Для автоматизации процессов проектирования и разработки информационных систем в 70–80-е года широко применялась структурная методология, означающая использование формализованных методов описания разрабатываемой системы и принимаемых технических решений. При этом использовались графические средства описания различных моделей информационных систем с помощью схем и диаграмм. Это явилось одной из причин появления программно-технологических средств, получивших название CASE-средств и реализующих их CASE-технологий создания и сопровождения информационных систем.

Термин CASE (Computer Aided Software/System Engineering) используется в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE ограничивалось лишь вопросами автоматизации разработки программного обеспечения. В настоящее время этот термин получил более широкий смысл, означающий автоматизацию разработки информационных систем .

CASE-средства представляют собой программные средства, поддерживающие процессы создания и/или сопровождения информационных систем, такие как: анализ и формулировка требований, проектирование баз данных и приложений, генерация кода, тестирование, обеспечение качества, управление конфигурацией и проектом.

CASE-систему можно определить как набор CASE-средств, имеющих определенное функциональное предназначение и выполненных в рамках единого программного продукта.

CASE-технология представляет собой совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем и поддерживается комплексом взаимосвязанных средств автоматизации.

CASE-индустрия объединяет сотни фирм и компаний различной направленности деятельности. Практически все серьезные зарубежные программные проекты осуществляются с использованием CASE-средств, а общее число распространяемых пакетов превышает 500 наименований.

Основная цель CASE-систем и средств состоит в том, чтобы отделить проектирование программного обеспечения от его кодирования и последующих этапов разработки (тестирование, документирование и пр.), а также автоматизировать весь процесс создания программных систем, или инжиниринг (от англ. engineering – разработка).

Современные CASE-средства поддерживают разнообразные технологии проектирования информационных систем: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, охватывающих весь жизненный цикл программного обеспечения.

Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации. При этом важную роль играют методы визуального представления информации. Это предполагает построение структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую информационную систему, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями.

САSЕ-средства составляют основу проекта любой ИС. Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов жизненного цикла информационных систем.

Характерные особенности CASE-средств:

- Единый графический язык . CASE-технологии обеспечивают всех участников проекта, включая заказчиков, единым строгим, наглядным и интуитивно понятным графическим языком, позволяющим получать обозримые компоненты с простой и ясной структурой. При этом программы представляются двумерными схемами (более простыми в использовании, чем многостраничные описания), позволяющими заказчику участвовать в процессе разработки, а разработчикам общаться с экспертами предметной области, разделять деятельность системных аналитиков, проектировщиков и программистов, облегчая им защиту проекта перед руководством, а также обеспечивая простоту сопровождения и внесения изменений в систему.

- Единая база данных проекта . Основа CASE-технологии – использование базы данных проекта (репозитария) для хранения всей информации о проекте, которая может совместно использоваться разработчиками в соответствии с их правами доступа. Содержимое репозитария включает не только информационные объекты различных типов, но и отношения между их компонентами, а также правила применения или обработки этих компонентов. Репозитарий может хранить объекты различных типов: структурные диаграммы, определения экранов и меню, проекты отчетов, описания данных и логики их обработки, а также модели данных, организации и обработки, исходные коды, элементы данных и т.п.

- интеграция средств . На основе репозитария осуществляются интеграция СASE-средств и разделение системной информации между разработчиками. При этом возможности репозитария обеспечивают несколько уровней интеграции: общий пользовательский интерфейс по всем средствам, передачу данных между средствами, интеграцию этапов разработки через единую систему представления фаз жизненного цикла, передачу данных и средств между различными платформами.

- Поддержка коллективной разработки и управления проектом . CASE-технология поддерживает групповую разработку проекта, обеспечивая возможность работы в сети, экспорт-импорт любых фрагментов проекта для их развития и/или модификации, а также планирование, контроль, руководство и взаимодействие, то есть функции, необходимые в процессе разработки и сопровождения проектов. Эти функции также реализуются на основе репозитария. В частности, через репозитарий могут осуществляться контроль безопасности (ограничения и привилегии доступа), контроль версий и изменений и т.п.

- Макетирование . CASE-технология дает возможность быстро строить макеты (прототипы) будущей системы, что позволяет заказчику на ранних этапах разработки оценить, насколько она его устраивает и насколько она приемлема для будущих пользователей.

- Генерация документации . Вся документация по проекту генерируется автоматически на базе репозитария (как правило, в соответствии с требованиями действующих стандартов). Несомненное достоинство CASE-технологии заключается в том, что документация всегда отвечает текущему состоянию дел, поскольку любые изменения в проекте автоматически отражаются в репозитарий (известно, что при традиционных подходах к разработке программного обеспечения документация в лучшем случае запаздывает, а ряд модификаций вообще не находит в ней отражения).

- Верификация проекта . CASE-технология обеспечивает автоматическую верификацию и контроль проекта на полноту и состоятельность на ранних этапах разработки, что влияет на успех разработки в целом.

- Автоматическая генерация программного кода . Генерация программного кода осуществляется на основе репозитария и позволяет автоматически построить до 85–90% текстов на языках высокого уровня.

- Сопровождение и реинжиниринг . Сопровождение системы в рамках CASE-технологии характеризуется сопровождением проекта, а не программных кодов. Средства реинжиниринга позволяют создавать модель системы из ее кодов и интегрировать полученные модели в проект, автоматически обновлять документацию при изменении кодов, автоматически изменять спецификации при редактировании кодов и т.п.

Разработка программ начинается с некоторого предварительного варианта системы. В качестве такого варианта может выступать специально для этого разработанный прототип, либо устаревшая система. В последнем случае для восстановления знаний о программной системе с целью последующего их использования применяют повторную разработку – реинжиниринг.

Повторная разработка сводится к построению исходной модели программной системы путем исследования ее программных кодов. Имея модель, можно ее усовершенствовать, а затем вновь перейти к разработке. Одним из наиболее известных принципов такого типа является принцип возвратного проектирования (Round Trip Engineering (RTE)).

Современные CASE-системы обеспечивают и первичную, и повторную разработку, что существенно ускоряет разработку приложений и повышает их качество.

В настоящее время среди прочих требований к CASE-средствам предъявляются следующие:

Наличие возможностей определения основной модели прикладной задачи (бизнес-модели, обычно объектно-ориентированной) и правил ее поведения (бизнес-правил);

Поддержка процесса проектирования с помощью библиотек, оснащенных средствами хранения, поиска и выбора элементов проектирования (объектов и правил);

Наличие средств для создания пользовательского интерфейса и поддержания распространенных программных интерфейсов (поддержка стандартов OLE, OpenDoc, доступ к библиотекам HTML/Java и т.п.);

Наличие возможностей для создания различных распределенных клиент-серверных приложений.

1.1 Понятие термина – «CASE-средства»

Первоначально под термином «CASE-технология» (Computer – Aided Software Engineering) понималось буквально – «автоматизированная разработка ПО ИС с помощью компьютерных технологий».

В настоящее время под термином CASE-средства понимаются обширный набор программных средств, поддерживающих процессы создания и сопровождения ИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного ПО (приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы. CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду разработки ИС.

CASE-технологии представляют собой совокупность методологий и инструментарий аналитиков, разработчиков и программистов, предназначенный для автоматизации процессов проектирования и сопровождения ИС на всем периоде жизненного цикла .

Методология CASE-средства определяет этапы и шаги реализации проекта, а также правила использования методов, которыми разрабатывается проект. МетодCASE-средства –это процедура или техника генерации описаний компонентов информационной системы (проектирование потоков и структур данных). Нотация CASE-средства – отображение структуры системы, элементов данных с помощью специальных графических символов.

CASE-средства – это специальные программы, которые поддерживают одну или несколько методологий анализа и проектирования информационных систем. CASE-технология, в рамках методологии, включает в себя методы, с помощью которых на основе нотаций строятся диаграммы, поддерживаемые конкретным CASE-средством. CASE-технологии не могут считаться самостоятельными, они только обеспечивают высокую эффективность их применения, определяемую временем разработки проекта.

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования информационных систем: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл программного обеспечения. Наиболее трудоемкими этапами разработки информационных систем являются этапы анализа и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации. При этом большую роль играют методы визуального представления информации. Это предполагает построение структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую информационную систему, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями.

1.2 Типовая структура CASE-средств

CASE-средства служат инструментарием для поддержки и использования методов структурного анализа в проектировании. Эти инструменты поддерживают работу пользователей при создании и редактировании графического проекта в интерактивном режиме. Они способствуют организации проекта в виде иерархии уровней абстракции, выполняют проверки соответствия компонентов. Фактически CASE-средства представляют собой новый тип графически-ориентированных инструментов, восходящих к системе поддержки ЖЦ ПО. Обычно к ним относят любое программное средство, обеспечивающее автоматическую помощь при разработке ПО, его сопровождении или деятельности по управлению проектом, и проявляющее следующие дополнительные характеристики:

мощная графика для описания и документирования систем ПО со специфическим интерфейсом пользователя, развивающая творческие возможности специалистов и не отвлекающая их от процесса проектирования на решение второстепенных вопросов;

интеграция, обеспечивающая легкость передачи данных между средствами и позволяющая управлять всем процессом проектирования и разработки ПО непосредственно через процесс планирования проекта;

использование компьютерного хранилища (репозитария) для шаблонов частей и отдельных элементов проекта, которые могут использоваться различными разработчиками, как основа для автоматического продуцирования ПО и повторного его использования в будущих системах.

Помимо перечисленных основополагающих принципов графической ориентации, интеграции и локализации всей проектной информации в репозитарии в основе концептуального построения CASE-средств лежат следующие положения :

1. Человеческий фактор, определяющий разработку ПО как легкий, удобный и экономичный процесс.

2. Широкое использование базовых программных средств, получивших массовое распространение в других приложениях (БД и СУБД, компиляторы с различных языков программирования, отладчики, документаторы, издательские системы, оболочки экспертных систем и базы знаний, языки четвертого поколения и др.).

3. Автоматизированная или автоматическая кодогенерация, для различных платформ и различного вида кода: преобразования для получения документации; формирования структуры БД, ввода/модификации данных; получения выполняемых машинных кодов из спецификаций ПО; сборки модулей из словарей и моделей данных и повторно используемых программ.

4. Простота использования, позволяющая получать компоненты, поддающиеся управлению, обозримые и доступные для понимания, а также обладающие простой и ясной структурой.

5. Доступность для разных категорий пользователей.

6. Рентабельность.

7. Эффективное решение задач по сопровождению разработанного проекта, обеспечивающая способность адаптации при изменении требований и целей проекта заказчиком.

В состав практически всех современных CASE-средств входят следующие элементы :

репозиторий, позволяет обеспечить сохранность шаблонов проекта и его определенных компонентов, синхронизацию информации от разных разработчиков в процессе групповой разработки, проверка метаданных на полноту и непротиворечивость;

средства разработки приложений, с использованием языков 4GL и генераторов кодов;

средства тестирования;

средства документирования;

графические средства анализа и проектирования, которые дают возможность создавать и редактировать модели информационных систем в виде иерархически связанных диаграмм в реализованной нотации конкретной методологии;

средства реинжиниринга;

средства конфигурационного управления;

средства управления проектом.

1.3 Эволюция развития CASE-технологий

С самого начала CASE-технологии развивались с целью преодоления ограничений «ручного» применения методологии структурного анализа и проектирования 60-70-х годов за счет ее автоматизации и интеграции в поддерживающие средства. Таким образом, CASE-технологии не могут считаться самостоятельными методологиями моделирования, они только делают более эффективными их применение, с точки зрения времени разработки.

Традиционно выделяют шесть периодов, качественно отличающихся применяемой техникой и методами разработки ПО, которые характеризуются использованием в качестве инструментальных средств:

1. Ассемблеров, дампов памяти, анализаторов;

2. Компиляторов, интерпретаторов, трассировщиков;

3. Символьных отладчиков, пакетов программ;

4. Систем анализа и управления исходными текстами;

5. CASE-средств анализа требований, проектирования спецификаций и структуры, редактирования интерфейсов (первая генерация CASE-I);

6. CASE-средств генерации исходных текстов и реализации интегрированного окружения поддержки полного жизненного цикла разработки ПО (вторая генерация CASE-II)

CASE-I является первой технологией, адресованной непосредственно системным аналитикам и проектировщикам, и включающей средства для поддержки графических моделей, проектирования спецификаций, экранных редакторов и словарей данных. Она не предназначена для поддержки полного жизненного цикла и концентрирует внимание на функциональных спецификациях и начальных шагах проекта - системном анализе, определении требований, системном проектировании, логическом проектировании БД .

CASE-II отличается значительно более развитыми возможностями, улучшенными характеристиками и исчерпывающим подходом к полному жизненному циклу разрабатываемого ПО. В инструментарии CASE-II, в первую очередь, используются средства поддержки автоматической кодогенерации, а также, обеспечивается полная функциональная поддержка для выполнения графических системных требований и спецификаций проектирования; контроля, анализа и связывания системной информации и информации по управлению проектированием; построение прототипов и моделей системы; тестирования, верификации и анализа сгенерированных программ; генерации документов по проекту; контроля на соответствие стандартам по всем этапам жизненного цикла. CASE-II может включать свыше 100 функциональных компонент, поддерживающих все этапы жизненного цикла, при этом пользователям предоставляется возможность выбора необходимых средств и их интеграции в нужном составе .

1.4 Методологии проектирования, используемые в CASE–средствах

CASE-средства являются результатом естественного эволюционного развития отрасли инструментальных (или технологических) средств. CASE-технологии начали развиваться с целью преодоления ограничений методологии структурного программирования.

Эта методология, несмотря на формализацию в составлении программ, характеризуется все же сложностью понимания, большой трудоемкостью и стоимостью использования, трудностью внесения изменений в проектные спецификации. Заложенные в ней принципы позволили развивать эту методологию и повысить е эффективность за счет автоматизации наиболее рутинних этапов (рис. 1.1).

Основными стандартами методологий, реализованных в CASE-средствах, являются:

SADT (Structured Analysis and Design Technique) - методология структурного анализа и проектирования. Основана на понятиях функционального моделирования. Отражает такие системные характеристики, как управление, обратная связь и исполнитель;

IDEF0 (Integrated Definition Function Modeling) - методология функционального моделирования. Используется для создания функциональной модели, отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, преобразуемые этими функциями. Является подмножеством методологии SADT;

DFD(DataFlow Diagram) - методология моделирования потоков данных.

Рисунок 1.1 – Сравнение традиционной разработки и разработки с использованием CASE-технологий

Следующие стандарты методологий применяются для описания обмена данными между рабочими процессами:

IDEF1 применяется для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы;

IDEF2 позволяет построить динамическую модель меняющихся во времени поведения функций, информации и ресурсов системы;

IDEF3- методология моделирования потоков работ. Является более детальной по отношению к IDEF0 и DFD. Позволяет рассмотреть конкретный процесс с учетом последовательности выполняемых операций. С помощью IDEF3 описываются сценарий и последовательность операций для каждого процесса;

IDEF1X (IDEF1 Extended) - методология описания данных. Применяется для построения баз данных. Относится к типу методологий «Сущность-связь» (ER - Entity-Relationship) и, как правило, используется для моделирования реляционных баз данных, имеющих отношение к рассматриваемой системе;

IDEF4 - объектно-ориентированная методология. Отражает взаимодействие объектов. Позволяет наглядно отображать структуру объектов и заложенные принципы их взаимодействия. Удобна для создания программных продуктов на объектно-ориентированных языках;

IDEF5- методология онтологического исследования сложных систем. С помощью методологии IDEF5 онтология системы может быть описана при помощи определенного словаря терминов и правил, на основании которых могут быть сформированы достоверные утверждения о состоянии рассматриваемой системы в некоторый момент времени;

ARIS - описывает бизнес-процесс в виде потока последовательно выполняемых работ;

UML - (Unified Modeling Language) унифицированный язык моделирования, основанный на объектно-ориентированном подходе. UML позволяют описать статическую структуру системы и ее динамическое поведение в соответствующих нотациях.

В CASE-средствах широко используются методологии структурного и объектно-ориентированного проектирования. Структурное проектирование основано на алгоритмической декомпозиции, а объектно-ориентированное проектирование – на объектно-ориентированной декомпозиции. Алгоритмическая декомпозиция позволяет определить порядок происходящих событий. Объектно-ориентированная декомпозиция позволяет определить иерархию классов объектов, их методы и свойства. CASE-средства, поддерживающие объектно-ориентированное проектирование используют методологию RUP (Rational Unified Process) и нотации языка UML.

1.5 Методология CASE-средств объектно-ориентированного проектирования

В объектно-ориентированном подходе основная категория объектной модели – класс, объединяет в себе на элементарном уровне, как данные, так и операции, которые над ними выполняются (методы). Именно с этой точки зрения изменения, связанные с переходом от структурного к объектно-ориентированному подходу, являются наиболее заметными. Разделение процессов и данных преодолено, однако остается проблема преодоления сложности системы, которая решается путем использования механизма компонентов.

Данные по сравнению с процессами являются более стабильной и относительно редко изменяющейся частью системы. Отсюда следует главное достоинство объектно-ориентированного подхода, которое Гради Буч сформулировал следующим образом: объектно-ориентированные системы более открыты и легче поддаются внесению изменений, поскольку их конструкция базируется на устойчивых формах. Это дает возможность системе развиваться постепенно и не приводит к полной ее переработке даже в случае существенных изменений исходных требований.

Буч отмечает также ряд следующих преимуществ объектно-ориентированного подхода .

1. Объектная декомпозиция дает возможность создавать программные системы меньшего размера путем использования общих механизмов, обеспечивающих необходимую экономию выразительных средств. Использование объектного подхода существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования не только программ, но и проектов, что в конце концов ведет к созданию среды разработки и переходу к сборочному созданию ПО. Системы зачастую получаются более компактными, чем их структурные эквиваленты, что означает не только уменьшение объема программного кода, но и удешевление проекта за счет использования предыдущих разработок.

2. Объектная декомпозиция уменьшает риск создания сложных систем ПО, так как она предполагает эволюционный путь развития системы на базе относительно небольших подсистем. Процесс интеграции системы растягивается на все время разработки, а не превращается в единовременное событие.

3. Объектная модель вполне естественна, поскольку в первую очередь ориентирована на человеческое восприятие мира, а не на компьютерную реализацию.

4. Объектная модель позволяет в полной мере использовать выразительные возможности объектных и объектно-ориентированных языков программирования.

К недостаткам объектно-ориентированного подхода относятся некоторое снижение производительности функционирования ПО и высокие начальные затраты. Объектная декомпозиция существенно отличается от функциональной, поэтому переход на новую технологию связан как с преодолением психологических трудностей, так и дополнительными финансовыми затратами. Безусловно, объектно-ориентированная модель наиболее адекватно отражает реальный мир, представляющий собой совокупность взаимодействующих (посредством обмена сообщениями) объектов. Но на практике в настоящий момент продолжается формирование стандарта языка UML для объектно-ориентированного моделирования, и количество CASE-средств, поддерживающих объектно-ориентированный подход, невелико по сравнению с аналогичными средствами, поддерживающими структурный подход.

Кроме того, диаграммы, отражающие специфику объектного подхода (диаграммы классов и т.п.), гораздо менее наглядны и плохо понимаемы непрофессионалами. Поэтому одна из главных целей внедрения CASE-технологии, а именно снабжение всех участников проекта (в том числе и заказчика) общим языком «для передачи понимания», обеспечивается на сегодняшний день только структурными методами.

При переходе от структурного подхода к объектному, как при всякой смене технологии, необходимо вкладывать деньги в приобретение новых инструментальных средств. Здесь следует учесть и расходы на обучение (овладение методом, инструментальными средствами и языком программирования). Для некоторых организаций эти обстоятельства могут стать серьезными препятствиями. Объектно-ориентированный подход не дает немедленной отдачи. Эффект от его применения начинает сказываться после разработки двух-трех проектов и накопления повторно используемых компонентов, отражающих типовые проектные решения в данной области. Переход организации на объектно-ориентированную технологию - это смена мировоззрения, а не просто изучение новых CASE-средств и языков программирования .

Очевидно, что в конкретном проекте декомпозировать сложную систему одновременно двумя способами невозможно. Можно начать декомпозицию каким-либо одним способом, а затем, используя полученные результаты, попытаться рассмотреть систему с другой точки зрения. Теперь перейдем к рассмотрению взаимосвязи между структурным и объектно-ориентированным подходами. Основой взаимосвязи является общность ряда категорий и понятий обоих подходов (процесс и вариант использования, сущность и класс и др.). Эта взаимосвязь может проявляться в различных формах. Так, одним из возможных подходов является использование структурного анализа как основы для объектно-ориентированного проектирования. Такой подход целесообразен ввиду широкого распространения CASE-средств, поддерживающих структурный анализ. Структурный анализ продолжается до момента, при котором диаграммы потоков данных начинают отражать не только предметную область, но и систему ПО.

После выполнения структурного анализа и построения диаграмм потоков данных вместе со структурами данных и другими результатами анализа можно различными способами приступить к определению классов и объектов. Так, если взять какую-либо отдельную диаграмму, то кандидатами в объекты могут быть внешние сущности и накопители данных, а кандидатами в классы - потоки данных.

Другой формой проявления взаимосвязи можно считать интеграцию объектной и реляционной технологий. Реляционные СУБД являются на сегодняшний день основным средством реализации крупномасштабных баз данных и хранилищ данных. Причины этого очевидны: реляционная технология используется достаточно долго, освоена огромным количеством пользователей и разработчиков, стала промышленным стандартом, в нее вложены значительные средства и создано множество корпоративных БД в самых различных отраслях, реляционная модель проста и имеет строгое математическое основание; существует большое разнообразие промышленных средств проектирования, реализации и эксплуатации реляционных БД. Вследствие этого реляционные БД в основном используются для хранения и поиска объектов в так называемых объектно-реляционных системах. Объектно-ориентированное проектирование имеет точки соприкосновения с реляционным проектированием. Например, как было отмечено выше, классы в объектной модели могут некоторым образом соответствовать сущностям (в качестве упражнения можно предложить детально проанализировать все сходства и различия диаграмм «сущность-связь» и диаграмм классов). Как правило, такое соответствие имеет место только на ранней стадии разработки системы - стадии формирования требований. В дальнейшем, разумеется, цели объектно-ориентированного проектирования (адекватное моделирование предметной области в терминах взаимодействия объектов) и разработки реляционной БД (нормализация данных) расходятся. Таким образом, единственно возможным средством преодоления данного пробела является определение соответствия между объектно-ориентированной и реляционной технологиями, которое в основном сводится к отображению диаграмм классов и диаграмм «сущность – связь» реляционной модели. Одним из примеров практической реализации взаимосвязи между структурным и объектно-ориентированным подходом является программный интерфейс (мост) между структурным CASE-средством Silverrun и объектно-ориентированным CASE-средством Rational Rose, разработанный российской компанией "Аргуссофт" .Это ПО создает диаграммы классов Rational Rose на основе RDM-модели (Relational Data Model - реляционная модель данных) Silverrun и наоборот. Аналогичные интерфейсы существуют также между CASE-средствами ERwin (с одной стороны), Rational Rose и Paradigm Plus (с другой стороны).

1.6 Методология CASE-средств структурного проектирования

Сущность структурного подхода к разработке информационных систем заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции. Автоматизируемая 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 базируются на ряде общих принципов. В качестве основных принципов используются:

принцип декомпозиции - принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество более мелких и 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.

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 использования элементов системы;

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 из них 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 информационной системы (ИС) модели усложняются, уточняются и дополняются диаграммами, отражающими структуру и архитектуру программного обеспечения, структурные схемы программ и диаграмм 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.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. CASE средство: определения и общая характеристика

2. Применения CASE технологий: преимущества и недостатки

3. Внедрение CASE-средств

4. Примеры CASE-средств и их характеристики

1 . CASE средство: определения и общая характеристика

Аббревиатура CASE расшифровывается как Computer Aided Software Engineering. Этот термин широко используется в настоящее время. На этапе появления подобных средств, термин CASE употреблялся лишь в отношении автоматизации разработки программного обеспечения. Сегодня CASE средства подразумевают процесс разработки сложных ИС в целом: создание и сопровождение ИС, анализ, формулировка требований, проектирование прикладного ПО и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы. Таким образом, CASE-технологии образуют целую среду разработки ИС. Итак, CASE-технология представляет собой методологию проектирования программных систем, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме моделировать предметную область, анализировать эту модель на всех этапах разработки и сопровождения ИС и разрабатывать приложения в соответствии с информационными потребностями пользователей. Большинство существующих CASE-средств основано на методологиях структурного или объектно-ориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств. Главные составляющие CASE-продукта таковы:

· методология (Method Diagrams) , которая задает единый графический язык и правила работы с ним.

· графические редакторы (Graphic Editors) , которые помогают рисовать диаграммы; возникли с распространением PC и GUI, так называемых "upper case технологий

· генератор : по графическому представлению модели можно сгенерировать исходный код для различных платформ (так называемая low case часть CASE-технологии).

· репозиторий , своеобразная база данных для хранения результатов работы программистов

2 . Применения CASE технологий: преимущества и недостатки

CASE-технология представляет собой совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем и поддерживается комплексом взаимоувязанных средств автоматизации. CASE-технология - это инструментарий для системных аналитиков, разработчиков и программистов, заменяющий бумагу и карандаш компьютером, автоматизируя процесс проектирования и разработки ПО. При использовании методологий структурного анализа появился ряд ограничений (сложность понимания, большая трудоемкость и стоимость использования, неудобство внесения изменений в проектные спецификации и т.д.) С самого начала CASE-технологии и развивались с целью преодоления этих ограничений путем автоматизации процессов анализа и интеграции поддерживающих средств. Они обладают достоинствами и возможностями, перечисленными ниже. Е диный графический язык. CASE-технологии обеспечивают всех участников проекта, включая заказчиков, единым строгим, наглядным и интуитивно понятным графическим языком, позволяющим получать обозримые компоненты с простой и ясной структурой. При этом программы представляются двумерными схемами (которые проще в использовании, чем многостраничные описания), позволяющими заказчику участвовать в процессе разработки, а разработчикам - общаться с экспертами предметной области, разделять деятельность системных аналитиков, проектировщиков и программистов, облегчая им защиту проекта перед руководством, а также обеспечивая легкость сопровождения и внесения изменений в систему.

Единая БД проекта. Основа CASE-технологии - использование базы данных проекта (репозитория) для хранения всей информации о проекте, которая может разделяться между разработчиками в соответствии с их правами доступа. Содержимое репозитория включает не только информационные объекты различных типов, но и отношения между их компонентами, а также правила использования или обработки этих компонентов. Репозиторий может хранить свыше 100 типов объектов: структурные диаграммы, определения экранов и меню, проекты отчетов, описания данных, логика обработки, модели данных, их организации и обработки, исходные коды, элементы данных и т. п.

Интеграция средств. На основе репозитория осуществляется интеграция CASE-средств и разделение системной информации между разработчиками. При этом возможности репозитория обеспечивают несколько уровней интеграции: общий пользовательский интерфейс по всем средствам, передачу данных между средствами, интеграцию этапов разработки через единую систему представления фаз жизненного цикла, передачу данных и средств между различными платформами.

Поддержка коллективной разработки и управления проектом. CASE-технология поддерживает групповую работу над проектом, обеспечивая возможность работы в сети, экспорт-импорт любых фрагментов проекта для их развития и/или модификации, а также планирование, контроль, руководство и взаимодействие, т. е. Функции, необходимые в процессе разработки и сопровождения проектов. Эти функции также реализуются на основе репозитория. В частности, через репозиторий может осуществляться контроль безопасности (ограничения и привилегии доступа), контроль версий и изменений и др.

Макетирование . CASE-технология дает возможность быстро строить макеты (прототипы) будущей системы, что позволяет заказчику на ранних этапах разработки оценить, насколько она приемлема для будущих пользователей и устраивает его.

Генерация документации. Вся документация по проекту генерируется автоматически на базе репозитория (как правило, в соответствии с требованиями действующих стандартов). Несомненное достоинство CASE-технологии заключается в том, что документация всегда отвечает текущему состоянию дел, поскольку любые изменения в проекте автоматически отражаются в репозитории (известно, что при традиционных подходах к разработке ПО документация в лучшем случае запаздывает, а ряд модификаций вообще не находит в ней отражения). Верификация проекта. CASE-технология обеспечивает автоматическую верификацию и контроль проекта на полноту и состоятельность на ранних этапах разработки, что влияет на успех разработки в целом - по статистическим данным анализа пяти крупных проектов фирмы TRW (США) ошибки проектирования и кодирования составляют соответственно 64% и 32% от общего числа ошибок, а ошибки проектирования в 100 раз труднее обнаружить на этапе сопровождения ПО, чем на этапе анализа требований. Автоматическая генерация объектного код а. Генерация программ в машинном коде осуществляется на основе репозитория и позволяет автоматически построить до 85-90% объектного кода или текстов на языках высокого уровня. Сопровождение и реинжинирин г. Сопровождение системы в рамках CASE-технологии характеризуется сопровождением проекта, а не программных кодов. Средства реинжиниринга и обратного инжиниринга позволяют создавать модель системы из ее кодов и интегрировать полученные модели в проект, автоматически обновлять документацию при изменении кодов и т. п.

Таблица 1

Традиционная технология разработки	Разработка с помощью CASE-технологий
Основные усилия - на кодирование и тестирование	Основные усилия - на анализ и проектирование
"Бумажные" спецификации	Быстрое итеративное макетирование
Ручное кодирование	Автоматическая генерация машинного кода
Тестирование ПО	Автоматический контроль проекта
Сопровождение программного кода	Сопровождение проекта

При использовании CASE-технологий изменяются все фазы жизненного цикла ИС, причем наибольшие изменения касаются фаз анализа и проектирования. В табл. 1 приведены основные изменения жизненного цикла ИС при использовании CASE-технологий по сравнению с традиционной технологией разработки.

Таблица 2

В табл. 2 приведены оценки трудозатрат по фазам жизненного цикла программного обеспечения (ПО). Первая строка таблицы соответствует традиционной технологии разработки, вторая - разработке с использованием структурных методологий вручную, третья - разработке с использованием CASE-технологий. Для успешного внедрения CASE-средств организация должна обладать следующими качествами: * Технология. Понимание ограниченности существующих возможностей и способность принять новую технологию; * Культура. Готовность к внедрению новых процессов и взаимоотношений между разработчиками и пользователями; * Управление. Четкое руководство и организованность по отношению к наиболее важным этапам и процессам внедрения. Если организация не обладает хотя бы одним из перечисленных качеств, то внедрение CASE-средств может закончиться неудачей, независимо от степени тщательности следования различным рекомендациям по внедрению. Для того чтобы принять взвешенное решение относительно инвестиций в CASE-технологию, пользователи вынуждены производить оценку отдельных CASE-средств, опираясь на неполные и противоречивые данные. Эта проблема зачастую усугубляется недостаточным знанием всех возможных "подводных камней" использования CASE-средств. Среди наиболее важных проблем выделяют следующие: * достоверная оценка отдачи от инвестиций в CASE-средства затруднительна ввиду отсутствия приемлемых метрик и данных по проектам и процессам разработки ПО; * внедрение CASE-средств может представлять длительный процесс и не принести немедленной отдачи. Возможно даже краткосрочное снижение продуктивности в результате усилий, затрачиваемых на внедрение. Вследствие этого руководство организации-пользователя может утратить интерес к CASE-средствам и прекратить поддержку их внедрения; * отсутствие полного соответствия между теми процессами и методами, которые поддерживаются CASE-средствами, и теми, что используются в данной организации, может привести к дополнительным трудностям; * CASE-средства зачастую трудно использовать в комплексе с другими подобными средствами. Это объясняется как различными парадигмами, поддерживаемыми разнообразными средствами, так и проблемами передачи данных и управления от одного средства к другому; * некоторые CASE-средства требуют слишком много усилий для того, чтобы оправдать их использование в небольшом проекте, тем не менее, можно извлечь выгоду из той дисциплины, к которой обязывает их применение; * негативное отношение персонала к внедрению новой CASE-технологии может быть главной причиной провала проекта. Пользователи CASE-средств должны быть готовы к необходимости долгосрочных затрат на эксплуатацию, частому появлению новых версий и возможному быстрому моральному старению средств, а также постоянным затратам на обучение и повышение квалификации персонала. программный код репозиторий графический

3 . Внедрение CASE-средств

Процесс внедрения состоит из следующих этапов: * определение потребностей в CASE-средствах; * оценка и выбор CASE-средств; * выполнение пилотного проекта; * практическое внедрение CASE-средств. Определение потребностей в CASE-средствах можно проиллюстрировать следующей диаграммой. Данный этап включает достижение понимания потребностей организации и технологии последующего процесса внедрения CASE-средств. Он должен привести к выделению тех областей деятельности организации, в которых применение CASE-средств может принести реальную пользу. Результатом данного этапа является документ, определяющий стратегию внедрения. Процесс оценки и выбора CASE-средств можно рассмотреть в виде модели. Этот процесс может преследовать несколько целей и включать:* оценку нескольких CASE-средств и выбор одного или более из них; * оценку одного или более CASE-средств и сохранение результатов для последующего использования; * выбор одного или более CASE-средств с использованием результатов предыдущих оценок. Ниже приведена диаграмма, описывающая наиболее общую ситуацию оценки и выбора, а также показывает зависимость между ними. Входной информацией для процесса оценки является: * определение пользовательских потребностей; * цели и ограничения проекта; * данные о доступных CASE-средствах; * список критериев, используемых в процессе оценки. Результаты оценки могут включать результаты предыдущих оценок. При этом не следует забывать, что набор критериев, использовавшихся при предыдущей оценке, должен быть совместимым с текущим набором. Конкретный вариант реализации процесса (оценка и выбор, оценка для будущего выбора или выбор, основанный на предыдущих оценках) определяется перечисленными выше целями. Элементы процесса включают: * цели, предположения и ограничения, которые могут уточняться в ходе процесса; * потребности пользователей, отражающие количественные и качественные требования пользователей к CASE-средствам; * критерии, определяющие набор параметров, в соответствии с которыми производится оценка и принятие решения о выборе; * формализованные результаты оценок одного или более средств; * рекомендуемое решение (обычно либо решение о выборе, либо дальнейшая оценка). Перед полномасштабным внедрением выбранного CASE-средства в организации выполняется пилотный проект. Его цель - экспериментальная проверка правильности решений, принятых на предыдущих этапах, и подготовка к внедрению. Пилотный проект представляет собой первоначальное реальное использование CASE-средства и обычно подразумевает более широкий масштаб использования CASE-средства по отношению к тому, который был достигнут во время оценки. Пилотный проект должен обладать многими из характеристик реальных проектов, для которых предназначено данное средство. Он преследует следующие цели: * подтвердить достоверность результатов оценки и выбора;* определить, действительно ли CASE-средство годится для использования в данной организации, и если да, то определить наиболее подходящую область его применения; * собрать информацию, необходимую для разработки плана практического внедрения; * приобрести собственный опыт использования CASE-средства. Пилотный проект позволяет получить важную информацию, необходимую для оценки качества функционирования CASE-средства и его поддержки со стороны поставщика после того, как средство установлено. Его реализацию можно проиллюстрировать следующей схемой. Важной функцией пилотного проекта является принятие решения относительно приобретения или отказа от использования CASE-средства. Провал пилотного проекта позволяет избежать более значительных и дорогостоящих неудач в дальнейшем, поскольку он обычно связан с приобретением относительно небольшого количества лицензий и обучением узкого круга специалистов. Ну и, наконец, наступает переход к практическому использованию CASE-средств. Он начинается с разработки и последующей реализации плана перехода. План перехода должен включать следующее: * Информацию относительно целей, критериев оценки, графика и возможных рисков, связанных с реализацией плана. * Информацию относительно приобретения, установки и настройки CASE-средств. * Информацию относительно интеграции каждого средства с существующими средствами, включая как интеграцию CASE-средств друг с другом, так и их интеграцию в процессы разработки и эксплуатации ПО, существующие в организации. * Ожидаемые потребности в обучении и ресурсы, используемые в течение и после завершения процесса перехода. * Определение стандартных процедур использования средств. Реализация плана перехода требует постоянного мониторинга использования CASE-средств, обеспечения текущей поддержки, сопровождения и обновления средств по мере необходимости. Достигнутые результаты должны периодически подвергаться экспертизе в соответствии с графиком, а план перехода - корректироваться при необходимости. Необходимо постоянно уделять внимание удовлетворению потребностей организации и критериям успешного внедрения CASE-средств. Значимой и неотъемлемой частью реализации плана является также обучение и переобучение. Каждая категория сотрудников (например, администраторы средств, служба поддержки рабочих мест, интеграторы средств, служба сопровождения и разработчики приложений) нуждается в различном обучении. Обучение не должно замыкаться только на пользователях CASE-средств, обучаться должны и те сотрудники, на деятельность которых, так или иначе, оказывает влияние использование CASE-средств. При дальнейшем применении CASE-средств организация должна ориентироваться на обучение как сотрудников, вновь принятых на работу, так и специалистов, выполняющих проекты с использованием данных средств. Именно поэтому обучение должно стать неотъемлемой частью нормативных материалов, касающихся деятельности организации, которые предлагаются новым сотрудникам. Итогом данного этапа является внедрение CASE-средств в повседневную практику организации, при этом больше не требуется какого-либо специального планирования. Кроме того, поддержка CASE-средств включается в план текущей поддержки ПО в данной организации.

4 . Примеры CASE-средств и их характеристики

Silverrun

CASE-средство Silverrun американской фирмы Computer Systems Advisers, Inc. используется для анализа и проектирования ИС бизнес-класса. Оно применимо для поддержки любой методологии, основанной на раздельном построении функциональной и информационной моделей. Silverrun имеет модульную структуру и состоит из четырех модулей, каждый из которых является самостоятельным продуктом и может приобретаться и использоваться без связи с остальными модулями: модуль построения моделей бизнес-процессов, модуль концептуального моделирования данных, модуль реляционного моделирования и менеджер репозитория рабочей группы. Платой за высокую гибкость и разнообразие изобразительных средств построения моделей является такой недостаток Silverrun, как отсутствие жесткого взаимного контроля между компонентами различных моделей

Средство разработки приложений JAM - продукт американской фирмы JYACC. Основной чертой JAM является его соответствие методологии RAD, поскольку он позволяет достаточно быстро реализовать цикл разработки приложения, заключающийся в формировании очередной версии прототипа приложения с учетом требований, выявленных на предыдущем шаге, и предъявить его пользователю. JAM имеет модульную структуру и состоит из следующих компонент:

· Ядро системы;

· JAM/DBi - специализированные модули интерфейса к СУБД (JAM/DBi-Oracle, JAM/DBi-Informix, JAM/DBi-ODBC и т.д.);

· JAM/RW - модуль генератора отчетов;

· JAM/CASEi - специализированные модули интерфейса к CASE-средствам (JAM/CASE-TeamWork, JAM/CASE-Innovator и т.д.);

· JAM/TPi - специализированные модули интерфейса к менеджерам транзакций (например, JAM/TPi-Server TUXEDO и т.д.);

· Jterm - специализированный эмулятор X-терминала.

Ядро системы (собственно, сам JAM) является законченным продуктом и может самостоятельно использоваться для разработки приложений. Все остальные модули являются дополнительными и самостоятельно использоваться не могут. При использовании JAM разработка внешнего интерфейса приложения представляет собой визуальное проектирование и сводится к созданию экранных форм путем размещения на них интерфейсных конструкций и определению экранных полей ввода/вывода информации.

Vantage Team Builder

Vantage Team Builder представляет собой интегрированный программный продукт, ориентированный на реализацию каскадной модели ЖЦ ПО и поддержку полного ЖЦ ПО. Наличие универсальной системы генерации кода, основанной на специфицированных средствах доступа к репозиторию проекта, позволяет поддерживать высокий уровень исполнения проектной дисциплины разработчиками: жесткий порядок формирования моделей; жесткая структура и содержимое документации; автоматическая генерация исходных кодов программ и т.д. - все это обеспечивает повышение качества и надежности разрабатываемых ИС.

Локальные средства (ERwin, BPwin, S-Designor)

ERwin - средство концептуального моделирования БД, использующее методологию IDEF1X. ERwin реализует проектирование схемы БД, генерацию ее описания на языке целевой СУБД и реинжиниринг существующей БД. ERwin выпускается в нескольких различных конфигурациях, ориентированных на наиболее распространенные средства разработки приложений 4GL. Для ряда средств разработки приложений (PowerBuilder, SQLWindows, Delphi, Visual Basic) выполняется генерация форм и прототипов приложений. BPwin - средство функционального моделирования, реализующее методологию IDEF0. S-Designor представляет собой CASE-средство для проектирования реляционных баз данных. По своим функциональным возможностям и стоимости он близок к CASE-средству ERwin, отличаясь внешне используемой на диаграммах нотацией. S-Designor реализует стандартную методологию моделирования данных и генерирует описание БД для таких СУБД, как ORACLE, Informix, Ingres, Sybase, DB/2, Microsoft SQL Server и др.

Объектно-ориентированные CASE-средства (Rational Rose)

Rational Rose - CASE-средство фирмы Rational Software Corporation - предназначено для автоматизации этапов анализа и проектирования ПО, а также для генерации кодов на различных языках и выпуска проектной документации. Rational Rose использует синтез-методологию объектно-ориентированного анализа и проектирования, основанную на подходах трех ведущих специалистов в данной области: Буча, Рамбо и Джекобсона. Разработанная ими универсальная нотация для моделирования объектов (UML - Unified Modeling Language) претендует на роль стандарта в области объектно-ориентированного анализа и проектирования. Конкретный вариант Rational Rose определяется языком, на котором генерируются коды программ (C++, Smalltalk, PowerBuilder, Ada, SQLWindows и ObjectPro). Основной вариант - Rational Rose/C++ - позволяет разрабатывать проектную документацию в виде диаграмм и спецификаций, а также генерировать программные коды на С++. Кроме того, Rational Rose содержит средства реинжиниринга программ, обеспечивающие повторное использование программных компонент в новых проектах.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Этапы разработки модели базы данных: составление логической схемы и создание на ее основе физической формы графическим инструментарием Erwin. CASE-технологии для проектирования прикладного программного обеспечения и конфигурационного управления проектом.

контрольная работа , добавлен 03.01.2011


Исследование объектно-ориентированного подхода к проектированию программного обеспечения будильника. Модель программного обеспечения. Взаимодействие между пользователями и системой. Диаграммы и генерация программного кода при помощи средств Rational Rose.

курсовая работа , добавлен 26.09.2014


Типы документации на программное обеспечение. Особенности создания документации в EA. Изучение метода генерации документации в формате RTF. Шаблоны как инструмент для настройки пользовательских требований и стилизации документации программного продукта.

реферат , добавлен 31.05.2013


Оснащенность предприятия системным программным обеспечением, используемым для организации производственного процесса. Проектирование, внедрение и эксплуатация системного и прикладного программного обеспечения. Тестирование и отладка программного продукта.

отчет по практике , добавлен 29.12.2014


Сущность и значение средств управления базами данных предприятия. Методика разработки базы данных и прикладного программного обеспечения автобусного парка, позволяющее структурировать информацию об автобусных маршрутах, остановках и автобусах парка.

курсовая работа , добавлен 20.01.2010


История возникновения тестирования программного обеспечения, основные цели и особенности его проведения. Виды и типы тестирования, уровни его автоматизации. Использование и исследование необходимых технологий. Полный цикл прогона всей системы мониторинга.

дипломная работа , добавлен 03.05.2018


Особенности разработки кода программного модуля на современных языках программирования. Отладка и тестирование программы, оформление документации на программные средства. Применение инструментальных средств для автоматизации оформления документации.

отчет по практике , добавлен 12.04.2015


Разработка программно-аппаратного комплекса на базе ПЭВМ типа Pentium IV, включающего в себя периферийное устройство для генерации сигнала в виде напряжения, меняющегося во времени, и программного обеспечения для управления процессом генерации.

дипломная работа , добавлен 30.06.2012


Тестирование как составляющая часть процесса отладки программного обеспечения, его роль для обеспечения качества продукта. Обнаружение ошибок в программах, выявление причин их возникновения. Подходы к формулированию критериев полноты тестирования.

курсовая работа , добавлен 20.12.2012


Автоматизация промежуточного и финального контроля результатов обучения учащихся различных учебных заведений. Тестирование, основанное на диалоге вычислительной системы с пользователем. Реализация приложения генерации тестов из базы данных на языке РНР.

CASE-средства проектирования информационных систем

В условиях современности сложность создания информационных систем очень высока. Поэтому при проектировании ИС в настоящее время стало широко использоваться CASE-технология.

CASE-технология – это программный комплекс, автомати­зирующий весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных программных средств.

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования ИС: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл ПО.

Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают высокое качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации. При этом большую роль играют графические средства моделирования предметной области, которые позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую ИС, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями.

Интегрированные CASE-средства обладают следующими характерными особенностями :

· обеспечение управления процессом разработки ИС;

· использование специальным образом организованного хранилища проектных метаданных (репозитория).

Интегрированные CASE-средства содержат следующие компоненты:

· графические средства анализа и проектирования, используемые для описания и документирования ИС;

· средства разработки приложений, включая языки программирования и генераторы кодов;

· репозиторий, который обеспечивает хранение версий разрабатываемого проекта и его отдельных компонентов, синхронизацию поступления информации от различных разработчиков при групповой разработке, контроль метаданных на полноту и непротиворечивость;

· средства управления процессом разработки ИС;

· средства документирования;

· средства тестирования;

· средства реинжиниринга, обеспечивающие анализ программных кодов и схем баз данных и формирование на их основе различных моделей и проектных спецификаций.

Все современные CASE-средства делятся на две группы. Первую группу организуют средства встроенные в систему реализации, в которых все решения по проектированию и реализации привязаны к выбранной системе управления базами данных. Вторую группу организуют средства независимые от системы реализации, в которых все решения по проектированию ориентированы на унификацию начальных этапов жизненного цикла и средств их документирования. Данные средства обеспечивают большую гибкость в выборе средств реализации.

Основное достоинство CASE-технологии – поддержка коллективной работы над проектом за счет возможности работы в локальной сети, экспорта и импорта отдельных фрагментов проекта между разработчиками, организованного управления проектом.

В качестве этапов создания программных продуктов для информационных систем можно выделить следующие:

1. Определяется среда функционирования. На этом этапе определяются набор процессов жизненного цикла ИС, определяется область примененияИС, определяется размер поддерживаемых приложений, т.е. задается ограничения на такие величины, как количество строк программного кода, размер базы данных, количество элементов данных, количество объектов управления и т.д.

2. Производится построение диаграмм и графический анализ. На этом этапе строятся диаграммы, устанавливающие связь с источниками информации и потребителями, определяющие процессы преобразования данных и места их хранения.

3. Определяются спецификации и требования, предъявляемые к системе (вид интерфейса, тип данных, структура системы, качества, производительности, технические средства, общие затраты и т.д.).

4. Выполняется моделирование данных, т.е. вводится информация, описывающая элементы данных системы и их отношения.

5. Выполняетсямоделирование процессов, т.е. вводится информация, описывающая процессы системы и их отношения.

Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности информационных систем (ИС), создаваемых в различных областях экономики. Современные крупные проекты ИС характеризуются, как правило, следующими особенностями:

сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;

наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования (например, традиционных приложений, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, и приложений аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема);

отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;

необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений;

функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах;

разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;

существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС.

Для успешной реализации проекта объект проектирования (ИС) должен быть прежде всего адекватно описан, должны быть построены полные и непротиворечивые функциональные и информационные модели ИС. Накопленный к настоящему времени опыт проектирования ИС показывает, что это логически сложная, трудоемкая и длительная по времени работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако до недавнего времени проектирование ИС выполнялось в основном на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования ИС. Кроме того, в процессе создания и функционирования ИС информационные потребности пользователей могут изменяться или уточняться, что еще более усложняет разработку и сопровождение таких систем.

В 70-х и 80-х годах при разработке ИС достаточно широко применялась структурная методология, предоставляющая в распоряжение разработчиков строгие формализованные методы описания ИС и принимаемых технических решений. Она основана на наглядной графической технике: для описания различного рода моделей ИС используются схемы и диаграммы. Наглядность и строгость средств структурного анализа позволяла разработчикам и будущим пользователям системы с самого начала неформально участвовать в ее создании, обсуждать и закреплять понимание основных технических решений. Однако, широкое применение этой методологии и следование ее рекомендациям при разработке конкретных ИС встречалось достаточно редко, поскольку при неавтоматизированной (ручной) разработке это практически невозможно. Действительно, вручную очень трудно разработать и графически представить строгие формальные спецификации системы, проверить их на полноту и непротиворечивость, и тем более изменить. Если все же удается создать строгую систему проектных документов, то ее переработка при появлении серьезных изменений практически неосуществима. Ручная разработка обычно порождала следующие проблемы:

неадекватная спецификация требований;

неспособность обнаруживать ошибки в проектных решениях;

низкое качество документации, снижающее эксплуатационные качества;

затяжной цикл и неудовлетворительные результаты тестирования.

С другой стороны, разработчики ИС исторически всегда стояли последними в ряду тех, кто использовал компьютерные технологии для повышения качества, надежности и производительности в своей собственной работе (феномен "сапожника без сапог").

Перечисленные факторы способствовали появлению программно-технологических средств специального класса - CASE-средств, реализующих CASE-технологию создания и сопровождения ИС. Термин CASE (Computer Aided Software Engineering) используется в настоящее время в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE, ограниченное вопросами автоматизации разработки только лишь программного обеспечения (ПО), в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки сложных ИС в целом. Теперь под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения ИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного ПО (приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы. CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду разработки ИС.

Появлению CASE-технологии и CASE-средств предшествовали исследования в области методологии программирования. Программирование обрело черты системного подхода с разработкой и внедрением языков высокого уровня, методов структурного и модульного программирования, языков проектирования и средств их поддержки, формальных и неформальных языков описаний системных требований и спецификаций и т.д. Кроме того, появлению CASE-технологии способствовали и такие факторы, как:

подготовка аналитиков и программистов, восприимчивых к концепциям модульного и структурного программирования;

широкое внедрение и постоянный рост производительности компьютеров, позволившие использовать эффективные графические средства и автоматизировать большинство этапов проектирования;

внедрение сетевой технологии, предоставившей возможность объединения усилий отдельных исполнителей в единый процесс проектирования путем использования разделяемой базы данных, содержащей необходимую информацию о проекте.

CASE-технология представляет собой методологию проектирования ИС, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме.

CASE-средства. Общая характеристика и классификация

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования ИС: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл ПО.

Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации. При этом большую роль играют методы визуального представления информации. Это предполагает построение структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую ИС, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями.

В разряд CASE-средств попадают как относительно дешевые системы для персональных компьютеров с весьма ограниченными возможностями, так и дорогостоящие системы для неоднородных вычислительных платформ и операционных сред. Так, современный рынок программных средств насчитывает около 300 различных CASE-средств, наиболее мощные из которых так или иначе используются практически всеми ведущими западными фирмами.

Обычно к CASE-средствам относят любое программное средство, автоматизирующее ту или иную совокупность процессов жизненного цикла ПО и обладающее следующими основными характерными особенностями:

мощные графические средства для описания и документирования ИС, обеспечивающие удобный интерфейс с разработчиком и развивающие его творческие возможности;

интеграция отдельных компонент CASE-средств, обеспечивающая управляемость процессом разработки ИС;

использование специальным образом организованного хранилища проектных метаданных (репозитория).

Интегрированное CASE-средство (или комплекс средств, поддерживающих полный ЖЦ ПО) содержит следующие компоненты;

репозиторий, являющийся основой CASE-средства. Он должен обеспечивать хранение версий проекта и его отдельных компонентов, синхронизацию поступления информации от различных разработчиков при групповой разработке, контроль метаданных на полноту и непротиворечивость;

графические средства анализа и проектирования, обеспечивающие создание и редактирование иерархически связанных диаграмм (DFD, ERD и др.), образующих модели ИС;

средства разработки приложений, включая языки 4GL и генераторы кодов;

средства конфигурационного управления;

средства документирования;

средства тестирования;

средства управления проектом;

средства реинжиниринга.

Все современные CASE-средства могут быть классифицированы в основном по типам и категориям. Классификация по типам отражает функциональную ориентацию CASE-средств на те или иные процессы ЖЦ. Классификация по категориям определяет степень интегрированности по выполняемым функциям и включает отдельные локальные средства, решающие небольшие автономные задачи (tools), набор частично интегрированных средств, охватывающих большинство этапов жизненного цикла ИС (toolkit) и полностью интегрированные средства, поддерживающие весь ЖЦ ИС и связанные общим репозиторием. Помимо этого, CASE-средства можно классифицировать по следующим признакам:

применяемым методологиям и моделям систем и БД;

степени интегрированности с СУБД;

доступным платформам.

Классификация по типам в основном совпадает с компонентным составом CASE-средств и включает следующие основные типы:

средства анализа (Upper CASE), предназначенные для построения и анализа моделей предметной области (Design/IDEF (Meta Software), BPwin (Logic Works));

средства анализа и проектирования (Middle CASE), поддерживающие наиболее распространенные методологии проектирования и использующиеся для создания проектных спецификаций (Vantage Team Builder (Cayenne), Designer/2000 (ORACLE), Silverrun (CSA), PRO-IV (McDonnell Douglas), CASE.Аналитик (МакроПроджект)). Выходом таких средств являются спецификации компонентов и интерфейсов системы, архитектуры системы, алгоритмов и структур данных;

средства проектирования баз данных, обеспечивающие моделирование данных и генерацию схем баз данных (как правило, на языке SQL) для наиболее распространенных СУБД. К ним относятся ERwin (Logic Works), S-Designor (SDP) и DataBase Designer (ORACLE). Средства проектирования баз данных имеются также в составе CASE-средств Vantage Team Builder, Designer/2000, Silverrun и PRO-IV;

средства разработки приложений. К ним относятся средства 4GL (Uniface (Compuware), JAM (JYACC), PowerBuilder (Sybase), Developer/2000 (ORACLE), New Era (Informix), SQL Windows (Gupta), Delphi (Borland) и др.) и генераторы кодов, входящие в состав Vantage Team Builder, PRO-IV и частично - в Silverrun;

средства реинжиниринга, обеспечивающие анализ программных кодов и схем баз данных и формирование на их основе различных моделей и проектных спецификаций. Средства анализа схем БД и формирования ERD входят в состав Vantage Team Builder, PRO-IV, Silverrun, Designer/2000, ERwin и S-Designor. В области анализа программных кодов наибольшее распространение получают объектно-ориентированные CASE-средства, обеспечивающие реинжиниринг программ на языке С++ (Rational Rose (Rational Software), Object Team (Cayenne)).

Вспомогательные типы включают:

средства планирования и управления проектом (SE Companion, Microsoft Project и др.);

средства конфигурационного управления (PVCS (Intersolv));

средства тестирования (Quality Works (Segue Software));

средства документирования (SoDA (Rational Software)).

На сегодняшний день Российский рынок программного обеспечения располагает следующими наиболее развитыми CASE-средствами:

Vantage Team Builder (Westmount I-CASE);

Designer/2000;

Silverrun;

ERwin+BPwin;

S-Designor;

CASE.Аналитик.

Кроме того, на рынке постоянно появляются как новые для отечественных пользователей системы (например, CASE /4/0, PRO-IV, System Architect, Visible Analyst Workbench, EasyCASE), так и новые версии и модификации перечисленных систем.

1. Основы методологии проектирования ИС

1.1. Жизненный цикл ПО ИС

Одним из базовых понятий методологии проектирования ИС является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:

основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);

организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Разработка включает в себя все работы по созданию ПО и его компонент в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д. Разработка ПО включает в себя, как правило, анализ, проектирование и реализацию (программирование).

Эксплуатация включает в себя работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей, обеспечение эксплуатационной документацией, проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения, модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы.

Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля за сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта включает выбор методов и инструментальных средств для реализации проекта, определение методов описания промежуточных состояний разработки, разработку методов и средств испытаний ПО, обучение персонала и т.п. Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования ПО. Верификация - это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние разработки, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием, которое связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

Управление конфигурацией является одним из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения ПО. При создании проектов сложных ИС, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации конфигурационного учета, планирования и управления конфигурациями ПО отражены в проекте стандарта ISO 12207-2.

Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. Результатами анализа, в частности, являются функциональные модели, информационные модели и соответствующие им диаграммы. ЖЦ ПО носит итерационный характер: результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах.

2. Структурный подход к проектированию ИС CASE средствами

2.1. Сущность структурного подхода

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 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 (подраздел 2.2);

DFD (Data Flow Diagrams) диаграммы потоков данных (подраздел 2.3);

ERD (Entity-Relationship Diagrams) диаграммы "сущность-связь" (подраздел 2.4).

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.

2.2. Методология функционального моделирования SADT (IDEF 0)

Методология SADT разработана Дугласом Россом. На ее основе разработана, в частности, известная методология IDEF0 (Icam DEFinition), которая является основной частью программы ICAM (Интеграция компьютерных и промышленных технологий), проводимой по инициативе ВВС США.

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.

2.2.1. 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 (рисунок 2.1).

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

Рис. 2.1. Функциональный блок и интерфейсные дуги

На рисунке 2.2, где 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.

2.2.2. 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.

Рис. 2.2. Структура SADT-модели. Декомпозиция диаграмм

На рисунках 2.3 - 2.5 представлены различные варианты выполнения функций и соединения дуг с блоками.

Рис. 2.3. Одновременное выполнение

Рис. 2.4. Соответствие должно быть полным и непротиворечивым

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. (рисунок 2.5).

Рис. 2.5. Пример обратной связи

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 (рисунок 2.6).

Рис. 2.6. Пример механизма

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. На рисунке 2.7 показано типичное дерево диаграмм.

Рис. 2.7. Иерархия диаграмм

2.2.3. Типы связей между функциями

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

Тип связи	Относительная значимость
Случайная
Логическая
Временная
Процедурная
Коммуникационная
Последовательная
Функциональная

Ниже каждый тип связи кратко определен и проиллюстрирован с помощью типичного примера из SADT.

(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. Крайний вариант этого случая показан на рисунке 2.8.

Рис. 2.8. Случайная связность

(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. Пример процедурно-связанной диаграммы приведен на рисунке 2.9.

Рис. 2.9. Процедурная связность

(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 (рисунок 2.10).

(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 (рисунок 2.11).

(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, как показано на рисунке 2.12.

Рис. 2.10. Коммуникационная связность

Рис. 2.11. Последовательная связность

Рис.13. Функциональная диаграмма создания и модификации проекта изделия (второй уровень)

Для удобочитаемости рекомендуется ограничить количество блоков на диаграмме тремя-шестью. Верхний предел заставляет прибегать к декомпозиции, нижний гарантирует, что на диаграмме достаточно деталей, чтобы оправдать ее создание. Желательно, чтобы количество интерфейсных дуг, подходящих к стороне блока или исходящих от нее не превышало 4-х.

Метод IDEF 0 предполагает групповую работу над проектом или проектами. Группа, состоящая из различных специалистов, опрашивает компетентных лиц и строит черновую модель. Эта модель обсуждается специалистами предприятия, письменно критикуется и передается группе разработчиков. Этот цикл продолжается до тех пор, пока разработчики и рецензенты не придут к одному мнению. Далее происходит официальное утверждение модели и ее использование (например, для реструктуризации функций системы).

Одно из достоинств метода IDEF 0 заключается в том, что он абстрагируется от организационной структуры объекта и анализирует его функции. Это позволяет после построения модели взглянуть на организационную структуру, реализующую эти функции с точки зрения ее совершенства, выявить похожие функции или их дублирование и дать предложения по реорганизации системы.

Если использовать термин «бизнес-процесс», то можно сказать, что метод IDEF 0 позволяет идентифицировать бизнес-процессы, рассмотреть функционирование предприятия «как есть» и на основе их анализа дать предложения «как должно быть», то есть по-новому взглянуть на работу предприятия, уточнить обязанности работников, оценить эффективность использования ресурсов, увидеть недостатки, искусно скрытые в обычной организационной структуре. Следовательно, выявление, анализ и внесение изменений в бизнес-процессы может быть использовано для повышения эффективности работы предприятия.

С момента введения термина «бизнес-процесс» появилось несколько методик улучшения бизнес-процессов. Наиболее популярная из них – это реинжиниринг бизнес-процессов предприятия, которая подразумевает фундаментальное переосмысление и перепроектирование бизнес-процессов предприятия. Выявление, анализ и перепроектирование этих процессов – вот содержание предлагаемой методики. Общая схема методики анализа и реинжиниринга бизнес-процессов предприятия выглядит следующим образом (см. рис. 12):

Сбор информации о предприятии;

• идентификация бизнес-процессов предприятия и создание функциональной модели бизнес-процессов предприятия;
• анализ и возможный реинжиниринг бизнес-процессов предприятия.

Для анализа распределения затрат применяется метод ABC, базирующийся на IDEF0. Метод ABC основывается на том, что выполнение каждой функции в процессе функционирования предприятия обладает определенной стоимостью, то есть вносит свой вклад в появление издержек. АВС аналогично понятию ФСА - функционально-стоимостного анализа. При помощи метода АВС рассчитываются затраты на выполнение всего процесса или отдельной функции, стоимость продукции на выходе процесса, выявляются источники основных затрат. Затраты на выполнение декомпозируемой функции определяются как сумма затрат на выполнение всех составных элементов в этой функции.

Применение метода ABC позволяет получить количественные оценки процесса, необходимые для оценки нескольких вариантов. В отличие от традиционной бухгалтерии, учитывающей в основном прямые издержки (учет косвенных издержек сложен, но в ряде случаев необходим), метод ABC позволяет учитывать различные факторы, влияющие на формирование издержек предприятия.

Для построения функциональной модели предлагается выбрать CASE -пакет Design/IDEF , так как помимо возможностей создания функциональной модели этот пакет содержит встроенный механизм АВС подсчета затрат на выполнение функций, позволяющий анализировать бизнес-процессы и их составляющие. Каждый вид ресурса, потребляемый (обрабатываемый) функцией, а также механизмы, выполняющие функцию, добавляют стоимость к этой функции, при этом учитываются элементы затрат, игнорируемые при обычном представлении предприятия как совокупности организационных структур. Следовательно, каждой функции h модели IDEF0 можно поставить в соответствие значение затрат на выполнение этой функции Ex(h).

Рис.14. Общая схема методики анализа и реинжиниринга бизнес-процессов предприятия

Совмещение методов IDEF0 и ABC (рис.14) позволяет решить одну из важнейших задач – анализ совершенства функций системы, возможностей ее улучшения, что не в такой мере присуще другим методам и стандартам. Подключение метода АВС позволяет провести сравнение существующей структуры (как есть) с рациональной структурой (как должно быть), поскольку одни и те же функции могут быть реализованы различными структурами (например, можно объединить подразделения, выполняющие аналогичные функции с несущественным различием или малой загрузкой ).

Пример построения ф ункциональной модели процесса создания САПР приведен на рисунках 15…18.

Рис.15. Функциональная модель процесса создания САПР (начало).
IDEF 0-диаграмма первого уровня.

Рис.16. IDEF 0-диаграмма обследования предприятия.

Рис.17. IDEF 0-диаграмма проектирования САПР.

Рис.18. IDEF 0-диаграмма реализации проекта САПР.

2.3. Моделирование потоков данных (процессов- модели DFD , стандарт IDEF 1)

В основе данной методологии (методологии Gane/Sarson) лежит построение модели анализируемой ИС - проектируемой или реально существующей. В соответствии с методологией модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных (ДПД или DFD), описывающих асинхронный процесс преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи пользователю. Диаграммы верхних уровней иерархии (контекстные диаграммы) определяют основные процессы или подсистемы ИС с внешними входами и выходами. Они детализируются при помощи диаграмм нижнего уровня. Такая декомпозиция продолжается, создавая многоуровневую иерархию диаграмм, до тех пор, пока не будет достигнут такой уровень декомпозиции, на котором процесс становятся элементарными и детализировать их далее невозможно.

IDEF1- метод моделирования информационных потоков внутри системы, позволяющий отображать структуру системы, то есть ее элементы (сущности), их свойства (атрибуты) и взаимосвязи (отношения) между ними. Полученная в процессе моделирования детальная информация позволяет выявить «узкие места» в анализируемом объекте и является основой для принятия решений об улучшении структуры системы и информационных потоков, осуществления правильной политики управления информацией.

Источники информации (внешние сущности) порождают информационные потоки (потоки данных), переносящие информацию к подсистемам или процессам. Те в свою очередь преобразуют информацию и порождают новые потоки, которые переносят информацию к другим процессам или подсистемам, накопителям данных или внешним сущностям - потребителям информации. Таким образом, основными компонентами диаграмм потоков данных являются:

внешние сущности;

системы/подсистемы;

процессы;

накопители данных;

потоки данных.

2.3.1. Внешние сущности

Внешняя сущность представляет собой материальный предмет или физическое лицо, представляющее собой источник или приемник информации, например, заказчики, персонал, поставщики, клиенты, склад. Определение некоторого объекта или системы в качестве внешней сущности указывает на то, что она находится за пределами границ анализируемой ИС. В процессе анализа некоторые внешние сущности могут быть перенесены внутрь диаграммы анализируемой ИС, если это необходимо, или, наоборот, часть процессов ИС может быть вынесена за пределы диаграммы и представлена как внешняя сущность.

Внешняя сущность обозначается квадратом (рисунок 2.13), расположенным как бы "над" диаграммой и бросающим на нее тень, для того, чтобы можно было выделить этот символ среди других обозначений:

Рис. 2.13. Внешняя сущность

2.3.2. Системы и подсистемы

При построении модели сложной ИС она может быть представлена в самом общем виде на так называемой контекстной диаграмме в виде одной системы как единого целого, либо может быть декомпозирована на ряд подсистем.

Подсистема (или система) на контекстной диаграмме изображается следующим образом (рисунок 2.14).

Рис. 2.14. Подсистема

Номер подсистемы служит для ее идентификации. В поле имени вводится наименование подсистемы в виде предложения с подлежащим и соответствующими определениями и дополнениями.

2.3.3. Процессы

Процесс представляет собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом. Физически процесс может быть реализован различными способами: это может быть подразделение организации (отдел), выполняющее обработку входных документов и выпуск отчетов, программа, аппаратно реализованное логическое устройство и т.д.

Процесс на диаграмме потоков данных изображается, как показано на рисунке 2.15.

Рис. 2.15. Процесс

Номер процесса служит для его идентификации. В поле имени вводится наименование процесса в виде предложения с активным недвусмысленным глаголом в неопределенной форме (вычислить, рассчитать, проверить, определить, создать, получить), за которым следуют существительные в винительном падеже, например:

"Ввести сведения о клиентах";

"Выдать информацию о текущих расходах";

"Проверить кредитоспособность клиента".

Использование таких глаголов, как "обработать", "модернизировать" или "отредактировать" означает, как правило, недостаточно глубокое понимание данного процесса и требует дальнейшего анализа.

Информация в поле физической реализации показывает, какое подразделение организации, программа или аппаратное устройство выполняет данный процесс.

2.3.4. Накопители данных

Накопитель данных представляет собой абстрактное устройство для хранения информации, которую можно в любой момент поместить в накопитель и через некоторое время извлечь, причем способы помещения и извлечения могут быть любыми.

Накопитель данных может быть реализован физически в виде микрофиши, ящика в картотеке, таблицы в оперативной памяти, файла на магнитном носителе и т.д. Накопитель данных на диаграмме потоков данных изображается, как показано на рисунке 2.16.

Рис. 2.16. Накопитель данных

Накопитель данных идентифицируется буквой "D" и произвольным числом. Имя накопителя выбирается из соображения наибольшей информативности для проектировщика.

Накопитель данных в общем случае является прообразом будущей базы данных и описание хранящихся в нем данных должно быть увязано с информационной моделью.

2.3.5. Потоки данных

Поток данных определяет информацию, передаваемую через некоторое соединение от источника к приемнику. Реальный поток данных может быть информацией, передаваемой по кабелю между двумя устройствами, пересылаемыми по почте письмами, магнитными лентами или дискетами, переносимыми с одного компьютера на другой и т.д.

Поток данных на диаграмме изображается линией, оканчивающейся стрелкой, которая показывает направление потока (рисунок 2.17). Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание.

Рис. 2.17. Поток данных

2.3.6. Построение иерархии диаграмм потоков данных

Первым шагом при построении иерархии ДПД является построение контекстных диаграмм. Обычно при проектировании относительно простых ИС строится единственная контекстная диаграмма со звездообразной топологией, в центре которой находится так называемый главный процесс, соединенный с приемниками и источниками информации, посредством которых с системой взаимодействуют пользователи и другие внешние системы.

Если же для сложной системы ограничиться единственной контекстной диаграммой, то она будет содержать слишком большое количество источников и приемников информации, которые трудно расположить на листе бумаги нормального формата, и кроме того, единственный главный процесс не раскрывает структуры распределенной системы. Признаками сложности (в смысле контекста) могут быть:

наличие большого количества внешних сущностей (десять и более);

распределенная природа системы;

многофункциональность системы с уже сложившейся или выявленной группировкой функций в отдельные подсистемы.

Для сложных ИС строится иерархия контекстных диаграмм. При этом контекстная диаграмма верхнего уровня содержит не единственный главный процесс, а набор подсистем, соединенных потоками данных. Контекстные диаграммы следующего уровня детализируют контекст и структуру подсистем.

Иерархия контекстных диаграмм определяет взаимодействие основных функциональных подсистем проектируемой ИС как между собой, так и с внешними входными и выходными потоками данных и внешними объектами (источниками и приемниками информации), с которыми взаимодействует ИС.

Разработка контекстных диаграмм решает проблему строгого определения функциональной структуры ИС на самой ранней стадии ее проектирования, что особенно важно для сложных многофункциональных систем, в разработке которых участвуют разные организации и коллективы разработчиков.

После построения контекстных диаграмм полученную модель следует проверить на полноту исходных данных об объектах системы и изолированность объектов (отсутствие информационных связей с другими объектами).

Для каждой подсистемы, присутствующей на контекстных диаграммах, выполняется ее детализация при помощи ДПД. Каждый процесс на ДПД, в свою очередь, может быть детализирован при помощи ДПД или миниспецификации. При детализации должны выполняться следующие правила:

правило балансировки - означает, что при детализации подсистемы или процесса детализирующая диаграмма в качестве внешних источников/приемников данных может иметь только те компоненты (подсистемы, процессы, внешние сущности, накопители данных), с которыми имеет информационную связь детализируемая подсистема или процесс на родительской диаграмме;

правило нумерации - означает, что при детализации процессов должна поддерживаться их иерархическая нумерация. Например, процессы, детализирующие процесс с номером 12, получают номера 12.1, 12.2, 12.3 и т.д.

Миниспецификация (описание логики процесса) должна формулировать его основные функции таким образом, чтобы в дальнейшем специалист, выполняющий реализацию проекта, смог выполнить их или разработать соответствующую программу.

Миниспецификация является конечной вершиной иерархии ДПД. Решение о завершении детализации процесса и использовании миниспецификации принимается аналитиком исходя из следующих критериев:

наличия у процесса относительно небольшого количества входных и выходных потоков данных (2-3 потока);

возможности описания преобразования данных процессом в виде последовательного алгоритма;

выполнения процессом единственной логической функции преобразования входной информации в выходную;

возможности описания логики процесса при помощи миниспецификации небольшого объема (не более 20-30 строк).

При построении иерархии ДПД переходить к детализации процессов следует только после определения содержания всех потоков и накопителей данных, которое описывается при помощи структур данных. Структуры данных конструируются из элементов данных и могут содержать альтернативы, условные вхождения и итерации. Условное вхождение означает, что данный компонент может отсутствовать в структуре. Альтернатива означает, что в структуру может входить один из перечисленных элементов. Итерация означает вхождение любого числа элементов в указанном диапазоне. Для каждого элемента данных может указываться его тип (непрерывные или дискретные данные). Для непрерывных данных может указываться единица измерения (кг, см и т.п.), диапазон значений, точность представления и форма физического кодирования. Для дискретных данных может указываться таблица допустимых значений.

После построения законченной модели системы ее необходимо верифицировать (проверить на полноту и согласованность). В полной модели все ее объекты (подсистемы, процессы, потоки данных) должны быть подробно описаны и детализированы. Выявленные недетализированные объекты следует детализировать, вернувшись на предыдущие шаги разработки. В согласованной модели для всех потоков данных и накопителей данных должно выполняться правило сохранения информации: все поступающие куда-либо данные должны быть считаны, а все считываемые данные должны быть записаны.

2.4. Моделирование данных

IDEF1X- метод моделирования данных и проектирования реляционных баз данных . Он относится к типу методологий «сущность-взаимосвязь» (ER - Entity - Relationship ), однако сущности здесь понимаются не как реальные объекты, а как их типы, обладающие общими свойствами. Связи между сущностями более сложны. Это позволяет хранить информацию в форме абстрактной схемы (семантической модели), которая связывает хранящиеся в компьютере символы с реальным миром и является верным его отражением. Подобный способ хранения информации является относительно независимым, «нейтральным» и позволяет получить ответ на различные запросы пользователя о свойствах описанной в модели среды. Стандарт IDEF1Х выпущен в 1993 году (FIPS 184).

2.4.1. Case-метод Баркера

Цель моделирования данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных.

Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD). С их помощью определяются важные для предметной области объекты (сущности), их свойства (атрибуты) и отношения друг с другом (связи). ERD непосредственно используются для проектирования реляционных баз данных.

Нотация ERD была впервые введена П. Ченом (Chen) и получила дальнейшее развитие в работах Баркера. Метод Баркера будет излагаться на примере моделирования деятельности компании по торговле автомобилями. Ниже приведены выдержки из интервью, проведенного с персоналом компании.

Главный менеджер: одна из основных обязанностей - содержание автомобильного имущества. Он должен знать, сколько заплачено за машины и каковы накладные расходы. Обладая этой информацией, он может установить нижнюю цену, за которую мог бы продать данный экземпляр. Кроме того, он несет ответственность за продавцов и ему нужно знать, кто что продает и сколько машин продал каждый из них.

Продавец: ему нужно знать, какую цену запрашивать и какова нижняя цена, за которую можно совершить сделку. Кроме того, ему нужна основная информация о машинах: год выпуска, марка, модель и т.п.

Администратор: его задача сводится к составлению контрактов, для чего нужна информация о покупателе, автомашине и продавце, поскольку именно контракты приносят продавцам вознаграждения за продажи.

Первый шаг моделирования - извлечение информации из интервью и выделение сущностей.

Сущность (Entity) - реальный либо воображаемый объект, имеющий существенное значение для рассматриваемой предметной области, информация о котором подлежит хранению (рисунок 2.18).

Рис. 2.18. Графическое изображение сущности

Каждая сущность должна обладать уникальным идентификатором. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами:

каждая сущность должна иметь уникальное имя, и к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация. Одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам, если только они не являются псевдонимами;

сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь;

сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности;

каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели.

Обращаясь к приведенным выше выдержкам из интервью, видно, что сущности, которые могут быть идентифицированы с главным менеджером - это автомашины и продавцы. Продавцу важны автомашины и связанные с их продажей данные. Для администратора важны покупатели, автомашины, продавцы и контракты. Исходя из этого, выделяются 4 сущности (автомашина, продавец, покупатель, контракт), которые изображаются на диаграмме следующим образом (рисунок 2.19).

Рис. 2.19.

Следующим шагом моделирования является идентификация связей.

Связь (Relationship) - поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Связь - это ассоциация между сущностями, при которой, как правило, каждый экземпляр одной сущности, называемой родительской сущностью, ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров второй сущности, называемой сущностью-потомком, а каждый экземпляр сущности-потомка ассоциирован в точности с одним экземпляром сущности-родителя. Таким образом, экземпляр сущности-потомка может существовать только при существовании сущности родителя.

Связи может даваться имя, выражаемое грамматическим оборотом глагола и помещаемое возле линии связи. Имя каждой связи между двумя данными сущностями должно быть уникальным, но имена связей в модели не обязаны быть уникальными. Имя связи всегда формируется с точки зрения родителя, так что предложение может быть образовано соединением имени сущности-родителя, имени связи, выражения степени и имени сущности-потомка.

Например, связь продавца с контрактом может быть выражена следующим образом:

продавец может получить вознаграждение за 1 или более контрактов;

контракт должен быть инициирован ровно одним продавцом.

Степень связи и обязательность графически изображаются следующим образом (рисунок 2.20).

Рис. 2.20.

Таким образом, 2 предложения, описывающие связь продавца с контрактом, графически будут выражены следующим образом (рисунок 2.21).

Рис. 2.21.

Описав также связи остальных сущностей, получим следующую схему (рисунок 2.22).

Рис. 2.22.

Последним шагом моделирования является идентификация атрибутов.

Атрибут - любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Атрибут представляет тип характеристик или свойств, ассоциированных со множеством реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий, состояний, идей, пар предметов и т.д.). Экземпляр атрибута - это определенная характеристика отдельного элемента множества. Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и ее значением, называемым значением атрибута. В ER-модели атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определенным значением для ассоциированного атрибута.

Атрибут может быть либо обязательным, либо необязательным (рисунок 2.23). Обязательность означает, что атрибут не может принимать неопределенных значений (null values). Атрибут может быть либо описательным (т.е. обычным дескриптором сущности), либо входить в состав уникального идентификатора (первичного ключа).

Уникальный идентификатор - это атрибут или совокупность атрибутов и/или связей, предназначенная для уникальной идентификации каждого экземпляра данного типа сущности. В случае полной идентификации каждый экземпляр данного типа сущности полностью идентифицируется своими собственными ключевыми атрибутами, в противном случае в его идентификации участвуют также атрибуты другой сущности-родителя (рисунок 2.24).

Рис. 2.23.

Рис. 2.24.

Каждый атрибут идентифицируется уникальным именем, выражаемым грамматическим оборотом существительного, описывающим представляемую атрибутом характеристику. Атрибуты изображаются в виде списка имен внутри блока ассоциированной сущности, причем каждый атрибут занимает отдельную строку. Атрибуты, определяющие первичный ключ, размещаются наверху списка и выделяются знаком "#".

Каждая сущность должна обладать хотя бы одним возможным ключом. Возможный ключ сущности - это один или несколько атрибутов, чьи значения однозначно определяют каждый экземпляр сущности. При существовании нескольких возможных ключей один из них обозначается в качестве первичного ключа, а остальные - как альтернативные ключи.

С учетом имеющейся информации дополним построенную ранее диаграмму (рисунок 2.25).

Помимо перечисленных основных конструкций модель данных может содержать ряд дополнительных.

Подтипы и супертипы: одна сущность является обобщающим понятием для группы подобных сущностей (рисунок 2.26).

Взаимно исключающие связи: каждый экземпляр сущности участвует только в одной связи из группы взаимно исключающих связей (рисунок 2.27).

Рис. 2.25.

Рис. 2.26. Подтипы и супертипы

Рис. 2.27. Взаимно исключающие связи

Рекурсивная связь: сущность может быть связана сама с собой (рисунок 2.28).

Неперемещаемые (non-transferrable) связи: экземпляр сущности не может быть перенесен из одного экземпляра связи в другой (рисунок 2.29).

Рис. 2.28. Рекурсивная связь

Рис. 2.29. Неперемещаемая связь

2.4.2. Методология IDEF1

Метод IDEF1, разработанный Т.Рэмей (T.Ramey), также основан на подходе П.Чена и позволяет построить модель данных, эквивалентную реляционной модели в третьей нормальной форме. В настоящее время на основе совершенствования методологии IDEF1 создана ее новая версия - методология IDEF1X. IDEF1X разработана с учетом таких требований, как простота изучения и возможность автоматизации. IDEF1X-диаграммы используются рядом распространенных CASE-средств (в частности, ERwin, Design/IDEF).

Сущность в методологии IDEF1X является независимой от идентификаторов или просто независимой, если каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями. Сущность называется зависимой от идентификаторов или просто зависимой, если однозначная идентификация экземпляра сущности зависит от его отношения к другой сущности (рисунок 2.30).

Рис. 2.30. Сущности

Каждой сущности присваивается уникальное имя и номер, разделяемые косой чертой "/" и помещаемые над блоком.

Связь может дополнительно определяться с помощью указания степени или мощности (количества экземпляров сущности-потомка, которое может существовать для каждого экземпляра сущности-родителя). В IDEF1X могут быть выражены следующие мощности связей:

каждый экземпляр сущности-родителя может иметь ноль, один или более связанных с ним экземпляров сущности-потомка;

каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не менее одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;

каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не более одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;

каждый экземпляр сущности-родителя связан с некоторым фиксированным числом экземпляров сущности-потомка.

Если экземпляр сущности-потомка однозначно определяется своей связью с сущностью-родителем, то связь называется идентифицирующей, в противном случае - неидентифицирующей.

Связь изображается линией, проводимой между сущностью-родителем и сущностью-потомком с точкой на конце линии у сущности-потомка. Мощность связи обозначается как показано на рис. 2.31 (мощность по умолчанию - N).

Рис. 2.31. Мощность связи

Идентифицирующая связь между сущностью-родителем и сущностью-потомком изображается сплошной линией (рисунок 2.32). Сущность-потомок в идентифицирующей связи является зависимой от идентификатора сущностью. Сущность-родитель в идентифицирующей связи может быть как независимой, так и зависимой от идентификатора сущностью (это определяется ее связями с другими сущностями).

Рис. 2.32. Идентифицирующая связь

Пунктирная линия изображает неидентифицирующую связь (рисунок 2.33). Сущность-потомок в неидентифицирующей связи будет независимой от идентификатора, если она не является также сущностью-потомком в какой-либо идентифицирующей связи.

Рис. 2.33. Неидентифицирующая связь

Атрибуты изображаются в виде списка имен внутри блока сущности. Атрибуты, определяющие первичный ключ, размещаются наверху списка и отделяются от других атрибутов горизонтальной чертой (рисунок 2.34).

Рис. 2.34. Атрибуты и первичные ключи

Сущности могут иметь также внешние ключи (Foreign Key), которые могут использоваться в качестве части или целого первичного ключа или неключевого атрибута. Внешний ключ изображается с помощью помещения внутрь блока сущности имен атрибутов, после которых следуют буквы FK в скобках (рисунок 2.35).

Рис. 2.35. Примеры внешних ключей

2.5. Пример использования структурного подхода

2.5.1. Описание предметной области

В данном примере используется методология Yourdon , реализованная в CASE-средстве Vantage Team Builder.

В качестве предметной области используется описание работы видеобиблиотеки, которая получает запросы на фильмы от клиентов и ленты, возвращаемые клиентами. Запросы рассматриваются администрацией видеобиблиотеки с использованием информации о клиентах, фильмах и лентах. При этом проверяется и обновляется список арендованных лент, а также проверяются записи о членстве в библиотеке. Администрация контролирует также возвраты лент, используя информацию о фильмах, лентах и список арендованных лент, который обновляется. Обработка запросов на фильмы и возвратов лент включает следующие действия: если клиент не является членом библиотеки, он не имеет права на аренду. Если требуемый фильм имеется в наличии, администрация информирует клиента об арендной плате. Однако, если клиент просрочил срок возврата имеющихся у него лент, ему не разрешается брать новые фильмы. Когда лента возвращается, администрация рассчитывает арендную плату плюс пени за несвоевременный возврат.

Видеобиблиотека получает новые ленты от своих поставщиков. Когда новые ленты поступают в библиотеку, необходимая информация о них фиксируется. Информация о членстве в библиотеке содержится отдельно от записей об аренде лент.

Администрация библиотеки регулярно готовит отчеты за определенный период времени о членах библиотеки, поставщиках лент, выдаче определенных лент и лентах, приобретенных библиотекой.

2.5.2. Организация проекта

Весь проект разделяется на 4 фазы: анализ, глобальное проектирование (проектирование архитектуры системы), детальное проектирование и реализация (программирование).

На фазе анализа строится модель среды (Environmental Model). Построение модели среды включает:

• анализ поведения системы (определение назначения ИС, построение начальной контекстной диаграммы потоков данных (DFD) и формирование матрицы списка событий (ELM), построение контекстных диаграмм);
• анализ данных (определение состава потоков данных и построение диаграмм структур данных (DSD), конструирование глобальной модели данных в виде ER-диаграммы).

Назначение ИС определяет соглашение между проектировщиками и заказчиками относительно назначения будущей ИС, общее описание ИС для самих проектировщиков и границы ИС. Назначение фиксируется как текстовый комментарий в "нулевом" процессе контекстной диаграммы.

Например, в данном случае назначение ИС формулируется следующим образом: ведение базы данных о членах библиотеки, фильмах, аренде и поставщиках. При этом руководство библиотеки должно иметь возможность получать различные виды отчетов для выполнения своих задач.

Перед построением контекстной DFD необходимо проанализировать внешние события (внешние объекты), оказывающие влияние на функционирование библиотеки. Эти объекты взаимодействуют с ИС путем информационного обмена с ней.

Из описания предметной области следует, что в процессе работы библиотеки участвуют следующие группы людей: клиенты, поставщики и руководство. Эти группы являются внешними объектами. Они не только взаимодействуют с системой, но также определяют ее границы и изображаются на начальной контекстной DFD как терминаторы (внешние сущности).

Начальная контекстная диаграмма изображена на рисунке 2.42. В отличие от нотации Gane/Sarson внешние сущности обозначаются обычными прямоугольниками, а процессы - окружностями.

Рис. 2.42. Начальная контекстная диаграмма

Список событий строится в виде матрицы (ELM) и описывает различные действия внешних сущностей и реакцию ИС на них. Эти действия представляют собой внешние события, воздействующие на библиотеку. Различают следующие типы событий:

Аббревиатура	Тип
	Нормальное управление
	Нормальные данные
	Нормальное управление/данные
	Временное управление
	Временные данные
	Временное управление/данные

Все действия помечаются как нормальные данные. Эти данные являются событиями, которые ИС воспринимает непосредственно, например, изменение адреса клиента, которое должно быть сразу зарегистрировано. Они появляются в DFD в качестве содержимого потоков данных.

Матрица списка событий имеет следующий вид:

	Описание	Тип	Реакция
	Клиент желает стать членом библиотеки		Регистрация клиента в качестве члена библиотеки
	Клиент сообщает об изменении адреса		Регистрация измененного адреса клиента
	Клиент запрашивает аренду фильма		Рассмотрение запроса
	Клиент возвращает фильм		Регистрация возврата
	Руководство предоставляет полномочия новому поставщику		Регистрация поставщика
	Поставщик сообщает об изменении адреса		Регистрация измененного адреса поставщика
	Поставщик направляет фильм в библиотеку		Получение нового фильма
	Руководство запрашивает новый отчет		Формирование требуемого отчета для руководства

Для завершения анализа функционального аспекта поведения системы строится полная контекстная диаграмма, включающая диаграмму нулевого уровня. При этом процесс "библиотека" декомпозируется на 4 процесса, отражающие основные виды административной деятельности библиотеки. Существующие "абстрактные" потоки данных между терминаторами и процессами трансформируются в потоки, представляющие обмен данными на более конкретном уровне. Список событий показывает, какие потоки существуют на этом уровне: каждое событие из списка должно формировать некоторый поток (событие формирует входной поток, реакция - выходной поток). Один "абстрактный" поток может быть разделен на более чем один "конкретный" поток.

Потоки на диаграмме верхнего уровня	Потоки на диаграмме нулевого уровня
Информация от клиента	Данные о клиенте, Запрос об аренде
Информация для клиента	Членская карточка, Ответ на запрос об аренде
Информация от руководства	Запрос отчета о новых членах, Новый поставщик, Запрос отчета о поставщиках, Запрос отчета об аренде, Запрос отчета о фильмах
Информация для руководства	Отчет о новых членах, Отчет о поставщиках, Отчет об аренде, Отчет о фильмах
Информация от поставщика	Данные о поставщике, Новые фильмы

На приведенной DFD (рисунок 2.43) накопитель данных "библиотека" является глобальным или абстрактным представлением хранилища данных.

Анализ функционального аспекта поведения системы дает представление об обмене и преобразовании данных в системе. Взаимосвязь между "абстрактными" потоками данных и "конкретными" потоками данных на диаграмме нулевого уровня выражается в диаграммах структур данных (рисунок 2.44).

На фазе анализа строится глобальная модель данных, представляемая в виде диаграммы "сущность-связь" (рисунок 2.45).

Между различными типами диаграмм существуют следующие взаимосвязи:

• ELM-DFD: события - входные потоки, реакции - выходные потоки
• DFD-DSD: потоки данных - структуры данных верхнего уровня
• DFD-ERD: накопители данных - ER-диаграммы
• DSD-ERD: структуры данных нижнего уровня - атрибуты сущностей

На фазе проектирования архитектуры строится предметная модель. Процесс построения предметной модели включает в себя:

• детальное описание функционирования системы;
• дальнейший анализ используемых данных и построение логической модели данных для последующего проектирования базы данных;
• определение структуры пользовательского интерфейса, спецификации форм и порядка их появления;
• уточнение диаграмм потоков данных и списка событий, выделение среди процессов нижнего уровня интерактивных и неинтерактивных, определение для них миниспецификаций.

Рис. 2.43. Контекстная диаграмма

Рис. 2.44. Диаграмма структур данных

Результатами проектирования архитектуры являются:

• модель процессов (диаграммы архитектуры системы (SAD) и миниспецификации на структурированном языке);
• модель данных (ERD и подсхемы ERD);
• модель пользовательского интерфейса (классификация процессов на интерактивные и неинтерактивные функции, диаграмма последовательности форм (FSD - Form Sequence Diagram), показывающая, какие формы появляются в приложении и в каком порядке. На FSD фиксируется набор и структура вызовов экранных форм. Диаграммы FSD образуют иерархию, на вершине которой находится главная форма приложения, реализующего подсистему. На втором уровне находятся формы, реализующие процессы нижнего уровня функциональной структуры, зафиксированной на диаграммах SAD.

Рис. 2.45. Диаграмма "сущность-связь"

На фазе детального проектирования строится модульная модель. Под модульной моделью понимается реальная модель проектируемой прикладной системы. Процесс ее построения включает в себя:

• уточнение модели базы данных для последующей генерации SQL-предложений;
• уточнение структуры пользовательского интерфейса;
• построение структурных схем, отражающих логику работы пользовательского интерфейса и модель бизнес-логики (Structure Charts Diagram - SCD) и привязка их к формам.

Результатами детального проектирования являются:

• модель процессов (структурные схемы интерактивных и неинтерактивных функций);
• модель данных (определение в ERD всех необходимых параметров для приложений);
• модель пользовательского интерфейса (диаграмма последовательности форм (FSD), показывающая, какие формы появляются в приложении и в каком порядке, взаимосвязь между каждой формой и определенной структурной схемой, взаимосвязь между каждой формой и одной или более сущностями в ERD).

На фазе реализации строится реализационная модель. Процесс ее построения включает в себя:

• генерацию SQL-предложений, определяющих структуру целевой БД (таблицы, индексы, ограничения целостности);
• уточнение структурных схем (SCD) и диаграмм последовательности форм (FSD) с последующей генерацией кода приложений.

На основе анализа потоков данных и взаимодействия процессов с хранилищами данных осуществляется окончательное выделение подсистем (предварительное должно было быть сделано и зафиксировано на этапе формулировки требований в техническом задании). При выделении подсистем необходимо руководствоваться принципом функциональной связанности и принципом минимизации информационной зависимости. Необходимо учитывать, что на основании таких элементов подсистемы как процессы и данные на этапе разработки должно быть создано приложение, способное функционировать самостоятельно. С другой стороны при группировке процессов и данных в подсистемы необходимо учитывать требования к конфигурированию продукта, если они были сформулированы на этапе анализа.