Классические методы анализа в программировании

Структурный анализ - один из формализованных методов анализа требований к ПО. Автор этого метода - Том Де Марко (1979) [27]. В этом методе программное изделие рассматривается как преобразователь информационного потока данных. Основной элемент структурного анализа - диаграмма потоков данных. Диаграмма потоков данных ПДД - графическое средство для изображения информационного потока и преобразований, которым подвергаются данные при движении от входа к выходу системы. Элементы диаграммы имеют вид, показанный на рис. 3.1. Диаграмма может использоваться для представления программного изделия на любом уровне абстракции. Пример системы взаимосвязанных диаграмм показан на рис. 3.2. Диаграмма высшего (нулевого) уровня представляет систему как единый овал со стрелкой, ее называют основной или контекстной моделью. Контекстная модель используется для указания внешних связей программного изделия.

Для детализации (уточнения системы) вводится диаграмма 1-го уровня. Каждый из преобразователей этой диаграммы - подфункция общей системы. Таким образом, речь идет о замене преобразователя F на целую систему преобразователей. Дальнейшее уточнение (например, преобразователя F3) приводит к диаграмме 2-го уровня. Говорят, что ПДД 1 разбивается на диаграммы 2-го уровня.

Рис. 1. Элементы диаграммы потоков данных

Рис. 2. Система взаимосвязанных диаграмм потоков данных

Важно сохранить непрерывность информационного потока и его согласованность. Это значит, что входы и выходы у каждого преобразователя на любом уровне должны оставаться прежними. В диаграмме отсутствуют точные указания на последовательность обработки. Точные указания откладываются до этапа проектирования.

Диаграмма потоков данных - это абстракция, граф. Для связи графа с проблемной областью (превращения в граф-модель) надо задать интерпретацию ее компонентов - дуг и вершин.

Описание потоков данных и процессов

Базовые средства диаграммы не обеспечивают полного описания требований к программному изделию. Очевидно, что должны быть описаны стрелки - потоки данных - и преобразователи - процессы. Для этих целей используются словарь требований (данных) и спецификации процессов.

Словарь требований (данных) содержит описания потоков данных и хранилищ данных. Словарь требований является неотъемлемым элементом любой CASE-утилиты автоматизации анализа. Структура словаря зависит от особенностей конкретной CASE-утилиты. Тем не менее можно выделить базисную информацию типового словаря требований.

Большинство словарей содержит следующую информацию.

1. Имя (основное имя элемента данных, хранилища или внешнего объекта).

2. Прозвище (Alias) - другие имена того же объекта.

3. Где и как используется объект - список процессов, которые используют данный элемент, с указанием способа использования (ввод в процесс, вывод из процесса, как внешний объект или как память).

4. Описание содержания - запись для представления содержания.

5. Дополнительная информация - дополнительные сведения о типах данных, допустимых значениях, ограничениях и т. д.

Спецификация процесса - это описание преобразователя. Спецификация поясняет: ввод данных в преобразователь, алгоритм обработки, характеристики производительности преобразователя, формируемые результаты. Количество спецификаций равно количеству преобразователей диаграммы. Как известно, программное изделие (ПИ) является дискретной моделью проблемной области, взаимодействующей с непрерывными процессами физического мира (рис. 3.).

Рис. 3. Программное изделие как дискретная модель проблемной области

П. Вард и С. Меллор приспособили диаграммы потоков данных к следующим требованиям систем реального времени [73].

1. Информационный поток накапливается или формируется в непрерывном времени.

2. Фиксируется управляющая информация. Считается, что она проходит через систему и связывается с управляющей обработкой.

3. Допускается множественный запрос на одну и ту же обработку (из внешней среды).

Рис. 4. Расширения диаграмм для систем реального времени

Новые элементы имеют обозначения, показанные на рис. 4.

Приведем два примера использования новых элементов.

Пример 1. Использование потоков, непрерывных во времени.

На рис. 5. представлена модель анализа программного изделия для системы слежения за газовой турбиной.

Рис. 5. Модель ПО для системы слежения за газовой турбиной

Видим, что здесь наблюдаемая температура измеряется непрерывно до тех пор, пока не будет найдено дискретное значение в наборе эталонов температуры. Преобразователь формирует регулирующие воздействия как непрерывный во времени вывод. Чем полезна эта модель?

Во-первых, инженер делает вывод, что для приема-передачи квазинепрерывных значений нужно использовать аналого-цифровую и цифроаналоговую аппаратуру.

Во-вторых, необходимость организации высокоскоростного управления этой аппаратурой делает критичным требование к производительности системы.

Пример 2. Использование потоков управления.

Рассмотрим компьютерную систему, которая управляет роботом (рис. 6.).

Рис. 6. Модель ПО для управления роботом

Установка в прибор деталей, собранных роботом, фиксируется установкой бита в буфере состояния деталей (он показывает присутствие или отсутствие каждой детали). Информация о событиях, запоминаемых в буфере, посылается в виде строки битов в преобразователь "Наблюдение за прибором". Преобразователь читает команды оператора только тогда, когда управляющая информация (битовая строка) показывает наличие всех деталей. Флаг события (Старт-Стоп) посылается в управляющий преобразователь "Начать движение", который руководит дальнейшей командной обработкой. Потоки данных посылаются в преобразователь команд роботу при наличии события "Процесс активен".

Расширение возможностей управления