Проектирование информационных систем
.pdf13.Объектно-ориентированный подход к проектированию.
Объектно-ориентированное программирование – методология программирования,
основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром класса, а классы образуют иерархию наследования.
Объектно-ориентированное проектирование – методология проектирования,
соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической, физической, статистической и динамической моделей проектируемой системы.
Объектно-ориентированный анализ – методология, при которой требования к системе предъявляются с точки зрения классов и объектов, выделенных в предметной области.
При объектно-ориентированном подходе программа представляет собой описание объектов, их свойств (или атрибутов), совокупностей (или классов), отношений между ними, способов их взаимодействия и операций над объектами (или методов).
Методы ООП:
Абстрагирование – выделение существенных характеристик некоторого объекта, отличающих его от всех других объектов.
Инкапсуляция – процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение.
Модульность определяет способность системы подвергаться декомпозиции на ряд сильно связанных и слабо сцепленных модулей. Общая цель декомпозиции на модули: уменьшение сроков разработки и стоимости ПС за счет выделения модулей, которые
проектируются и изменяются независимо.
Иерархия– упорядочивание абстракций, расположение их по уровням. Двумя важными инструментами иерархической организации в объектно-ориентированных системах являются: структура из классов («isa»-иерархия) и структура из объектов («partof»-иерархия).
Типизация– способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или, по крайней мере, управлять таким использованием.
Параллелизм– свойство, отличающее пассивный класс от активного.
Сохраняемость – способность объекта существовать во времени, переживать породившие его процессы и/или в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.
Объект — это конкретное представление абстракции. Объект обладает
индивидуальностью, состоянием и поведением. Структура и поведение подобных объектов определены в их общем классе. Термины «экземпляр класса» и «объект» взаимозаменяемы.
Индивидуальность — это характеристика объекта, которая отличает его от всех других объектов.
Состояние объекта характеризуется перечнем всех свойств объекта и текущими значениями каждого из этих свойств
Поведение характеризует то, как объект воздействует на другие объекты (или подвергается воздействию) в терминах изменений его состояния и передачи сообщений. Поведение объекта является функцией как его состояния, так и выполняемых им операций
Операция обозначает обслуживание, которое объект предлагает своим клиентам.
Возможны пять видов операций клиента над объектом:
модификатор (изменяет состояние объекта);
селектор (дает доступ к состоянию, но не изменяет его);
итератор (доступ к содержанию объекта по частям, в строго определенном порядке);
конструктор (создает объект и инициализирует его состояние);
деструктор (разрушает объект и освобождает занимаемую им память).
С точки зрения внешней среды важное значение имеет такое понятие, как обязанности объекта. Обязанности означают обязательства объекта обеспечить определенное поведение. Обязанностями объекта являются все виды обслуживания, которые он предлагает клиентам.
Виды отношений между объектами Связь — это физическое или понятийное соединение между объектами. Объект
сотрудничает с другими объектами через соединяющие их связи. Связь обозначает соединение, с помощью которого:
объект-клиент вызывает операции объекта-поставщика;
один объект перемещает данные к другому объекту.
Как участник связи объект может играть одну из трех ролей:
актер — объект, который может воздействовать на другие объекты, но никогда не подвержен воздействию других объектов;
сервер — объект, который никогда не воздействует на другие объекты, он только используется другими объектами;
агент — объект, который может как воздействовать на другие объекты, так и использоваться ими. Агент создается для выполнения работы от имени актера или другого
агента.
Связи обозначают равноправные (клиент-серверные) отношения между объектами. Агрегация обозначает отношения объектов в иерархии «целое/часть». Агрегация
обеспечивает возможность перемещения от целого (агрегата) к его частям (свойствам). Агрегация может обозначать, а может и не обозначать физическое включение части в целое.
При выборе вида отношения должны учитываться следующие факторы:
связи обеспечивают низкое сцепление между объектами;
агрегация инкапсулирует части как секреты целого.
Класс — описание множества объектов, которые разделяют одинаковые свойства, операции, отношения и семантику (смысл). Любой объект — просто экземпляр класса.
различают внутреннее представление класса (реализацию) и внешнее представление класса (интерфейс).
Интерфейс объявляет возможности (услуги) класса, но скрывает его структуру и поведение. Иными словами, интерфейс демонстрирует внешнему миру абстракцию класса, его внешний облик. Интерфейс в основном состоит из объявлений всех операций, применимых к экземплярам класса. Он может также включать объявления типов, переменных, констант и исключений, необходимых для полноты данной абстракции.
Структура представления класса:
Интерфейс может быть разделен на 3 части:
публичную(public), объявления которой доступны всем клиентам;
защищенную(protected), объявления которой доступны только самому классу, его подклассам и друзьям;
приватную(private), объявления которой доступны только самому классу и его
друзьям.
Другом класса называют класс, который имеет доступ ко всем частям этого класса (публичной, защищенной и приватной).
Виды отношений между классами
Всего существует четыре основных вида отношений между классами:
ассоциация (фиксирует структурные отношения — связи между экземплярами
классов);
зависимость (отображает влияние одного класса на другой класс);
обобщение-специализация («is а»-отношение - процесс наполнения шаблона (родового или параметризованного класса);
целое-часть («partof»-отношение).
14.UML.
Унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language - UML) - это язык для специфицирования, визуализации, конструирования и документирования на основе объектно-ориентированный подхода разные виды систем: программных, аппаратных, программно-аппаратных, смешанных, явно включающие деятельность людей и т. д.
Язык UML применяется для проектирования реляционных БД. Для этого используется небольшая часть языка (диаграммы классов), да и то не в полном объеме. С точки зрения проектирования реляционных БД модельные возможности не слишком отличаются от возможностей ER-диаграмм
Диаграммой классов в терминологии UML называется диаграмма, на которой показан набор классов (и некоторых других сущностей), не имеющих явного отношения к проектированию БД), а также связей между этими классами. Ограничения могут неформально задаваться на естественном языке или формулироваться на языке объектных ограничений OCL (Object Constraints Language).
Классом называется именованное описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, связями и семантикой. Графически класс изображается в виде прямоугольника. Имя (текстовая строка), служит для идентификации класса.
Атрибутом класса называется именованное свойство класса, описывающее множество значений, которые могут принимать экземпляры этого свойства. Класс может иметь любое число атрибутов (в частности, не иметь ни одного атрибута).
Операцией класса называется именованная услуга, которую можно запросить у любого объекта этого класса. Операция - это абстракция того, что можно делать с объектом. Класс может содержать любое число операций (в частности, не содержать ни одной операции). Набор операций класса является общим для всех объектов данного класса.
В диаграмме классов могут участвовать связи трех разных категорий: зависимость (dependency), обобщение
(generalization) и ассоциация (association).
Зависимостью называют связь по применению, когда изменение в спецификации одного класса может повлиять на поведение другого класса, использующего первый класс.
Зависимость показывается прерывистой линией со стрелкой, направленной к классу, от которого имеется зависимость.
Связью-обобщением называется связь между общей сущностью, называемой суперклассом, или родителем, и более специализированной разновидностью этой сущности, называемойподклассом, или потомком. Обобщения иногда называют связями "is a", имея в виду, что класс-потомок является частным случаем класса-предка. Класс-потомок наследует все атрибуты и операции класса-предка, но в нем могут быть определены дополнительные атрибуты и операции.
Ассоциацией называется структурная связь, показывающая, что объекты одного класса некоторым образом связаны с объектами другого или того же самого класса. Допускается, чтобы оба конца ассоциации относились к одному классу. В ассоциации могут связываться два класса, и тогда она называется бинарной. Допускается создание ассоциаций, связывающих сразу n классов (они называются n-арными ассоциациями).1) Графически ассоциация изображается в виде линии, соединяющей класс сам с собой или с другими классами.
С понятием ассоциации связаны четыре важных дополнительных понятия: имя, роль, кратность и агрегация. Ассоциации может быть присвоено имя, характеризующее природу связи. Другим способом именования ассоциации является указание роли каждого класса, участвующего в этой ассоциации. Роль класса, как и имя конца связи в ER-модели, задается именем, помещаемым под линией ассоциации ближе к данному классу.
В общем случае, для ассоциации могут задаваться и ее собственное имя, и имена ролей классов. Связано это с тем, что класс может играть одну и ту же роль в разных ассоциациях, так что в общем случае пара имен ролей классов не идентифицирует ассоциацию. В простых
случаях, когда между двумя классами определяется только одна ассоциация, можно вообще не связывать с ней дополнительные имена.
Кратностью (multiplicity) роли ассоциации называется характеристика, указывающая, сколько объектов класса с данной ролью может или должно участвовать в каждом экземпляре ассоциации.
Обычная ассоциация между двумя классами характеризует связь между равноправными сущностями: оба класса находятся на одном концептуальном уровне. Но иногда в диаграмме классов требуется отразить тот факт, что ассоциация между двумя классами имеет специальный вид "часть-целое". В этом случае класс "целое" имеет более высокий концептуальный уровень, чем класс "часть". Ассоциация такого рода называется агрегатной.
Бывают случаи, когда связь "части" и "целого" настолько сильна, что уничтожение "целого" приводит к уничтожению всех его "частей". Агрегатные ассоциации, обладающие таким свойством, называются композитными, или просто композициями.
В диаграммах классов могут указываться ограничения целостности, которые должны поддерживаться в проектируемой БД. В UML допускаются два способа определения ограничений: на естественном языке и на языке OCL (Object Constraints Language).
15.Методология RUP.
Методология Rational Unified Process (RUP)
Ведущей методологией, в которой инструментально поддерживаются все этапы жизненного цикла разработки ПО, является методология Rational Unified Process (RUP). Она опирается на проверенные практикой методы анализа, проектирования и разработки ПО, методы управления проектами. RUP обеспечивает прозрачность и управляемость процесса и позволяет создавать ПО в соответствии с требованиями заказчика на момент сдачи ПО, а также
всоответствии с возможностями инструментальных средств поддержки разработки.
Воснове методологии RUP, как и многих других программных методологий, объединяющих инженерные методы создания ПО, лежит "пошаговый подход". Он определяет этапы жизненного цикла, контрольные точки, правила работ для каждого этапа и, тем самым,
упорядочивает проектирование и разработку ПО. Для каждого этапа жизненного цикла методология задает:
состав и последовательность работ, а также правила их выполнения;
распределение полномочий среди участников проекта (роли);
состав и шаблоны формируемых промежуточных и итоговых документов;
порядок контроля и проверки качества.
RUP как методология
Методология RUP позволяет объединить проектную команду, предоставляя в ее распоряжение проверенные мировой практикой лучшие подходы к разработке ИС. К ним относятся такие процессы жизненного цикла создания ПО, как управление проектами, бизнесмоделирование, управление требованиями, анализ и проектирование, тестирование и контроль изменений. Внедрение в организации способствует выработке качественных внутрикорпоративных стандартов и повышению общей культуры разработки.
Основа RUP — итеративный процесс разработки. В условиях активно развивающегося мирового бизнеса практически невозможно создавать современные сложные программные системы последовательно, т. е. сначала выявлять все проблемы, затем принимать проектные решения, потом формировать программное обеспечение и, наконец, проверять полученное изделие. Итеративный подход позволяет улучшать понимание проблем на основе последовательных усовершенствований и конкретизировать их в эффективных решениях. Этот подход обеспечивает большую гибкость при изменяющихся требованиях и тактических коррективах в бизнес-целях, что позволяет более эффективно и заблаговременно идентифицировать и снижать проектные риски.
Rational Unified Process — управляемый процесс. Итеративный подход предполагает управление требованиями и изменениями, чтобы между всеми участниками проекта обеспечивать единое понимание ожидаемых функциональных возможностей, требуемый уровень качества, наилучшее управление затратами и графиками выполнения работ.
Rational Unified Process — процесс создания и физического воплощения визуальных моделей. RUP фокусирует внимание не на создании большого количества бумажных документов, а на развитии и применении визуальных моделей — семантически богатых представлений разрабатываемой ИС. RUP сосредотачивает внимание на разработке и дальнейшем развитии надежной и гибкой архитектуры, которая облегчает параллельную разработку, минимизирует необходимость изменений, увеличивает возможность многократного использования и надежность эксплуатации системы. Подобная архитектура применяется для планирования использования программных компонентов и управления их развитием.
Rational Unified Process — процесс управления действиями с помощью прецедентов, определяющих функционал системы. Понятия прецедентов и сценариев работы способствуют эффективному управлению технологическим маршрутом от бизнес-моделирования и требований вплоть до испытаний. Они обеспечивают связанные и доступные для анализа направления разработки и развертывания системы.
Rational Unified Process поддерживает объектно-ориентированную технологию. Моделирование по методологии RUP является объектно-ориентированным и базируется на понятиях объектов, классов и зависимостей между ними. Эти модели, подобно многим другим техническим искусственным объектам (артефактам), в качестве единого стандарта для
организации взаимодействия участников проекта используют Unified Modelling Language™ (UML) — универсальный язык моделирования.
Rational Unified Process поддерживает компонентно-ориентированный подход. Компоненты — это нетривиальные модули или подсистемы, которые выполняют конкретную функцию и могут быть использованы многократно. Как правило, компоненты соответствуют одной из промышленных спецификаций, таких как CORBA, COM/DCOM, ActiveX, Enterprise Java Beans и др.
Rational Unified Process — адаптируемый и конфигурируемый процесс. Опыт единичного проекта, даже успешно завершенного, вряд ли подойдет для создания ПО во всех случаях и условиях. Но способность RUP к адаптации подойдет как маленьким группам разработчиков, так и большим организациям. RUP содержит рекомендации по конфигурированию процесса для удовлетворения потребностей практически любых компаний и их подразделений.
Rational Unified Process поддерживает объективно осуществляемое управление качеством. Оценка качества всех работ, выполняемых любыми участниками проекта, использует объективные метрики и критерии. Методология RUP создавалась с прицелом на поддержку управления качеством в рамках требований SEI CMM/CMMI.
16.Понятия «архитектура предприятия» и «архитектура ИТ».
Понятие «архитектура предприятия» впервые появилось в 1987 г. в статье Дж.А. Захмана «Структура архитектуры информационных систем», опубликованной в журнале IBM Systems Journal. В этой статье автор изложил свое видение архитектур предприятий и связанных с ними проблем, которое задало направление развития на последующие 20 лет. В качестве проблемы было обозначено управление сложностью распределенных систем. Захман говорит:
«Для снижения затрат и обеспечения успеха бизнеса, все больше зависящего от информационных систем, необходим строгий подход к управлению такими системами».
Термин «предприятие» большинство специалистов по архитектуре и соответствующие методики описания архитектуры трактуют достаточно гибко. Это может быть организация в целом или одно из ее бизнес-подразделений, или же это может быть некоторая совокупность предприятий или организационных единиц в рамках единой цепочки создания добавочной стоимости. Таким образом, под термином "Предприятие" будем иметь в виду формальное объединение, не обязательно связанное с коммерческой деятельностью. Это может быть и государственная организация, и общественное, в том числе неформальное, объединение участников, связанных общей целью. Согласно более общему определению, Предприятие "...
представляет собой комплексную систему культурных, технологических и процессных компонент, организованных для достижения целей организации".
Архитектура предприятия является одним из инструментов организационных изменений и всего предприятия в целом с использованием ИТ, и особенно той части организации, которая отвечает за информационные технологии. Существуют два основных подхода к организационным изменениям. Первый подход связан с реорганизацией, реинжинирингом процессов, а второй – с управлением знаниями.
По большому счету, архитектура предприятия – это прежде всего управление знаниями, т.е. процесс сбора и распространения информации о том, как организация использует и должна использовать ИТ в своей деятельности. Включение же в архитектуру предприятия представлений о бизнес-архитектуре обеспечивает связь с возможностями оптимизации бизнеспроцессов.
Архитектура предприятия частично затрагивает и процессы управления ИТ в организации. В этом плане она дополняет достаточно эффективные методики организации и реорганизации процессов внутри ИТ-службы, такие как ITIL, COBIT и другие.
Многие организации испытывают постоянные трудности и находятся в постоянном поиске синхронизации целей и задач бизнеса и процессов развития своих информационных систем. Существует как бы "облако неопределенности" между определением организацией и обеспечивающей ее ИТ-инфраструктурой своих целей и задач.
Процесс транслирования этих целей в конкретные ИТ-системы часто носит очень неразвитый характер и ограничивается ежегодным бюджетным процессом, участие в котором представителей бизнеса и ИТ является основным способом общения и взаимодействия.
Архитектура информационных технологий и архитектура предприятия в целом как раз и является основным механизмом интерпретации и реализации целей организации через адекватные ИТинфраструктуру и системы. Это достигается через создание определенного количества взаимосвязанных архитектурных представлений. Имеется
множество методик описания архитектуры, и все они разбивают архитектуру предприятия на различное количество моделей и определений, которые относятся к таким областям, как бизнес, информация, прикладные системы, технологическая инфраструктура.
Архитектура информации определяет ключевые активы, связанные со структурированной и неструктурированной информацией, требующейся для бизнеса, включая расположение, время, типы файлов и баз данных и других информационных хранилищ.
Архитектура прикладных систем описывает те системы, которые и обеспечивают необходимый функционал для реализации логики бизнес-процессов организации.
Термин "ИТ-архитектура" может означать множество близких по смыслу, но, тем не менее, различающихся понятий. Одно из самых простых (словарь Уэбстера) заключается в том, что ИТархитектура – это "способ, который используется для организации и интеграции компонент компьютерной системы".
ИТ-архитектура - архитектура системы состоит из нескольких компонент, внешних свойств и интерфейсов, связей и накладываемых ограничений, а также архитектуры этих внутренних компонент.
В самом общем виде, в соответствии с определениями Gartner, архитектура – это:
общий план или концепция, используемая для создания системы, такой как здание или информационная система, или "абстрактное описание системы, ее структуры, компонентов
иих взаимосвязей";
семейство руководящих принципов, концепций, правил, шаблонов, интерфейсов и
стандартов, используемых при построении совокупности информационных технологий предприятия.
Другие определения:
"Архитектура – это инвестиция в стандарты процессов, технологий и интерфейсов в целях улучшения возможностей организаций и уменьшения стоимости разработки и сопровождения информационных систем. Преимущества инвестиций в архитектуру распространяются на несколько проектов сразу, но не все эти проекты могут быть известны в момент разработки архитектуры";
"Корпоративная архитектура ИТ – это видение, принципы и стандарты, которыми организации руководствуются при разработке и внедрении технологий" (Giga Group);
Архитектура предприятия определяет общую структуру и функции систем (бизнес и ИТ) в рамках всей организации в целом (включая партнеров и другие организации, формирующие так называемое "расширенное предприятие") и обеспечивает общую рамочную модель (framework), стандарты и руководства для архитектуры уровня отдельных проектов. Общее видение, обеспечиваемое архитектурой предприятия, создает возможность единого проектирования систем, адекватных, с точки зрения обеспечения потребностей организации, и способных к взаимодействию и интеграции там, где это необходимо. Чуть позже мы вернемся к определению понятия архитектура предприятия.
Архитектура уровня отдельных проектов определяет структуру и функции систем
(бизнес и ИТ) на уровне проектов и программ (совокупностей проектов), но в контексте всей организации в целом, т.е. не в изолированном рассмотрении индивидуальных систем. Архитектура уровня отдельных проектов детализирует, соответствует и существует в рамках архитектуры предприятия.
Архитектура прикладных систем определяет структуру и функции приложений, которые разрабатываются с целью обеспечения требуемой функциональности. Некоторые элементы этой архитектуры могут быть определены на уровне архитектуры предприятия или архитектуры отдельных проектов (в форме стандартов и руководств) в целях использования лучшей практики и соответствия принципам всей архитектуры в целом.
Уровни принятия архитектурных решений
ИТ-архитектура существует независимо от предпринимаемых в организации проектов по ее описанию, упорядочиванию и развитию. Более того, так как сама система неизбежно претерпевает изменения, то и ИТ-архитектура может со временем меняться даже без целенаправленной деятельности предприятия и его ИТ-службы.
17.Модель Захмана.
Значительный вклад в развитие концепции архитектуры предприятия был сделан Дж. Захманом. С 1987 года, когда была предложена первая версия этой модели, расширенная впоследствии в работах 1992-96 гг., она была использована достаточно большим количеством крупных компаний, входящих в список 2000 крупнейших корпораций мира. Модель Захмана послужила основой для создания целого ряда других методик и моделей описания архитектуры предприятия, таких как Федеральная Архитектура США (FEAF), Методика описания архитектуры Open Group (TOGAF), Методика описания архитектуры министерства обороны США (DoDAF).
Модель Захмана основана на дисциплине классической архитектуры и обеспечивает общий словарь и набор перспектив или структур, для описания современных сложных корпоративных систем. В своей работе Дж. Захман определил архитектуру предприятия как "набор описательных моделей, которые применимы для описания предприятия в соответствии с требованиями управленческого персонала и которые могут развиваться в течение определенного периода". Термин "архитектура" здесь не случаен, он подчеркивает существующую аналогию между внутренней структурой абстрактного объекта — предприятия, и сложного искусственного объекта, такого как здание или космическая станция.
Для удобства описания Захман предложил т.н. модель архитектуры предприятия. Модель преследует две основные цели — с одной стороны, логически разбить все описание архитектуры на отдельные разделы для упрощения их формирования и восприятия, с другой — обеспечить возможность рассмотрения целостной архитектуры с выделенных точек зрения или соответствующих уровней абстракции.
В то время, когда были опубликованы работы Захмана, традиционным подходом при формировании описания системы являлось использование концепции "жизненного цикла", включающего такие этапы, как планирование, анализ, проектирование, разработка, документирование, внедрение и промышленная эксплуатация. На каждом из этих этапов рассматриваются вопросы, связанные как с функциями системы, так и с данными. Захман предложил вместо традиционного подхода, связанного с рассмотрением отдельных аспектов работы системы как бы в различные моменты времени, использовать рассмотрение системы с различных перспектив
Исторически модель Захмана впервые была создана именно для ИТ-систем. Этот подход в последующей работе был обобщен для рассмотрения не только ИТ-систем, но и для описания предприятия в целом, так что предложенная модель, вообще говоря, может использоваться как средство для описания архитектур сложных производственных систем любого типа.
Основная идея заключается в том, чтобы обеспечить возможность последовательного описания каждого отдельного аспекта системы в координации со всеми остальными. Для любой достаточно сложной системы общее число связей, условий и правил обычно превосходит возможности для одновременного рассмотрения. В то же время отдельное, в отрыве от других, рассмотрение каждого аспекта системы чаще всего приводит к неоптимальным решениям, как в плане производительности, так и стоимости реализации.
Модель представляется в виде таблицы, имеющей пять строк и шесть столбцов.
Рис. 1. Модель Захмана Две верхние строки соответствуют наиболее общим представлениям и достаточно
широко описывают существующее окружение, планы и цели. Следующий уровень "логической модели" уже является более конкретным, но все равно еще достаточно абстрактным.
Аналогично, в применении к деятельности предприятия верхняя строка "Контекст" соответствует уровню интересов высшего руководства и собрания акционеров. Второй уровень соответствует интересам менеджеров и владельцев процессов. Третий уровень — тот, на котором менеджеры, аналитики и ИТ-менеджеры должны работать вместе. Уровни с четвертого и далее описывают детали, которые представляют интерес для ИТ-менеджеров, проектировщиков, разработчиков
Первая строка соответствует уровню планирования бизнеса в целом (бизнес-модель). На этом уровне вводятся достаточно общие основные понятия, определяющие бизнес (продукты, услуги, клиенты), а также формулируется бизнес-стратегия.
Вторая строка (концептуальная модель) предназначена для определения в терминах бизнеса структуры организации, ключевых и вспомогательных бизнес-процессов.
Третий уровень (логическая модель) соответствует рассмотрению с точки зрения системного архитектора.
На четвертом уровне — технологической или физической модели — осуществляется привязка данных и операций над ними к выбранным технологиям реализации.
Пятый уровень соответствует детальной реализации системы, включая конкретные модели оборудования, топологию сети, производителя и версию СУБД, средства разработки и собственно готовый программный код.
Шестой уровень описывает работающую систему. На этом уровне могут быть введены такие объекты, как инструкции для работы c системой, фактические базы данных и т.д..