Диаграммы потоков данных (dfd).
DFD – метод структурного анализа, использующий понятия "поток данных" и "хранилище данных" для описания системы в виде набора диаграмм, отражающих и структурирующих требования к проектируемой системе. С их помощью эти требования разбиваются на функциональные компоненты (процессы) и представляются в виде сети, связанной потоками данных. Главная цель таких средств – продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.
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.
Основными компонентами диаграмм потоков данных являются: внешние сущности; процессы; накопители данных; потоки данных. Для изображения DFD традиционно используются две различные нотации: Иодана(Yourdon) и Гейна-Сарсона (Gane-Sarson)
|
Компонента |
Нотация Йордана |
Нотация Гейна-Сарсона |
поток данных
процесс
накопитель
внешняя сущность
системы/подсистемы
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
Внешняя сущность представляет собой материальный предмет или физическое лицо, являющееся источником или приемником 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 проектируемой ИС.
Процесс представляет собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определённым алгоритмом. Физически процесс может быть реализован различными способами: это может быть подразделение организации, выполняющее обработку входных документов и выпуск отчётов, программа, аппаратно реализованное логическое устройство и т.д. Номер процесса служит для его идентификации. В поле имени вводится наименование процесса.
Накопитель (хранилище) 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. Он позволяет определить данные, которые будут сохраняться во время функционирования системы. 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 в общем случае является прообразом будущей базы данных и описание хранящихся в нем данных должно быть увязано с информационной моделью.
Поток данных является механизмом, моделирующим передачу информации, через некоторое соединение от источника к приёмнику (из одной части системы в другую). 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. Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание.
Первым шагом при построении иерархии DFD 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, соединённый с приёмниками и источниками информации, посредством которых с системой взаимодействуют пользователи и другие внешние системы. Для сложных ИС строится иерархия контекстных диаграмм. При этом контекстная диаграмма верхнего уровня содержит не единственный главный процесс, а набор подсистем, соединённых 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 приёмниками информации), с которыми взаимодействует ИС.
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 её детализация при помощи DFD. Каждый процесс на DFD, в свою очередь, может быть детализирован при помощи DFD или миниспецификации.
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 DFD. Решение о завершении детализации процесса и использовании миниспецификации принимается 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).
Для обеспечения декомпозиции данных и некоторых других сервисных возможностей к DFD добавляются следующие типы объектов:
групповой узел – предназначен для расщепления и объединения потоков;
узел-предок – позволяет увязывать входящие и выходящие потоки между детализируемым процессом и детализирующей DFD;
неиспользуемый узел – применяется в ситуации, когда декомпозиция данных производится в групповом узле, при этом требуются не все элементы входящего в узел потока;
узел изменения имени – позволяет неоднозначно именовать потоки, при этом их содержимое эквивалентно. Например, если при проектировании разных частей системы один и тот же фрагмент данных получил различные имена, то эквивалентность соответствующих потоков данных обеспечивается узлом изменения имени;
текст в свободном формате в любом месте диаграммы.
В качестве примера диаграммы потоков данных на рис. 18 и 19 приведен фрагмент упрощенной модели информационной системы вуза. Диаграмма на рис.18 для данного фрагмента предметной области играет роль контекстной диаграммы, в которой учебные планы, зачисленные в вуз абитуриенты и принятые на работу преподаватели являются внешними сущностями.
Рис. 18
На рис.19 приведен фрагмент декомпозиции контекстной диаграммы ОБУЧЕНИЕ, включающий процессы: формирование учебной студенческой группы, распределение учебной нагрузки между преподавателями, составление расписания учебных занятий, проведение сессии.
Рис. 19
Модель ИС, использующая DFD, должна также содержать словарь данных системы. Словарь представляет собой определённым образом организованный список всех элементов данных с их точными определениями, что дает возможность различным категориям пользователей (от системного аналитика до программиста) иметь общее понимание всех входных и выходных потоков и компонентов накопителей. Определения элементов данных в словаре осуществляются следующими видами описаний:
описанием значений потоков и накопителей, изображенных на DFD;
описанием композиции агрегатов данных, движущихся вдоль потоков, т.е. комплексных данных, которые могут расчленяться на элементарные символы (например, АДРЕС );
описанием композиции групповых данных в накопителе;
специфицированием значений и областей действия элементарных фрагментов информации в потоках данных и накопителях;
Для каждого потока данных в словаре хранится имя потока, его тип и атрибуты. По типу потока в словаре содержится информация, идентифицирующая: простые (элементарные) или групповые (комплексные) потоки; внутренние (существующие только внутри системы) или внешние (связывающие систему с другими системами) потоки; потоки данных или потоки управления; непрерывные (принимающие любые значения в пределах определенного диапазона) или дискретные (принимающие определённые значения) потоки.
Атрибуты потока данных включают: имена-синонимы потока данных в соответствии с узлами изменения имени; определение в виде формы Бекуса-Наура в случае группового потока; единицы измерения потока; диапазон значений для непрерывного потока; типичное его значение и информацию по обработке экстремальных значений; список значений и их смысл для дискретного потока; список номеров диаграмм различных типов, в которых поток встречается; список потоков, в которые данный поток входит (как элемент БНФ-определения); комментарий, включающий дополнительную информацию (например, о цели введения данного потока).
Примером методологии проектирования ИС, ориентированной на диаграммы потоков данных, является методология SSADM(StructuredSystemsAnalysisandDesignMethod)11. С 1993 г. она является национальным стандартом Великобритании для разработки информационных систем.