免费智能真题库 > 历年试卷 > 系统架构设计师 > 2015年下半年 系统架构设计师 下午试卷 案例
  第2题      
  知识点：   分包   需求分析   导航   工作原理   基本功能   无线电   异常   指令

 
【说明】
某公司拟研制一款高空监视无人直升机，该无人机采用遥控一自主复合型控制实现垂直升降。该直升机飞行控制系统由机上部分和地面部分组成，机上部分主要包括无线电传输设备、飞控计算机、导航设备等，地面部分包括遥控操纵设备、无线电传输设备以及地面综合控制计算机等。其主要工作原理是地面综合控制计算机负责发送相应指令，飞控计算机按照预定程序实现相应功能。经过需求分析，对该无人直升机控制系统纵向控制基本功能整理如下：
(a)飞控计算机加电后，应完成系统初始化，飞机进入准备起飞状态；
(b)在准备起飞状态中等待地面综合控制计算机发送起飞指令，飞控计算机接收到起飞指令后，进入垂直起飞状态；
(c)垂直起飞过程中如果飞控计算机发现飞机飞行异常，飞行控制系统应转入无线电遥控飞行状态，地面综合控制计算机发送遥控指令；
(d)垂直起飞达到预定起飞高度后，飞机应进入高度保持状态；
(e)飞控计算机在收到地面综合控制计算机发送的目标高度后，飞机应进入垂直升降状态，接近目标高度；垂直升降过程中出现飞机飞行异常，控制系统应转入无线电遥控飞行；
(f)飞机到达目标高度后，应进入高度保持状态，完成相应的任务；
(g)飞机在接到地面综合控制计算机发送的任务执行结束指令后，进入飞机降落状态；
(h)飞机降落过程中如果出现飞机飞行异常，控制系统应转入无线电遥控飞行；
(i)飞机降落到指定着陆高度后，进入飞机着陆状态，应按照预定着陆算法，进行着陆；
(j)无线电遥控飞行中，地面综合控制计算机发送着陆指令，飞机进入着陆状态，应按照预定着陆算法，进行着陆。
 
问题：2.1   状态图和活动图是软件系统设计建模中常用的两种手段，请用200字以内文字简要说明状态图和活动图的含义及其区别。
 
问题：2.2   根据题干中描述的基本功能需求，架构师王工通过对需求的分析和总结给出了无人直升机控制系统纵向控制状态图(图2-1)。请根据题干描述，提炼出相应状态及条件，并完善图2-1所示状态图中的(1)～(5)，将答案填写在答题纸中。
 
问题：2.3   根据题目中描述的基本功能需求，架构师王工给出了无人直升机控制系统纵向控制的顶层活动图（图2-2）。请根据题干描述，完善图2-2活动图的（1）-（9），将答案填写在答题纸中。
 
 
 

   知识点讲解    
   · 分包    · 需求分析    · 导航    · 工作原理    · 基本功能    · 无线电    · 异常    · 指令
 
       分包
        中标人应当按照合同约定履行义务，完成中标项目。中标人不得向他人转让中标项目，也不得将中标项目肢解后分别向他人转让。中标人按照合同约定或者经招标人同意，可以将中标项目的部分非主体、非关键性工作分包给他人完成。接受分包的人应当具备相应的资格条件，并不得再次分包。中标人应当就分包项目向招标人负责，接受分包的人就分包项目承担连带责任。
 
       需求分析
        需求分析的方法种类繁多，不过如果按照分解的方式不同，可以很容易地划分出几种大类型：
        （1）结构化分析方法。本节后续内容将详细讨论SA的内容。
        （2）面向对象分析方法。将在9.4节中进行详细介绍。
        （3）面向问题域的分析（Problem Domain Oriented Analysis，PDOA）方法。PDOA更多地强调描述，而少强调建模。它的描述大致分为关注问题域和关注解系统的待求行为这两个方面。问题框架是PDOA的核心元素，是将问题域建模成为一系列相互关联的子域。也可以把问题框架看作是开发上下文图，但不同的是上下文图的建模对象是针对解系统，而问题框架则是针对问题域。也就是说，问题框架的目标就是大量地捕获更多有关问题域的信息。PDOA方法现在还在研究阶段，并未广泛应用。
               业务流程分析
               业务流程分析的目的是了解各个业务流程的过程，明确各个部门之间的业务关系和每个业务处理的意义，为业务流程的合理化改造提供建议，为系统的数据流程变化提供依据。
               业务流程分析的步骤如下：
               （1）通过调查掌握基本情况。
               （2）描述现有业务流程（绘制业务流程图）。
               （3）确认现有业务流程。
               （4）对业务流程进行分析。
               （5）发现问题，提出解决方案。
               （6）提出优化后的业务流程。
               在业务流程图中使用的基本符号如下图所示。
               
               业务流程图符号
               数据流图
               DFD是结构化分析中的重要方法和工具，是表达系统内数据的流动并通过数据流描述系统功能的一种方法。DFD还可被认为是一个系统模型，在信息系统开发中，一般将它作为需求说明书的组成部分。
               DFD从数据传递和加工的角度，利用图形符号通过逐层细分描述系统内各个部件的功能和数据在它们之间传递的情况，来说明系统所完成的功能。具体来说，DFD的主要作用如下：
               （1）DFD是理解和表达用户需求的工具，是系统分析的手段。由于DFD简明易懂，理解它不需要任何计算机专业知识，因此通过它同客户交流很方便。
               （2）DFD概括地描述了系统的内部逻辑过程，是系统分析结果的表达工具，因而也是系统设计的重要参考资料，是系统设计的起点。
               （3）DFD作为一个存档的文字材料，是进一步修改和充实开发计划的依据。
               在DFD中，通常会出现4种基本符号，分别是数据流、加工、数据存储和外部实体（数据源及数据终点）。数据流是具有名字和流向的数据，在DFD中用标有名字的箭头表示。加工是对数据流的变换，一般用圆圈表示。数据存储是可访问的存储信息，一般用直线段表示。外部实体是位于被建模的系统之外的信息生产者或消费者，是不能由计算机处理的成分，它们分别表明数据处理过程的数据来源及数据去向，用标有名字的方框表示。下图是一个典型的DFD示例。
               
               办理取款手续的DFD
               为了表达数据处理过程中的数据加工情况，用一个DFD是不够的。稍微复杂的实际问题，在DFD中常常出现十几个甚至几十个加工。这样的DFD看起来很不清楚。层次结构的DFD能很好地解决这一问题。按照系统的层次结构进行逐步分解，并以分层的DFD反映这种结构关系，能清楚地表达整个系统。
               下图给出分层DFD的示例。数据处理S包括三个子系统1、2、3。顶层下面的第一层DFD为DFD/L1，第二层的DFD/L2.1、DFD/L2.2及DFD/L2.3分别是子系统1、2和3的细化。对任何一层数据流图来说，我们称它的上层图为父图，在它下一层的图则称为子图。
               
               分层数据流图
               概括地说，画DFD的基本步骤，就是“自顶向下，逐层分解”。检查和修改的原则如下：
               （1）DFD中的所有图形符号只限于前述4种基本图形元素。
               （2）顶层DFD必须包括前述4种基本元素，缺一不可。
               （3）顶层DFD中的数据流必须封闭在外部实体之间。
               （4）每个加工至少有一个输入数据流和一个输出数据流。
               （5）在DFD中，需按层给加工框编号。编号表明了该加工处在哪一层，以及上下层的父图与子图的对应关系。
               （6）规定任何一个数据流子图必须与它上一层的一个加工对应，两者的输入数据流和输出数据流必须一致。此即父图与子图的平衡。
               （7）可以在DFD中加入物质流，帮助用户理解DFD。
               （8）图上每个元素都必须有名字。
               （9）DFD中不可夹带控制流。
               数据字典
               数据字典是关于数据的信息的集合，也就是对DFD中包含的所有元素的定义的集合。DFD和数据字典共同构成系统的逻辑模型。没有DFD，数据字典难以发挥作用；没有数据字典，DFD就不严格。只有把DFD和对DFD中每个元素的精确定义放在一起，才能共同构成系统的规格说明。
               数据字典的设计包括：数据流设计、数据元素字典设计、数据处理字典设计、数据结构字典设计和数据存储设计。这些设计涵盖了数据的采集和范围的确定等信息。在数据字典的每一个词条中应包含以下信息名称、别名或编号、分类、描述、何处使用。
               对加工的描述是数据字典的组成内容之一，常用的加工描述方法有结构化语言、判定树及判定表。
               （1）结构化语言：介于自然语言和形式语言之间的一种半形式语言，在自然语言基础之上加了一些限度，使用有限的词汇和有限的语句来描述加工逻辑。结构化语言是受结构化程序设计思想启发而扩展出来的。结构化程序设计只允许3种基本结构。结构化语言也只允许3种基本语句，即简单的祈使语句、判断语句和循环语句。与程序设计语言的差别在于结构化语言没有严格的语法规定，与自然语言的不同在于它只有极其有限的词汇和语句。结构化语言使用三类词汇：祈使句中的动词、数据字典中定义的名词及某些逻辑表达式中的保留字。
               （2）判定树：若一个动作的执行不只依赖一个条件，而与多个条件有关，那么这项策略的表达就比较复杂。如果用结构化语言的判断语句，就有多重嵌套，层次一多，可读性就会下降。用判定树来表示，可以更直观一些。
               （3）判定表：一些条件较多、在每个条件下取值也较多的判定问题，可以用判定表表示。判定表能清晰地表达复杂的条件组合与应做动作之间的对应关系，判定表的优点是能够简洁、无二义性地描述所有的处理规则。但判定表表示的是静态逻辑，是在某种条件取值组合情况下可能的结果，它不能表达加工的顺序，也不能表达循环结构，因此判定表不能成为一种通用的设计工具。
 
       导航
        导航设计对提供丰富友好的用户体验有至关重要的作用，简单直观的导航不仅能提高易用性，而且在用户找到所要的信息后有助于提高用户转化率。常见的导航形式如下。
        （1）标签式导航又称Tab导航，是目前运用得最广泛的导航设计，常见于社交类、电商类、支付类、新闻类、金融类、娱乐类等应用中。一般出现在屏幕底部、顶部或混合使用，在不同的需求中稍有调整。
        （2）分段式导航通常用于App的顶部，作为二级导航出现，一般有2～3个功能，占位较小，版面利用率较高，iOS端可以直接使用空间完成。
        （3）舵式导航是标签导航的变种，出现在App的底部，在表示最重要的功能时，可以用高亮色放大这一功能，并将图标放于App底部标签的中间。
        （4）抽屉式导航出现在App的左上角或右上角，采用点击图标弹出侧页或新页面的设计方法，通常是功能较多的情况下的一种应变策略。
        （5）宫格式导航属于层级结构导航，宫格中的一个格子代表一个功能，类似于手机上各个App的入口导航。
        （6）下拉式导航并不常用，常见于生活服务类、股票类的App中，通过点击下拉图标引出一串列表的形式以作为二级导航，因其体积小、能隐藏更多信息，有时会和滑动导航一起出现。
 
       工作原理
        链路状态路由算法的基本工作过程如下：
        （1）路由器之间形成邻居关系。当某个路由器启动之后，要做的第一件事是知道它的邻居是谁，这可以通过向其邻居发送问候（Hello）报文来做到。
        （2）测量线路开销。链路状态路由算法要求每个路由器都知道它到邻居路由器的延迟。获得到邻居路由器延迟的最直接方式就是发送一个要求对方立即响应的特殊的Echo报文，通过计算来回延迟再除以2，就可以得到延迟估计值。如果想要得到更精确的结果，可以重复这一过程，再取平均值。
        （3）构造链路状态报文。一旦路由器获得所有邻居路由器的延迟，下一步就是构造链路状态报文。链路状态报文包含构造该报文的路由器标识，以及到每个邻居路由器的延迟。下图（a）给出了某网络的拓扑结构，对应的6个链路状态报文如下图（b）所示。
        
        构造链路状态报文
        构造链路状态报文并不是一件困难的事情，难在何时构造这些报文。一种方法是定期进行；另一种方法是当网络出现大的变化时（如线路断开或重新连通、邻居路由器故障或恢复等情况）就构造新的链路状态报文。
        （4）广播链路状态报文。链路状态路由算法的最重要也是最具有技巧性的部分就是如何将链路状态报文可靠地广播到网络中的每一个路由器。
        完成链路状态报文广播的基本思想是利用扩散。由于扩散将导致网络中存在大量的重复报文，为了控制重复报文的数量，在每个链路状态报文中加上一个序号，该序号在每次广播新的链路状态报文时加1。每个路由器记录它所接收过的链路状态报文中的信息对（源路由器，序号），当路由器接收到一个链路状态报文时，先查看一下该报文是否已收到过。将新接收到的报文序号与路由器记录的最大序号进行比较，如果前者小于或等于后者，则说明该报文是重复报文，将其丢弃；否则该报文就是新的，应将它扩散到所有的输出线路上（除了接收该报文的线路外）。
        仅仅使用序号来控制重复报文会有问题，但这些问题是可以控制的。首先是序号的循环使用可能会导致序号冲突，解决的办法是使用32位的序号，这样即使是每秒钟广播一次链路状态报文（实际上链路状态报文的广播间隔不止1秒钟），得花137年才能使计数循环回来，避免了发生冲突的可能性。其次，如果某路由器由于故障而崩溃了，当此路由器重新启动后，如果它的序号再从0开始，那么后面的链路状态报文可能会被其他路由器当作重复报文而丢弃。第三，如果链路状态报文在广播过程中序号出现错误，如将序号5变为1027（一位出错），那么序号为5到1027的报文将会被当成重复报文而丢弃，因为路由器认为当前的序号是1027，所有序号小于或等于1027的报文都认为是重复报文。
        为了解决重复报文这个难题，还可以在每个链路状态报文中加上生存期（Age）字段，且每隔1秒钟减1。当生存期变为0时，报文被丢弃。
        还可以对链路状态报文的广播过程作一些细微修改，使算法更强壮一些。如路由器接收到链路状态报文后，并不立即将它放入输出队列进行排队等待转发，而是首先将它送到一个缓冲区等待一会儿。如果已有来自同一路由器的其他链路状态报文先行到达，则比较一下它们的序号。如果序号相等，丢弃任何一个重复报文；否则丢弃老的报文。为了防止因为路由器之间的线路故障而导致链路状态报文的丢失，所有的链路状态报文都要进行应答。一旦通信线路空闲，路由器就会循环扫描缓冲区以选择发送一个链路状态报文或者应答报文。
        对于上图（a）中的网络，路由器B的报文缓冲区如下图所示。这里的每一行对应于一个新到的但未完全处理完毕的链路状态报文。这张表记录了报文来自何处、报文的序号、生存期及链路状态报文。另外，对应于B到每个邻居（到A、C和F）各有一个发送标志和应答标志。发送标志位用于标识必须将链路状态报文发送到该邻居，应答标志位用于标识必须给该邻居发送应答报文。
        
        对应于上图（a）中B的报文缓冲区
        在上图中，A产生的链路状态报文可直接到达B，而B必须将此报文再扩散到C和F，同时B必须向A发送应答报文。类似的，F产生的链路状态报文到达B后，B必须向A和C进行转发，同时B必须向F发送应答报文。
        但是，对于上图中来自E的报文就有所不同。假设B两次收到来自E的报文，一次经过EAB，另一次经过EFB。因此，B只需将E产生的链路状态报文发往C即可，但要向A和F发送应答报文。
        如果重复报文在前一个报文未出缓冲区时到达，表中的标志位就得进行修改。例如，在上图中，当B还未处理完由C产生的链路状态报文，又接收到一个从F传来的C的链路状态报文时，此时应将C行的标志位由101010改为100011，表示要向F发送应答报文，而不必将C的链路状态报文再发向F。
        （5）计算最短路径。由于网络上的每个路由器都可以获得所有其他路由器的链路状态报文，每个路由器都可以构造出网络的拓扑结构图。此时路由器可以根据Dijkstra算法计算出到所有目的节点的最短路径，并把计算结果填到路由器的路由表中。
 
       基本功能
        路由器在网络层对分组信息进行存储转发，实现多个网络互联。因此，路由器应具有以下基本功能。
        （1）协议转换。能对网络层及其以下各层的协议进行转换。
        （2）路由选择。当分组从互联的网络到达路由器时，路由器能根据分组的目的地址按某种路由策略选择最佳路由，将分组转发出去，并能随网络拓扑的变化，自动调整路由表。
        （3）能支持多种协议的路由选择。路由器与协议有关，不同的路由器有不同的路由器协议，支持不同的网络层协议。如果互联的局域网采用了两种不同的协议，一种是TCP/IP协议；另一种是SPX/IPX协议（即Netware的运输层／网络层协议），由于这两种协议有许多不同之处，分布在互联网中的TCP/IP（或SPX/IPX）主机上，只能通过TCP/IP（或SPX/IPX）路由器与其他互联网中的TCP/IP（或SPX/IPX）主机通信，但不能与同一个局域网或其他局域网中的SPX/IPX（或TCP/IP）主机通信。问题产生的原因在于互联网主机之间的通信受到路由器协议的限制。因此，近年来推出了一种多协议路由器，它能支持多种协议，如IP，IPX，X.25及DEC Net协议等，能为不同类型的协议建立和维护不同的路由表。这样利用路由器不仅能连接同构型局域网，还能用它连接局域网和广域网。例如，利用一个多协议路由器来连接以太网、令牌环网、FDDI网、X.25网及DEC Net等，从而使大、中型网络的组建更加方便，并获得较高的性能价格比。但是，由于目前多协议路由器尚未标准化，不同厂家的多协议路由器不一定能协同工作，在选购时应加以注意。
        （4）流量控制。路由器不仅具有缓冲区，而且还能控制收发双方数据流量，使两者更加匹配。
        （5）分段和组装功能。当多个网络通过路由器互联时，各网络传输的数据分组的大小可能不相同，这就需要路由器对分组进行分段或组装。即路由器能将接收的大分组分段并封装成小分组后转发，或将接收的小分组组装成大分组后转发。如果路由器没有分段组装功能，那么整个互联网就只能按照所允许的某个最短分组进行传输，大大降低了网络的效能。
        （6）网络管理功能。路由器是连接多种网络的汇集点，网间信息都要通过它，在这里对网络中的信息流、设备进行监视和管理是比较方便的。因此，高档路由器都配置了网络管理功能，以便提高网络的运行效率、可靠性和可维护性。
 
       无线电
        无线电是一种在空气和真空这样的自由空间进行传播的电磁波。无线电的频带是有限的。上限为在300GHz（吉赫兹），而下限频率在各类规范中不统一，常见的说法有三种分别为3kHz～300GHz（国际电信联盟规定）、9kHz～300GHz、10kHz～300GHz。
        无线点技术实际上是利用无线电波传播信号的技术。无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。
        无线电波是一种电磁波，速度等于光速。人们通过频率或者波长来对无线电波进行分类。
        （1）长波：长波波长>1000m，频率处于30～300kHz之间。
        （2）中波：中波波长100～1000m，频率处于300kHz～3MHz之间。
        （3）短波：短波波长10～100m，频率处于3～30MHz。
        （4）超短波：超短波波长1～10m，频率处于30～300MHz，又称米波。
        （5）微波：微波波长1mm～1m，频率处于300MHz～300GHz之间。
        无线电波容易产生，传播距离远，可以被电离层反射，因此被广泛用于通信。同时，无线电波可以进行全方位的发送，因此接收装置安装简单。无线电广泛用于电视、电话、广播、甚至是加热饭菜等等，而在军事上可以用其来进行导航、雷达辨别物体等等。
        由于各波段的传播特性各异，因此，可以各波段的无线电波可以用于不同的通信系统。例如，中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。而短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。超短波和微波的绕射能力较差，可作为视距或超视距中继通信。
        无线电波也有其弱点，低频的无线电波穿透障碍的能力强，但是随着传输距离的增加其能量迅速减弱。而高频的无线电波则容易受障碍物、天气影响大。而所有无线电波容易被干扰。用户之间的串扰也是一个大的问题。
 
       异常
        异常是一种形式的异常控制流，它一部分是由硬件实现的，一部分是由操作系统实现的。因为它们有一部分是由硬件实现的，所以具体细节将随系统的不同而有所不同。然而，对于每个系统而言，基本的思想都是相同的。
        异常（exception）就是控制流中的突变，用来响应处理器状态中的某些变化。异常可以分为四类：中断（interrupt）、陷阱（trap）、故障（fault）和中止（abort）。下表对这些类别的属性做了小结。
        
        异常的类别
        （1）陷阱。陷阱是有意的异常，是执行一条指令的结果。就像中断处理程序一样，陷阱处理程序将控制返回到下一条指令。陷阱最重要的用途是在用户程序和内核之间提供一个像过程一样的接口，叫做系统调用。
        用户程序经常需要向内核请求服务，例如读一个文件、创建一个新的进程、加载一个新的程序或者中止当前进程。为了允许对这些内核服务的受控的访问，处理器提供了一条特殊的syscall指令，当用户程序想要请求服务n时，可以执行这条指令。执行syscall指令会导致一个到异常处理程序的陷阱，这个处理程序对参数解码，并调用适当的内核程序。
        （2）故障。故障由错误情况引起，它可能被故障处理程序修正。当一个故障发生时，处理器将控制转移给故障处理程序。如果处理程序能够修正这个错误情况，它就将控制返回到故障指令，从而重新执行它。否则，处理程序返回到内核中的abort例程，abort例程会中止引起故障的应用程序。
        （3）中止。中止是不可恢复的致命错误造成的结果，典型的是一些硬件错误，例如DRAM或者SRAM位被损坏时发生的奇偶错误。中止处理程序从不将控制返回给应用程序。处理程序将控制返回给一个abort例程，该例程会中止这个应用程序。
 
       指令
        指令是指挥计算机完成各种操作的基本命令。
        （1）指令格式。计算机的指令由操作码字段和操作数字段两部分组成。
        （2）指令长度。指令长度有固定长度的和可变长度的两种。有些RISC的指令是固定长度的，但目前多数计算机系统的指令是可变长度的。指令长度通常取8的倍数。
        （3）指令种类。指令有数据传送指令、算术运算指令、位运算指令、程序流程控制指令、串操作指令、处理器控制指令等类型。
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第2题    在手机中做本题