos os inputs são essenciais para a função cada output resulta de alguma das suas acções 10

6 formas de criar desenhos Decomposição modular Decomposição orientada aos dados Decomposição orientada aos eventos Desenho Outside-in Desenho orientado aos objectos 11 níveis de desenho Arquitectura: associa as capacidades do sistema identificadas nos requisitos às componentes do sistema que as vão implementar Desenho do código: especifica os algoritmos e estrutura de dados para cada componente Desenho executável: desenho de baixo nível que inclui a atribuição de memória, o formato dos dados 12

7 Estilos de desenho Pipes e filtros Desenho orientado aos objectos Camadas Repositórios Cliente-servidor Pipes e filtros Streams de dados (pipes) para I/O Filtros que transformam os dados 14

8 Pipes e filtros Propriedades importantes O designer entende o efeito do input/output no sistema como a composição de filtros Os filtros podem ser facilmente reutilizados em outros sistemas A evolução do sistema é simples pode-se ter filtros concorrentes 15 Desenho orientado aos objectos Características cada objecto tem que preservar a integridade da representação dos dados a representação tem que estar escondidada dos outros objectos facilita as alterações sem causar perturbações no resto do sistema Cada objecto tem que conhecer a identidade dos restantes para poder comunicar com eles 16

9 camadas As camadas são hierárquicas cada camada fornece serviços à camada exterior e é cliente da camada interior O desenho inclui protocolos que explicam como é que cada par de camadas irá comunicar Vantagens Nível elevado de abstracção É relativamente fácil acrescentar ou modificar uma camada Desvantagens Nem sempre é fácil estruturar um sistema em camadas O desempenho do sistema pode ser prejudicado pela coordenação (extra) entre as camadas 17 camadas sistema de segurança 18

10 repositórios Componentes Armazém de dados centralizado Uma coleccção de componentes que operam sobre os dados (guardar, obter, actualizar) O desafio é decidir como é que as componentes interactuam base de dados tradicional blackboard 19 repositórios Vantagem: abertura A representação dos dados está disponível para os programadores que podem desenvolver ferramentas para aceder ao repositório Desvantagem: o formato dos dados tem que ser aceite por todas as componentes 20

11 cliente - servidor Sistemas distribuídos Vantagem: utilizadores obtem a informação que necessitam apenas quando precisam Desvantagem: necessita de maior segurança e gestão dos sistema; desenvolvimento de aplicações mais sofisticado Arquitectura específica do domínio de aplicação Arquitecturas heterogénias que combinam diferentes estilos 21 cliente - servidor Sistemas distribuídos são descritos em termos da topologia da sua configuração (anel, estrela) 22

12 Aspectos a ter em conta no desenho Modularidade e níveis de abstracção Desenho colaborativo Desenho da interface com o utilizador Concorrência Desenho de padrões e reutilização 23 Modularidade e abstracção Níveis de abstracção: uma componente de um nível refina as que estão no nível abaixo, à medida que se desce na hierarquia, encontra-se componentes com mais detalhes Encapsulamento da informação Modularidade fornece flexibilidade para perceber o sistema para traçar o fluxo de dados 24

13 abstracção Ordenar L por ordem crescente DO WHILE I is between 1 and (length of L)-1: Set LOW to index of smallest value in L(I),..., L(length of L) Interchange L(I) and L(LOW) END DO 25 desenho colaborativo Muitos projectos constituem trabalho colaborativo Aspectos a considerar no desenho colaborativo Quem é que mais se adequa a desenhar determinado aspecto do desenho Como documentar o desenho Como coordenar o desenho das componentes Problemas na execução do desenho colaborativo Diferenças na experiências pessoais, no entendimento e nas preferencias Por vezes o comportamento em grupo das pessoas é diferente do comportamento 26 individual

14 desenho da interface com o utilizador Elementos a ter em conta Metáforas: termos, imagens, conceitos que podem ser reconhecidos e aprendido Modelo mental de organização e representação dos dados, das funções, das actividades Regras de navegação para o modelo Aspecto: características da aparência do sistema que transmite informação ao utilizador A intuição: técnicas de interacção com o utilizador Aspectos culturais Preferencias culturais 27 concorrência Problemas Consistencia dos dados partilhados pela componentes ao mesmo tempo Garantir que uma acção não interfere noutra Soluções Sincronização: método que permite que duas actividades sejam executadas de forma concorrente sem que uma interfira com a outra Exclusão mútua: quando um processo acede aos dados, os restantes elementos não podem alterar os dados Monitor: objecto abstracto que controla a exclusão mútua de um processo 28

15 padrão de desenho Um padrão de desenho identifica, abstrai e nomeia os aspectos essenciais de uma estrutura comum, tornando-a útil para ser reutilizada num desenho 29 características de um bom desenho Componentes independentes ligação coesão Identificação e suporte de excepções Prevenção e tolerância a faltas activa passiva 30

16 ligação Dois componentes dizem-se fortemente ligados sse existe entre eles uma grande dependência Dois componentes dizem-se fracamente ligados sse existe entre eles uma fraca dependência Dois componentes dizem-se desligados sse não existe entre eles qualquer dependência 31 ligação A ligação entre componentes depende de referências entre componentes dados passados entre componentes controlo entre componentes grau de complexidade da interface A ligação pode ser medida num intervalo de dependências 32

17 tipos de ligação Ligação de conteúdo (content coupling) Ligação de partilha (common coupling) Ligação de controlo (Control coupling) Ligação de estrutura (Stamp coupling) Ligação de dados (Data coupling) 33 ligação de conteúdo Ocorre quando um componente conhece a estrutura interna de outro qualquer alteração interna pode ter reprecursões nos restantes componentes 34

18 ligação de partilha Ocorre quando vários componentes partilham o mesmo conjunto de dados Surgem problemas quando um componente altera dados comuns a outros componentes 35 ligação de controlo Ocorre quando um componente passa parâmetros que controlam a actividade de outro componente O componente controlado não pode funcionar independentemente do componente controlador 36

19 ligação de estrutura Ocorre quando um componente passa uma estrutura de dados a outro componente Os valores, a formatação e a organização dos dados gera uma dependência entre os componentes 37 ligação de dados Ocorre quando um componente apenas passa dados de tipo simples a outro componente É uma ligação simples que deixa pouca margem para erros 38

20 Coesão Um componente é coeso sse todos os seus elementos estão directamente envolvidos na satisfação dos objectivos do componente Há diversos tipos de coesão 39 coesão 40

21 identificação e suporte de excepções Excepção: situação conhecida que vai contra o que se pretende que o sistema faça falha no fornecimento de um serviço fornecimento incorrecto de serviço ou dados dados corrompidos As excepções podem ser suportadas de três formas diferentes retry correct report 41 prevenção e tolerância a faltas Detecção activa de faltas: procura sistemática de sintomas de faltas, antecipação da ocorrência de falhas Mutual suspicous n-version programming Diagnostic transaction Detecção passiva de faltas: espera-se ver as faltas durante a execução do sistema Correcção de faltas: compensação do sistema na presença de faltas Tolerância a faltas: isolamento de um dano causado por uma falta 42

22 avaliação e validação do desenho - revisão do desenho Revisão preliminar do desenho conceptual com o cliente e utilizadores Revisão crítica do desenho técnico com a equipa de desenvolvimento Revisão do desenho do programa com os programadores, antes da implementação 43 revisão do desenho É solução do problema? É modular, bem estruturado e fácil de entender? Pode-se melhorar a estrutura e a percepção? É portável para outras plataformas? É reutilizável? É fácil de modificar e expandir? Suporta testes? Maximiza o desempenho sempre que necessário? Reutiliza sempre que necessário componentes de outros projectos? 44

23 revisão do desenho Os algoritmos são apropriados ou necessitam de ser melhorados? Se for um processo de desenvolvimento por fases, a transição entre fases é fácil de fazer? Está bem documentado? Faz correspondencia entre os componentes e os requisitos? Utiliza técnicas adequadas para prevenção e tolerância a falhas? 45 documentação do desenho Desenho racional aponta aspectos críticos e trade-offs Descrição dos componentes dos sistema Descrição da interface com o utilizador Conjunto de diagramas a descrever toda a organização e estrutura do sistema Topologia da rede, no caso de ser um sistema distribuído 46

24 interface com o utilizador menus e outros formatos de ecrã teclas funcionais, ecrã táctil, layouts de teclado, uso de rato ou joystick formato dos relatórios input: origem, formatação e armazenamento dos dados output: destino, formatação e armazenamento dos dados enviados características funcionais gerais restrições de desempenho procedimento de arquivo abordagem ao suporte de faltas 47 resumo O desenho começa num nível elevado, com decisões importantes sobre a arquitectura do sistema baseada nos requisitos do sistema, nos atributos desejáveis e na intenção de usar o sistema durante muito tempo É preciso ter em conta as características de um bom desenho: Modularidade e níveis de abstracção Ligação e coesão Tolerância a faltas Prototipagem Interface com utilizador 48

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