Концептуальное описание предметной области

Важнейшим этапом разработки прикладной системы является построение концептуальных моделей, как можно более полно описывающих особенности предметной области, характер решаемых задач, информационные потребности и ресурсы, технологические ограничения и т.д. В результате должны быть построены модели двух типов - информационная, отражающая существующие информационные структуры и взаимосвязи между ними, и функциональная, описывающая технологию и способы обработки информации, используемые в данной области. В качестве стандартного средства информационного моделирования в современных CASE- методологиях используется в том или ином виде аппарат моделей "сущность-связь" или ER- моделей (Entity Relationship Model). Этот формализм позволяет представлять информационные потребности в виде, наглядном и удобном для восприятия, что делает их хорошим средством коммуникации между проектировщиками и пользователями в процессе уточнения постановки задач. Теоретической основой этого подхода является известная модель "сущность-связь", введенная Ченом в 1976 году [7] и получившая широкое развитие и распространение в качестве средств концептуального проектирования баз данных. В основе модели Чена лежит представление о том, что предметная область состоит из отдельных объектов, находящихся друг с другом в определенных связях. Объекты описываются различными параметрами или атрибутами; однотипные объекты описываются одним и тем же набором параметров и объединяются в множества или классы; такие классы называются сущностями. Конкретные объекты, составляющие класс, называются экземплярами соответствующей сущности. Между сущностями специфицируются взаимосвязи различного вида: один к одному, один ко многим и др. В CASE-методологии фирмы ORACLE используется некоторый специальный вид модели Чена, близкий к бинарной ER-модели. В этом случае взаимосвязи могут быть определены только между двумя сущностями. Кроме того, для взаимосвязей нельзя задавать атрибутов. Для наглядного представления общей структуры предметной области все такие спецификации изображаются в графическом виде - в виде ER-диаграммы. На этой диаграмме объекты изображаются прямоугольниками, а связи - линиями, соединяющими соответствующие прямоугольники. Задание типа связи ("один к одному", "многие к одному" и т.д.) означает введение некоторого семантического ограничения. На диаграмме для каждого типа взаимосвязи используется свое графическое изображение: если любой экземпляр сущности A может быть связан с несколькими экземплярами сущности B, то со стороны прямоугольника-сущности A линия, выражающая взаимосвязь, дополняется специальным символом (рис. 9). Кроме того, для связи можно указать, является ли она обязательной для входящих в нее сущностей. Если любой экземпляр сущности A обязательно должен быть связан с каким-либо экземпляром сущности B, то прилегающая к прямоугольнику "A" половина линии - сплошная, в противном случае она - пунктирная.

Рис.9.

Например, на рис.9 для сущностей "СЛУЖАЩИЙ" и "ОТДЕЛ", определена взаимосвязь, описывающая распределение людей по отделам. В данном случае диаграмма моделирует следующие семантические ограничения:

• каждый сотрудник обязан работать в некотором отделе, причем никто не может одновременно работать в нескольких отделах;

• любой отдел может содержать несколько сотрудников, при этом допускается, чтобы отдел не содержал ни одного сотрудника.

На рис. 10 приводится более сложный пример, иллюстрирующий дополнительные возможности ER-диаграмм: моделирование подтипов и исключающих взаимосвязей. В данном примере каждый сотрудник может принимать участие в некотором (не более чем одном) проекте или заниматься преподаванием одного учебного курса. При этом существует дополнительное правило: никто не может одновременно участвовать в проекте и преподавать. Такие исключающие друг друга взаимосвязи изображаются на диаграмме линиями, объединенными дугой (рис. 10). Кроме того, при изображении сущности "ПРОЕКТ" учитывается, что любой проект может быть одним из двух видов - исследованием или разработкой (каждый из этих подтипов описывается своим набором атрибутов).

Рис.10.

Кроме самой диаграммы для каждой сущности необходимо специфицировать описывающие его параметры, различные характеристики каждого параметра (тип, возможные значения, уникальность и др.). Вся эта информация и составляет информационную модель концептуального уровня. Функциональные аспекты предметной области описываются с помощью диаграмм иерархии функций и потоков данных. Эти диаграммы отражают деятельность существующих организационных структур, технологические особенности процессов переработки информации и строятся по методологии проектирования "сверху вниз". Начиная с самой общей функции, описывающей деятельность всей организации в целом, аналитик последовательно разбивает это описание на более детальные функции, в совокупности составляющие исходную; в дальнейшем этот процесс продолжается применительно к новым, полученным на предыдущем уровне функциям. Такая декомпозиция функций завершается, когда функции, полученные на самом нижнем уровне иерархии, не поддаются дальнейшему разложению, т.е. являются элементарными. Для них специфицируется, с какими объектами они работают, какие типы действий при этом производятся (создание, удаление, модификация) как на уровне объектов, так и на уровне отдельных их параметров. Кроме этого, могут быть описаны события, вызывающие выполнение той или иной функции. Дополнительно к иерархии функций для описания функционирования организационных структур и принятой технологии обработки информации используется еще один вид диаграмм - диаграммы потоков данных. Эти диаграммы служат для представления движения данных в процессе работы организационных структур и являются широко распространенным средством моделирования, знакомым многим системным аналитикам, проектировщикам, а иногда и пользователям. Для каждой неэлементарной функции строится диаграмма, на которой изображаются информационные взаимосвязи между составляющими эту функцию "подфункциями", указываются источники и приемники данных, места промежуточного временного накопления информации. Входящие в состав DESIGNER/2000 средства концептуального моделирования представляют собой совокупность графических редакторов, обеспечивающих поддержку информационных и функциональных моделей концептуального уровня. В состав этих средств входят (рис. 4):

• графический редактор ER-диаграмм

• графический редактор иерархии функций

• графический редактор диаграмм потоков данных

Каждый из этих редакторов (диаграммеров) обеспечивает удобные средства работы с диаграммами определенного типа, отвечающие всем требованиям современного графического интерфейса (рис. 11 - 13).

Рис. 11

Рис. 12

Рис. 13

Кроме собственно изображения диаграммы каждый из редакторов позволяет вводить дополнительную уточняющую информацию об отдельных элементах диаграммы. Например, для любой сущности, представленной на ER-диаграмме прямоугольником с названием, можно вызвать специальное окно для задания всевозможных характеристик этой сущности, включая атрибуты, первичные ключи, уникальные идентификаторы, ограничения или правила проверки для значений атрибутов, частотные характеристики и т.д. Аналогично, для любой взаимосвязи можно специфицировать, является ли она идентифицирующей (входит в состав какого-либо уникального идентификатора), переносимой ( можно динамически переопределять для любого экземпляра сущности типа "деталь", какому экземпляру "мастера" он подчиняется) и т.д. Существенно, что в отличие от предыдущих версий ER-редакторов, здесь можно изображать непосредственно на диаграмме многие из таких дополнительных характеристик. Так, часто удобно бывает видеть на ER-диаграмме не только название сущности, но и определяющие ее атрибуты с указанием, какие из них являются ключевыми, какие - обязательными и т.д. (рис.11). Дополнительно повышает наглядность и выразительность концептуальных моделей широкие возможности использования цвета и различных шрифтов для обозначения названий отдельных элементов. Для одного и того же приложения предусматривается возможность построения нескольких ER- диаграмм и нескольких иерархий функций: это может быть полезно для сложных задач с огромным количеством объектов и связей. В этом случае естественно декомпозировать общую задачу и для каждой части рисовать свою ER-диаграмму. Кроме средств ввода данных и построения графических изображений каждый редактор предоставляет возможность выполнять различные семантические проверки построенных диаграмм на полноту и корректность, а также генерировать разнообразные отчеты для документирования концептуального уровня разработки. Развитые средства вывода позволяют получить на бумаге любую диаграмму с помощью плоттера или любого PostScript-принтера.