8.3. Принципы структурного анализа системы
Структурный анализ – это метод исследования системы, который начинается с ее общего обзора и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней. Для такого метода характерно разбиение на уровни абстракции с ограничением числа элементов на каждом из уровней; ограниченный контекст, включающий только существенные на каждом уровне детали; использование строгих формальных правил записи; последовательное приближение к конечному результату.
Все методологии структурного анализа базируются на ряд общих принципов, часть из которых регламентирует организацию работ на начальных этапах жизненного цикла, часть используется при выработке рекомендаций по организации работ. В качестве двух базовых принципов используются следующие: принцип «разделяй и властвуй» и принцип иерархического упорядочивания. Первый принцип используется для решения трудных проблем путем разбиения их на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения. Второй принцип резко повышает понимание проблемы за счет представления ее частей в виде древовидной иерархической структуры, т.е. система может быть понята и построена по уровням, каждый из которых добавляет новые детали.
Существует ряд не менее значимых принципов инженерии программного обеспечения, игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе к неуспеху всего проекта). Необходимо отметить основные из таких принципов.
Принцип абстрагирования – заключается в выделении существенных с некоторых позиций аспектов системы и представление проблемы в простом общем виде.
Принцип формализации – заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы.
Принцип упрятывания – заключается в упрятывании несущественной на конкретном этапе информации: каждая часть «знает» только необходимую ей информацию.
Принцип концептуальной общности – заключается в следовании единой философии на всех этапах жизненного цикла (структурный анализ – структурное проектирование – структурное программирование – структурное тестирование).
Принцип полноты – заключается в контроле необходимых выполняемых системой функций.
Принцип независимости данных – заключается в том, что модели данных должны быть проанализированы и спроектированы независимо от процессов их логической обработки, а также от их физической структуры и распределения.
Принцип структурирования данных – заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.
Принцип доступа конечного пользователя – заключается в том, что пользователь должен иметь средства доступа к базе данных, которые он может использовать непосредственно (без программирования).
8.4. Средства структурного моделирования
Для моделирования, а также для структурного анализа информационной системы используются три группы средств, иллюстрирующих:
функции, которые система должна выполнять;
отношения между данными;
зависящее от времени поведение системы (аспекты реального времени).
Среди многообразия средств для решения данных задач наиболее часто и эффективно применяются следующие методологии структурного анализа:
DFD(DataFlowDiagrams) – диаграммы потоков данных совместно со словарями данных и спецификациями процессов или миниспецификациями;
ERD(Entity-RelationshipDiagrams) – диаграммы «сущность-связь», которые определяют структуру базы данных;
STD(StateTransitionDiagrams) – диаграммы переходов состояний.
Все они содержат графические и текстовые средства моделирования: первые – для наглядного представления основных компонентов модели, вторые – для обеспечения точного определения (описания) ее компонентов и связей.
Диаграмма DFDотражает множество функций, которые должна выполнять ИС, и источники данных для функций, идентифицирует логические функции (процессы) и группы элементов данных, к которым осуществляется доступ. Структуры потоков данных и определения их компонентов хранятся и анализируются в словаре данных. Множество взаимосвязанных словарей данных образует хранилище данных или базу данных ИС.
Каждая логическая функция (процесс) может быть детализирована с помощью DFDнижнего уровня; когда дальнейшая детализация перестает быть полезной, переходят к выражению логики функции при помощи спецификации процесса (миниспецификации – алгоритма выполнения элементарных функций). Структура данных ИС раскрывается с помощьюERD– модели, на основе которой создается база данных ИС. В случае наличия реального времениDFD-диаграмма дополняется средствами описания, зависящего от времени поведения системы. Для этого используютсяSTD-модели, в которых указываются условия перехода между функциями (вероятность перехода) и допустимое время перехода. Взаимосвязь моделей показана на рис.8.1.
Перечисленные средства дают полное описание системы независимо от того, является ли она существующей или разрабатывается от нуля. Таким образом строится логическая функциональная спецификация (схема) – подробное описание того, что должна делать система. Это дает проектировщику четкое представление о структуре информационной системы.
Для создания DFD – диаграмм (моделей) используются такие распространенные программные продукты как INCOME Mobile, CPN-AMI, BPWIN, CPNIDEF и другие. Для построения ERD – моделей широко применяются ERWIN, BPWIN, а также встроенные средства СУБД. Интеграция DFD и STD осуществляется за счет расширения классической методологии DFD специальными средствами проектирования систем реального времени. Одним из решений является использование методологии и средств динамического моделирования, основанных, например, на цветных сетях Петри - CPN (Color Petri Nets). В качестве программных средств могут использоваться CPNIDEF, CPN-AMI.
Для ERD и STD методологий (соответственно для информационного и поведенческого моделирования) нет альтернативы. Для средств функционального моделирования DFD существует альтернативная методология SADT (Structured Analysis and Design Technique) - модели и соответствующие функциональные диаграммы. Методология SADT успешно работает только для моделирования хорошо специфицированных и стандартизованных процессов (деятельность в их рамках жестко регламентирована должностными инструкциями, методиками и другими нормативными материалами). В случае слабой типизации производственных процессов, их стихийного появления и развития единственно возможными являются DFD – методологии.
Методология SADT на базе программных средств IDEF0 является в настоящее время одной из наиболее широко применяемых в России. Тем не менее, она поддерживается лишь 10 процентов существующих CASE-пакетов, оставшиеся 90 процентов поддерживают DFD - методологии.
Фрагменты функциональной модели на примере автоматизации учебного процесса показаны ниже на рисунках 8.2, 8.3.
Рис. 8.2. Контекстная диаграмма функциональной модели организации учебного процесса
на отделениях (первый уровень функциональной модели)
Рис. 8.3. Фрагмент функциональной модели для организации учебного процесса
на отделениях (второй уровень декомпозиции)