Структурный подход к проектированию ИС

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структурный подход к проектированию ИС

1. Сущность структурного подхода

моделирование информационный компонент

Сущность структурного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов.

Все наиболее распространенные методологии структурного подхода:

структурный анализ и разработка приложений SADT,

объектно-ориентированный анализ и проектирование OOAП,

методология структурного проектирования Йодана,

структурный системный анализ Гейна-Сарсона,

структурный анализ Де-Марко,

развитие систем Джексона,

развитие структурных схем Варнье-Орра,

подход Чена и другие базируются на ряде общих принципов.

В качестве двух базовых принципов используются следующие:

*принцип "разделяй и властвуй" -- принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения;

*принцип иерархического упорядочивания -- принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:

*принцип абстрагирования -- заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;

*принцип формализации -- заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;

*принцип непротиворечивости -- заключается в обоснованности и согласованности элементов;

*принцип структурирования данных -- заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В структурном анализе используются в основном две группы средств, иллюстрирующих функции, выполняемые системой и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными среди которых являются следующие:

*SADT (Structured Analysis and Design Technique) -- модели и соответствующие функциональные диаграммы;

*DFD (Data Flow Diagrams) -- диаграммы потоков данных;

*ERD (Entity-Relationship Diagrams) -- диаграммы "сущность-связь".

На стадии проектирования ИС модели расширяются, уточняются и дополняются диаграммами, отражающими структуру программного обеспечения: архитектуру ПО, структурные схемы программ и диаграммы экранных форм.

Перечисленные модели в совокупности дают полное описание ИС независимо от того, является ли она существующей или вновь разрабатываемой. Состав диаграмм в каждом конкретном случае зависит от необходимой полноты описания системы.

2. Методология функционального моделирования SADT

моделирование информационный проектирование

Методология SADT разработана Дугласом Россом в 1969 г. В то же время была предложена и реализована программа комплексной компьютерной поддержки производства (ICAM - Integrated Computer-Aided Manufacturing), в рамках которой, в частности, применялась методология структурного анализа систем. Позже на базе этого подхода была разработана методология функционального моделирования IDEF0, которая в 1993 году была принята в качестве федерального стандарта в США , а в 2000 году - в качестве руководящего документа по стандартизации в Российской Федерации.

В методологии функционального моделирования IDEF0 для графического представления процесса используется следующая нотация.

Графическое представление процесса IDEF0

В соответствии с методологией IDEF0 процесс представляется в виде функционального блока, который преобразует входы в выходы при наличии необходимых ресурсов (механизмов) в управляемых условиях.

Взаимосвязи и взаимодействия процессов в IDEF0 представляются дугами, соединяющими выходы одних функциональных блоков с входами других.

Методология SADT представляет собой совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями. Основные элементы этой методологии основываются на следующих концепциях:

*графическое представление блочного моделирования. Графика блоков и дуг SADT-диаграммы отображает функцию в виде блока, а интерфейсы входа/выхода представляются дугами, соответственно входящими в блок и выходящими из него. Взаимодействие блоков друг с другом описываются посредством интерфейсных дуг, выражающих "ограничения", которые в свою очередь определяют, когда и каким образом функции выполняются и управляются;

*строгость и точность. Выполнение правил SADT требует достаточной строгости и точности, не накладывая в то же время чрезмерных ограничений на действия аналитика.

Правила SADT включают:

*ограничение количества блоков на каждом уровне декомпозиции (правило 3-6 блоков);

*связность диаграмм (номера блоков);

*уникальность меток и наименований (отсутствие повторяющихся имен);

*синтаксические правила для графики (блоков и дуг);

*разделение входов и управлений (правило определения роли данных).

*отделение организации от функции, т.е. исключение влияния организационной структуры на функциональную модель.

Методология SADT может использоваться для моделирования широкого круга систем и определения требований и функций, а затем для разработки системы, которая удовлетворяет этим требованиям и реализует эти функции. Для уже существующих систем SADT может быть использована для анализа функций, выполняемых системой, а также для указания механизмов, посредством которых они осуществляются.

3. Состав функциональной модели

Результатом применения методологии SADT является модель, которая состоит из диаграмм, фрагментов текстов и глоссария, имеющих ссылки друг на друга. Диаграммы -- главные компоненты модели, все функции ИС и интерфейсы на них представлены как блоки и дуги. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса. Управляющая информация входит в блок сверху, в то время как информация, которая подвергается обработке, показана с левой стороны блока, а результаты выхода показаны с правой стороны. Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет операцию, представляется дугой, входящей в блок снизу.

Одной из наиболее важных особенностей методологии SADT является постепенное введение все больших уровней детализации по мере создания диаграмм, отображающих модель.

Приведены четыре диаграммы и их взаимосвязи, показана структура SADT-модели. Каждый компонент модели может быть декомпозирован на другой диаграмме. Каждая диаграмма иллюстрирует "внутреннее строение" блока на родительской диаграмме.

4. Иерархия диаграмм

Построение SADT-модели начинается с представления всей системы в виде простейшей компоненты -- одного блока и дуг, изображающих интерфейсы с функциями вне системы. Поскольку единственный блок представляет всю систему как единое целое, имя, указанное в блоке, является общим. Это верно и для интерфейсных дуг -- они также представляют полный набор внешних интерфейсов системы в целом.

Затем блок, который представляет систему в качестве единого модуля, детализируется на другой диаграмме с помощью нескольких блоков, соединенных интерфейсными дугами. Эти блоки представляют основные подфункции исходной функции. Данная декомпозиция выявляет полный набор подфункций, каждая из которых представлена как блок, границы которого определены интерфейсными дугами. Каждая из этих подфункций может быть декомпозирована подобным образом для более детального представления.

Во всех случаях каждая подфункция может содержать только те элементы, которые входят в исходную функцию. Кроме того, модель не может опустить какие-либо элементы, т.е., как уже отмечалось, родительский блок и его интерфейсы обеспечивают контекст. К нему нельзя ничего добавить, и из него не может быть ничего удалено.

Модель SADT представляет собой серию диаграмм с сопроводительной документацией, разбивающих сложный объект на составные части, которые представлены в виде блоков. Детали каждого из основных блоков показаны в виде блоков на других диаграммах. Каждая детальная диаграмма является декомпозицией блока из более общей диаграммы. На каждом шаге декомпозиции более общая диаграмма называется родительской для более детальной диаграммы.

Дуги, входящие в блок и выходящие из него на диаграмме верхнего уровня, являются точно теми же самыми, что и дуги, входящие в диаграмму нижнего уровня и выходящие из нее, потому что блок и диаграмма представляют одну и ту же часть системы.

Некоторые дуги присоединены к блокам диаграммы обоими концами, у других же один конец остается неприсоединенным. Неприсоединенные дуги соответствуют входам, управлениям и выходам родительского блока. Источник или получатель этих пограничных дуг может быть обнаружен только на родительской диаграмме. Неприсоединенные концы должны соответствовать дугам на исходной диаграмме. Все граничные дуги должны продолжаться на родительской диаграмме, чтобы она была полной и непротиворечивой.

На SADT-диаграммах не указаны явно ни последовательность, ни время. Обратные связи, итерации, продолжающиеся процессы и перекрывающиеся (по времени) функции могут быть изображены с помощью дуг. Обратные связи могут выступать в виде комментариев, замечаний, исправлений и т.д.

Как было отмечено, механизмы (дуги с нижней стороны) показывают средства, с помощью которых осуществляется выполнение функций. Механизм может быть человеком, компьютером или любым другим устройством, которое помогает выполнять данную функцию.

Каждый блок на диаграмме имеет свой номер. Блок любой диаграммы может быть далее описан диаграммой нижнего уровня, которая, в свою очередь, может быть далее детализирована с помощью необходимого числа диаграмм. Таким образом, формируется иерархия диаграмм.

Для того, чтобы указать положение любой диаграммы или блока в иерархии, используются номера диаграмм. Например, А21 является диаграммой, которая детализирует блок 1 на диаграмме А2. Аналогично, А2 детализирует блок 2 на диаграмме А0, которая является самой верхней диаграммой модели. Пример:

Для того чтобы функциональная модель удовлетворяла требованиям IDEF0, она должна строиться как модель делового процесса.

Деловой процесс - это совокупность процессов (операций, действий) и взаимодействий между ними, результатом (выходом) которой является продукция и/или услуги, поставляемые потребителям, а входами - материальные, информационные и трудовые ресурсы, поставляемые внешними поставщиками.

Таким образом, функциональная модель делового процесса будет охватывать процессы жизненного цикла, а также связанные с ними вспомогательные процессы и процессы менеджмента, входящие в состав деятельности организации. Это полностью согласуется с требованиями МС ИСО семейства 9000 версии 2000 года.

Например, швейное ателье производит (шьет) женские пальто, заключая договора с потребителями. Потребителями продукции являются магазины женкой одежды и торгово-посреднические компании. Ателье закупает сырье на камвольных комбинатах, а также у торгово-посреднических компаний. Деловым процессом в швейном ателье является процесс "Производить женские пальто".

5. Стратегия декомпозиции

При построении иерархии диаграмм используется следующие стратегии декомпозиции:

Фукнкциональная декомпозиция - декомпозиция в соответствии с функциями, которые выполняют люди или организация.

Использование: эта стратегия используется для создания системы описаний, фиксирующей взаимодействие между людьми в процессе их работы.

Недостатки: т.к. взаимосвязи между функциями в крупной организации многочисленны и сложны, поэтому рекомендуется использовать эту стратегию только в начале работы над моделью системы.

Декомпозиция на подсистемы. Это декомпозиция в соответствии с известными стабильными подсистемами. Такая декомпозиция приводит к созданию набора моделей, по одной модели на каждую подсистему или важный компонент. Затем для описания всей системы должна быть построена составная модель, объединяющая все отдельные модели.

Использование: данную стратегию декомпозиции (т.е. разложение на подсистемы) рекомендуется использовать толео тогда, когда разделение на основные части системы не меняется.

Недостаток: нестабильность границ подсистем быстро обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

Декомпозиция по физическому принципу - выделение функциональных стадий, этапов завершения или шагов выполнения.

Использование: для описания существующих процессов (например, работа промышленного предприятия). Рекомендуется в тех случаях, когда целью модели является описание физического процесса как такового или когда пока еще не ясно как управлять процессом.

Недостатки: Результатом такой декомпозиции может стать слишком последовательное описание системы, которое не будет в полной мере учитывать ограничения, диктуемые функциями друг другу. При этом может оказаться скрытой последовательность управления.

6. Завершение моделирования (определение момента прекращения декомпозиции)

Когда же следует завершить построение модели?

Размер иерархической модели увеличивается со скоростью геометрической прогрессии. Например общее количество блоков в четырехуровневой модели будет 1365 (Тор - 1, 0-й ур. -5, 1-й ур. - 21, 2-й ур. - 85, 3-й ур. - 341, 4-й ур. - 1365).

Обычно модель строят слоями, большинство блоков не раскрываются далее 3-го уровня. Наиболее важные функции детализируются до 5-6 уровня (но очень редко).

Существуют рекомендации по прекращению процесса декомпозиции.

Декомпозиция одного из блоков должна прекратиться, если:

Блок содержит достаточно деталей. Т.е. блок описывает систему нужным уровнем подробности. Это типичная ситуация, которая встречается в конце процесса декомпозиции. Как проверить достаточность деталей? Надо спросить себя: отвечает ли блок на все или часть вопросов, составляющих цель системы? Если блок помогает ответить на один или более вопросов, то дальнейшая декомпозиция может не понадобиться.

Необходимо изменить уровень абстракции, чтобы достичь большей детализации блока. Блоки подвергаются декомпозиции, если они недостаточно детализированы для удовлетворения цели модели. Но иногда при декомпозиции блока выясняется, что диаграмма начинает описывать, как функционирует блок, вместо описания того, что блок делает. В этом случае происходит изменение уровня абстракции - т.е. изменение сути того, что должна представлять модель (т.е. изменение способа описания системы). В SADT изменение уровня абстракции часто означает выход за пределы цели модели и, следовательно, это указывает на прекращение декомпозиции.

Необходимо изменить точку зрения, чтобы детализировать блок. Изменение точки зрения происходит примерно так же, как изменение уровня абстракции. Это характерно для ситуаций, когда точку зрения модели нельзя использовать для декомпозиции конкретного блока, т.е. этот блок можно декомпозировать только, если посмотреть на него с другой позиции. При этом меняется терминология.

Блок очень похож на другой блок той же модели или на блок другой модели. Два блока похожи, если они выполняют примерно одну и ту же функцию и имеют почти одинаковые по типу и количеству входы, управления и выходы. Если второй блок уже декомпозирован, то разумно отложить декомпозицию и тщательно сравнить два блока. Если нужны ничтожные изменения для совпадения первого блока со вторым, то вводится усредненная функция двух блоков и на этом процесс декомпозиции прекращается.

Блок представляет тривиальную функцию. Тривиальная функция - это фугкция, для понимания которой не требуется объяснения. В этом случае целесообразно отказаться от дальнейшей декомпозиции, потому что роль SADT заключается в превращении сложного процесса в понятный, а не в педантичной разработке очевидных деталей. Тривиальные функции лучше всего описываются небольшим объемом текста. Тривиальные функции не означают «бесполезные»!

7. Типы связей между функциями

Одним из важных моментов при проектировании ИС с помощью методологии SADT является точная согласованность типов связей между функциями. Различают семь типов связывания.

Таблица 1

(0) Тип случайной связности: наименее желательный.

Случайная связность возникает, когда конкретная связь между функциями мала или полностью отсутствует. Это относится к ситуации, когда имена данных на SADT-дугах в одной диаграмме имеют малую связь друг с другом.

(1) Тип логической связности. Логическое связывание происходит тогда, когда данные и функции собираются вместе вследствие того, что они попадают в общий класс или набор элементов, но необходимых функциональных отношений между ними не обнаруживается.

(2) Тип временной связности. Связанные по времени элементы возникают вследствие того, что они представляют функции, связанные во времени, когда данные используются одновременно или функции включаются параллельно, а не последовательно.

(3) Тип процедурной связности. Процедурно-связанные элементы появляются сгруппированными вместе вследствие того, что они выполняются в течение одной и той же части цикла или процесса.

(4) Тип коммуникационной связности. Диаграммы демонстрируют коммуникационные связи, когда блоки группируются вследствие того, что они используют одни и те же входные данные и/или производят одни и те же выходные данные.

(5) Тип последовательной связности. На диаграммах, имеющих последовательные связи, выход одной функции служит входными данными для следующей функции. Связь между элементами на диаграмме является более тесной, чем на рассмотренных выше уровнях связок, поскольку моделируются причинно-следственные зависимости.

(6) Тип функциональной связности. Диаграмма отражает полную функциональную связность, при наличии полной зависимости одной функции от другой. Диаграмма, которая является чисто функциональной, не содержит чужеродных элементов, относящихся к последовательному или более слабому типу связности. Одним из способов определения функционально-связанных диаграмм является рассмотрение двух блоков, связанных через управляющие дуги.

В математических терминах необходимое условие для простейшего типа функциональной связности, имеет следующий вид:

C = g(B) = g(f(A))

Ниже в таблице 2 представлены все типы связей, рассмотренные выше. Важно отметить, что уровни 4-6 устанавливают типы связностей, которые разработчики считают важнейшими для получения диаграмм хорошего качества.

Таблица 2

Размещено на Allbest.ru