20. Автоматизированное проектирование ис. Методы и средства автоматизированного проектирования.

Автоматизированное проектирование ИС (CASE-технология)

Определение. CASE-технология (Computer Aided Software Engineering) представляет собой совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем программного обеспечения, поддержанную комплексом взаимоувязанных средств автоматизации.

Основные черты CASE-технологии:

• Назначение: автоматизация проектирования сложных информационных систем. Изначально CASE-средства были ориентированы на разработку ПО. Сейчас чаще всего под такими средствами подразумевают любые средства проектирования ИС и/или моделирования предметной области.

• CASE-средства охватывают все стадии ЖЦ ИС (анализ, проектирование, разработка, сопровождение).

• Не создают новых методологий, а повышают эффективность использования существующих – за счет автоматизации.

Цели использования CASE-технологии в индустриальном проектировании ИС:

• Улучшение качества разрабатываемой ИС за счет автоматического контроля и генерации отдельных элементов;

• Возможность повторного использования компонентов разработки;

• Повышение уровня адаптивности и качества сопровождения ИС;

• Использование методологии прототипного проектирования;

• Ускорение работы за счет автоматизированной генерации кода и автоматизированного документирования проекта;

• Возможность коллективной разработки ИС в режиме реального времени.

Содержание CASE-технологии:

• Методология – определяет шаги реализации проекта, а также правила используемых при его разработки методов.

• Метод – процедура или техника генерации описания компонентов ИС (например, метод проектирования потоков данных).

• Модель – совокупность символов (вербальных, математических, графических и т.п.), которая адекватно описывает некоторые свойства моделируемого объекта и отношения между ними.

• Нотация – Система условных обозначений, принятая в конкретной модели. Обычно для описания моделей используются графические символы (почему?), а также формальные и естественные языки.

• Инструментальные средства – CASE-средства.

Определение. CASE-средство – это специальный программный продукт, который поддерживает одну или несколько методологий анализа и проектирования ИС.

Общая архитектура системы CASE-средств включает в себя следующие элементы:

• Репозиторий (словарь данных) – специализированная база данных, являющаяся ядром системы. Обеспечивает хранение версий проекта и его отдельных компонентов и объектов, синхронизацию поступающей от проектировщиков информации, контроль метаданных на полноту и непротиворечивость. Репозиторий хранит описания следующих объектов:

  • Проектировщиков и их прав доступа к различным компонентам системы;

  • Организационных структур;

  • Диаграмм, компонентов диаграмм и связей между диаграммами;

  • Структур данных;

  • Программных модулей, процедур, библиотек и т.п.

  • …

• Графические средства анализа и проектирования (редакторы диаграмм). Используются для создания иерархически связанных диаграмм – моделей ИС – в заданной графической нотации.

• Верификатор диаграмм. Служит для контроля правильности построения диаграмм в заданной методологии проектирования. Основные функции: мониторинга, диагностика, информирование об ошибках.

• Неграфические средства проектирования и разработки приложений. Используются для построения моделей ИС на формальных и естественных языках, а также для автоматизированной разработки программ проекта.

• Документатор проекта. Позволяет получать информацию о проекте в виде различных отчетов.

• Средства администрирования проектом. Представляют собой набор инструментов и служебных программ, необходимых для выполнения таких административных функций, как:

  • Инициализация проекта;

  • Задание начальных параметров проекта;

  • Назначение и управление правами доступа к отдельным элементам проекта;

  • Мониторинг выполнения проекта.

• Служебные средства. Представляют собой набор служебных программ, которые необходимы для обслуживания БД репозитория: архивация, восстановление данных и т.п.

Методологии проектирования ИС с использованием CASE-средств

В настоящее время существует два основных подхода к проектированию, которые мы уже упоминали:

• Функционально-ориентированный (структурный);

• Объектно-ориентированный.

В основе функционально-ориентированного подхода лежат две идеи:

• Декомпозиция;

• Графическое представление.

В настоящее время в качестве основных средств структурного анализа и проектирования используют следующие виды диаграмм:

• Business Function Diagram (BFD) – диаграммы функциональных спецификаций. Позволяют представить общую структуру исследуемого объекта, отражающую взаимосвязь различных задач в процессе получения требуемых результатов. Основные элементы BFD – это функции (некоторые действия, необходимые для решения поставленных задач) и декомпозиции функций (разбиение функции на множество подфункций). На практике диаграмма функциональных спецификаций, используется, например, для верификации диаграмм сущность-связь при проектировании базы данных ИС.

• Диаграммы SADT (диаграммы работ и объектов).

• Диаграммы потоков данных (DFD).

• State Transition Diagram (STD) – диаграммы переходов состояний. Моделируют поведение системы во времени в зависимости от произошедших событий. Позволяют осуществить декомпозицию управляющих процессов, происходящих в системе и описать отношение между управляющими потоками. С формальной точки зрения, диаграммы переходов состояний описывают некоторый конечный автомат. К основным элементам диаграммы перехода состояний относятся:

  • Состояние – устойчивое значение некоторого свойства в течение определенного времени. В каждый момент времени система находится строго в одном состоянии. Находясь в текущем состоянии, необходимо знать о предыдущих состояниях, чтобы определить условие перехода в следующее состояние.

  • Начальное состояние – узел диаграммы, являющийся стартовой точкой для начального системного перехода. В диаграмме может быть множество конечных состояний, но только одно начальное.

  • Переход – определяет перемещение моделируемой системы из одного состояния в другое. Имя перехода определяется событием, которое вызвало этот переход. Переход может быть вызван каким-либо действием.

  • Триггер – логическое выражение, написанное на каком-либо макроязыке, которое показывает условие перехода в данное состояние.

Применяется два способа построения ST-диаграммы. Первый способ заключа­ется в идентификации всех возможных состояний и дальнейшем исследо­вании всех не бессмысленных связей (переходов) между ними. По второ­му способу сначала строится начальное состояние, затем следующие за ним и т.д. В результате формируется предварительная диаграмма перехода состояний, для которой необходимо выполнить контроль состоятельности. Обычно он заключается в отве­те на следующие вопросы;

• все ли состояния определены и имеют уникальное имя?

• все ли состояния достижимы?

• все ли состояния имеют выход?

• реагирует ли система соответствующим об­разом на все возможные условия (особенно на ненормальные)?

• все ли входные (выходные) потоки управляющего процесса отражены в условиях диаграммы?

• Диаграммы инфологических моделей «сущность-связь».

• System Structure Diagram (SSD) – Диаграммы структуры программного приложения ИС. Представляют собой иерархическую взаимосвязь программных модулей, которые реализуют ИС. Диаграмма SSD служит «мостом» для перехода от системных требований, которые отображены в таких диаграммах, как BFD, DFD, ERD и STD, к реализации информационной системы.

Основные черты Объектно-ориентированного проектирования

• Предметная область моделируется как совокупность взаимодействующих во времени объектов;

• Процесс обработки информации представляется как последовательность взаимодействий этих объектов;

• Данные и операции моделируются совместно (неразрывно друг от друга);

• За основу принимается спиральная модель проектирования. Модели предметной области накапливаются в репозитории и постепенно уточняются.

• На основе сформированных моделей может быть автоматически сгенерирована система классов для программного приложения ИС;

• Для моделирования широко используется унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language).

79