分级层次结构模块化设计中模块划分的分级

分级层次结构概述

当今，消费者的需求向多样化、个性化方向发展，为了满足日益广泛而且快速变化的消费需求，产品开发者要尽可能的加快产品的开发速度并提高产品的适应性。而模块化的设计方法为快速高效的开发系列化产品提供了有效的手段。模块化设计中最基础也是十分重要的一步就是模块的划分。模块划分的结果将直接影响到模块化产品的功能、性能和成本。

分级层次结构模块划分过程的三个层次

通常情况下产品的设计过程分三个层次进行：首先分析用户需求，然后进行产品的功能分析， 最后进行产品的结构设计。类似的，对产品进行模块划分时，同样可以分为三个层次进行：

用户层：这一层从用户的角度对产品提出功能要求，并对这些要求进行分类，从而得到对用户需求的模块划分。

功能层：在用户层基础上，从功能设计的角度，对产品进行功能分析，全面的概括产品所应具备的各项功能，并按一定的原则对这些功能进行分解、合并，最终将产品划分为一系列功能模块。关于具体的功能模块的划分原则和方法将在后面作详细的介绍。

结构层： 在功能层的基础上，从结构设计的角度，对产品进行结构上的划分。结构层模块的划分要尽量与功能模块的划分一一对应，以便把功能模块的划分原则体现在结构中。

通过对模块划分过程进行层次化，可以简化整个模块划分的过程， 并使得模块划分中的问题得到多角度、全方位的考虑。

网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。它广泛采用的是国际标准化组织（ISO）在1979年提出的开放系统互连（OSI-Open System Interconnection)的参考模型，分为7层即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

分级层次结构物理层（PhysicalLayer)

规定通信设备的机械的、电气的、功能的和规程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。具体地讲，机械特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等；电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率距离限制等；功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义，即定义了DTE和DCE之间各个线路的功能；规程特性定义了利用信号线进行bit流传输的一组操作规程，是指在物理连接的建立、维护、交换信息时，DTE和DCE双方在各电路上的动作系列。数据链路层（DataLinkLayer)

分级层次结构数据链路层（DataLinkLayer)

在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。

数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

分级层次结构网络层(Network layer)

在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。

如果你在谈论一个IP地址，那么你是在处理第3层的问题，这是“数据包”问题，而不是第2层的“帧”。IP是第3层问题的一部分，此外还有一些路由协议和地址解析协议（ARP）。有关路由的一切事情都在第3层处理。地址解析和路由是3层的重要目的。网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。

分级层次结构传输层(Transport layer)

第4层的数据单元也称作处理信息的传输层(Transport layer)。但是，当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段（segments）而UDP协议的数据单元称为“数据报（datagrams）”。这个层负责获取全部信息，因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。第4层为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。

分级层次结构会话层(Session layer)

这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。

分级层次结构表示层

这一层主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩， 加密和解密等工作都由表示层负责。例如图像格式的显示，就是由位于表示层的协议来支持。

分级层次结构应用层

应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

分级层次结构简介

在模块化结构设计中，各模块的设计齐头并进，无法寻找到一个可靠的决定顺序，造成各种决定的“无序性” ，这将使程序设计人员很难做到“设计中的每一步决定都是建立在可靠的基础上” ，因此模块―接口法又被称为“无序模块法” 。为了将模块―接口法中“决定顺序”的无序性变为有序性，引入了有序分层法。分层法的设计任务是，在目标系统 A n 和裸机系统(又称宿主系统)A 0 之间，铺设若干个层次的软件 A 1 、A 2 、A 3 、…、A n － 1 ，使 A n 通过 A n － 1 、A n － 2 、…、A 2 、A 1 层，最终能在 A 0 上运行。在操作系统中，常采用自底向上法来铺设这些中间层。

自底向上的分层设计的基本原则是：每一步设计都是建立在可靠的基础上。为此规定，每一层仅能使用其底层所提供的功能和服务，这样可使系统的调试和验证都变得更容易。

例如，在调试第一层软件 A 1 时，由于它使用的是一个完全确定的物理机器(宿主系统)所提供的功能，在对 A 1 软件经过精心设计和几乎是穷尽无遗的测试后，可以认为 A 1 是正确的,而且它与其所有的高层软件 A 2 、…、A n 无关；同样在调试第二层软件 A 2 时，它也只使用了软件 A 1 和物理机器所提供的功能，而与其高层软件 A 3 、…、A n 无关；如此一层一层地自底向上增添软件层，每一层都实现若干功能，最后总能构成一个能满足需要的 OS。在用这种方法构成操作系统时，已将一个操作系统分为若干个层次，每层又由若干个模块组成，各层之间只存在着单向的依赖关系，即高层仅依赖于紧邻它的低层。

分级层次结构分层结构的优缺点

分层结构的主要优点有：

(1) 易保证系统的正确性。自下而上的设计方式，使所有设计中的决定都是有序的，或者说是建立在较为可靠的基础上的，这样比较容易保证整个系统的正确性。

(2) 易扩充和易维护性。在系统中增加、修改或替换一个层次中的模块或整个层次，只要不改变相应层次间的接口，就不会影响其它层次，这必将使系统维护和扩充变得更加容易。

分层结构的主要缺点是：系统效率降低了。由于层次结构是分层单向依赖的，因此必须在相邻层之间都要建立层次间的通信机制，OS 每执行一个功能，通常要自上而下地穿越多个层次，这无疑会增加系统的通信开销，从而导致系统效率的降低。

物流的供给是分层次的，其层次结构分为如下四种。

(一)满足普遍物流需求的基本供给

这是物流的普遍服务，其对象是绝大多数的、能够接受普遍认同的物流服务标准的、一般的物流需求。

(二)满足不同领域不同要求的有针对性的基本供给

不同领域物流的对象存在差别，当其规模足够大时，对普遍服务也要求具有一定的针对性，这种针对性的服务，在初期的创新形成了有效的增值服务和特殊供给，但随着规模的扩大，会逐渐变成这个领域的普遍服务，变成一种有针对性的基本供给。

(三)满足增值服务要求的特殊供给

特殊供给形式是需要条件的：一是物流需求方在实行物流管理之后，对本身的物流需求更加理性，有此需求并且能够承受；二是物流供给方确有能力提供这种创新服务。因而，这种供给不存在普遍的适用性。

(四)满足系统服务要求的系统供给

满足系统服务要求的(如供应链物流)系统供给形式面向高端客户系统的物流需求，是当前物流供给的最高形式，也是我国物流未来发展的重要趋势。

人类对物质层次结构的认识是随着科学技术的不断进步而发展的。

19世纪以来的物理学，先后揭示了微观物质结构的原子和分子、原子核和基本粒子层次，并在更深入地揭示基本粒子的组成（层子）及其结构。在对天体的认识方面，人类先后达到了三个新的层次，即银河系、星系团和总星系，并正在进一步揭示总星系演化规律。

与此同时，生物学也揭示了一些新的层次。综合人类在这方面的认识成果，可以大致画出一幅人类迄今已认识到的物质层次结构示意图：　随着物质系统空间尺度数量级的变化，就有新的物质单元出现。各级物质单元就是物质结构不连续系列中的各个关节点。每个单元对于它所由以构成的单元来讲，是复杂的系统;对于由它所构成的更复杂的单元而言,又是简单的组成部分。这样，物质结构就出现了层次性和系统性。有多少级物质单元（或系统），相应地就有多少个层次。在所列各级物质单元内部，还可细分出许多层级，如生物按其空间尺度由小到大可分为：生物大分子──细胞──器官──个体──群落──生物圈等。

物质结构的不同层次具有不同的运动规律，具有不同的时空形式，其中也有共同的方面。所以物质层次和时空形式并非简单地一一对应。例如，从牛顿力学（见I.牛顿到经典电磁学再到经典统计力学,尽管涉及到几个物质层次，但都是在牛顿绝对时空的框架内展开的。直到相对论的建立，才打破了这个框架。所以一般说来，物质运动的时空形式较之物质存在的具体形态更加普遍、更加稳定。

一定物质层次的存在适应于一定的能量状态。物质系统的结合能越大，就越稳定。当外加能量在数值上大于这个结合能时，系统就解体，而显露其内部的组成部分，即更深一个层次的物质单元。在继续加能的过程中，物质系统就被一层层地剥开。相反地，在不断减能的过程中，物质外壳则一层层地套上去，而且后套上去的层次把先前的层次包含在内，作为自己的结构成分和从属要素。这种物质系统分解和复合中的能态突变，更深刻地反映了物质结构的层次性。

由于物质结构的高级层次由低级层次构成，所以高级层次的运动规律应当由低级层次的运动规律加以阐明。这种方法被称为还原方法，它在科学研究中具有重要的意义。但是，高级层次与低级层次之间在物质结构、运动规律、属性等方面又存在质的差别,在层次过渡时,这些因素的变化带有间断性。因此，那种企图把高级运动形式归结为低级运动形式的还原论的想法是错误的，是形而上学的一种表现。

国内广泛使用的重力分级设备有水力分级箱(云锡式分级箱)、圆锥分级机(俗称分泥斗)、机械搅拌分级机、筛板式槽形分级机、圆池形水力分级机(浓密机)以及机械分级机(螺旋分级机、耙式分级机、浮槽分级机)等。

分级箱、分泥斗主要在重选厂使用，特点是结构简单、制造方便，无需动力。分级箱系平流分级，配置高差小，可串联使用，多用于摇床选别前的分级；缺点是阻砂条易堵塞，用水量大，分级效率低。分泥斗系上升水流分级机，可获得较高的底流浓度，常用于阶段磨矿细磨前的浓缩脱泥与分级；缺点是配置高差较大，溢流横向流造成的细粒回流和短路较多，沉砂夹细严重，分级效率低。

机械搅拌分级机在钨选矿厂应用较多，分级效率优于分级箱，排矿浓度可满足选别要求。缺点是结构复杂，消耗动力，操作维护不便。同时，该类设备在间断排放底流时，才能达到较好的分级效果。水力分级机也称浓密机，主要用于料浆的浓缩脱水。当给料流量较大时，细粒从溢流中排出，起分级作用。设备单位占地处理量小，底流夹细严重，分级效率低。若分级粗颗粒，需维持较大的给矿量，容易引起埋耙，影响正常生产。

机械分级机主要与磨机构成闭路磨矿，以螺旋分级机、耙式分级机和浮槽分级机为代表，起预先分级和控制分级作用。耙式分级机因结构复杂，分级效果差，逐渐被螺旋分级机取代。浮槽分级机多用于二、三段磨矿中与磨机闭路，占地面积大，分级效率低，逐渐被水力旋流器取代。螺旋分级机的特点是运行平稳可靠，返砂浓度高，并能提升到需要的高度而直接返入磨机给料端，配置较方便，能实现高浓度分级，分级粒度可粗可细，由给料量和溢流浓度控制。缺点是分级区面积小，溢流的粒度特性差，含粗颗粒较多，返砂夹细严重，分级效率较低，质效率一般仅为30%～50%。上述重力分级设备的重要特征在于，设备处理量的大小与设备的横截面积成正比，即Q=AU。分级粒度确定后，颗粒群的沉降速度U也确定，故处理量Q仅与横截面积A相关。Q加大，A需相应加大，设备外形尺寸或半径加大，则细粒溢流的横向流路程加长；Q的加大，还使横向流的数量增加。液流在横向流动中，会产生细粒再沉降和循环短路，再沉降的细粒与新上升的细粒级会相互碰撞、凝聚，使其沉降速度加快，而重新沉落至底部或成为悬浮颗粒，造成底流夹细增加，降低分级效率。若靠加大上升液流速来避免细粒短路和循环流问题，又易造成溢流跑粗，降低分级精度和分级效率 。