Fundamentos del diseño 3ª edición (2002)

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1 Unidades temáticas de Ingeniería del Software Fundamentos del diseño 3ª edición (2002) Facultad de Informática

2 necesidad del diseño Las actividades de diseño afectan al éxito de la realización del software y a la facilidad del mantenimiento, ayudando a construir sistemas estables. El diseño hace posible la transformación de los requisitos en un producto acabado mediante la obtención de modelos físicos del software. El diseño es el proceso en el que se asienta la calidad del desarrollo de software Fundamentos del diseño 2

3 contenido Ámbitos del diseño Directrices para evaluar un diseño Criterios de diseño Características de los métodos Conceptos de diseño Abstracción Tipos de abstracciones Refinamiento Modularidad Arquitectura del software Jerarquía de control Medidas de la estructura Partición estructural Estructura de datos Procedimiento del software Ocultación de información Diseño modular efectivo Independencia funcional Cohesión y acoplamiento Niveles de cohesión y acoplamiento Heurísticas de diseño Documento de diseño Referencias bibliográficas Fundamentos del diseño 3

4 ámbitos del diseño Diseño de datos. Transforma el modelo de dominio de la información en las estructuras de datos necesarias para implementar el software. Diseño arquitectónico. Define la relación entre los principales elementos estructurales del programa. Diseño de la interfaz. Describe cómo se comunica el software consigo mismo, con los sistemas que operan con él y con los operadores que lo emplean. Diseño procedimental. Transforma elementos estructurales de la arquitectura del programa en una descripción procedimental de los componentes de software. Fundamentos del diseño 4

5 directrices para evaluar un diseño Debe implementar todos los requisitos explícitos contenidos en el modelo de análisis así como todos los requisitos implícitos que desea el cliente. Debe ser una guía que puedan leer y entender los que construyan el código y los que prueban y mantienen el software. Debería proporcionar una idea completa de lo que es el software, enfocando los dominios de datos, funcional y de comportamiento desde la perspectiva de la implementación. Fundamentos del diseño 5

6 criterios de diseño Presentar relaciones jerárquicas del tipo cliente-servidor entre componentes. Ser modular, es decir, estar dividido en forma lógica en componentes que realicen funciones y subfunciones específicas. Contener abstracciones de datos y procedimentales. Producir componentes que exhiban características funcionales independientes. Conducir a interfaces que reduzcan la complejidad de las conexiones entre los componentes y el entorno exterior. Obtenerse usando un método que pudiera repetirse según la información obtenida durante el análisis de requisitos del software. Fundamentos del diseño 6

7 características de los métodos Proporcionar un mecanismo para la transformación de un modelo de análisis en una representación del diseño. Proporcionar una notación para representar componentes funcionales y sus interfaces. Incluir heurísticas para el refinamiento y la partición. Aportar consejos para valorar la calidad. Fundamentos del diseño 7

8 conceptos de diseño Partición estructural Abstracción Independencia funcional Refinamiento Estructura de datos Modularidad Arquitectura del software Jerarquía de control Ocultación de la información Procedimiento del software Fundamentos del diseño 8

9 abstracción Capacidad que permite trabajar a diferentes niveles de detalle, yendo de lo más abstracto a lo más concreto. Al nivel superior de abstracción, se establece una solución en términos amplios usando el lenguaje del entorno del problema. A niveles más bajos, se toma una orientación más procedimental. Al nivel inferior de abstracción, la solución se establece de manera que pueda implementarse directamente. Fundamentos del diseño 9

10 tipos de abstracciones Abstracción procedimental. Se trata de una secuencia dada de instrucciones que tiene una función específica y limitada. Abstracción de datos. Es una colección determinada de datos que describen un objeto de datos. Abstracción de control. Implica un mecanismo de control del programa sin especificar detalles internos. En los diferentes niveles del diseño, se crean abstracciones procedimentales, de datos y de control Fundamentos del diseño 10

11 refinamiento Es un proceso de elaboración que permite ampliar una declaración original, dando cada vez más detalles. El refinamiento paso a paso (Wirth, 1971) es una estrategia de diseño descendente donde la arquitectura de un programa se desarrolla refinando sucesivamente niveles de detalle procedimental. Se empieza con un enunciado de función o descripción de información definida a un alto nivel de abstracción sin proporcionar ninguna información sobre los procesos internos de la función o la estructura interna de la información. Ayuda al diseñador a revelar detalles de bajo nivel a medida que progresa el diseño. Fundamentos del diseño 11

12 modularidad Atributo del software que permite que sea intelectualmente manejable al estar dividido en componentes que se integran para satisfacer los requisitos. La arquitectura del software conlleva modularidad; el software se divide en componentes identificables y tratables por separado, denominados módulos, que están integrados para satisfacer los requisitos del programa. Cuál es el nº ideal? Cuál es el tamaño ideal? Costes o esfuerzo Costes totales del software Costes de integración Región de costes mínimos M { Costes/módulo Número de módulos Fundamentos del diseño 12

13 arquitectura del software Representa la estructura global del software y las maneras en que esa estructura proporciona integridad conceptual a un sistema. La arquitectura es la estructura jerárquica de los componentes del programa, la manera de interactuar de estos componentes, y la estructura de los datos usados por estos componentes. Propiedades del diseño arquitectónico Propiedades estructurales Propiedades extra-funcionales Familias de sistemas relacionados Fundamentos del diseño 13

14 jerarquía de control La estructura del programa representa la organización de los componentes e implica una jerarquía de control. La jerarquía de control representa dos características de la arquitectura del programa: La visibilidad indica el conjunto de componentes que pueden ser invocados o sus datos ser utilizados por un componente dado (incluso indirectamente). La conectividad indica el conjunto de componentes a los que directamente se invoca o sus datos son utilizados en un determinado módulo. Fundamentos del diseño 14

15 medidas de la estructura La profundidad es el nº de niveles de control. La anchura es la amplitud global del control. El grado de salida es el nº de módulos controlados por otros módulos. El grado de entrada es el nº de módulos que controlan directamente a un módulo dado. M Grado de salida Profundidad a b c d e k l m f g h n o p q Grado de entrada i j r Anchura Fundamentos del diseño 15

16 partición estructural Partición horizontal Define ramas separadas de la jerarquía modular para cada función principal del programa. Las arquitecturas de partición horizontal facilitan la prueba, el mantenimiento y propaga menos efectos secundarios. Partición vertical Sugiere que el control y el trabajo se distribuyan descendentemente en la arquitectura del programa. Las arquitecturas de partición vertical tienen menos probabilidad de ser susceptibles a efectos secundarios cuando se hacen cambios y tendrán por tanto mejor capacidad de mantenimiento. La estructura del programa debería partirse tanto horizontalmente como verticalmente Fundamentos del diseño 16

17 estructura de datos Es una representación de la relación lógica entre los elementos individuales de datos. La organización y complejidad de la estructura de datos están limitadas sólo por el ingenio del diseñador. Las estructuras de datos clásicas son: elemento escalar, vector secuencial, array (matriz), lista enlazada, estructura de datos jerárquica. Las estructuras jerárquicas se encuentran en aplicaciones que requieran categorización y capacidad de asociación de la información. Las estructuras de datos pueden representarse a diferentes niveles de abstracción. Fundamentos del diseño 17

18 procedimiento del software Se centra en los detalles de procesamiento de cada módulo individualmente. Debe proporcionar una especificación exacta del procesamiento, incluyendo la secuencia de acontecimientos, puntos exactos de decisión, operaciones repetitivas e incluso la organización o estructura de los datos. Existe una relación entre la estructura de programa y el procedimiento del software; el procesamiento indicado para cada módulo debe incluir una referencia a todos los módulos subordinados al módulo que se describe. Fundamentos del diseño 18

19 ocultación de información Capacidad de un componente para que la información (procedimiento y datos) contenida dentro del mismo sea inaccesible a otros componentes que no la necesitan. Implica que se puede conseguir una modularidad eficaz definiendo un conjunto de módulos independientes que se comunican entre ellos sólo la información necesaria para conseguir la función del software. Define y refuerza las restricciones de acceso tanto al detalle procedimental dentro del módulo como a cualquier estructura de datos local empleada por el módulo. Proporciona ventajas en el mantenimiento del software, ya que los errores son más difíciles de propagar al estar ocultos la mayoría de los datos y los procedimientos a otras partes del software. Fundamentos del diseño 19

20 diseño modular efectivo Ventajas del diseño modular Reducción de la complejidad. Facilidad de cambios. Facilidad de implementación al fomentar el desarrollo en paralelo de diferentes partes de un sistema. Criterios para evaluar la eficacia del método (Meyer, 1988) Capacidad de descomposición modular Capacidad de empleo de componentes modulares Capacidad de comprensión modular Continuidad modular Protección modular Fundamentos del diseño 20

21 independencia funcional Deriva directamente de los conceptos de modularidad, abstracción y ocultación de la información. Se adquiere desarrollando módulos con una clara función y una aversión a la excesiva interacción con otros módulos. Se mide con dos criterios cualitativos: la cohesión y el acoplamiento. Es la clave de un buen diseño. Fundamentos del diseño 21

22 cohesión y acoplamiento La cohesión es la medida de la fuerza funcional relativa de un módulo. En el diseño se intenta conseguir una alta cohesión. El acoplamiento es la medida de la interdependencia relativa entre módulos. En el diseño intentamos conseguir el menor nivel posible de acoplamiento. Fundamentos del diseño 22

23 niveles de cohesión y acoplamiento Bajo Alto Niveles de cohesión Coincidental Lógica Temporal Procedimental Comunicativa Secuencial Funcional Niveles de acoplamiento Sin acoplamiento directo De datos Por estampado De control Externo Común Del contenido Fundamentos del diseño 23

24 heurísticas de diseño Evaluar la primera iteración del diseño para reducir el acoplamiento y mejorar la cohesión. Intentar minimizar las estructuras con mucho grado de salida. Mantener el alcance del efecto de un módulo dentro del alcance del control de ese módulo. Evaluar las interfaces de los módulos para reducir la complejidad, la redundancia y mejorar la consistencia. Definir módulos cuya función sea predecible, pero evitar módulos que sean demasiado restrictivos. Intentar conseguir módulos de entrada controlada evitando las conexiones patológicas. Empaquetar el software basándose en las restricciones del diseño y los requisitos de portabilidad. Fundamentos del diseño 24

25 documento de diseño Ámbito 1. Objetivos del sistema 2. Principales requisitos del software 3. Restricciones de diseño, limitaciones Diseño de datos 1. Objetos de datos y estructuras de datos resultantes 2. Estructuras de archivo y bases de datos Diseño arquitectónico 1. Revisión de datos y del flujo de control 2. Estructura del programa Diseño de interfaz 1. Especificación de la interfaz hombremáquina 2. Normas de diseño de la interfaz hombremáquina 3. Diseño de la interfaz externa 4. Normas de diseño de la interfaz interna Diseño procedimental (Por cada módulo) 1. Descripción del proceso 2. Descripción de la interfaz 3. Descripción del lenguaje de diseño 4. Módulos usados 5. Estructuras de datos internos 6. Comentarios/restricciones/limitaciones Referencias cruzadas de requisitos Recursos de pruebas Notas especiales Apéndices Fundamentos del diseño 25

26 referencias bibliográficas Pressman, R. Ingeniería del software: un enfoque práctico. McGraw- Hill, Fundamentos del diseño 26

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