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  • 常用结构计算小软件
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    2018-11-28 08:33:23

    计算机软件专业是计算机科学的一个分支,和软件科学与技术专业相比较,计算机软件专业的侧重点在开发和技术的实际应用,而对软件开发的理论要求没有那么高。
    因此,这也要求我们必须熟练掌握计算机系统常用的硬软件工具。
    而在计算机系统中,我们需要学习的有以下软件:
    C语言程序设计、VB程序设计、Java面向对象程序设计、数据结构、计算机网络与通讯、网络操作系统、软件工程、多媒体技术与应用、大型数据库处理技术等。
    1,C语言程序设计
    C语言是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点,又具有汇编语言的特点。它可以作为系统设计语言,编写工作系统应用程序,也可以作为应用程序设计语言,编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此,它的应用范围广泛。
    2,Java面向对象程序设计
    Java是一门面向对象编程语言,不仅吸收了C++语言的各种优点,还摒弃了C++里难以理解的多继承、指针等概念,因此Java语言具有功能强大和简单易用两个特征。Java语言作为静态面向对象编程语言的代表,极好地实现了面向对象理论,允许程序员以优雅的思维方式进行复杂的编程 。
    Java具有简单性、面向对象、分布式、健壮性、安全性、平台独立与可移植性、多线程、动态性等特点。Java可以编写桌面应用程序、Web应用程序、分布式系统和嵌入式系统应用程序等。
    3,数据结构
    数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。通常情况下,精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。
    4,多媒体技术与应用
    多媒体技术是指通过计算机对文字、数据、图形、图像、动画、声音等多种媒体信息进行综合处理和管理,使用户可以通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术,又称为计算机多媒体技术。

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    当前随着国际摩擦的升级,我国核心技术领域"卡脖子"的问题愈发突出。仿真软件作为工业软件的核心软件,也面临着被"卡脖子"的风险,发展自主可控仿真软件已势在必行。为此,安世亚太基于25年仿真技术积淀和资源优势,通过聚焦国内用户需求,自主开发了国内首款大型通用仿真软件PeraSim。

    安世亚太利用多年仿真实践积累的上万条实际工程案例,对PeraSim进行了大量的工程化验证和结果比对,表明PeraSim能够为工业用户提供强大的结构、热、流体、电磁等学科仿真计算能力。

    PeraSim通用仿真软件将于年底正式发布。从本期开始,我们将为大家提前剧透该产品的主要功能,包括总体概述、通用结构力学分析、通用流体分析、通用电磁分析,敬请关注!

    1、概述

    PeraSim是安世亚太自主开发的通用仿真软件,包括PeraSim.Mech机械仿真、PeraSim.Fluid流体仿真及PeraSim.Emag电磁仿真三大模块,提供了强大的面向工业用户的结构、热、流体、电磁等学科的仿真计算能力。

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    PeraSim通用仿真软件架构

    (1)成熟的软件架构、图形界面

    PeraSim基于插件架构,便于扩展。软件支持Windows、Linux等操作系统,支持国际化及包括中文的多语言。PeraSim提供能够支持结构、流体、电磁三种学科的统一交互界面及一致的交互方式。

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    PeraSim通用仿真软件应用主窗口

    (2)完备的前后处理功能

    PeraSim具有完备的前后处理功能,能够同时满足结构、流体、电磁仿真的前后处理应用需要。PeraSim.PrePost前后处理器提供几何建模、网格划分、模型属性定义、求解设置及结果后处理等功能。

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    网格划分、单元质量检查及单元类型设置

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    边界条件及载荷定义

    (3)通用结构力学分析

    PeraSim.Mech是通用结构力学仿真分析系统,涵盖线性、非线性、静力、动力、热、热结构耦合等分析功能。

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    静力分析及结果后处理

    (4)通用流体分析

    PeraSim.Fluid是通用流体仿真系统,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟技术,包含能够精确模拟日常遇到的各种工程流动问题的求解器,支持可压、不可压计算、传热计算、多相流计算。

    (5)通用电磁分析

    PeraSim.Emag是通用低频电磁仿真系统,能满足机电产品工程师的设计仿真需求,提供二维/三维的静电场、直流电场、交流电场、电瞬态场、静磁场、涡流场、瞬态电磁场求解功能。

    (6)高效并行

    PeraSim具备高效的并行计算能力,支持高效分布式并行计算。

    (7)自动生成Python脚本代码

    用户在PeraSim中的所有操作都能被实时录制为Python脚本代码,便于仿真分析的自动化、参数化、定制等应用需求。

    2、功能特色

    (1)丰富的CAD、CAE数据接口

    PeraSim的CAD、CAE数据接口支持IGES、STEP、STL等几何模型数据的导入,以及ANSYS、Fluent、LS-Dyna、ABAQUS、NASTRAN等软件网格模型数据的导入。

    (2)统一的软件交互界面、一致的交互方式

    PeraSim提供能够支持结构、流体、电磁三种学科的统一软件交互界面及一致的交互方式。

    (3)多模型管理

    PeraSim支持多模型管理。一个项目文件中,支持多模型、多种分析类型,支持多窗口渲染,从而方便处理复杂的仿真分析。

    (4)强大的Python API接口

    PeraSim嵌入Python解释器,具有强大的Python API接口,便于自动化测试,软件定制及扩展灵活。

    (5)可方便集成第三方求解器

    PeraSim的前后处理器与求解器解耦,支持使用Python灵活地集成各种求解器,不仅支持自己的求解器,也可集成第三方求解器。

    (6)实时自动录制Python脚本

    用户在PeraSim中的所有操作都能被实时自动录制为Python脚本代码。

    (7)支持撤销/重做

    软件所有改变内部数据的功能都支持撤销/重做,便于用户建模。

    (8)丰富的各类有限单元类型

    PeraSim提供了涵盖杆单元、梁单元、管单元、板壳单元、质量单元、弹簧单元、平面单元、实体单元、热单元等的丰富的各类单元类型。

    (9)材料模型库

    PeraSim材料模型库面向结构、流体、电磁三个学科,提供了丰富的材料模型:

    · PeraSim支持线弹性、弹塑性、超弹性、线性及非线性热分析等多种材料本构;

    · PeraSim为流体仿真提供基本的流体介质材料数据库,支持粘度(包括牛顿流体、幂律模型、应变率函数)、密度、理想气体状态方程、多项式、线性状态方程,支持随温度的材料属性变化;

    · PeraSim为电场仿真提供常用非线性材料,包括导体、绝缘体、硬磁/软磁、各向异性等材料;

    · PeraSim材料模型库支持用户自定义材料属性。

    (10)丰富的湍流模型

    PeraSim提供了丰富的湍流模型,支持包括层流、Spalart-Allmaras、标准k-epsilon模型、Realizable k-epsilon模型、标准k-ω模型、SST模型、LES模型及DES模型等在内的多种湍流模型。

    (11)非线性分析

    PeraSim提供非线性求解计算方法,利用本构模型技术、单元技术及求解技术等解决各种复杂非线性问题,用户在PeraSim中可以模拟各种非线性物理现象,包括:几何非线性、材料非线性、接触状态非线性等。

    (12)大型模型求解能力

    PeraSim具备高效的并行计算能力,支持高效分布式并行计算。PeraSim求解采用并行算法以加快求解速度,能够并行处理包括刚度矩阵生成、线性方程组求解及结果计算在内的整个求解过程。

    (13)多种复杂问题求解算法

    PeraSim求解器提供了丰富的算法程序,支持复杂问题的求解,包括多种方程求解方案,如:雅可比共轭梯度求解(JCG)、共轭梯度迭代求解(PCG)、不完全乔类斯基共轭求解法(ICCG)、直接稀疏矩阵求解等。

    3、价值要点

    · 仿真是产品正向设计的核心,PeraSim提供通用物理场(结构、流体、电磁)及耦合场分析功能,仿真驱动产品研发。

    · 通过强度、刚度、温度、模态、频响等分析,预测产品性能,评估产品设计是否安全合理,并在此基础上进行优化设计,从而缩短产品设计周期并降低风险。

    · PeraSim的流动、传热、多相流分析等功能,能够精确模拟各种工程流动问题,从而为各个行业的工程师提供流体问题解决方案。

    · PeraSim的电磁场分析功能,能满足机电产品工程师的设计仿真需求,大幅降低原型机测试和生产成本,提升高品质产品设计能力。

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  • 计算机软件系统的组成是什么?

    千次阅读 2021-06-25 11:09:38
    (一)系统软件:系统软件是指控制和协调计算机及春自问设备、支持应用软件的开发和运行的软件。它的主要功能是帮助用户管理计算机的硬件,控制程序调度,执行用户命令,方便用户使用、维护和开发计算机等。系统软件一般...

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    (一)系统软件:

    系统软件是指控制和协调计算机及春自问设备、支持应用软件的开发和运行的软件。它的主要功能是帮助用户管理计算机的硬件,控制程序调度,执行用户命令,方便用户使用、维护和开发计算机等。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序、数据库系统和网络管理系统等。

    1、操作系统

    是系统软件中最重要的一种,是系统软件的核心。

    操作系统是用户和计算机之间的接口,它提供了软件的开发环境和运行环境。

    常用的操作系统有:DOS、Windows、Unix、Windows NT、Linux等。

    2、语言处理程序

    语言处理程序有汇编程序、编译程序、解释程序等。它的作用是把我们所写的源程序转换成计算机能识别并执行的程序。

    3、数据库管理系统

    计算机要处理的数据往往相当庞大,使用数据库管理系统可以有效地实现数据信息的存储、更新、查询、检索、通信控制等。微机上常用的数据库F管理系统有oxPro、Clipper、Access等,大型数据库管理系统有Oracle、Sybase、DB2等。

    4、网络管理系统

    网络管理系统就是通过某种方式对网络状态进行调整,使网络能正常、高效地运行,使各种资源得到更加有效的利用,及时报告和处理网络出现的故障。

    网络管理系统软件的功能可以分为体系结构、核心服务和应用程序三部分。

    体系结构主要提供一种通用的、开放的、可扩展的框架体系。

    核心服务用来满足网络管理的基本要求,它提供最基本最重要的服务。

    为了实现特定的事务处理和结构支持,可加入一些有价值的应用程序,以扩展网络管理的基本功能。

    常用的网络管理系统有:IBM Tivoli、HP Open View、Cisco网络管理 系统、3COM Transcend、Novell网络管理系统等等。

    (二)应用软件

    应用软件是指为了解决各类应用问题而设计的各种计算机软件。

    应用软件一般有两类:一类是为特定需要开发的实用软件,如会计核算软件、订票系统、工程预算软件、辅助教学软件等;另一类则是为了方便用户使用而提供的一种软件工具,又称“工具软件”,如用于文字处理的WORD、用于辅助设计的AuToCAD、用于系统维护的Pctools等。

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    一、概述

    软件体系结构表示系统的框架结构,用于从较高的层次上来描述各部分之间的关系和接口,主要包括构件、构件性质和构件之间的关系。

    通过使用软件体系结构,可以有效地分析用户需求,方便系统的修改,以及减小程序构造风险。

    随着软件规模不断地增大和复杂程度日益增高,系统框架架构的设计变得越来越关键。软件框架设计的核心问题是能否复用已经成型的体系结构方案。由此,产生了软件体系结构风格的概念。

    二、常见风格分类

    体系结构风格的形成是多年探索研究和工程实践的结果。一个良好和通用的体系结构风格往往是工程技术领域成熟的标志。经过多年的发展,已经总结出许多成熟的软件体系结构风格,例如:

    1. 数据流风格:批处理和管道/过滤器。
    2. 调用/返回风格:主程序/子程序、层次结构和C/S。
    3. 面向对象风格。
    4. 独立部件风格:进程通信和事件驱动。
    5. 虚拟机风格:解释器和基于规则的系统。
    6. 数据共享风格:数据库系统和黑板系统。

    三、 体系结构风格

    1.管道/过滤器 体系结构风格

    惯用模式:

    主要包括过滤器和管道两种元素。在这种结构中,构件被称为过滤器,负责对数据进行加工处理。每个过滤器都有一组输入端口和输出端口,从输入端口接收数据,经过内部加工处理之后,传送到输出端口上。数据通过相邻过滤器之间的连接件进行传输,连接件可以看作输入数据流和输出数据流之间的通路,这就是管道。

    原理图:

     

    优点:

    1. 简单性。
    2. 支持复用。
    3. 系统具有可扩展性和可进化型。
    4. 系统并发性(每个过滤器可以独立运行,不同子任务可以并行执行,提高效率)。
    5. 便于系统分析。

    缺点:

    1. 系统处理工程是批处理方式。
    2. 不适合用来设计交互式应用系统。
    3. 由于没有通用的数据传输标准,因此每个过滤器都需要解析输入数据和合成数据。
    4. 难以进行错误处理。

     

    传统的编译器就是管道/过滤器体系结构风格的一个实例。编译器由词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、中间代码优化和目标代码生成几个模块组成,一个模块的输出是另一个模块的输入。源程序经过各个模块的独立处理之后,最终将产生目标程序。编译器的框架结构如图:

    2.面向对象 体系结构风格

    惯用模式:

    在面向对象体系结构中,软件工程的模块化、信息隐藏、抽象和重用原则得到了充分的体现。在这种体系结构中,数据表示和相关原语操作都被封装在抽象数据类型中。在这种风格中,对象是构件,也成为抽象数据类型的实例。对象与对象之间,通过函数调用和过程调用来进行交互。

    原理图:

    优点:

    1. 一个对象对外隐藏了自己的详细信息
    2. 对象将数据和操作封装在一起
    3. 继承和封装方法为对象服用提供了技术支持

    缺点:

    1. 如果一个对象要调用另一个对象,则必须知道它的标识和名称
    2. 会产生连锁反应

    3.事件驱动 体系结构风格

    惯用模式:

    事件驱动就是在当前系统的基础之上,根据事件声明和发展状况来驱动整个应用程序运行。

    事件驱动体系结构的基本思想是:系统对外部的行为表现可以通过它对事件的处理来实现。在这种体系结构中,构件不再直接调用过程,而是声明事件。系统其他构件的过程可以在这些事件中进行注册。当触发一个事件的时候,系统会自动调用这个事件中注册的所有过程。因此,触发一个事件会引起其他构件的过程调用。

    原理图:

    优点:

    1. 事件声明者不需要知道哪些构件会响应事
    2. 提高了软件复用能力
    3. 便于系统升级

    缺点:

    1. 构件放弃了对计算的控制权,完全由系统来决定
    2. 存在数据·传输问题

    4.分层 体系结构风格

    惯用模式:

    在分层风格中,系统将划分为一个层次结构。

    每一层都具有高度的内聚性,包含抽象程度一致的各种构件,支持信息隐藏。

    分层有助于将复杂系统划分为独立的模块,从而简化程序的设计和实现。

    通过分解,可以将系统功能划分为一些具有明确定义的层,较高层是面对特定问题,较低层具有一般性。

    每层都为上层提供服务,同时又利用了下层的逻辑功能。在分层体系结构中,每一层只对相邻层可见。层次之间的连接件是协议和过程调用。用以实现各层之间的交互。

     

    原理图:

    优点:

    1. 设计者可以将系统分解为一个增量的步骤序列从而完成复杂的业务逻辑。
    2. 每一层之多和相邻的上下两层进行交互。
    3. 只要给相邻层提供相同的接口。

    缺点:

    1. 并非所有系统都能够按照层次来进行划分。
    2. 很难找到一种合适和正确的层次划分方法。
    3. 在传输数据是,需要经过多个层次。
    4. 多层结构难以调试。

    5.C2 体系结构风格

    惯用模式:

    C2结构是一个层次网络,包括构件和连接件两种软件元素。构件和连接键都是包含顶部和底部的软件元素。构件和构件之间只能通过连接件进行连接,而连接件之间则可以直接进行连接。构件的顶部、底部分别与连接件的底部、顶部连接,连接件的顶部、底部也分别与连接件的底部、顶部连接。

    在C2体系结构中,构件之间的所有通信必须使用消息传递机制来实现。构件之间所有传递的信息可以分为两种,一种是向上层构件发出服务请求的请求消息,另一种是向下层构件发出指示状态变化的通知消息。连接件负责消息的过滤、路由、广播、通信和相关处理。

    原理图:

    优点:

    1. 可以使用任何编程语言来开发构件,构件重用和替换比较容易实现
    2. 具有一定的扩展能力,可以有多种不同粒度的构件
    3. 构件不需要共享地址空间,避免了共享全局变量所造成的复杂关系
    4. 具有良好的适应性
    5. 在C2体系结构中,可以使用多个工具集和多种媒体类型,能够动态地更新系统的框架结构

    缺点:

    1. 构件和构件之间不允许直接相连
    2. 与某一个连接件相关联的构件和连接件的数目没有限制

    6.数据共享 体系结构风格

    定义:

    数据共享风格也成为仓库风格。

    在这种风格中,有两种不同类型的软件元素:一种是中央数据单元,也成为资源库,用于表示系统的当前状态;另一种是相互依赖的构件组,这些构件可以对中央数据单元实施操作。中央数据单元和构件之间可以进行信息交换,这是数据共享体系结构的技术实现基础。

    根据所使用的控制策略不同,数据共享体系结构可以分为两种类型,一种是传统的数据库,另一种是黑板。

    如果由输入流中的事件来驱动系统进行信息处理,把执行结构存储到中央数据单元,则这个系统就是数据库应用系统。

    如果由中央数据单元的当前状态来驱动系统运行,则这个系统就是黑板应用系统。

    黑板是数据共享体系结构的一个特例,用以解决状态冲突并处理可能存在的不确定性知识源。

    黑板常用于信号处理,如语音和模式识别,同时在自然语言处理领域中也有广泛的应用,如机器翻译和句法分析。

     

    原理图:

    一个典型的黑板系统主要包括知识源、中央控制单元、控制单元。

    优点:

    1. 便于多客户共享大量数据,而不必关心数据是何时产生的、由谁提供的及通过何种途径来提供
    2. 便于将构件作为知识源添加到系统中来

    缺点:

    1. 对共享数据结构,不同知识源要达成一致
    2. 需要同步机制和加锁机制来保证数据的完整性和一致性,增大了系统设计的复杂度

    7.解释器 体系结构风格

    惯用模式:

    解释器作为一种体系结构,主要用于构建虚拟机,用以弥合程序语义和计算机硬件之间的间隙。实际上,解释器是利用软件来创建的一种虚拟机,因此,解释器风格又被称为虚拟机风格。

    原理图:

    优点:

    1. 能够提高应用程序的抑制能力和变成语言的跨平台移植能力。
    2. 实际测试工作可能费城复杂,测试代价极其昂贵,具有一定的风险性。

    缺点:

    1. 由于使用了特定了语言和自定义操作规则,因此增加了系统运行的开销。
    2. 解释器系统难以设计和测试。

    8.反馈控制环 体系结构风格

    定义:

    反馈控制环是一种特定的数据流结构。传统数据流结构是线性的,而控制连续循环过程的体系结构应该是环形的。

    反馈控制环系统主要包括以下三个部分:

    1. 过程,指操纵过程变量的相关机制。
    2. 数据元素,指连续更新的过程变量,包括输入变量、控制变量、操纵变量和相关参考值。
    3. 控制器,通过控制规则来修正变量,收集过程的实际状态和目标状态,调节变量以驱动实际状态朝目标状态前进。

     

    原理图:

    优点:

    1. 过程控制是连续的,可以利用各种构件和相关规则来设计反馈控制环系统,实现各种功能。
    2. 反馈控制环结构能够处理复杂的自适应问题,机器学习就是一个例子。

    缺点:

    9.C/S 体系结构风格

    惯用模式:

    ……

    原理图:

    优点:

    1. 客户机构件和服务器构件分别运行在不同的计算机上,有利于分布式数据的组织和处理。
    2. 构件之间的位置是相互透明的,客户机程序和服务器程序都不必考虑对方的实际存储位置。
    3. 客户机侧重数据的显示和分析,服务器则注重数据的管理。
    4. 构件之间是彼此独立和充分隔离的。
    5. 将大规模的业务逻辑分布到多个通过网络连接的低成本的计算机,降低了系统的整体开销。

    缺点:

    1. 开发成本较高。
    2. 在开发C/S结构系统时,大部分工作都都集中在客户机程序的设计上,增加了设计的复杂度。
    3. 信息内容和形式单一。
    4. 如果对C/S体系结构的系统进行升级,开发人员需要到现场来更新客户机程序,同时需要对运行环境进行重新配置,增加了维护费用。
    5. 两层C/S结构采用了单一的服务器,同时以局域网为中心,因此难以扩展到Intranet和Internet。
    6. 数据安全性不高。

    10.B/S 体系结构风格

    惯用模式:

    B/S结构是三层C/S体系结构的一种实现方式,主要包括浏览器,Web服务器和数据库服务器。B/S结构主要利用不断成熟的WWW技术,结合浏览器的多脚本语言,采用通用浏览器来实现原来需要复杂的专用软件才能实现的强大功能,节约了开发成本。

    B/S体系结构的核心是Web服务器,可以将应用程序以网页的形式存放在Web服务器上。

    当用户运行某个应用程序时,只需要在可以断的浏览器中输入响应的 URL,向 Web 服务器提出 HTTP 请求。

    当Web 服务器接收 HTTP 请求之后,会调用相关的应用程序(Servlets),同时向数据库服务器发送数据操作请求。

    数据库服务器对数据操作请求进行响应,将结果返回给Web服务器的应用程序。

    Web服务器应用程序执行业务处理逻辑,利用 HTML 来封装操作结果,通过浏览器呈现给用户。在B/S结构中,数据请求、王爷生成、数据库访问和应用程序执行全部由Web 服务器来完成。

    原理图:

    优点:

    1. 客户端只需要安装浏览器,操作简单。
    2. 运用HTTP标准协议和统一客户端软件,能够实现跨平台通信。
    3. 开发成本比较低,只需要维护Web服务器程序和中心数据库。

    缺点:

    1. 个性化程度比较低,所有客户端程序的功能都是一样的。
    2. 客户端数据处理能力比较差。
    3. 在B/S结构的系统中,数据提交一般以页面为单位,动态交互性不强,不利于在线事务处理。
    4. B/S体系结构的可扩展性比较差,系统安全性难以保障。
    5. B/S结构的应用系统查询中心数据库,其速度要远低于C/S体系结构。

    11.公共对象请求代理(CORBA)体系结构风格

    惯用模式:

    公共对象请求代理(Common Object Request Broker Architecture,CORBA)是由对象管理组织(Object Management Group,OMG)提出来的,是一套完整的对象技术规范,其核心包括标准语言、接口和协议。

    在异构分布式环境下,可以利用CORBA来实现应用程序之间的交互操作,同时,CORBA也提供了独立于开发平台的编程语言的对象重用方法。

     

    原理图:

    优点:

    1. 实现了客户端程序与服务器程序的分析。
    2. 将分布式计算模式与面向对象技术结合起来,提高了软件复用率。
    3. 提供了软件总线机制,软件总线是指一组定义的完整的接口规范。
    4. CORBA能够支持不同的编程语言和操作系统,在更大的范围内,开发人员能够相互利用已有的开发成果。

    缺点:

    12.正交 体系结构风格

    惯用模式:

    正交体系结构是一种以 垂直线索构件族 为基础的层次化结构,包括组织层和线索。

    在每一个组织层中,都包含具有相同抽象级别的构件。

    线索是子系统的实例,是由完成不同层次功能的构件通过相互调用而形成的,每一条线索完成系统的一部分相对独立的功能。

    在正交体系结构中,每条线索的实现与其他线索的实现无关或关联很少。在同一层次中,构件之间不存在相互调用关系。

    原理图:

    优点:

    1. 结构清晰。
    2. 便于修改和维护。
    3. 易于重用。

    缺点:

    13.MVC 体系结构风格

    惯用模式:

    模型-视图-控制器(Model-View-Controller,MVC)是一种常见的体系结构风格。MVC被广泛应用与用户交互程序的设计中。

    原理图:

    优点:

    1. 多个视图与一个模型相对应
    2. 具有良好的移植性。
    3. 系统被分割为三个独立的部分,当功能发生变化时,改变其中的一个部分就能够满足要求。

    缺点:

    1. 增加了系统设计和运行复杂性。
    2. 视图与控制器连接过于紧密,妨碍两者的独立复用。
    3. 视图访问模型的效率比较低。
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