Архитектура информационных систем. Часть 1. Учебное пособие
.pdfСтиль, ориентированный на функциональные требования,
основан на обеспечении заданных функциональных возможностей системы. Данный стиль эффективен при условии, что изначально сформулированные требования не изменяются в процессе проектирования. Указанному стилю, как правило, свойственны следующие недостатки:
недостаточно прорабатываются качественные (нефункциональные) характеристики, например, масштабируемость, мобильность, поддерживаемость и другие;
недостаточно отрабатывается расширяемость системы для учёта новых требований, в связи с чем разработанные архитектуры могут быть не стабильными (например, реализуемые функции отображается не на один, а на несколько ком-
понентов).
Таким образом, на долгих временных горизонтах данный подход является неэффективным.
Стиль, ориентированный на процесс разработки докумен-
тации предусматривает оценку качества системы преимущественно через качество разработанной документации. В связи с этим на разработку документации отводятся неоправданно большие силы и средства в ущерб качеству программного обеспечения. Разработанная документация зачастую практически не используется заказчиком. Данный стиль используется в государственных структурах и крупных компаниях.
Стиль, ориентированный на качество, предполагает отсле-
живание значений ряда параметров, наиболее критичных для функционирования системы. Такими параметрами могут быть время реакции системы на запрос пользователя (например, не более двух секунд), среднее время наработки на отказ (например, не менее 5 лет) и др. Отслеживание заданного набора параметров зачастую делается в ущерб другим характеристикам, например, удобство использования, надёжность и др. Типовыми недостатками данного стиля являются следующие:
при появлении новых требований к системе зачастую сложно изменить её функциональность;
архитектуры систем, созданных на основе данного стиля, обычно не отличаются высоким качеством.
21
Использование стиля, ориентированного на качество, целесообразно, если требуется создание систем, обладающих рядом выдающихся характеристик.
Архитектурный стиль основан на создании фреймворков (framework). Фреймворк представляет собой «заготовку» или «каркас» приложения, который достаточно легко может быть адаптирован ко всем, в том числе потенциальным требованиям заказчиков. При использовании данного стиля процесс разработки системы разбивается на два этапа:
создание фреймворка, предполагающего многократное использование в аналогичных системах;
создание конкретного приложения (системы) на основе разработанного фреймворка.
Указанные этапы могут выполняться в том числе и различными специалистами. Применение архитектурного стиля позволяет:
устранить недостатки стиля, ориентированного на функциональные требования, т.е. получать более качественные системы;
оперативно и с минимальными затратами модифицировать имеющую функциональность и добавлять новую, т.е. реализовать инкрементное и итеративное проектирование.
4.2. Атрибуты качества ИС
Основным компонентом современных ИС является программное обеспечение. В связи с этим под качеством ИС будем понимать качество программного обеспечения. Понятие качества программного обеспечения и основные атрибуты качества устанавливаются в международном стандарте ISO 9126. Имеется также его российский аналог ГОСТ 28195.
Качество программного обеспечения – совокупность характе-
ристик, отражающих способность ПО удовлетворять установленным или предполагаемым потребностям.
Разные группы пользователей могут оценивать качество ИС поразному. Например, для обычного пользователя важными являются такие качественные характеристики, как:
высокая производительность;
развитые функциональные возможности;
22
надёжность;
удобство использования.
Для менеджера определяющими будут следующие характеристики:
невысокая начальная стоимость системы;
низкие эксплуатационные расходы;
возможность и сложность модернизации и расширения системы для поддержания её актуальности в течении продол-
жительного периода времени.
Системный администратор, очевидно, на первое место поставит такие характеристики системы, как:
лёгкость администрирования;
поддержка системы разработчиком;
стабильность функционирования;
наличие качественной документации. Различают следующие понятия качества ПО:
внешнее качество, оценивающее ПО с точки зрения его поведения;
внутреннее качество, т.е. качество ПО самого по себе;
качество ПО при использовании, которое проявляется в различных контекстах и сценариях работы ПО .
Для оценки указанных аспектов качества введены специальные характеристики, рассматриваемые в частях стандарта ISO 9126-2, 9126-3, ISO 9126-4 соответственно. Часть ISO 9126-1 описывает общие понятия и модель качества ПО. Для создания качественного ПО немаловажным является также качество технологических процессов его разработки.
В соответствии со стандартом ISO 9126, для оценки качества ПО предлагается использовать следующие основные характери-
стики качества:
функциональные возможности;
надежность;
эффективность (производительность);
удобство использования (практичность);
удобство сопровождения;
переносимость.
23
Указанные основные характеристики детализированы с помощью более мелких субхарактеристик или атрибутов. По стандарту ISO 9126 они определяются следующим образом.
Функциональные возможности (functionality) – способность ПО выполнять функции, соответствующие установленным или предполагаемым потребностям пользователя.
Для детализации данной характеристики введен ряд субхарактеристик:
функциональная пригодность (suitability) – соответствие функций, реализуемых системой, решаемым задачам;
точность (accuracy) – способность выдавать достоверные результаты;
способность к взаимодействию (interoperability) – способность взаимодействовать с некоторыми другими (оговоренными) системами;
защищенность (security) – способность предотвращать несанкционированный доступ к программам и данным;
соответствие стандартам и правилам (compliance) – соответствие ПО действующим регулирующим нормам, в том числе соглашениям, стандартам, нормативным и законодатель-
ным актам.
Надежность (reliability) – способность ПО сохранять работоспособность на заданном уровне при заданных условиях.
Для детализации данной характеристики введен ряд субхарактеристик:
зрелость, завершенность (maturity) – величина, обратная частоте отказов ПО, например, среднее время бесперебойной работы;
устойчивость к отказам (fault tolerance) – способность поддерживать работоспособность на заданном уровне при программных ошибках и при неправильных действиях пользователя, т.е. действиях, не соответствующих предусмотренному интерфейсу;
способность к восстановлению (recoverability) – способность восстанавливать работоспособность на заданном уровне и целостность данных после отказа, а также требуемые для этого время и ресурсы;
соответствие стандартам надежности (reliability compliance).
24
Эффективность (efficiency) – соотношение между качеством функционирования ПО и объёмом выделяемых для его функционирования ресурсов4 в заданных условиях.
Для данной характеристики введены следующие субхарактеристики:
временная эффективность (time behavior) – способность ПО обеспечивать заданное время отклика и скорость обработки;
эффективность использования ресурсов (resource utilization)
– требуемый объём и продолжительность использования ресурсов определенных видов для выполнения заданных
функций (процессорное время, оперативная и долговременная память, сетевые соединения, устройства ввода/вывода и др.).
Удобство использования (usability) или практичность – способ-
ность ПО быть простым в освоении, удобным в использовании, а также быть привлекательным для пользователей.
Для конкретизации данной характеристики введены следующие субхарактеристики:
понятность (understandability) – это показатель, обратно пропорциональный усилиям, прилагаемым пользователями для восприятия общей логической концепции ПО и понимания её применимости для решения своих задач;
удобство работы (operability) – это показатель, обратно пропорциональный усилиям, прилагаемым пользователями для решения своих задач с помощью данного ПО;
простота освоения (learnability) – показатель, обратно пропорциональный усилиям, прилагаемым пользователями для обучения работе с ПО;
привлекательность (attractiveness) – это способность ПО
быть привлекательным для пользователей (атрибут введён в
2001 г.)
Удобство сопровождения (maintainability) – способность ПО обеспечивать удобство осуществления деятельности, связанной с его сопровождением.
Для детализации данной характеристики введены следующие субхарактеристики:
4 Под ресурсами подразумеваются другие программные продукты, технические средства, материалы, услуги персонала.
25
анализируемость (analyzability) – удобство проведения анализа недостатков, дефектов или ошибок, а также удобство определения модулей, требующих изменения и модернизации;
удобство внесения изменений (changeability) – показатель, обратно пропорциональный усилиям, необходимым для изменения или модернизации программы;
стабильность (stability) – показатель, обратно пропорциональный риску возникновения непредвиденных эффектов при изменении или модернизации программы;
тестируемость (testability) – показатель, обратно пропорциональный усилиям на проведение проверки программного обеспечения после его изменения или модернизации на предмет достижения требуемых результатов.
Переносимость (portability) – способность ПО сохранять заданный уровень работоспособности при переносе из одного окружения в другое5.
Для детализации данной характеристики выделяются следующие субхарактеристики:
адаптируемость (adaptability) – способность ПО приспосабливаться к различным заданным условиям эксплуатации без проведения для этого непредусмотренных заранее дополнительных действий;
удобство установки (installability) – способность ПО к установке или развертыванию в определенном окружении;
способность к сосуществованию (coexistence) – способность ПО существовать совместно с другими программами в общем окружении, используя одни и те же ресурсы;
взаимозаменяемость (replaceability) – возможность применения данного ПО вместо некоторых других программ для решения аналогичных задач в заданном окружении.
Описанные выше характеристики относятся к внутреннему и внешнему качеству ПО по стандарту ISO 9126. Качество ПО при использовании описывает стандарт ISO 9126-4, который преду-
5 Под окружением подразумевается организационное, аппаратное или программное окружение.
26
сматривает для этого следующий сокращённый набор характеристик:
эффективность (effectiveness) – способность ПО решать задачи пользователей с заданной точностью и в определённом контексте;
продуктивность (productivity) – способность ПО выдавать пользователям заданные результаты при ожидаемых затратах ресурсов;
безопасность (safety) – способность ПО обеспечивать гарантированно низкую степень риска нанесения ущерба жизни и здоровью людей, бизнесу, собственности или окружающей среде;
удовлетворённость пользователей (satisfaction) – способность ПО соответствовать ожиданиям пользователей при использовании в заданном контексте.
Контрольные вопросы
1.Дайте понятие информационной системы и архитектуры информационной системы.
2.Какие уровни архитектуры выделяют в информационных системах? Каково их назначение?
3.Какие разновидности архитектур ИС различают по характеру решаемых задач и функциональному назначению?
4.Какие разновидности архитектур ИС различают по предметной области, степени автоматизации, масштабности применения?
5.Укажите разновидности архитектур ИС по архитектурным стилям, реализации модульности.
6.Укажите разновидности архитектур ИС по архитектуре аппаратных средств.
7.Дайте понятие информационно-управляющих систем, поясните принцип их построения и функционирования, приведите примеры использования.
8.Дайте понятие управляющих систем, поясните принцип их построения и функционирования, приведите примеры использования.
27
9.Укажите назначение систем мониторинга и управления ресурсами, поясните особенности построения и функционирования, приведите примеры использования.
10.Укажите назначение систем управления производством, поясните принцип их построения и функционирования, приведите примеры использования.
11.Дайте понятие систем управления доступом, поясните принцип их построения и функционирования, приведите примеры использования.
12.Охарактеризуйте следующие способы управления доступом: прямое, мандатное, ролевое управление.
13.Каковы особенности и характеристики следующих стилей проектирования ИС: календарный стиль; стиль, ориентированный на функциональные требования; стиль, ориентированный на процесс разработки документации?
14.Каковы особенности и характеристики следующих стилей проектирования ИС: стиль, ориентированный на качество, архитектурный стиль?
15.Дайте понятие атрибута качества ИС: функциональные возможности. Поясните его субхарактеристики.
16.Дайте понятие атрибута качества ИС: надёжность. Поясните его субхарактеристики.
17.Дайте понятие атрибута качества ИС: эффективность. Поясните его субхарактеристики.
18.Дайте понятие атрибута качества ИС: удобство использования. Поясните его субхарактеристики..
19.Дайте понятие атрибута качества ИС: удобство сопровождения. Поясните его субхарактеристики.
20.Дайте понятие атрибута качества ИС: переносимость. Поясните его субхарактеристики.
5. Архитектуры вычислительных платформ информационных систем
Различают следующие архитектуры вычислительных платформ ИС:
централизованная;
автономная;
28
распределенная.
5.1. Централизованная архитектура
Основные особенности централизованной архитектуры:
вычислительная платформа включает единственную хостЭВМ и ряд подключенных к ней одинаковых терминалов и периферийных устройств (рис. 9);
терминал является рабочим местом пользователя ЭВМ и реализует функции ввода-вывода информации, в простейшем случае он представляет собой совокупность монитора с клавиатурой (неинтеллектуальный терминал);
все пользователи могут одновременно работать на терминалах системы;
все пользовательские приложения реализуются на хостЭВМ в режиме разделения времени.
Принтер
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хост - ЭВМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Терминал 1 |
Терминал 2 |
Терминал N |
|||||||||||||||
Рис. 9. Принцип построения систем с централизованной архитектурой
Достоинствами такой архитектуры являются:
отсутствие необходимости в администрировании рабочих мест пользователей;
низкая стоимость терминалов, и, как следствие, простота расширения системы;
совместное использование дорогостоящих ресурсов ЭВМ и дорогих периферийных устройств, а следовательно, сниже-
29
ние удельной стоимости системы (на одно рабочее место), а также стоимости её обслуживания и эксплуатации.
Недостатками данной архитектуры являются:
целесообразность использования только для больших систем, т.е. систем с большим числом терминалов, в связи с высокой стоимостью ЭВМ (большая ЭВМ);
отсутствие возможности настройки рабочей среды под свои
потребности, поскольку всё ПО является коллективным. Централизованная архитектура получила распространение, начиная с 1970 - х гг. и реализовывалась на базе мейнфреймов, например, IBM-360/370 или отечественных аналогов серии ЕС ЭВМ. Также использовались мини-ЭВМ, например, PDP-11 или их оте-
чественные аналоги СМ-4.
5.2. Автономная архитектура
Автономная (STANDALONE) архитектура характеризуется ис-
пользованием автономных компьютеров, т.е. компьютеров, не связанных между собой посредством каких-либо сетей (рис. 10). Обмен информацией в таких системах может осуществляться посредством сменных носителей информации (например, дискеты, flashнакопители).
Сменные
носители
Рис. 10. Принцип построения систем с автономной архитектурой
Основные особенности автономной архитектуры:
на каждом рабочем месте (компьютере) реализуются все функции приложений (интерфейс пользователя, бизнеслогика и управление данными);
30