Типы связей между таблицами

При установлении связи между двумя таблицами одна из них будет являться главной (master), а вторая — подчиненной (detail). Различие между ними несколько упрощенно можно пояснить следующим образом. В главной таблице всегда доступны все содержащиеся в ней записи. В подчиненной же таблице доступны только те записи, у которых значение атрибутов внешнего ключа совпадает со значением соответствующих атрибутов текущей записи главной таблицы. Причем изменение текущей записи главной таблицы приведет к изменению множества доступных записей подчиненной таблицы, а изменение текущей записи в подчиненной таблице не вызовет никаких изменений ни в одной из таблиц.

Различают четыре типа связей между таблицами реляционной базы данных:

• один к одному — каждой записи одной таблицы соответствует только одна запись другой таблицы;

• один ко многим — одной записи главной таблицы могут соответствовать несколько записей подчиненной таблицы;

• многие к одному — нескольким записям главной таблицы может соответствовать одна и та же запись подчиненной таблицы;

• многие ко многим — одна запись главной таблицы связана с несколькими записями подчиненной таблицы, а одна запись подчиненной таблицы связана с несколькими записями главной таблицы.

10. Проектирование структуры базы данных Трехуровневая архитектура базы данных.

Различие между логическим и физическим представлением данных официально признано в 1978 году, когда комитет ANSI/SPARC предложил обобщенную структуру систем баз данных. Эта структура получила название трехуровневой архитектуры. Три уровня архитектуры следующие: внутренний, концептуальный и внешний.

Внутренний уровень – это уровень, определяющий физический вид базы данных, наиболее близкий к физическому хранению и связан со способами сохранения информации на физических устройствах хранения. С данным уровнем связаны дисководы, физические адреса, индексы, указатели и т.д. За этот уровень отвечают проектировщики физической БД, которые решают, какие физические устройства будут хранить данные, какие методы доступа будут использоваться для извлечения и обновления данных и какие меры следует принять для поддержания или повышения быстродействия системы управления базами данных. Пользователи не касаются этого уровня.

Концептуальный уровень – структурный уровень, определяющий логическую схему базы данных. На данном уровне выполняется концептуальное проектирование базы данных, которое включает анализ информационных потребностей пользователей и определение нужных им элементов данных. Результатом концептуального проектирования является концептуальная схема, логическое описание всех элементов данных и отношений между ними.

Внешний уровень – структурный уровень БД, определяющий пользовательские представления данных. Каждая пользовательская группа получает свое собственное представление данных в БД. Каждое такое представление данных дает ориентированное на пользователя описание элементов данных, из которых состоит представление данных, и отношений между ними. Его можно напрямую вывести из концептуальной схемы. Совокупность таких пользовательских представлений данных и дает внешний уровень.

Жизненный цикл базы данных.

Процесс проектирования, реализации и поддержания системы базы данных называется жизненным циклом базы данных (ЖЦБД). Процедура создания системы называется жизненным циклом системы (ЖЦС).

Понимание и правильный подход к ЖЦБД очень важен и требует детального рассмотрения, так как в его основе лежит подход, ориентированный на данные. Элементы данных более стабильны, чем выполняемые функции системы. Создание правильной структуры данных требует сложного анализа классов единиц данных и отношений между ними. Если построить логичную схему базы данных, то в дальнейшем можно создать любое количество функциональных систем, использующих эту схему. Функционально-ориентированный подход можно применять лишь для создания временных систем, которые рассчитаны на недолгое время функционирования.

ЖЦБД состоит из следующих этапов:

1. Предварительное планирование – планирование БД, выполняемое в процессе разработки стратегического плана БД. В процессе планирования собирается следующая информация:

· какие прикладные программы используются, и какие функции они выполняют;

· какие файлы связаны с каждым из этих приложений;

· какие новые приложения и файлы находятся в процессе работы.

Данная информация помогает определить, как используется информация приложений, определить будущие требования к системе БД. Информация этого этапа документируется в виде обобщенной модели данных.

2. Проверка осуществимости. Здесь определяется технологическая, операционная и экономическая осуществимость плана создания БД, т. е.:

· технологическая осуществимость – есть ли технология для реализации запланированной БД?

· операционная осуществимость – есть ли средства и эксперты, необходимые для успешного осуществления плана создания БД?

· экономическая целесообразность – можно ли определить выводы? Окупится ли запланированная система? Можно ли оценить издержки и выгоду?

3. Определение требований включает выбор целей БД, выяснение информационных требований к системе и требований к оборудованию и программному обеспечению. Таким образом, на данном этапе сбора данных и определения требований создаётся общая информационная модель, выражающаяся в следующих задачах:

• Определяются цели системы путём анализа информационных потребностей. Здесь также обязательно указывается, какую именно БД следует создавать (распределённую, целостную) и какие коммуникационные средства необходимы. Выходной документ – комментарий, описывающий цели системы.

• Определение пользовательских требований: документация в виде обобщённой информации (комментарии, отчёты, опросы, анкеты и т. д.); фиксация функций системы и определение прикладных систем, которые будут выполнять эти требования. Данные представляются в виде соответствующих документов.

• Определение общих требований к оборудованию и программному обеспечению, связанных с поддержанием желаемого уровня быстродействия. (Выяснение количества пользователей системы, числа входных сообщений в день, количество распечаток). Данная информация используется для выбора типов компьютеров и СУБД, объёма дисков, количества принтеров. Данные этого этапа излагаются в отчёте, содержащем примерные конфигурации оборудования и программного обеспечения.

• Разработка плана поэтапного создания системы, включающий выбор исходных приложений.

4. Концептуальное проектирование – создание концептуальной схемы БД. Спецификации разрабатываются в той степени, которая необходима для перехода к реализации.

Основным выходным документом является единая инфологическая модель (или схема БД на концептуальном уровне). При разработке данной модели используются информация и функции, которые должна выполнить система, определённые на этапе сбора и определения требований к системе. На данном этапе желательно также определить: 1) правила для данных; 2) правила для процессов; 3) правила для интерфейса.

5. Реализация – процесс превращения концептуальной модели в функциональную БД. Он включает в себя следующие этапы.

1) Выбор и приобретение необходимой СУБД.

2) Преобразование концептуальной (инфологической) модели БД в логическую и физическую модель данных:

· на основе инфологической модели данных строится схема данных для конкретной СУБД, при необходимости реализуется денормализация БД с целью ускорения обработки запросов во всех критичных по времени приложениях;

· определяются, какие прикладные процессы необходимо реализовать в схеме данных как хранимые процедуры;

· реализовать ограничения, предназначенные для обеспечения целостности данных и реализации правил для данных;

· спроектировать и сгенерировать триггеры для реализации всех централизованно определённых правил для данных и правил целостности данных, которые не могут быть заданы как ограничения;

· разработать стратегию индексирования и кластеризации; выполнить оценку размеров всех таблиц, кластеров и индексов;

· определить уровни доступа пользователей, разработать и внедрить правила обеспечения безопасности и аудита. Создать роли и синонимы для обеспечения многопользовательского доступа с согласованными уровнями полномочий доступа.

· разработать сетевую топологию БД и механизм бесшовного доступа к удалённым данным (реплицированная или распределённая БД).

3) Построение словаря данных, который определяет хранение определений структуры данных БД. Словарь данных также содержит информацию о полномочиях доступа, правилах защиты данных и контроля данных.

4) Заполнение базы данных.

5) Создание прикладных программ, контроль управления.

6) Обучение пользователей.

6. Оценка и усовершенствование схемы БД. Включает опрос пользователей с целью выяснения функциональных неучтенных потребностей. При необходимости вносятся изменения, добавление новых программ и элементов данных по мере изменения и расширения потребностей

Таким образом, ЖЦБД включает в себя:

· Изучение предметной области и представление соответствующей документации (1-3).

· Построение инфологической модели (4).

· Реализация (5).

· Оценка работы и поддержка БД (6).

11. Системы управления базами данных. Основные функции К основным функциям, выполняемым системами управления базами данных, обычно относят следующие:

• непосредственное управление данными во внешней памяти;

- управление буферами оперативной памяти;

• управление транзакциями;

- протоколирование;

• поддержка языков баз данных.

Рассмотрим каждую из указанных функций более подробно.

Непосредственное управление данными во внешней памяти. Функция непосредственного управления данными во внешней памяти включает обеспечение необходимых структур внешней памяти (постоянных запоминающих устройств — как правило, магнитных дисков) как для хранения данных, непосредственно входящих в базу данных, так и для служебных целей, например для ускорения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). Причем пользователям базы данных в общем случае не нужно знать, использует ли СУБД файловую систему и если использует, то как организованыфайлы. Обычно СУБД поддерживает собственную систему именования объектов базы данных. В зависимости от способа реализации СУБД может либо использовать возможности существующих файловых систем, либо работать с устройствами внешней памяти на низком уровне.

Управление буферами оперативной памяти

Объем информации, хранящейся в базе данных, с которой работает СУБД, обычнодостаточно велик и практически всегда превышает доступный объем оперативной памяти. При этом время доступа к данным, хранящимся в оперативной памяти, существенно меньше, чем к данным, хранящимся на устройствах внешней памяти. Очевидно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Увеличения скорости обмена данными можно достичь, используя буферизацию данных в оперативной памяти. При этом , даже если операционная система производит общесистемную буферизацию (как в случае ОС UNIX), этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации той или иной части базы данных. Поэтому в СУБД обычно поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственным механизмом замены буферов.

Управление транзакциями

Транзакцией называется последовательность операций над базой данных, рассматриваемых СУБД как единое целое. Если все операции успешно выполнены, то транзакция также считается успешно выполненной и СУБД фиксирует (COMMIT) все изменения данных, произведенные этой транзакцией (то есть заносит изменения во внешнюю память). Если же хотя бы одна операция транзакции заканчивается неудачей, то транзакция считается невыполненной и производится откат (ROLLBACK) — отмена всех изменений данных, произведенных в ходе выполнения транзакции, и возврат базы данных к состоянию до начала выполнения транзакции. Управление транзакциями необходимо для поддержания логической целостности базы данных. Поддержка механизма транзакций является обязательным условием даже однопользовательских, а тем более для многопользовательских СУБД. То свойство, что каждая транзакция начинается при целостном состоянии базы данных и оставляет это состояние целостным после своего завершения, делает очень удобным использование понятия транзакции как единицы активности пользователя по отношению к базе данных. При соответствующем управлении параллельно выполняющимися транзакциями со стороны СУБД каждый из пользователей может, в принципе, ощущать себя единственным пользователем СУБД.

С управлением транзакциями в многопользовательской СУБД связаны важные понятия сериализаций транзакций и сериального плана выполнения смеси транзакций.

Под сериализаций параллельно выполняющихся транзакций понимается такое планирование их работы, при котором суммарный результат смеси транзакций эквивалентен результату их некоторого последовательного выполнения. Сериальный план выполнения смеси транзакций — это такой план, который приводит к сериализаций транзакций. Понятно, что если удается добиться действительно сериального выполнения смеси транзакций, то для каждого пользователя, по инициативе которого образована транзакция, присутствие других транзакций будет незаметно (если не считать некоторого замедления работы по сравнению с однопользовательским режимом).

Существует несколько базовых алгоритмов сериализаций транзакций. В централизованных СУБД наиболее распространены алгоритмы, основанные на синхронизационных захватах объектов базы данных. При использовании любого алгоритма сериализаций возможны конфликты между несколькими транзакциями по доступу к объектам базы данных. В этом случае для поддержания сериализаций необходимо выполнить откат одной или нескольких транзакций. Это один из случаев, когда пользователь многопользовательской СУБД может реально (и достаточно неприятно) ощутить присутствие в системе транзакций других пользователей.

Журнализация

Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя.

Аппаратные сбои обычно подразделяются на два вида:

• мягкие сбои связаны с внезапной остановкой работы компьютера. Обычно являются следствием внезапного выключения питания или «зависания» операционной системы (что особенно характерно для операционных систем Windows);

• жесткие сбои характеризуются потерей информации на носителях внешней памяти.

Программные сбои обычно возникают вследствие ошибок в программах. Причем эти ошибки могут быть как в самой СУБД, что может привести к аварийному завершению ее работы, так и в пользовательской программе. Первый случай можно рассматривать как разновидность мягкого аппаратного сбоя. Во втором случае незавершенной остается только одна транзакция. В любом случае для восстановления информации в базе данных необходимо иметь некоторую дополнительную информацию. Таким образом, для поддержания надежности хранения данных требуется избыточность данных. Причем та часть информации, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений базы данных.

Журнал представляет собой особую часть базы данных, недоступную пользователям СУБД и поддерживаемую с особой тщательностью (иногда используются две копии журнала, располагаемые на разных физических дисках), в которую поступают записи обо всех изменениях основной части базы данных. В разных СУБД изменения базы данных журнализируются на разных уровнях: иногда запись в журнале соответствует некоторой логической операции изменения базы данных, иногда — минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти. Могут также использоваться одновременно оба подхода.

Во всех случаях придерживаются стратегии «упреждающей» записи в журнал (так называемого протокола Write Ahead Log — WAL). Несколько утрированно можно сказать, что эта стратегия заключается в том, что запись об изменении любого объекта базы данных должна быть занесена в журнал до того, как будет выполнено и зафиксировано изменение этого объекта. Если в СУБД корректно соблюдается протокол WAL, то с помощью журнала можно решить все проблемы восстановления базы данных после любого сбоя.

Самая простая ситуация восстановления — индивидуальный откат транзакции.

Строго говоря, для этого не требуется общесистемный журнал изменений базы данных. Достаточно для каждой транзакции поддерживать локальный журнал операций модификации базы данных, выполненных в этой транзакции, и производить откат транзакции путем выполнения обратных операций, следуя от конца локального журнала. В некоторых СУБД так и делают, но в большинстве систем локальные журналы не поддерживают, а индивидуальный откат транзакции выполняют по общесистемному журналу, для чего все записи, относящиеся к одной транзакции, связывают обратным списком (от конца к началу).

При мягком сбое во внешней памяти основной части базы данных могут находиться объекты, модифицированные транзакциями, не закончившимися к моменту сбоя, и могут отсутствовать объекты, модифицированные транзакциями, которые к моменту сбоя успешно завершились (по причине использования буферов оперативной памяти, содержимое которых при мягком сбое пропадает). При соблюдении протокола WAL во внешней памяти журнала должны гарантированно находиться записи, относящиеся к операциям модификации обоих видов объектов. Целью процесса восстановления после мягкого сбоя является приведение внешней памяти основной части базы данных в такое состояние, которое возникло бы при фиксации во внешней памяти изменений всех завершившихся транзакций и которое не содержало бы никаких следов незаконченных транзакций. Для того чтобы этого добиться, сначала производят откат незавершенных транзакций, а потом повторно воспроизводят те операции завершенных транзакций, результаты которых не отображены во внешней памяти.

Для восстановления базы данных после жесткого сбоя используют журнал и архивную копию базы данных. Архивная копия — это полная копия базы данных к моменту начала заполнения журнала (хотя имеется много вариантов трактовки смысла архивной копии). Для нормального восстановления базы данных после жесткого сбоя, естественно, необходимо, чтобы журнал не пропал. Тогда восстановление базы данных состоит в том, что, исходя из архивной копии, по журналу воспроизводится работа всех транзакций, которые закончились к моменту сбоя. В принципе можно даже воспроизвести работу незавершенных транзакций и продолжить их работу после завершения восстановления. Однако в реальных системах это обычно не делается, поскольку процесс восстановления после жесткого сбоя является достаточно длительным.

Поддержка языков баз данных

Для работы с информацией, хранящейся в базе данных, используются специальные языки, носящее общее название языков баз данных. Чаще всего выделяются два языка:

• язык определения схем данных (Schema Definition Language, SDL) служит главным образом для определения логической структуры базы данных;

• язык манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML) содержит набор операторов манипулирования данными, то есть операторов, позволяющих заносить данные в базу, а также удалять, модифицировать или выбирать существующие данные.

Несколько разных специализированных языков баз данных поддерживалось лишь в ранних СУБД. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с базой данных, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language). Таким образом, указанные выше языки баз данных на сегодняшний день фактически являются подмножествами единого стандартного языка SQL.

Язык SQL позволяет определять схему реляционной базы данных и манипулировать данными. При этом именование объектов базы данных (для реляционной базы данных — именование таблиц и их полей) поддерживается на языковом уровне в том смысле, что компилятор языка SQL производит преобразование имен объектов в их внутренние идентификаторы на основании специально поддерживаемых служебных таблиц-каталогов. Язык SQL содержит специальные средства определения ограничений целостности базы данных. Опять же, ограничения целостности хранятся в специальных таблицах- каталогах, и обеспечение контроля целостности базы данных производится на языковом уровне — при компиляции операторов модификации базы данных компилятор SQL на основании имеющихся в базе данных ограничений целостности генерирует сответствующий программный код.

Специальные операторы языка SQL позволяют определять так называемые представлениябазы данных, фактически являющиеся хранимыми в базе данных запросами (результатом любого запроса к реляционной базе данных является таблица) с именованными столбцами, называемыми полями. Для пользователя представление является такой же таблицей, как любая базовая таблица, хранимая в базе данных, но с помощью представлений можно ограничить или, наоборот, расширить видимость данных для конкретного пользователя. Поддержка представлений производится также на языковом уровне.

Наконец, авторизация доступа к объектам базы данных производится также на основе специального набора операторов SQL. Идея состоит в том, что для выполнения операторов SQL разного вида пользователь должен обладать различными полномочиями. Пользователь, создавший таблицу базы данных, обладает полным набором полномочий для работы с данной таблицей. В число этих полномочий входит полномочие на передачу всех или части полномочий другим пользователям, включая полномочие на передачу полномочий. Полномочия пользователей описываются в специальных таблицах-каталогах, контроль полномочий поддерживается на языковом уровне.

12. Язык SQL. Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков. Чаще всего выделялись два языка - язык определения схемы БД (SDL - Sсhema Definition Language) и язык манипулирования данными (DML - Data Manipulation Language). SDL служил главным образом для определения логической структуры БД, т.е. той структуры БД, какой она представляется пользователям. DML содержал набор операторов манипулирования данными, т.е. операторов, позволяющих заносить данные в БД, удалять, модифицировать или выбирать существующие данные.

В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured или Standard Query Language).

Необходимо сказать, что хотя SQL и задумывался как средство работы конечного пользователя, в конце концов он стал настолько сложным, что превратился в инструмент программиста.

Язык для взаимодействия с БД SQL появился в середине 70-х и был разработан в рамках проекта экспериментальной реляционной СУБД System R. Исходное название языка SEQUEL (Structered English Query Language) только частично отражает суть этого языка. Конечно, язык был ориентирован главным образом на удобную и понятную пользователям формулировку запросов к реляционной БД, но на самом деле уже являлся полным языком БД, содержащим помимо операторов формулирования запросов и манипулирования БД средства определения и манипулирования схемой БД; определения ограничений целостности и триггеров; представлений БД; возможности определения структур физического уровня, поддерживающих эффективное выполнение запросов; авторизации доступа к отношениям и их полям; точек сохранения транзакции и откатов. Таким образом, SQL стал достаточно мощным языком для взаимодействия с СУБД. На сегодняшний день SQL является единственным стандартным языком запросов. Язык SQL обладает следующими достоинствами:

1. независимость от конкретных СУБД. Если при создании БД не использовались нестандартные возможности языка SQL предоставляемые некоторой СУБД, то такую БД можно без изменений перенести на СУБД другого производителя. К сожалению большинство БД используют особенности СУБД, на которой работают, что затрудняет их перенос на другую СУБД без изменений;

2. реляционная основа. Реляционная модель имеет солидный теоретический фундамент. Язык SQL основан на реляционной модели и является единственным языком для реляционных БД;

3. SQL обладает высокоуровневой структурой, напоминающей английский язык.

4. SQL позволяет создавать различные представления данных для различных пользователей;

5. SQL является полноценным языком для работы с БД;

6. стандарты языка SQL. Официальный стандарт языка SQL опубликован ANSI и ISO в 1989 году и значительно расширен в 1992 году.

CREATE DATABASE <имя_базы_данных>

DROP DATABASE <имя_базы_данных>

Для извлечения записей из таблиц в SQL определен оператор SELECT.

Это наиболее сложное и мощное средство SQL, полный синтаксис оператора SELECT имеет вид:

SELECT [ALL | DISTINCT] <список_выбора>

FROM <имя_таблицы>, ...

[ WHERE <условие> ]

[ GROUP BY <имя_столбца>,... ]

[ HAVING <условие> ]

[ORDER BY <имя_столбца> [ASC | DESC],... ]

13. Case- средства

Под CASE-средством (в соответствии с международным стандартом ISO/IEC 14102:1995(Е)) понимается программное средство, поддерживающее процессы жизненного цикла ПО (определенные в стандарте ISO/IEC 12207:1995), включая анализ требований к системе, проектирование прикладного ПО и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, управление конфигурацией ПО и управление проектом, а также другие процессы. CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют среду разработки ПО ЭИС.

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования ЭИС: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл ПО. Наиболее трудоемкими стадиями разработки ПО являются стадии формирования требований 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 разнообразных графических моделей (диаграмм), использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую ЭИС, 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.

CASE-средствам присущи следующие основные особенности:

• наличие мощных графических средств для описания и документирования системы, обеспечивающих удобный интерфейс с разработчиком и развивающих его творческие возможности;

• интеграция отдельных компонентов CASE-средств, обеспечивающая управляемость процессом разработки ПО;

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

Интегрированное CASE-средство (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 комплекса взаимосвязанных диаграмм, образующих модели деятельности организации и системы ПО;

• средства разработки приложений, включая языки 4GL (Fourth Generation Language — язык 4-го поколения) и генераторы кодов;

• средства управления требованиями;

• средства управления конфигурацией ПО;

• средства документирования;

• средства тестирования;

• средства управления проектом;

• средства реверсного инжиниринга ПО и баз данных.

Основные функции средств организации и поддержки репозитория — хранение, доступ, обновление, анализ и визуализация всей информации по проекту ПО. 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, примерами которых являются диаграммы, определения экранов и меню, проекты отчетов, описания данных, исходные коды и т.п.

Каждый информационный объект в репозиторий описывается перечислением его свойств: идентификатор, имена-синонимы, тип, текстовое описание, компоненты, область значений. Кроме этого, хранятся все отношения с другими объектами, правила формирования и редактирования объекта, а также контрольная информация о времени создания объекта, времени его последнего обновления, номере версии, возможности обновления и т.п.

Репозиторий является базой для стандартизации документации по проекту и контроля проектных спецификаций. Все отчеты строятся автоматически по содержимому репозитория. Важные функции управления и контроля проекта также реализуются на основе репозитория. В частности, посредством репозитория может осуществляться контроль безопасности (ограничения доступа, привилегии доступа), контроль версий, контроль изменений и др.

Графические средства (диаграммеры) обеспечивают:

• создание иерархически связанных диаграмм, в которых сочетаются графические и текстовые объекты;

• создание и редактирование объектов в любом месте диаграммы;

• создание, перемещение и выравнивание групп объектов, изменение их размеров, масштабирование;

• сохранение связей между объектами при их перемещении и изменении размеров;

• автоматический контроль ошибок и др.

Важность контроля ошибок на стадиях формирования требований и проектирования обусловлена тем, что на более поздних стадиях их выявление и устранение обходятся значительно дороже. В CASE-средствах обычно реализуются следующие виды контроля:

• контроль синтаксиса диаграмм и типов их элементов. Обычно такой контроль осуществляется при вводе и редактировании элементов диаграмм;

• контроль полноты и состоятельности диаграмм: все элементы диаграмм должны быть идентифицированы и отражены в репозитории. Например, для DFD контролируются неименованные или несвязанные потоки данных, процессы и хранилища данных;

• сквозной контроль диаграмм одного или различных типов на предмет их состоятельности по уровням — вертикальное и горизонтальное балансирование диаграмм. При вертикальном балансировании диаграмм одного типа выявляются несбалансированные потоки данных между детализируемой и детализирующей диаграммами. Горизонтальное балансирование определяет есоответствия между DFD, ERD, структурами данных и спецификациями процессов. Так, при балансировании DFD-ERD контролируется соответствие каждого хранилища данных на DFD сущности или отношению на ERD.

КЛАССИФИКАЦИЯ CASE-СРЕДСТВ

Можно привести много примеров различных классификаций CASE- средств, встречающихся в литературе. Остановимся на двух наиболее распространенных вариантах: по типам и категориям. Классификация по т и п а м отражает функциональную ориентацию CASE-средств на те или иные процессы ЖЦ и включает следующие типы:

• средства анализа и проектирования, предназначенные для построения и анализа как моделей деятельности организации (предметной области), так и моделей проектируемой системы. К таким средствам относятся BPwin (PLATINUM technology), Silverrun(Silverrun Technologies), Oracle Designer (Oracle), Rational Rose (Rational Software), Paradigm Plus (PLATINUM technology), Power Designer (Sybase), System Architect (Popkin Software). Их целью является определение системных требований и свойств, которыми система должна обладать, а также создание проекта системы, удовлетворяющей этим требованиям и обладающей соответствующими свойствами. Выходом таких средств являются спецификации компонентов системы и их интерфейсов, алгоритмов и структур данных;

• средства проектирования баз данных, обеспечивающие моделирование данных и генерацию схем баз данных (как правило, на языке SQL — Structured Query Language — структурированном языке запросов) для наиболее распространенных СУБД. Средства проектирования баз данных имеются в составе таких CASE-средств, как Silverrun, Oracle Designer, Paradigm Plus, Power Designer. Наиболее известным средством, ориентированным только на проектирование БД, является ERwin (PLATINUM technology);

• средства управления требованиями, обеспечивающие комплексную поддержку разнородных требований к создаваемой системе.

Примерами таких средств являются RequisitePro (Rational Software) и DOORS — Dynamic Object-Oriented Requirements System — динамическая объектно-ориентированная система управления требованиями (Quality Systems and Software Inc.);

• средства управления конфигурацией ПО — PVCS (Merant), ClearCase (Rational Software) и др.;

• средства документирования. Наиболее известным из них является SoDA — Software Document Automation — автоматизированное документирование ПО (Rational Software);

• средства тестирования. Наиболее развитым на сегодняшний день средством является Rational Suite TestStudio (Rational Software) -набор продуктов, предназначенных для автоматического тестирования приложений;

• средства управления проектом — Open Plan Professional (Welcom Software), Microsoft Project 98 и др.;

• средства реверсного инжиниринга, предназначенные для переноса существующей системы ПО в новую среду. Они обеспечивают 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 таких CASE-средств, как Silverrun, Oracle Designer, Power Designer, ERwin. Анализаторы программных кодов имеются в составе Rational Rose и Paradigm Plus.

Классификация по к а т е г о р и я м определяет степень интегрированности по выполняемым функциям и включает отдельные локальные средства, решающие небольшие автономные задачи (tools), набор частично интегрированных средств, охватывающих большинство процессов ЖЦ ПО (toolkit), и полностью интегрированные средства, поддерживающие весь ЖЦ ПО и связанные общим репозиторием. Помимо этого, CASE-средства можно также классифицировать по применяемым структурным или объектно-ориентированным методам анализа и проектирования ПО.

14. Основные фазы проектирования информационных систем. Каждый проект, независимо от сложности и объема работ, необходимых для его выполнения, проходит в своем развитии определенные состояния: от состояния, когда «проекта еще нет», до состояния, когда «проекта уже нет». Совокупность ступеней развития от возникновения идеи до полного завершения проекта принято разделять на фазы {стадии, этапы).

В определении количества фаз и их содержания имеются некоторые отличия, поскольку эти характеристики во многом зависят от условий осуществления конкретного проекта и опыта основных участников. Тем не менее логика и основное содержание процесса разработки информационной системы почти во всех случаях являются общими.

Можно выделить следующие фазы развития информационной системы:

- формирование концепции;

• разработка технического задания;

• проектирование;

• изготовление;

• ввод системы в эксплуатацию.

Рассмотрим каждую из них более подробно.

Концептуальная фаза

Главным содержанием работ на этой фазе является определение проекта, разработка его концепции, включающая:

• формирование идеи, постановку целей;

• формирование ключевой команды проекта;

• изучение мотивации и требований заказчика и других участников;

• сбор исходных данных и анализ существующего состояния;

• определение основных требований и ограничений, требуемых материальных, финансовых и трудовых ресурсов;

• сравнительную оценку альтернатив;

• представление предложений, их экспертизу и утверждение.

Разработка технического предложения

Главным содержанием этой фазы является разработка технического предложения и переговоры с заказчиком о заключении контракта. Общее содержание работ этой

фазы:

• разработка основного содержания проекта, базовой структуры проекта;

• разработка и утверждение технического задания;

• планирование, декомпозиция базовой структурной модели проекта;

• составление сметы и бюджета проекта, определение потребности в ресурсах;

• разработка календарных планов и укрупненных графиков работ;

• подписание контракта с заказчиком;

• ввод в действие средств коммуникации участников проекта и контроля за ходом работ.

Проектирование

На этой фазе определяются подсистемы, их взаимосвязи, выбираются наиболее эффективные способы выполнения проекта и использования ресурсов. Характерные работы этой фазы:

- выполнение базовых проектных работ;

• разработка частных технических заданий;

• выполнение концептуального проектирования;

• составление технических спецификаций и инструкций;

• представление проектной разработки, экспертиза и утверждение.

Разработка

На этой фазе производятся координация и оперативный контроль работ по проекту, осуществляется изготовление подсистем, их объединение и тестирование. Основное содержание:

• выполнение работ по разработке программного обеспечения;

• выполнение подготовки к внедрению системы;

• контроль и регулирование основных показателей проекта.

Ввод системы в эксплуатацию

На этой фазе проводятся испытания, опытная эксплуатация системы в реальных условиях, ведутся переговоры о результатах выполнения проекта и о возможных новых контрактах. Основные виды работ:

• комплексные испытания;

- подготовка кадров для эксплуатации создаваемой системы;

• подготовка рабочей документации, сдача системы заказчику и ввод ее в эксплуатацию;

• сопровождение, поддержка, сервисное обслуживание;

• оценка результатов проекта и подготовка итоговых документов;

• разрешение конфликтных ситуаций и закрытие работ по проекту;

- накопление опытных данных для последующих проектов, анализ опыта, состояния, определение направлений развития.

ПРИМЕЧАНИЕ

Начальные фазы проекта имеют решающее влияние на достигаемый результат, так как в них принимаются основные решения, определяющие качество информационной системы. При этом обычно 30 % вклада в конечный результат проекта вносят фазы концепции и предложения, 20 % — фаза проектирования, 20 % — фаза изготовления, 30 % — фаза сдачи объекта и завершения проекта.

Кроме того, на обнаружение ошибок, допущенных на стадии системного проектирования, расходуется примерно в два раза больше времени, чем на последующих фазах, а их исправление обходится в пять раз дороже. Поэтому на начальных стадиях проекта разработку следует выполнять особенно тщательно. Наиболее часто на начальных фазах допускаются следующие ошибки:

• ошибки в определении интересов заказчика;

• концентрация на маловажных, сторонних интересах;

• неправильная интерпретация исходной постановки задачи;

• неправильное или недостаточное понимание деталей;

• неполнота функциональных спецификаций (системных требований);

• ошибки в определении требуемых ресурсов и сроков

• редкая проверка на согласованность этапов и отсутствие контроля со стороны заказчика (нет привлечения заказчика).

15. Процессы, протекающие на протяжении жизненного цикла информационных систем. Понятие жизненного цикла является одним из базовых понятий методологии проектирования информационных систем. Жизненный цикл информационной системы представляет собой непрерывный процесс, начинающийся с момента принятия решения о создании информационной системы и заканчивается в момент полного изъятия ее из эксплуатации.

Существует международный стандарт, регламентирующий жизненный цикл информационных систем — ISO/IEC 12207.

ПРИМЕЧАНИЕ

ISO — International Organization of Standardization (международная организация по стандартизации).

IEC — International Electrotechnical Commission (международная комиссия по электротехнике).

Стандарт ISO/IEC 12207 определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания информационной системы. Согласно данному стандарту структура жизненного цикла основывается на трех группах процессов:

• основные процессы жизненного цикла (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

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

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

Основные процессы жизненного цикла

Среди основных процессов жизненного цикла наибольшую важность имеют три: разработка, эксплуатация и сопровождение.

Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами.

Разработка

Разработка информационной системы включает в себя все работы по созданию информационного программного обеспечения и его компонентов в соответствии с заданными требованиями. Разработка информационного программного обеспечения также включает:

• оформление проектной и эксплуатационной документации;

• подготовку материалов, необходимых для проведения тестирования разработанных программных продуктов;

• разработку материалов, необходимых для организации обучения персонала.

Разработка является одним из важнейших процессов жизненного цикла информационной системы и, как правило, включает в себя стратегическое планирование, анализ, проектирование и реализацию (программирование).

Эксплуатация

Эксплуатационные работы можно подразделить на подготовительные и основные.

К подготовительным относятся:

• конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей;

• обеспечение пользователей эксплуатационной документацией;

• обучение персонала.

Основные эксплуатационные работы включают:

• непосредственно эксплуатацию;

• локализацию проблем и устранение причин их возникновения;

• модификацию программного обеспечения;

- подготовку предложений по совершенствованию системы;

• развитие и модернизацию системы.

Сопровождение

Службы технической поддержки играют весьма заметную роль в жизни любой корпоративной информационной системы. Наличие квалифицированного технического обслуживания на этапе эксплуатации информационной системы является необходимым условием для решения поставленных перед ней задач, причем ошибки обслуживающего персонала могут приводить к явным или скрытым финансовым потерям, сопоставимым со стоимостью самой информационной системы.

Основными предварительными действиями при подготовке к организации технического обслуживания информационной системы являются следующие:

• выделение наиболее ответственных узлов системы и определение для них критичности простоя. Это позволит выделить наиболее критичные составляющие информационной системы и оптимизировать распределение ресурсов для технического обслуживания;

• определение задач технического обслуживания и их разделение на внутренние (решаемые силами обслуживающего подразделения) и внешние (решаемые специализированными сервисными организациями). Таким образом производится четкое определение круга исполняемых функций и разделение ответственности;

• проведение анализа имеющихся внутренних и внешних ресурсов, необходимых для организации технического обслуживания в рамках описанных задач и разделения компетенции. Основные критерии для анализа: наличие гарантии на оборудование, состояние ремонтного фонда, квалификация персонала;

• подготовка плана организации технического обслуживания, в котором необходимо определить этапы исполняемых действий, сроки их исполнения, затраты на этапах, ответственность исполнителей.

Обеспечение качественного технического обслуживания информационной системы требует привлечения специалистов высокой квалификации, которые в состоянии решать не только каждодневные задачи администрирования, но и быстро восстанавливать работоспособность системы при сбоях.

Вспомогательные процессы

Среди вспомогательных процессов одно из главных мест занимает управление конфигурацией. Это один из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла информационной системы, прежде всего процессы разработки и сопровождения. При разработке проектов сложных информационных систем, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может разрабатываться независимо и, следовательно, иметь несколько вариантов реализации и/или несколько версий одной реализации, возникает проблема учета их связей и функций, создания единой структуры и обеспечения развития всей системы.

Управление конфигурацией позволяет организовывать, систематически учитыват и контролировать внесение изменений в различные компоненты информационной системы на всех стадиях ее жизненного цикла.

Организационные процессы

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 созданного программного обеспечения;

- обучение персонала.

Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования компонентов информационной системы.

Верификация — это процесс определения соответствия текущего состояния разработки, достигнутого на данном этапе, требованиям этого этапа.

Проверка — это процесс определения соответствия параметров разработки исходным требованиям. Проверка отчасти совпадает с тестированием, которое проводится для определения различий между действительными и ожидавшимися результатами и оценки соответствия характеристик информационной системы исходным требованиям.

16. Каскадная модель жизненного цикла информационных систем Моделью жизненного цикла информационной системы будем называть некоторую структуру, определяющую последовательность осуществления процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении жизненного цикла информационной системы, а также взаимосвязи между этими процессами, действиями и задачами.

В стандарте ISO/IEC 12207 не конкретизируются в деталях методы реализации и выполнения действий и задач, входящих в процессы жизненного цикла информационной системы, а лишь описываются структуры этих процессов. Это вполне понятно, так как регламенты стандарта являются общими для любых моделей жизненного цикла, методологий и технологий разработки. Модель же жизненного цикла зависит от специфики информационной системы и условий, в которых она создается и функционирует. Поэтому не имеет смысла предлагать какие-либо конкретные модели жизненного цикла и методы разработки информационных систем для общего случая, без привязки к определенной предметной области.

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие две основные модели жизненного цикла:

• каскадная модель, иногда также называемая моделью «водопад» (waterfall);

• спиральная модель.

Каскадная модель демонстрирует классический подход к разработке различных систем в любых прикладных областях. Для разработки информационных систем данная модель широко использовалась в 70-х и первой половине 80-х годов. Каскадные методы проектирования хорошо описаны в зарубежной и отечественной литературе разных направлений: методических монографиях, стандартах, учебниках. Организация работ по каскадной схеме официально рекомендовалась и широко применялась в различных отраслях. Таким образом, наличие не только теоретических оснований, но и промышленных методик и стандартов, а также использование этих методов в течение десятилетий позволяет называть каскадные методы классическими.

Каскадная модель предусматривает последовательную организацию работ. При этом основной особенностью является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будут полностью завершены все работы на предыдущем этапе. Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Основные этапы разработки по каскадной модели

За десятилетия существования модели «водопад» разбиение работ на стадии и названия этих стадий менялись. Кроме того, наиболее разумные методики и стандарты избегали жесткого и однозначного приписывания определенных работ к конкретным этапам. Тем не менее все же можно выделить ряд устойчивых этапов разработки, практически не зависящих от предметной области (рис. 2.2):

• анализ требований заказчика;

• проектирование;

- разработка;

• тестирование и опытная эксплуатация;

• сдача готового продукта.

На первом этапе проводится исследование проблемы, которая должна быть решена, четко формулируются все требования заказчика. Результатом, получаемым на данном этапе, является техническое задание (задание на разработку), согласованное со всеми заинтересованными сторонами.

На втором этапе разрабатываются проектные решения, удовлетворяющие всем требованиями, сформулированным в техническом задании. Результатом данного этапа является комплект проектной документации, содержащей все необходимые данные для реализации проекта.

Третий этап — реализация проекта. Здесь осуществляется разработка программного обеспечения (кодирование) в соответствии с проектными решениями, полученными на предыдущем этапе. Методы, используемые для реализации, не имеют принципиального значения. Результатом выполнения данного этапа является готовый программный продукт.

На четвертом этапе проводится проверка полученного программного обеспечения на предмет соответствия требованиям, заявленным в техническом задании. Опытная эксплуатация позволяет выявить различного рода скрытые недостатки, проявляющиеся в реальных условиях работы информационной системы.

Последний этап — сдача готового проекта. Главная задача этого этапа — убедить заказчика, что все его требования реализованы в полной мере.

Этапы работ в рамках каскадной модели часто также называют частями «проектного цикла» системы. Такое название возникло потому, что этапы состоят из многих итерационных процедур уточнения требований к системе и вариантов проектных решений. Жизненный цикл самой системы существенно сложнее и больше. Он может включать в себя произвольное число циклов уточнения, изменения и дополнения уже принятых и реализованных проектных решений. В этих циклах происходит развитие информационной системы и модернизация отдельных ее компонентов.

Основные достоинства каскадной модели

Каскадная модель имеет ряд положительных сторон, благодаря которым она хорошо зарекомендовала себя при выполнении различного рода инженерных разработок и получила широкое распространение. Рассмотрим основные достоинства модели «водопад»:

• на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности. На заключительных этапах также разрабатывается пользовательская документация, охватывающая все предусмотренные стандартами виды обеспечения информационной системы: организационное, методическое, информационное, программное, аппаратное;

• выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения и соответствующие затраты.

Каскадная модель изначально разрабатывалась для решения различного рода инженерных задач и не потеряла своего значения для прикладной области до настоящего

времени. Кроме того, каскадный подход хорошо зарекомендовал себя и при построении определенных информационных систем. Имеются в виду системы, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем чтобы предоставить разработчикам свободу выбора реализации, наилучшей с технической точки зрения. К таким информационным системам, в частности, относятся сложные расчетные системы, системы реального времени.

Тем не менее, несмотря на все свои достоинства, каскадная модель имеет ряд недостатков, ограничивающих ее применение при разработке информационных систем.

Причем эти недостатки делают ее либо полностью неприменимой, либо приводят к увеличению сроков разработки и стоимости проекта. В настоящее время многие неудачи программных проектов объясняются именно применением последовательного процесса разработки.

Недостатки каскадной модели

Перечень недостатков каскадной модели при ее использовании для разработки информационных систем достаточно обширен. Вначале просто перечислим их, а затем рассмотрим основные из них более подробно:

• существенная задержка получения результатов;

- ошибки и недоработки на любом из этапов выясняются, как правило, на последующих этапах работ, что приводит к необходимости возврата на предыдущие стадии;

• сложность распараллеливания работ по проекту;

• чрезмерная информационная перенасыщенность каждого из этапов;

• сложность управления проектом;

- высокий уровень риска и ненадежность инвестиций.

Задержка получения результатов обычно считается главным недостатком каскадной схемы. Данный недостаток проявляется в основном в том, что вследствие последовательного подхода к разработке согласование результатов с заинтересованными сторонами производится только после завершения очередного этапа работ. Поэтому может оказаться, что разрабатываемая информационная система не соответствует требованиям пользователей. Причем такие несоответствия могут возникать на любом этапе разработки — искажения могут непреднамеренно вноситься и проектировщиками аналитиками, и программистами, так как они не обязательно хорошо разбираются в тех предметных областях, для которых производится разработка информационной системы.

Кроме того, используемые при разработке информационной системы модели автоматизируемого объекта, отвечающие критериям внутренней согласованности и полноты, могут в силу различных причин устареть за время разработки (например, из-за внесения изменений в законодательство, колебания курса валют и т. п.). Это относится и к функциональной модели, и к информационной модели, и к проектам интерфейса пользователя, и к пользовательской документации.

Возврат на более ранние стадии. Данный недостаток каскадной модели в общем-то является одним из проявлений предыдущего. Поэтапная и последовательная работа над проектом может быть следствием того, что ошибки, допущенные на более ранних этапах, как правило, обнаруживаются только на последующих стадиях работы над проектом. Поэтому, после того как ошибки проявятся, проект возвращается на предыдущий этап, перерабатывается и снова передается на последующую стадию. Это может служить причиной срыва графика работ и усложнения взаимоотношений между группами разработчиков, выполняющих отдельные этапы работы.

Самым же неприятным является то, что недоработки предыдущего уровня могут обнаруживаться не сразу на последующем уровне, а позднее (например, на стадии опытной эксплуатации могут проявиться ошибки в описании предметной области). Это означает, что часть проекта должна быть возвращена на начальный уровень работы. Вообще, работа может быть возвращена с любого этапа на любой предыдущий этап, поэтому в реальном случае каскадная схема разработки имеет вид, приведенный на рис. 2.3.

Одной из причин данной ситуации является то, что в качестве экспертов, участвующих в описании предметной области, часто выступают будущие пользователи системы, которые нередко не могут четко сформулировать то, что они хотели бы получить. Кроме того, заказчики и исполнители часто неправильно понимают друг друга вследствие того, что исполнители обычно не являются специалистами в предметной области решаемой задачи, а заказчики далеки от программирования.

Сложность параллельного ведения работ. Отмеченные выше проблемы возникаютвследствие того, что работа над проектом строится в виде цепочки последовательных шагов. Причем даже в том случае, когда разработку некоторых частей проекта (подсистем) можно вести параллельно, при использовании каскадной схемы распараллеливание работ весьма затруднительно. Сложности параллельного ведения работ связаны с необходимостью постоянного согласования различных частей проекта. Чем сильнее взаимозависимость отдельных частей проекта, тем чаще и тщательнее должна выполняться синхронизация, тем сильнее зависимы друг от друга группы разработчиков. Поэтому преимущества параллельного ведения работ просто теряются.

Отсутствие параллелизма негативно сказывается и на организации работы всего коллектива разработчиков. Работа одних групп сдерживается другими. Пока производится анализ предметной области, проектировщики, разработчики и те, кто занимается тестированием и администрированием, почти не имеют работы. Кроме того, при последовательной разработке крайне сложно внести изменения в проект после завершения этапа и передаче проекта на следующую стадию.

Так, например, если после передачи проекта на следующий этап группа разработчиков нашла более эффективное решение, оно не может быть использовано. Это связано с тем, что более раннее решение уже, возможно, реализовано и связано с другими частями проекта. Поэтому исключается (или, по крайней мере, существенно затрудняется) доработка проекта после его передачи на следующий этап.

Информационная перенасыщенность. Проблема информационной перенасыщенности возникает вследствие сильной зависимости между различными группами разработчиков. Данная проблема заключается в том, что при внесении изменений в одну из частей проекта необходимо оповещать всех разработчиков, которые использовали или могли использовать эту часть в своей работе.

Когда система состоит из большого количества взаимосвязанных подсистем, то синхронизация внутренней документации становится важной самостоятельной задачей.

Причем синхронизация документации на каждую часть системы — это не более чем процесс оповещения групп разработчиков. Самим же разработчикам необходимо ознакомиться с изменениями и оценить, не сказались ли эти изменения на уже полученных результатах. Все это может потребовать проведения повторного тестирования и даже внесения изменений в уже готовые части проекта. Причем эти изменения, в свою очередь, должны быть отражены во внутренней документации и быть разосланы другим группам разработчиков. Как следствие, объем документации по мере разработки проекта растет очень быстро, так что требуется все больше времени для составления документации и ознакомления с ней.

Следует также отметить, что, кроме изучения нового материала, не отпадает и необходимость в изучении старой информации. Это связано с тем, что вполне вероятна ситуация, когда в процессе выполнения разработки изменяется состав группы разработчиков (этот процесс носит название ротации кадров). Новым разработчикам необходима информация о том, что было сделано до них. Причем чем сложнее проект, тем больше времени требуется, чтобы ввести нового разработчика в курс дела.

Сложность управления проектом при использовании каскадной схемы в основном обусловлена строгой последовательностью стадий разработки и наличием сложных взаимосвязей между различными частями проекта. Последовательность разработки проекта приводит к тому, что одни группы разработчиков должны ожидать результатов работы других команд. Поэтому требуется административное вмешательство для того, чтобы согласовать сроки работы и состав передаваемой документации.

В случае же обнаружения ошибок в выполненной работе необходим возврат к предыдущим этапам выполнения проекта. Это приводит к дополнительным сложностям в управлении проектом. Разработчики, допустившие просчет или ошибку, вынуждены прервать текущую работу (над новым проектом) и заняться исправлением ошибок. Следствием этого обычно является срыв сроков выполнения как исправляемого, так и нового проектов. Требовать же от команды разработчиков ожидания окончания следующей стадии разработки нерационально, так как приводит к существенным потерям рабочего времени. Упростить взаимодействие между группами разработчиков и уменьшить информационную перенасыщенность документации можно, уменьшая количество связей между отдельными частями проекта. Однако это обычно весьма непросто. Далеко не каждую информационную систему можно разделить на несколько слабо связанных подсистем.

Высокий уровень риска. Чем сложнее проект, тем больше продолжительность каждого из этапов разработки и тем сложнее взаимосвязи между отдельными частями проекта, количество которых также увеличивается. Причем результаты разработки можно реально увидеть и оценить лишь на этапе тестирования, то есть после завершения анализа, проектирования и разработки — этапов, выполнение которых требует значительного времени и средств. Как уже было отмечено выше, запоздалая оценка создает значительные проблемы при выявлении ошибок анализа и проектирования — требуется возврат проекта на предыдущие стадии и повторение процесса разработки. Однако возврат на предыдущие стадии может быть связан не только с ошибками, но и с изменениями, произошедшими за время выполнения разработки в предметной области или в требованиях заказчика. Причем возврат проекта вследствие этих причин на доработку не гарантирует, что предметная область снова не изменится к тому моменту, когда будет готова следующая версия проекта. Фактически это означает, что существует вероятность того, что процесс разработки «зациклится» и никогда не дойдет до сдачи в эксплуатацию. Расходы на проект будут постоянно расти, а сроки сдачи готового продукта — постоянно откладываться. Поэтому можно утверждать, что сложные проекты, разрабатываемые по каскадной схеме, имеют повышенный уровень риска. Этот вывод подтверждается практикой: по сведениям консалтинговой компании The Standish Group, в США более 31 % проектов корпоративных информационных систем (IT-проектов) заканчивается неуспехом; почти 53 % IT-проектов завершается с перерасходом бюджета (в среднем на 189 %, то есть почти в два раза); и только 16,2 % проектов укладывается и в срок, и в бюджет.