Основные принципы структурного подхода

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Основные принципы структурного подхода

Проблема сложности является главной проблемой, которую приходится решать при создании больших систем любой природы, в том числе и ЭИС. Ни один разработчик не в состоянии выйти за пределы человеческих возможностей и понять все систему в целом. Единственно эффективный подход к решению этой проблемы заключается в построении сложной системы из небольшого количества крупных частей, каждая из которых, в свою очередь, строится из частей меньшего размера и т.д., до тех пор, пока самые небольшие части можно будет строить из имеющегося материала. Этот подход известен под самыми разными названиями, среди них такие, как «разделяй и властвуй», иерархическая декомпозиция и др. по отношению к проектированию сложной программной системы это означает, что ее необходимо разделять (декомпозировать) на небольшие подсистемы, каждую из которых можно разрабатывать независимо от других. Это позволяет при разработке подсистемы любого уровня держать в уме информацию только о ней, а не обо всех остальных частях системы. Правильная декомпозиция является главным способом преодоления сложности разработки больших систем. Понятие «правильная» по отношению к декомпозиции означает следующее:

1. Количество связей между отдельными подсистемами должно быть минимальным.

2. Связность отдельных частей внутри каждой подсистемы должна быть максимальной.

Структура системы должна быть таковой, чтобы все взаимодействия между ее подсистемами укладывались в ограниченные, стандартные рамки:

Каждая подсистема должна инкапсулировать свое содержимое (скрывать его от других подсистем). Каждая подсистема должна иметь четко определенный интерфейс с другими подсистемами.

На сегодняшний день в программной инженерии существуют два основных подхода к разработке ПО ЭИС, принципиальное различие которых обусловлено разными способами декомпозиции систем. Первый подход называется функционально-модульным или структурным. В его основу положен принцип функциональной декомпозиции, при которой структура системы описывается в терминах иерархии ее функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами. Второй, объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию. При этом структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами.

Итак, сущность структурного подхода к разработке ПО ЭИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые, в свою очередь, делятся на подфункции, те - на задачи и так далее до конкретных процедур. При этом 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 описании информационного взаимодействия отдельных компонентов.

Все наиболее распространенные методы структурного подхода базируются на ряде общих принципов:

1. Принцип «разделяй и властвуй»;

2. Принцип иерархического упорядочения - принцип организации составных частей системы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

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

1. Принцип абстрагирования - выделение существенных аспектов системы и отвлечение от несущественных.

2. Принцип непротиворечивости обоснованность и согласованность элементов системы.

3. Принцип структурирования данных - данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В структурном подходе в основном две группы средств, описывающих функциональную структуру системы и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными среди них являются:

DFD (Data Flow Diagrams) - диаграммы потоков данных;

SADT (Structured Analysis and Design Technique - метод структурного анализа и проектирования) - модели и соответствующие функциональные диаграммы;

ERD (Entity - Relationship Diagrams) - диаграммы «сущность-связь».

Практически во всех методах структурного подхода (структурного анализа) на стадии формирования требований к ПО используются две группы средств моделирования:

1. Диаграммы, иллюстрирующие функции, которые система должна выполнять, и связи между этими функциями - DFD или SADT (IDEF0).

2. Диаграммы, моделирующие данные и их отношения (ERD).

Конкретный вид перечисленных диаграмм и интерпретация их конструкций зависят от стадии ЖЦ ПО.

На стадии формирования требований к ПО SADT - модели и DFD используются для построения модели “AS-IS” и модели “TO-BE”, отражая таким образом существующую и предлагаемую структуру бизнес - процессов организации и взаимодействие между ними (использование SADT - моделей , как правило, ограничивается только данной стадией, поскольку они изначально не предназначались для проектирования ПО). С помощью ERD выполняется описание используемых в организации данных на концептуальном уровне, не зависимо от средств реализации базы данных (СУБД).

На стадии проектирования DFD используются для описания структуры проектируемой системы.

Перечисленные модели в совокупности дают полное описание ПО ЭИС независимо от того, является ли система существующей или вновь разрабатываемой.

Метод функционального моделирования SADT

Разработан Дугласом Россом в 1973г. Данный метод успешно использовался в военных, промышленных и коммерческих организациях США для решения широкого круга задач.

Метод SADT представляет собой совокупность 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 этого метода 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 описывается посредством интерфейсных дуг, выражающих «ограничения», которые, в свою очередь, определяют, когда и каким образом функции выполняются и управляются. Это:

· Строгость и точность. Правила SADT включают: ограничение количества блоков на каждом уровне декомпозиции (3-6), связность диаграмм (номера блоков), уникальность меток и наименований (отсутствие повторяющихся имен), разделение входов и управлений (правило определения роли данных).

· Отделение организации от функции, т.е. исключение влияния административной структуры организации на функциональную модель).

Состав функциональной модели

Результатом применения метода SADT является модель, состоящая из диаграмм, фрагментов текстов и глоссария, имеющих ссылки друг на друга. Диаграммы - главные компоненты модели, все функции организации и интерфейсы на них представлены как блоки и дуги соответственно (рис.5). Управляющая информация входит в блок сверху в то время, как входная информация, которая подвергается обработке, показаны с левой стороны блока, а результаты (выход) - справа. Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет операцию, представляется дугой, входящей снизу.

программный структурный моделирование

Рис. 5. Функциональный блок и интерфейсные дуги

Построение иерархии диаграмм

Построение SADT - модели начинается с представления всей системы в виде простейшего компонента - одного блока и дуг, изображающих интерфейсы с функциями вне системы (рис.6). Поскольку единственный блок отражает систему как единое целое, имя, указанное в блоке, является общим. Это верно и для интерфейсных дуг - они также соответствуют полному набору 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 определяют основные подфункции исходной функции. Данная декомпозиция выявляет полный набор подфункций, каждая из которых показана как блок, границы которого определены интерфейсными дугами. Каждая их этих подфункций может быть декомпозирована подобным образом в целях большей детализации.

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 нельзя ничего удалить.

Модель SADT представляет собой серию диаграмм с сопроводительной документацией, разбивающих сложный объект на составные части, которые изображены в виде блоков (рис.7). Детали каждого из основных блоков показаны в виде блоков на других диаграммах. Каждая детальная диаграмма является декомпозицией блока из диаграммы предыдущего уровня. На каждом шаге декомпозиции диаграмма предыдущего уровня 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 изображают одну и ту же часть системы.

Рис. 6. Общее представление

Ниже (рис. 8,9) приведены различные варианты выполнения функций и соединения дуг с блоками.

Некоторые дуги присоединены к блокам диаграмм обоими концами, у других же один конец остается не присоединенным. Не присоединенные дуги соответствуют входам, управлениям и выходам родительского блока. Источник или получатель этих пограничных дуг может быть обнаружен только на родительской диаграмме. Все граничные дуги должны продолжаться на родительской диаграмме, чтобы она была полной и непротиворечивой.

Рис. 7. Иерархия диаграмм

Рис. 8. Функции блоков А2 и А3 могут выполняться параллельно

Рис. 9. Соответствие интерфейсных дуг родительской (а) и детальной (б) диаграмм

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 (рис. 10) могут выступать в виде комментариев, замечаний, исправлений и т.д.

Рис. 10. Пример обратной связи

Механизмы (дуги снизу) показывают средства, с помощью которых осуществляется выполнение функций. Механизм может быть человеком, компьютером или любым другим устройством, которое помогает выполнять данную функцию. Для примера рассмотрим предметную область «Налоговая система РФ» (рис. 11.).

Каждый блок на диаграмме имеет свой номер. Для того, чтобы указать положение любой диаграммы или блока в иерархии, используются номера диаграмм. Например, А21 является диаграммой, которая детализирует блок А21 на диаграмме А2. Аналогично диаграмма А2 детализирует блок А2 на диаграмме А0, которая является самой верхней диаграммой модели. На рис. 12 показан пример дерева диаграмм.

Рис. 11. Выполнение функций осуществляется с помощью механизмов

Рис. 12. Иерархия диаграмм

Типы связей между функциями

Одним из важнейших моментов при моделировании бизнес-процессов организации с помощью метода SADT является точная согласованность типов связей между функциями. Различают по крайней мере связи семи типов (в порядке возрастания их относительной значимости):

· случайная;

· логическая;

· временная;

· процедурная;

· коммуникационная;

· последовательная;

· функциональная.

Случайная связь - показывает, что конкретная связь между функциями незначительна или полностью отсутствует (рис.13).

Это относится к ситуации, когда имена данных на SADT - дугах в одной диаграмме имеют слабую связь друг с другом. Крайний вариант этого случая:

Рис. 13. Случайная связь

Логическая связь - данные и функции собираются вместе благодаря тому, что они попадают в общий класс или набор элементов, но необходимых функциональных отношений между ними не обнаруживается.

Временная связь - представляет функции, связанные во времени, когда данные используются одновременно или функции включаются параллельно, а не последовательно.

Процедурная связь - Функции сгруппированы вместе благодаря тому, что они выполняются в течение одной и той же части цикла или процесса.

Коммуникационная связь - функции группируются благодаря тому, что они используют одни и те же исходные данные и/или производят одни и те же выходные данные (рис.15).

Рис. 14. Процедурная связь

Рис. 15. Коммуникационная связь

Последовательная связь - выход одной функции служит входными данными для следующей функции. Связь между элементами на диаграмме является более тесной, чем в рассмотренных выше случаях, поскольку моделируются причинно-следственные зависимости.

Рис. 16. Последовательная связь

Функциональная связь - все элементы функции влияют на выполнение одной и той же функции. Диаграмма, являющаяся чисто функциональной, не содержит чужеродных элементов, относящихся к последовательному или более слабому типу связи. Одним из способов определения функционально связанных диаграмм является рассмотрение двух блоков, связанных через управляющие дуги, как показано на рис. 17.

Рис. 17. Функциональная связь

В математических терминах необходимое условие для простейшего типа функциональной связи имеет вид:

С=g(B)=g(f(F)).

Размещено на Allbest.ru