Case средства проектирования информационных систем. Проектирование информационной системы средствами CASE – технологий. Основы методологии проектирования ИС

CASE-технологии проектирования информационных систем

За последнее десятилетие сформировалось новое направление в программотехнике - CASE (Computer-Aided Software/System Engineering) - в дословном переводе - разработка программного обеспечения информационных систем при поддержке (с помощью) компьютера. В настоящее время не существует общепринятого определения CASE, термин CASE используется в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE, ограниченное вопросами автоматизации разработки только лишь программного обес-печения, в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки сложных автоматизированных информационных систем в целом. Теперь под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения ИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного программного обеспечения (ПО) (приложений) и баз данных, генерацию кода, тести-рование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы. CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду разработки ИС.

CASE-средства позволяют не только создавать "правильные" продукты, но и обеспечить "правильный" процесс их создания. Основная цель CASE состоит в том, чтобы отделить проектирование ИС от его кодирования и последующих этапов разработки, а также скрыть от разработчиков все детали среды разработки и функционирования ИС. При использовании CASE-технологий изменяются все этапы жизненного цикла программного обеспечения (подробнее об этом будет сказано ниже) информационной системы, при этом наибольшие изменения касаются этапов анализа и проектирования. Большинство существующих CASE-средств основано на методологиях структурного (в основном) или объектно-ориентированного анализа и проектирования, использующих специ-фикации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств. Такие методологии обеспечивают строгое и наглядное описание про-ектируемой системы, которое начинается с ее общего обзора и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней. CASE-технологии успешно применяются для построения практически всех типов ИС, однако устойчивое положение они занимают в следующих областях:

обеспечение разработки деловых и коммерческих ИС, широкое применение CASE-технологий обусловлены массовостью этой прикладной области, в которой CASE применяется не только для разработки ИС, но и для создания моделей систем, помогающих решать задачи стратегического планирования, управления финансами, определения политики фирм, обучения персонала и др. (это направление получило свое собственное на-звание - бизнес-анализ);
разработка системного и управляющих ИС. Активное применение CASE-технологий связано с большой сложностью данной проблематики и со стремлением повысить эффективность работ.

CASE - не революция в программотехнике, а результат естественного эволюционного развития всей отрасли средств, называемых ранее инструментальными или технологическими. С самого начала CASE-технологии развивались с целью преодоления ограничений при использовании структурных методологий проектирования 60-70-х гг. XX в. (сложности понимания, большой трудоемкости и стоимости использова-ния, трудности внесения изменений в проектные спецификации и т. д.) за счет их автоматизации и интеграции поддержи-вающих средств. Таким образом, CASE-технологии не могут считаться самостоятельными методологиями, они только развивают структурные методологии и делают более эффективным их применение за счет автоматизации.

Помимо автоматизации структурных методологий и, как следствие, возможности применения современных методов системной и программной инженерии, CASE-средства обладают следующими основными достоинствами:

улучшают качество создаваемых ИС за счет средств автоматического контроля (прежде всего контроля проекта);
позволяют за короткое время создавать прототип будущей системы, что позволяет на ранних этапах оценить ожидаемый результат;
ускоряют процесс проектирования и разработки;
освобождают разработчика от рутинной работы, позволяя ему целиком сосредоточиться на творческой части разработки;
поддерживают развитие и сопровождение разработки;
поддерживают технологии повторного использования компонента разработки.

Появлению CASE-технологии и CASE-средств предшествовали исследования в области методологии программирования. Программирование обрело черты системного подхода с разработкой и внедрением языков высокого уровня, методов структурного и модульного программирования, языков проектирования и средств их поддержки, формальных и неформальных языков описаний системных требований и спецификаций и т. д. В 70-80-х гг. стала на практике применять-ся структурная методология, предоставляющая в распоря-жение разработчиков строгие формализованные методы описания ИС и принимаемых технических решений. Она основана на наглядной графической технике: для описания раз-личного рода моделей ИС используются схемы и диаграммы. Наглядность и строгость средств структурного анализа позволяла разработчикам и будущим пользователям системы с самого начала неформально участвовать в ее создании, обсуждать и закреплять понимание основных технических решений. Однако широкое применение этой методологии и следование ее рекомендациям при разработке контактных ИС встречалось достаточно редко, поскольку при неавтоматизированной (ручной) разработке это практически невозможно. Это и способствовало появлению программно-технических средств особого класса - CASE-средств, реализующих CASE-технологию создания и сопровождения ИС.

Необходимо понимать, что успешное применение CASE-средств невозможно без понимания базовой технологии, на которой эти средства основаны. Сами по себе программные CASE-средства являются средствами автоматизации процес-сов проектирования и сопровождения информационных систем. Без понимания методологии проектирования ИС невозможно применение CASE-средств.
^

Характеристика современных CASE-средств

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования ИС: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл (ЖЦ) ИС.

Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают качество принимаемых техни-ческих решений и подготовку проектной документации. При этом большую роль играют методы визуального представления информации. Это предполагает построение структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирова-ния предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую ИС, 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.

Обычно к CASE-средствам относят любое программное средство, автоматизирующее ту или иную совокупность процессов жизненного цикла ИС и обладающее следующими основными характерными особенностями:

мощными графическими средствами для описания и документирования ИС, обеспечивающими удобный интерфейс с разработчиком и развивающими его твор-ческие возможности;
интеграцией отдельных компонент CASE-средств, обеспечивающей управляемость процессом разработки ИС;
использованием специальным образом организованного хранилища проектных метаданных (репозитория). Интегрированное CASE-средство (или комплекс средств, поддерживающих полный ЖЦ ИС) 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 иерархичес-ки связанных диаграмм (DFD, ERD и др.), образующих модели ИС;
средства разработки приложений, включая языки 4GL и генераторы кодов;
средства конфигурационного управления;
средства документирования;
средства тестирования;
средства управления проектом;
средства реинжиниринга.

Все современные CASE-средства могут быть классифицированы в основном по типам и категориям. Классификация по типам отражает функциональную ориентацию CASE-средств на те или иные процессы ЖЦ. Классификация по категориям определяет степень интегрированности по выполняемым функциям и включает отдельные локальные средства, решающие небольшие автономные задачи (tools), набор частично интегрированных средств, охватывающих большинство этапов жизненного цикла ИС (toolkit) и полностью интегрированные средства, поддерживающие весь ЖЦ ИС и связанные общим репозиторием. Помимо этого, CASE-средства можно классифицировать по следующим признакам:

применяемым методологиям и моделям систем и БД;
степени интегрированности с СУБД;
доступным платформам.

Классификация по типам в основном совпадает с компо-нентным составом CASE-средств и включает следующие основные типы (после названия средства в скобках указана фирма-разработчик):

средства анализа (Upper CASE), предназначенные для построения и анализа моделей предметной области (Design/IDEF (Meta Software), BPWin (Logic Works));
средства анализа и проектирований (Middle CASE), поддерживающие наиболее распространенные методологии проектирования и использующиеся для создания проектных спецификаций (Vantage Team Builder (Cayenne), Designer/2000 (Oracle), Silverrun (CSA), PRO-IV (McDonnell Douglas), CASE. Аналитик (Макро-Проджект)). Выходом таких средств являются специ-фикации компонентов и интерфейсов системы, архитектуры системы, алгоритмов и структур данных;
средства проектирования баз данных , обеспечивающие моделирование данных и генерацию схем баз данных (как правило, на языке SQL) для наиболее рас-пространенных СУБД. К ним относятся ERwin (Logic Works). S-Designor (SDP) и DataBase Designer (Oracle). Средства проектирования баз данных имеются также в составе CASE-средств Vantage Team Builder, Designer/2000, Silverrun и PRO-IV;
средства разработки приложений . К ним относятся средства 4GL (Uniface (Compuware), JAM (JYACC), PowerBuilder (Sybase), Developer/2000 (Oracle), New Era (Informix), SQL Windows (Gupta), Delphi (Borland) и др.) и генераторы кодов, входящие в состав Vantage Team Builder, PRO-IV и частично - в Silverrun;
средства реинжиниринга , обеспечивающие анализ про-граммных кодов и схем баз данных и формирование на их основе различных моделей и проектных специфи-каций. Средства анализа схем БД и формирования ERD входят в состав Vantage Team Builder, PRO-IV, Silverrun, Designer/2000, ERwin и S-Designor. В области анализа программных кодов наибольшее распространение получают объектно-ориентированные CASE-средства, обеспечивающие реинжиниринг программ на языке C++ (Rational Rose (Rational Software), Object Team (Cayenne)). Вспомогательные типы включают:
средства планирования и управления проектом (SE Companion, Microsoft Project и др.);
средства конфигурационного управления (PVCS (Intersolv));
средства тестирования (Quality Works (Segue Software));
средства документирования (SoDA (Rational Software)).

На сегодняшний день российский рынок программного обеспечения располагает следующими наиболее развитыми CASE-средствами:

Silverrun;
Designer/2000;
Vantage Team Builder (Westmount I-CASE);
ERwin+BPwin;
S-Designor;
CASE-Аналитик.

Кроме того, на рынке постоянно появляются как новые для отечественных пользователей системы (например, CASE/ 4/0, PRO-IV, System Architect, Visible Analyst Workbench, EasyCASE), так и новые версии и модификации перечислен-ных систем.

Охарактеризуем основные возможности CASE-средств на примере имеющей широкое распространение системы Silverrun.

CASE-средство Silverrun американской фирмы Computer Systems Advisers, Inc. (CSA) используется для анализа и про-ектирования ИС бизнес-класса и ориентировано в большей степени на спиральную модель ЖЦ. Оно применимо для поддержки любой методологии, основанной на раздельном построении функциональной и информационной моделей (диаграмм потоков данных и диаграмм "сущность-связь").

Настройка на конкретную методологию обеспечивается выбором требуемой графической нотации моделей и набора правил проверки проектных спецификаций. В системе имеются готовые настройки для наиболее распространенных методологий: DATARUN (основная методология, поддерживае-мая Silverrun), Gane/Sarson, Yourdon/DeMarco, Merise, Ward/Mellor, Information Engineering. Для каждого понятия, введенного в проекте, имеется возможность добавления собственных описателей. Архитектура Silverrun позволяет наращивать среду разработки по мере необходимости.

Silverrun имеет модульную структуру и состоит из четырех модулей, каждый из которых является самостоятельным продуктом и может приобретаться и использоваться без связи с остальными модулями.

Модуль построения моделей бизнес-процессов в форме диаграмм потоков данных (ВРМ - Business Process Modeler) позволяет моделировать функционирование обследуемой организации или создаваемой ИС. В модуле ВРМ обеспечена возможность работы с моделями большой сложности: автома-тическая перенумерация, работа с деревом процессов (вклю-чая визуальное перетаскивание ветвей), отсоединение и при-соединение частей модели для коллективной разработки. Диаграммы могут изображаться в нескольких предопределенных нотациях, включая Yourdon/DeMarco и Gane/Sarson. Имеется также возможность создавать собственные нотации, в том числе добавлять в число изображаемых на схеме дескрипторов определенные пользователем поля.

Модуль концептуального моделирования данных (ERX - Entity-Relationship eXpert) обеспечивает построение моделей данных "сущность-связь", не привязанных к конкретной реализации. Этот модуль имеет встроенную экспертную систему, позволяющую создать корректную нормализованную модель данных посредством ответов на содержательные вопросы о взаимосвязи данных. Возможно автоматическое построение модели данных из описаний структур данных. Анализ функциональных зависимостей атрибутов дает возможность проверить соответствие модели требованиям третьей нормальной формы и обеспечить их выполнение. Проверенная модель передается в модуль RDM.

Модуль реляционного моделирования (RDM- Relational Data Modeler) позволяет создавать детализированные модели "сущность-связь", предназначенные для реализации в ре-ляционной базе данных. В этом модуле документируются все конструкции, связанные с построением базы данных: индексы, триггеры, хранимые процедуры и т. д. Гибкая изменяемая нотация и расширяемость репозитория позволяют работать по любой методологии. Возможность создавать подсхемы соответствует подходу ANSI SPARC к представлению схемы базы данных . На языке подсхем моделируются как узлы распределенной обработки, так и пользовательские представле-ния. Этот модуль обеспечивает проектирование и полное документирование реляционных баз данных.

^ Менеджер репозитория рабочей группы (WRM - Workgroup Repository Manager) применяется как словарь данных для хранения общей для всех моделей информации, а также обеспечивает интеграцию модулей Silverrun в единую среду проектирования.

Платой за высокую гибкость и разнообразие изобразительных средств построения моделей является такой недостаток Silverrun, как отсутствие жесткого взаимного контроля между компонентами различных моделей (например, возможности автоматического распространения изменений между DFD различных уровней декомпозиции). Следует, однако, отметить, что этот недостаток может иметь существенное значение только в случае использования каскадной модели ЖЦ ИС.

Для автоматической генерации схем баз данных у Silverrun существуют мосты к наиболее распространенным СУБД: Oracle, Informix, DB2, Ingres, Progress, SQL Server, SQLBase, Sybase. Для передачи данных в средства разработки приложений имеются мосты к языкам 4GL: JAM, PowerBuilder, SQL Windows, Uniface, NewEra, Delphi. Все мосты позволяют загрузить в Silverrun RDM информацию из каталогов соответствующих СУБД или языков 4GL. Это позволяет доку-ментировать, перепроектировать или переносить на новые платформы уже находящиеся в эксплуатации базы данных и прикладные системы. При использовании моста Silverrun расширяет свой внутренний репозиторий специфичными для целевой системы атрибутами. После определения значений этих атрибутов генератор приложений переносит их во внутренний каталог среды разработки или использует при генерации кода на языке SQL. Таким образом, можно полностью определить ядро базы данных с использованием всех воз-можностей конкретной СУБД: триггеров, хранимых процедур, ограничений ссылочной целостности. При создании приложения на языке 4GL данные, перенесенные из репозитория Silverrun, используются либо для автоматической генерации интерфейсных объектов, либо для быстрого их создания вручную.

Для обмена данными с другими средствами автоматиза-ции проектирования, создания специализированных проце-дур анализа и проверки проектных спецификаций, составле-ния специализированных отчетов в соответствии с различными стандартами в системе Silverrun имеются три способа выдачи проектной информации во внешние файлы:

система отчетов. Можно, определив содержимое отчета по репозиторию, выдать отчет в текстовый файл. Этот файл можно затем загрузить в текстовый редак-тор или включить в другой отчет;
система экспорта/импорта. Для более полного контро-ля над структурой файлов в системе экспорта/импор-та имеется возможность определять не только содержимое экспортного файла, но и разделители записей, полей в записях, маркеры начала и конца текстовых полей. Файлы с указанной структурой можно не толь-ко формировать, но и загружать в репозитории. Это дает возможность обмениваться данными с различны-ми системами: другими CASE-средствами, СУБД, тек-стовыми редакторами и электронными таблицами;
хранение репозитория во внешних файлах через ODBC-драйверы. Для доступа к данным репозитория из наиболее распространенных систем управления базами данных обеспечена возможность хранить всю проектную информацию непосредственно в формате этих СУБД.

Групповая работа поддерживается в системе Silverrun двумя способами:

в стандартной однопользовательской версии имеется механизм контролируемого разделения и слияния моделей. Разделив модель на части, можно раздать их нескольким разработчикам. После детальной доработки модели объединяются в единые спецификации;
сетевая версия Silverrun позволяет осуществлять одно-временную групповую работу с моделями, хранящи-мися в сетевом репозитории на базе СУБД Oracle, Sybase или Informix. При этом несколько разработчи-ков могут работать с одной и той же моделью, так как блокировка объектов происходит на уровне отдельных элементов модели.

Имеются реализации Silverrun трех платформ - MS Windows, Macintosh и OS/2 Presentation Manager – с возможностью обмена проектными данными между ними.

Помимо системы Silverrun, укажем назначение и дру-гих популярных CASE-средств и их групп.

Vantage Team Builder представляет собой интегрирован-ный программный продукт, ориентированный на реализацию каскадной модели ЖЦ ИС и поддержку полного ЖЦ ИС.

Uniface 6.1 – продукт фирмы Compuware (США) - представляет собой среду разработки крупномасштабных прило-жений в архитектуре "клиент-сервер".

CASE-средство Designer/2000 2.0 фирмы Oracle является интегрированным CASE-средством, обеспечивающим в со-вокупности со средствами разработки приложений Developer/ 2000 поддержку полного ЖЦ ИС для систем, использующих СУБД Oracle.

Пакет CASE/4/0 (microTOOL GmbH), включающий структурные средства системного анализа, проектирования и программирования, обеспечивает поддержку всего жизненного цикла разработки (вплоть до сопровождения), на основе сете-вого репозитория, контролирующего целостность проекта и поддерживающего согласованную работу всех его участников (системных аналитиков, проектировщиков, программистов).
^

Локальные средства

Пакет ERWin (Logic Works) используется при моделировании и создании баз данных произвольной сложности на ос-нове диаграмм "сущность-связь". В настоящее время ERWin является наиболее популярным пакетом моделирований дан-ных благодаря поддержке широкого спектра СУБД самых различных классов - SQL-серверов (Oracle, Informix, Sybase SQL Server, MS SQL Server, Progress, DB2, SQLBase, Ingress, Rdb и др.) и "настольных" СУБД типа xBase (Clipper, dBase, FoxPro, MS Access, Paradox и др.).

BPWin - средство функционального моделирования, реализующее методологию IDEFO. Модель в BPWin представляет собой совокупность SADT-диаграмм, каждая из которых описывает отдельный процесс, разбивая его на шаги и подпроцессы.

S-Designer 4.2 (Sybase/Powersoft) представляет собой CASE-средство для проектирования реляционных баз данных. По своим функциональным возможностям и стоимости он близок к CASE-средству ERWin, отличаясь внешне ис-пользуемой на диаграммах нотацией. S-Designer реализует стандартную методологию моделирования данных и генери-рует описание БД для таких СУБД, как Oracle, Informix, Ingres, Sybase, DB2, Microsoft SQL Server и др.

CASE-Аналитик 1.1 (Эйтекс) является практически един-ственным в настоящее время конкурентоспособным отече-ственным CASE-средством функционального моделирования и реализует построение диаграмм потоков данных в соответ-ствии с описанной ранее методологией.
^

Объектно-ориентированные CASE-средства

Rational Rose - CASE-средство фирмы Rational Software Corporation (США) - предназначено для автоматизации этапов анализа и проектирования ИС, а также для генерации кодов на различных языках и выпуска проектной документа-ции. Rational Rose использует синтез-методологию объектно-ориентированного анализа и проектирования, основанную на подходах трех ведущих специалистов в данной области: Буча, Рамбо и Джекобсона. Разработанная ими универсальная нотация для моделирования объектов (язык UML - Unified Modeling Language) является в настоящее время и, очевид-но, останется в будущем общепринятым стандартом в области объектно-ориентированного анализа и проектирования. Конкретный вариант Rational Rose определяется языком, на котором генерируются коды программ (C++, Smalltalk, PowerBuilder, Ada, SQLWindows и ObjectPro). Основной вариант – Rational Rose/C++ - позволяет разрабатывать проектную документацию в виде диаграмм и спецификаций, а также генерировать программные коды на C++. Кроме того, Rational Rose содержит средства реинжиниринга программ, обеспечивающие повторное использование программных компонент в новых проектах.
^

Средства конфигурационного управления

Цель конфигурационного управления (КУ) - обеспечить управляемость и контролируемость процессов разработки и сопровождения ИС. Для этого необходима точная и достоверная информация о состоянии ИС и его компонент в каждый момент времени, а также о всех предполагаемых и выполненных изменениях.

Для решения задач КУ применяются методы и средства, обеспечивающие идентификацию состояния компонент, учет номенклатуры всех компонент и модификаций системы в це-лом, контроль за вносимыми изменениями в компоненты, структуру системы и ее функции, а также координирован-ное управление развитием функций и улучшением характеристик системы.

Наиболее распространенным средством КУ является PVCS фирмы Intersolv (США), включающее ряд самостоятельных продуктов: PVCS Version Manager, PVCS Tracker, PVCS Configuration Builder и PVCS Notify.
^

Средства документирования

Для создания документации в процессе разработки АИС используются разнообразные средства формирования отчетов, а также компоненты издательских систем. Обычно средства документирования встроены в конкретные CASE-средства. Исключением являются некоторые пакеты, предоставляющие дополнительный сервис при документировании. Из них наиболее активно используется SoDA (Software Document Automation).

Продукт SoDA предназначен для автоматизации разработки проектной документации на всех фазах ЖЦ ИС. Он позволяет автоматически извлекать разнообразную информацию, получаемую на разных стадиях разработки проекта, и включать ее в выходные документы. При этом контролируется соответствие документации проекту, взаимосвязь документов, обеспечивается их своевременное обновление. Результи-рующая документация автоматически формируется из множества источников, число которых не ограничено.

Пакет включает в себя графический редактор для подготовки шаблонов документов. Он позволяет задавать необходимый стиль, фон, шрифт, определять расположение заголовков, резервировать места, где будет размещаться извлекаемая из разнообразных источников информация. Изменения автоматически вносятся только в те части документации, на которые они повлияли в программе. Это сокращает время подготовки документации за счет отказа от перегенерации всей документации.

SoDA реализована на базе издательской системы FrameBuilder и предоставляет полный набор средств по редактированию и верстке выпускаемой документации.

Итоговым результатом работы системы SoDA является готовый документ (или книга). Документ может храниться в файле формата SoDA (Frame Builder), который получается в результате генерации документа. Вывод на печать этого до-кумента (или его части) возможен из системы SoDA.

Среда функционирования SoDA - ОС типа UNIX на рабочих станциях Sun SPARCstation, IBM RISC System/6000 или Hewlett Packard HP 9000 700/800.
^

Средства тестирования

Под тестированием понимается процесс исполнения программы с целью обнаружения ошибок. Регрессионное тести-рование - это тестирование, проводимое после усовершен-ствования функций программы или внесения в нее изменений.

Одно из наиболее развитых средств тестирования QA (новое название – Quality Works) представляет собой интег-рированную, многоплатформенную среду для разработки автоматизированных тестов любого уровня, включая тесты регрессии для приложений с графическим интерфейсом пользователя.

QA позволяет начинать тестирование на любой фазе ЖЦ, планировать и управлять процессом тестирования, отображать изменения в приложении и повторно использовать тесты для более чем 25 различных платформ.

В заключение приведем пример комплекса CASE-средств, обеспечивающего поддержку полного ЖЦ ИС. Нецелесообразно сравнивать отдельно взятые CASE-средства, поскольку ни одно из них не решает в целом все проблемы создания и сопровождения ИС. Это подтверждается также полным набором критериев оценки и выбора, которые затрагивают все этапы ЖЦ ИС. Сравниваться могут комплексы методоло-гически и технологически согласованных инструментальных средств, поддерживающие полный ЖЦ ИС и обеспеченные необходимой технической и методической поддержкой со стороны фирм-поставщиков (отметим, что рациональное комплексирование инструментальных средств разработки ИС является важнейшим условием обеспечения качества этой ИС, причем это замечание справедливо для всех предметных областей).

Лекция №8

Многоуровневая архитектура 9

Интернет/интранет-технологии 10

Требования, предъявляемые к информационным системам 10

Гибкость 11

Надежность 11

Эффективность 11

Безопасность 12

Жизненный цикл информационных систем 16

Общие сведения об управлении проектами 17

^ Классификация проектов 18

Основные фазы проектирования информационной системы 18

Концептуальная фаза 19

Подготовка технического предложения 19

Проектирование 19

Разработка 20

Ввод системы в эксплуатацию 20

Процессы, протекающие на протяжении жизненного цикла информационной системы 21

^ Основные процессы жизненного цикла 21

Разработка 21

Эксплуатация 21

Сопровождение 22

Вспомогательные процессы жизненного цикла 23

Организационные процессы 23

Структура жизненного цикла информационной системы 23

Начальная стадия 24

Стадия уточнения 24

^ Стадия конструирования 24

Стадия передачи в эксплуатацию 24

Жизненный цикл информационных систем 28

Модели жизненного цикла информационной системы 28

^ Каскадная модель жизненного цикла информационной системы 29

Основные этапы разработки по каскадной модели 29

Основные достоинства каскадной модели 29

Недостатки каскадной модели 30

^ Спиральная модель жизненного цикла 31

Итерации 31

Преимущества спиральной модели 32

Недостатки спиральной модели 33

Методология и технология разработки информационных систем 37

Методология RAD 40

Основные особенности методологии RAD 40

^ Объектно-ориентированный подход 41

Визуальное программирование 42

Событийное программирование 43

Фазы жизненного цикла в рамках методологии RAD 44

Фаза анализа и планирования требований 44

Фаза проектирования 44

Фаза построения 45

Фаза внедрения 46

^ Ограничения методологии RAD 46

Методология и технология разработки информационных систем 51

Профили открытых информационных систем 51

Понятие профиля информационной системы 52

Принципы формирования профиля информационной системы 53

^ Структура профилей информационных систем 55

Профиль прикладного программного обеспечения 57

Профиль среды информационной системы 57

Профиль защиты информации 58

Профиль инструментальных средств 58

^ Методология и технология разработки информационных систем 63

Стандарты и методики 63

Виды стандартов 64

Методика CDM фирмы Oracle 65

Общая структура 66

Особенности методики СDМ 68

^ Международный стандарт ISO/IEC 12207: 1995-08-01 69

Общая структура 69

Основные и вспомогательные процессы ЖЦ 69

Особенности стандарта ISO 12207 71

CASE-технологии проектирования информационных систем 77

Характеристика современных CASE-средств 80

^ Локальные средства 86

Объектно-ориентированные CASE-средства 87

Средства конфигурационного управления 87

Средства документирования 87

Средства тестирования 88

Принципы построения и этапы проектирования баз данных 93

Основные понятия и определения 93

Описательная модель предметной области 99

^ Принципы построения и этапы проектирования баз данных 111

Концептуальные модели данных 111

Типы структур данных 112

Операции над данными 113

^ Ограничения целостности 114

Иерархическая модель данных 115

Сетевая модель данных 117

Реляционная модель данных 118

Бинарная модель данных 119

Семантическая сеть 119

Технология моделирования информационных систем 124

Методы моделирования систем 124

^ Математическая модель системы 126

Классификация математических моделей 128

Имитационные модели информационных систем 136

Методологические основы применения метода имитационного моделирования 136

^ Имитационные модели информационных систем 146

Классификация имитационных моделей 146

Структура типовой имитационной модели с календарем событий 153

^ Имитационные модели информационных систем 161

Технология моделирования случайных факторов 161

Генерация псевдослучайных чисел (ПСЧ) 161

Мультипликативный метод 163

Аддитивный метод 164

Смешанный метод 164

^ Моделирование случайных событий 165

Последовательное моделирование 167

Моделирование после предварительных расчетов 167

Имитационные модели информационных систем 172

Технология моделирования случайных факторов 172

^ Моделирование случайных величин 172

Моделирование непрерывных случайных величин 173

Метод обратной функции 173

Метод исключения (Неймана) 174

Метод композиции 176

Моделирование дискретных случайных величин 177

Метод последовательных сравнений 177

Метод интерпретации 178

^ Моделирование случайных векторов 178

Метод условных распределений 179

Метод исключения (Неймана) 180

Метод линейных преобразований 181

Имитационные модели информационных систем 187

Основы организации имитационного моделирования 187

^ Этапы имитационного моделирования 187

Испытание имитационной модели 188

Задание исходной информации 189

Верификация имитационной модели 189

Проверка адекватности модели 189

Калибровка имитационной модели 190

Исследование свойств имитационной модели 190

Оценка погрешности имитации, связанной с использованием в модели генераторов псевдослучайных чисел (ПСЧ) 190

Определение длительности переходного режима 191

Оценка устойчивости результатов имитации 192

Исследование чувствительности модели 192

^ Языки моделирования 193

Характеристики CASE средств

Основными характеристиками CASE средств, важными с точки зрения моделирования и оптимизации бизнес процессов, являются следующие:

Наличие графического интерфейса. Для представления моделей процессов CASE средства должны обладать возможностью отображать процессы в виде схем. Схемы много проще в использовании, чем различные текстовые и числовые описания. Это позволяет получать легко управляемые компоненты модели, обладающие простой и ясной структурой.
Наличие репозитория. Репозиторий это общая база данных, которая содержит описание элементов процессов и отношений между ними. Каждый объект репозитария должен обладать перечнем свойств, характерных только для этого объекта.
Гибкость применения. Эта характеристика дает возможность представлять бизнес процессы в различных вариантах, важных с точки зрения анализа. CASE средства должны позволять проводить анализ процессов и создавать модели, сфокусированные на различных аспектах деятельности предприятия.
Возможность коллективной работы. Анализ и моделирование процессов может требовать совместной работы нескольких человек. Для одновременной работы над моделями процессов CASE средства должны обеспечивать управление изменениями любыми фрагментами моделей и их модификацией при коллективном доступе.
Построение прототипов. Прототипы процессов необходимы для того, чтобы на ранних стадиях изменения процессов можно было понять, насколько процесс будет соответствовать требованиям.
Построение отчетов. CASE средства должны обеспечивать построение отчетов по всем моделям процессов с учетом взаимосвязи элементов. Такие отчеты необходимы для анализа моделей и определения возможностей по оптимизации. За счет отчетов обеспечивается контроль полноты и достаточности моделей, уровень декомпозиции процессов, правильность синтаксиса диаграмм и типов применяемых элементов.

Выбор CASE средств

Выбор CASE средств для анализа и моделирования процессов зависит от многих факторов – финансовых возможностей, функциональных характеристик, подготовки персонала, применяемых информационно-технических средств и пр. Приводить исчерпывающий состав этих факторов не имеет смысла, т.к. в ситуации выбора для каждого конкретного случая этот состав будет изменяться. Тем не менее, можно определить набор «базовых» факторов, на основании которых определяются критерии по выбору CASE средств.

За последнее десятилетие сформировалось новое направление в программотехнике - CASE (Computer-Aided Software/System Engineering) - в дословном переводе - разработка программного обеспечения информационных систем при поддержке (с помощью) компьютера. В настоящее время не существует общепринятого определения CASE, термин CASE используется в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE, ограниченное вопросами автоматизации разработки только лишь программного обеспечения, в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки сложных автоматизированных информационных систем в целом. Теперь под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения ИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного программного обеспечения (ПО) (приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы. CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду разработки ИС.

CASE-средства позволяют не только создавать "правильные" продукты, но и обеспечить "правильный" процесс их создания. Основная цель CASE состоит в том, чтобы отделить проектирование ИС от его кодирования и последующих этапов разработки, а также скрыть от разработчиков все детали среды разработки и функционирования ИС. При использовании CASE-технологий изменяются все этапы жизненного цикла программного обеспечения (подробнее об этом будет сказано ниже) информационной системы, при этом наибольшие изменения касаются этапов анализа и проектирования. Большинство существующих CASE-средств основано на методологиях структурного (в основном) или объектно-ориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств. Такие методологии обеспечивают строгое и наглядное описание проектируемой системы, которое начинается с ее общего обзора и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней. CASE-технологии успешно применяются для построения практически всех типов ИС, однако устойчивое положение они занимают в следующих областях:

обеспечение разработки деловых и коммерческих ИС, широкое применение CASE-технологий обусловлены массовостью этой прикладной области, в которой CASE применяется не только для разработки ИС, но и для создания моделей систем, помогающих решать задачи стратегического планирования, управления финансами, определения политики фирм, обучения персонала и др. (это направление получило свое собственное название - бизнес-анализ);

разработка системного и управляющих ИС. Активное применение CASE-технологий связано с большой сложностью данной проблематики и со стремлением повысить эффективность работ.

CASE - не революция в программотехнике, а результат естественного эволюционного развития всей отрасли средств, называемых ранее инструментальными или технологическими. С самого начала CASE-технологии развивались с целью преодоления ограничений при использовании структурных методологий проектирования 60-70-х гг. XX в. (сложности понимания, большой трудоемкости и стоимости использования, трудности внесения изменений в проектные спецификации и т. д.) за счет их автоматизации и интеграции поддерживающих средств. Таким образом, CASE-технологии не могут считаться самостоятельными методологиями, они только развивают структурные методологии и делают более эффективным их применение за счет автоматизации.

улучшают качество создаваемых ИС за счет средств автоматического контроля (прежде всего контроля проекта);

позволяют за короткое время создавать прототип будущей системы, что позволяет на ранних этапах оценить ожидаемый результат;

ускоряют процесс проектирования и разработки;

освобождают разработчика от рутинной работы, позволяя ему целиком сосредоточиться на творческой части разработки;

поддерживают развитие и сопровождение разработки;

поддерживают технологии повторного использования компонента разработки.

Появлению CASE-технологии и CASE-средств предшествовали исследования в области методологии программирования. Программирование обрело черты системного подхода с разработкой и внедрением языков высокого уровня, методов структурного и модульного программирования, языков проектирования и средств их поддержки, формальных и неформальных языков описаний системных требований и спецификаций и т. д. В 70-80-х гг. стала на практике применяться структурная методология, предоставляющая в распоряжение разработчиков строгие формализованные методы описания ИС и принимаемых технических решений. Она основана на наглядной графической технике: для описания различного рода моделей ИС используются схемы и диаграммы. Наглядность и строгость средств структурного анализа позволяла разработчикам и будущим пользователям системы с самого начала неформально участвовать в ее создании, обсуждать и закреплять понимание основных технических решений. Однако широкое применение этой методологии и следование ее рекомендациям при разработке контактных ИС встречалось достаточно редко, поскольку при неавтоматизированной (ручной) разработке это практически невозможно. Это и способствовало появлению программно-технических средств особого класса - CASE-средств, реализующих CASE-технологию создания и сопровождения ИС.

Необходимо понимать, что успешное применение CASE-средств невозможно без понимания базовой технологии, на которой эти средства основаны. Сами по себе программные CASE-средства являются средствами автоматизации процессов проектирования и сопровождения информационных систем. Без понимания методологии проектирования ИС невозможно применение CASE-средств.

1.1 Понятие термина – «CASE-средства»

Первоначально под термином «CASE-технология» (Computer – Aided Software Engineering) понималось буквально – «автоматизированная разработка ПО ИС с помощью компьютерных технологий».

В настоящее время под термином CASE-средства понимаются обширный набор программных средств, поддерживающих процессы создания и сопровождения ИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного ПО (приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы. CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду разработки ИС.

CASE-технологии представляют собой совокупность методологий и инструментарий аналитиков, разработчиков и программистов, предназначенный для автоматизации процессов проектирования и сопровождения ИС на всем периоде жизненного цикла .

Методология CASE-средства определяет этапы и шаги реализации проекта, а также правила использования методов, которыми разрабатывается проект. МетодCASE-средства –это процедура или техника генерации описаний компонентов информационной системы (проектирование потоков и структур данных). Нотация CASE-средства – отображение структуры системы, элементов данных с помощью специальных графических символов.

CASE-средства – это специальные программы, которые поддерживают одну или несколько методологий анализа и проектирования информационных систем. CASE-технология, в рамках методологии, включает в себя методы, с помощью которых на основе нотаций строятся диаграммы, поддерживаемые конкретным CASE-средством. CASE-технологии не могут считаться самостоятельными, они только обеспечивают высокую эффективность их применения, определяемую временем разработки проекта.

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования информационных систем: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл программного обеспечения. Наиболее трудоемкими этапами разработки информационных систем являются этапы анализа 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 структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую информационную систему, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями.

1.2 Типовая структура CASE-средств

CASE-средства служат инструментарием для поддержки и использования методов структурного анализа в проектировании. Эти инструменты поддерживают работу пользователей при создании и редактировании графического проекта в интерактивном режиме. Они способствуют организации проекта в виде иерархии уровней абстракции, выполняют проверки соответствия компонентов. Фактически CASE-средства представляют собой новый тип графически-ориентированных инструментов, восходящих к системе поддержки ЖЦ ПО. Обычно к ним относят любое программное средство, обеспечивающее автоматическую помощь при разработке ПО, его сопровождении или деятельности по управлению проектом, и проявляющее следующие дополнительные характеристики:

мощная графика для описания и документирования систем ПО со специфическим интерфейсом пользователя, развивающая творческие возможности специалистов и не отвлекающая их от процесса проектирования на решение второстепенных вопросов;

интеграция, обеспечивающая легкость передачи данных между средствами и позволяющая управлять всем процессом проектирования и разработки ПО непосредственно через процесс планирования проекта;

использование компьютерного хранилища (репозитария) для шаблонов частей и отдельных элементов проекта, которые могут использоваться различными разработчиками, как основа для автоматического продуцирования ПО и повторного его использования в будущих системах.

Помимо перечисленных основополагающих принципов графической ориентации, интеграции и локализации всей проектной информации в репозитарии в основе концептуального построения CASE-средств лежат следующие положения :

1. Человеческий фактор, определяющий разработку ПО как легкий, удобный и экономичный процесс.

2. Широкое использование базовых программных средств, получивших массовое распространение в других приложениях (БД и СУБД, компиляторы с различных языков программирования, отладчики, документаторы, издательские системы, оболочки экспертных систем и базы знаний, языки четвертого поколения и др.).

3. Автоматизированная или автоматическая кодогенерация, для различных платформ и различного вида кода: преобразования для получения документации; формирования структуры БД, ввода/модификации данных; получения выполняемых машинных кодов из спецификаций ПО; сборки модулей из словарей и моделей данных и повторно используемых программ.

4. Простота использования, позволяющая получать компоненты, поддающиеся управлению, обозримые и доступные для понимания, а также обладающие простой и ясной структурой.

5. Доступность для разных категорий пользователей.

6. Рентабельность.

7. Эффективное решение задач по сопровождению разработанного проекта, обеспечивающая способность адаптации при изменении требований и целей проекта заказчиком.

В состав практически всех современных CASE-средств входят следующие элементы :

репозиторий, позволяет обеспечить сохранность шаблонов проекта и его определенных компонентов, синхронизацию информации от разных разработчиков в процессе групповой разработки, проверка метаданных на полноту и непротиворечивость;

средства разработки приложений, с использованием языков 4GL и генераторов кодов;

средства тестирования;

средства документирования;

графические средства анализа и проектирования, которые дают возможность создавать и редактировать модели информационных систем в виде иерархически связанных диаграмм в реализованной нотации конкретной методологии;

средства реинжиниринга;

средства конфигурационного управления;

средства управления проектом.

1.3 Эволюция развития CASE-технологий

С самого начала CASE-технологии развивались с целью преодоления ограничений «ручного» применения методологии структурного анализа и проектирования 60-70-х годов за счет ее автоматизации и интеграции в поддерживающие средства. Таким образом, CASE-технологии не могут считаться самостоятельными методологиями моделирования, они только делают более эффективными их применение, с точки зрения времени разработки.

Традиционно выделяют шесть периодов, качественно отличающихся применяемой техникой и методами разработки ПО, которые характеризуются использованием в качестве инструментальных средств:

1. Ассемблеров, дампов памяти, анализаторов;

2. Компиляторов, интерпретаторов, трассировщиков;

3. Символьных отладчиков, пакетов программ;

4. Систем анализа и управления исходными текстами;

5. CASE-средств анализа требований, проектирования спецификаций и структуры, редактирования интерфейсов (первая генерация CASE-I);

6. CASE-средств генерации исходных текстов и реализации интегрированного окружения поддержки полного жизненного цикла разработки ПО (вторая генерация CASE-II)

CASE-I является первой технологией, адресованной непосредственно системным аналитикам и проектировщикам, и включающей средства для поддержки графических моделей, проектирования спецификаций, экранных редакторов и словарей данных. Она не предназначена для поддержки полного жизненного цикла и концентрирует внимание на функциональных спецификациях и начальных шагах проекта - системном анализе, определении требований, системном проектировании, логическом проектировании БД .

CASE-II отличается значительно более развитыми возможностями, улучшенными характеристиками и исчерпывающим подходом к полному жизненному циклу разрабатываемого ПО. В инструментарии CASE-II, в первую очередь, используются средства поддержки автоматической кодогенерации, а также, обеспечивается полная функциональная поддержка для выполнения графических системных требований и спецификаций проектирования; контроля, анализа и связывания системной информации и информации по управлению проектированием; построение прототипов и моделей системы; тестирования, верификации и анализа сгенерированных программ; генерации документов по проекту; контроля на соответствие стандартам по всем этапам жизненного цикла. CASE-II может включать свыше 100 функциональных компонент, поддерживающих все этапы жизненного цикла, при этом пользователям предоставляется возможность выбора необходимых средств и их интеграции в нужном составе .

1.4 Методологии проектирования, используемые в CASE–средствах

CASE-средства являются результатом естественного эволюционного развития отрасли инструментальных (или технологических) средств. CASE-технологии начали развиваться с целью преодоления ограничений методологии структурного программирования.

Эта методология, несмотря на формализацию в составлении программ, характеризуется все же сложностью понимания, большой трудоемкостью и стоимостью использования, трудностью внесения изменений в проектные спецификации. Заложенные в ней принципы позволили развивать эту методологию и повысить е эффективность за счет автоматизации наиболее рутинних этапов (рис. 1.1).

Основными стандартами методологий, реализованных в CASE-средствах, являются:

SADT (Structured Analysis and Design Technique) - методология структурного анализа и проектирования. Основана на понятиях функционального моделирования. Отражает такие системные характеристики, как управление, обратная связь и исполнитель;

IDEF0 (Integrated Definition Function Modeling) - методология функционального моделирования. Используется для создания функциональной модели, отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, преобразуемые этими функциями. Является подмножеством методологии SADT;

DFD(DataFlow Diagram) - методология моделирования потоков данных.

Рисунок 1.1 – Сравнение традиционной разработки и разработки с использованием CASE-технологий

Следующие стандарты методологий применяются для описания обмена данными между рабочими процессами:

IDEF1 применяется для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы;

IDEF2 позволяет построить динамическую модель меняющихся во времени поведения функций, информации и ресурсов системы;

IDEF3- методология моделирования потоков работ. Является более детальной по отношению к IDEF0 и DFD. Позволяет рассмотреть конкретный процесс с учетом последовательности выполняемых операций. С помощью IDEF3 описываются сценарий и последовательность операций для каждого процесса;

IDEF1X (IDEF1 Extended) - методология описания данных. Применяется для построения баз данных. Относится к типу методологий «Сущность-связь» (ER - Entity-Relationship) и, как правило, используется для моделирования реляционных баз данных, имеющих отношение к рассматриваемой системе;

IDEF4 - объектно-ориентированная методология. Отражает взаимодействие объектов. Позволяет наглядно отображать структуру объектов и заложенные принципы их взаимодействия. Удобна для создания программных продуктов на объектно-ориентированных языках;

IDEF5- методология онтологического исследования сложных систем. С помощью методологии IDEF5 онтология системы может быть описана при помощи определенного словаря терминов и правил, на основании которых могут быть сформированы достоверные утверждения о состоянии рассматриваемой системы в некоторый момент времени;

ARIS - описывает бизнес-процесс в виде потока последовательно выполняемых работ;

UML - (Unified Modeling Language) унифицированный язык моделирования, основанный на объектно-ориентированном подходе. UML позволяют описать статическую структуру системы и ее динамическое поведение в соответствующих нотациях.

В CASE-средствах широко используются методологии структурного и объектно-ориентированного проектирования. Структурное проектирование основано на алгоритмической декомпозиции, а объектно-ориентированное проектирование – на объектно-ориентированной декомпозиции. Алгоритмическая декомпозиция позволяет определить порядок происходящих событий. Объектно-ориентированная декомпозиция позволяет определить иерархию классов объектов, их методы и свойства. CASE-средства, поддерживающие объектно-ориентированное проектирование используют методологию RUP (Rational Unified Process) и нотации языка UML.

1.5 Методология CASE-средств объектно-ориентированного проектирования

В объектно-ориентированном подходе основная категория объектной модели – класс, объединяет в себе на элементарном уровне, как данные, так и операции, которые над ними выполняются (методы). Именно с этой точки зрения изменения, связанные с переходом от структурного к объектно-ориентированному подходу, являются наиболее заметными. Разделение процессов и данных преодолено, однако остается проблема преодоления сложности системы, которая решается путем использования механизма компонентов.

Данные по сравнению с процессами являются более стабильной и относительно редко изменяющейся частью системы. Отсюда следует главное достоинство объектно-ориентированного подхода, которое Гради Буч сформулировал следующим образом: объектно-ориентированные системы более открыты и легче поддаются внесению изменений, поскольку их конструкция базируется на устойчивых формах. Это дает возможность системе развиваться постепенно и не приводит к полной ее переработке даже в случае существенных изменений исходных требований.

Буч отмечает также ряд следующих преимуществ объектно-ориентированного подхода .

1. Объектная декомпозиция дает возможность создавать программные системы меньшего размера путем использования общих механизмов, обеспечивающих необходимую экономию выразительных средств. Использование объектного подхода существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования не только программ, но и проектов, что в конце концов ведет к созданию среды разработки и переходу к сборочному созданию ПО. Системы зачастую получаются более компактными, чем их структурные эквиваленты, что означает не только уменьшение объема программного кода, но и удешевление проекта за счет использования предыдущих разработок.

2. Объектная декомпозиция уменьшает риск создания сложных систем ПО, так как она предполагает эволюционный путь развития системы на базе относительно небольших подсистем. Процесс интеграции системы растягивается на все время разработки, а не превращается в единовременное событие.

3. Объектная модель вполне естественна, поскольку в первую очередь ориентирована на человеческое восприятие мира, а не на компьютерную реализацию.

4. Объектная модель позволяет в полной мере использовать выразительные возможности объектных и объектно-ориентированных языков программирования.

К недостаткам объектно-ориентированного подхода относятся некоторое снижение производительности функционирования ПО и высокие начальные затраты. Объектная декомпозиция существенно отличается от функциональной, поэтому переход на новую технологию связан как с преодолением психологических трудностей, так и дополнительными финансовыми затратами. Безусловно, объектно-ориентированная модель наиболее адекватно отражает реальный мир, представляющий собой совокупность взаимодействующих (посредством обмена сообщениями) объектов. Но на практике в настоящий момент продолжается формирование стандарта языка UML для объектно-ориентированного моделирования, и количество CASE-средств, поддерживающих объектно-ориентированный подход, невелико по сравнению с аналогичными средствами, поддерживающими структурный подход.

Кроме того, диаграммы, отражающие специфику объектного подхода (диаграммы классов и т.п.), гораздо менее наглядны и плохо понимаемы непрофессионалами. Поэтому одна из главных целей внедрения CASE-технологии, а именно снабжение всех участников проекта (в том числе и заказчика) общим языком «для передачи понимания», обеспечивается на сегодняшний день только структурными методами.

При переходе от структурного подхода к объектному, как при всякой смене технологии, необходимо вкладывать деньги в приобретение новых инструментальных средств. Здесь следует учесть и расходы на обучение (овладение методом, инструментальными средствами и языком программирования). Для некоторых организаций эти обстоятельства могут стать серьезными препятствиями. Объектно-ориентированный подход не дает немедленной отдачи. Эффект от его применения начинает сказываться после разработки двух-трех проектов и накопления повторно используемых компонентов, отражающих типовые проектные решения в данной области. Переход организации на объектно-ориентированную технологию - это смена мировоззрения, а не просто изучение новых CASE-средств и языков программирования .

Очевидно, что в конкретном проекте декомпозировать сложную систему одновременно двумя способами невозможно. Можно начать декомпозицию каким-либо одним способом, а затем, используя полученные результаты, попытаться рассмотреть систему с другой точки зрения. Теперь перейдем к рассмотрению взаимосвязи между структурным и объектно-ориентированным подходами. Основой взаимосвязи является общность ряда категорий и понятий обоих подходов (процесс и вариант использования, сущность и класс и др.). Эта взаимосвязь может проявляться в различных формах. Так, одним из возможных подходов является использование структурного анализа как основы для объектно-ориентированного проектирования. Такой подход целесообразен ввиду широкого распространения CASE-средств, поддерживающих структурный анализ. Структурный анализ продолжается до момента, при котором диаграммы потоков данных начинают отражать не только предметную область, но и систему ПО.

После выполнения структурного анализа и построения диаграмм потоков данных вместе со структурами данных и другими результатами анализа можно различными способами приступить к определению классов и объектов. Так, если взять какую-либо отдельную диаграмму, то кандидатами в объекты могут быть внешние сущности и накопители данных, а кандидатами в классы - потоки данных.

Другой формой проявления взаимосвязи можно считать интеграцию объектной и реляционной технологий. Реляционные СУБД являются на сегодняшний день основным средством реализации крупномасштабных баз данных и хранилищ данных. Причины этого очевидны: реляционная технология используется достаточно долго, освоена огромным количеством пользователей и разработчиков, стала промышленным стандартом, в нее вложены значительные средства и создано множество корпоративных БД в самых различных отраслях, реляционная модель проста и имеет строгое математическое основание; существует большое разнообразие промышленных средств проектирования, реализации и эксплуатации реляционных БД. Вследствие этого реляционные БД в основном используются для хранения и поиска объектов в так называемых объектно-реляционных системах. Объектно-ориентированное проектирование имеет точки соприкосновения с реляционным проектированием. Например, как было отмечено выше, классы в объектной модели могут некоторым образом соответствовать сущностям (в качестве упражнения можно предложить детально проанализировать все сходства и различия диаграмм «сущность-связь» и диаграмм классов). Как правило, такое соответствие имеет место только на ранней стадии разработки системы - стадии формирования требований. В дальнейшем, разумеется, цели объектно-ориентированного проектирования (адекватное моделирование предметной области в терминах взаимодействия объектов) и разработки реляционной БД (нормализация данных) расходятся. Таким образом, единственно возможным средством преодоления данного пробела является определение соответствия между объектно-ориентированной и реляционной технологиями, которое в основном сводится к отображению диаграмм классов и диаграмм «сущность – связь» реляционной модели. Одним из примеров практической реализации взаимосвязи между структурным и объектно-ориентированным подходом является программный интерфейс (мост) между структурным CASE-средством Silverrun и объектно-ориентированным CASE-средством Rational Rose, разработанный российской компанией "Аргуссофт" .Это ПО создает диаграммы классов Rational Rose на основе RDM-модели (Relational Data Model - реляционная модель данных) Silverrun и наоборот. Аналогичные интерфейсы существуют также между CASE-средствами ERwin (с одной стороны), Rational Rose и Paradigm Plus (с другой стороны).

1.6 Методология CASE-средств структурного проектирования

Сущность структурного подхода к разработке информационных систем заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции. Автоматизируемая система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы «снизу-вверх» от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов.

Все наиболее распространенные методологии структурного подхода базируются на ряде общих принципов. В качестве основных принципов используются:

принцип декомпозиции - принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество более мелких и независимых задач, легких для понимания и решения;

принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

принцип абстрагирования - заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;

принцип формализации –- заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;

принцип непротиворечивости - заключается в обоснованности и согласованности использования элементов системы;

принцип структурирования данных - заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В структурном анализе используются в основном две группы средств, иллюстрирующих функции, выполняемые системой и отношения между данными.

Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными из них являются следующие :

SADT (Structured Analysis and Design Technique) модели и соответствующие функциональные диаграммы;

DFD (Data Flow Diagrams) диаграммы потоков данных;

ERD (Entity-Relationship Diagrams) диаграммы «сущность-связь».

На стадии проектирования информационной системы (ИС) модели усложняются, уточняются и дополняются диаграммами, отражающими структуру и архитектуру программного обеспечения, структурные схемы программ и диаграмм экранных форм. Перечисленные модели в совокупности дают полное описание ИС независимо от того, является ли она существующей или вновь разрабатываемой. Состав диаграмм в каждом конкретном случае зависит от необходимой полноты описания системы.

Значительно лучше соответствуют большой размерности задачи иерархические CASE-модели. Аббревиатура CASE (Computer-Aided Software/System Engineering) означает проектирование программного обеспечения или системы на основе компьютерной поддержки.

CASE-технология - актуальное и интенсивно развивающееся направление создания САПР в области программных продуктов и систем обработки информации. Практически ни один крупный зарубежный программный продукт не создается в настоящее время без использования CASE-средств.

Среди отечественных систем, созданных с использованием CASE-средств, следует отметить систему БОСС-КОРПОРАЦИЯ фирмы АйТи. На всех стадиях создания этой системы использовались средства разработки, относящиеся к семейству Oracle 2000 (Designer/2000, Developer/200, Programmer/2000).

Область применения CASE-технологий относится к созданию, прежде всего, экономических информационных систем, что объясняется массовостью этих систем.

Следует отметить, что CASE-технологий применяются не только для создания автоматизированных систем управления, но и для разработки моделей систем, помогающих в принятии решений в области стратегического планирования, управления финансами фирмы, обучения персонала и т.д. Это направление применения CASE-технологий получило свое собственное название - бизнес-анализ.

CASE-технологий применяются также там, где проблематика предметной области отличается большой сложностью, например, в разработке системного программного обеспечения.

Рассмотрим методологические основы CASE-технологий.

Основой CASE-методологии является моделирование. CASE-технология - это модельный метод автоматизации проектирования системы.

CASE-технология основана на парадигме: методология - метод - нотации - средства

Методология определяет общие подходы к оценке и выбору варианта системы, последовательность стадий и этапов проектирования, подходы к выбору методов.

Метод конкретизирует порядок проектирования отдельных компонентов системы (например, известны методы проектирования потоков данных в системе, задания спецификаций (описаний) процессов, представления структур данных в хранилище и т.д.).

Нотации - это графические средства обозначения и правила, предназначенные для описания структуры системы, этапов обработки информации, структуры данных и т. д. Нотации включают графы, диаграммы, таблицы, блок-схемы, формальные и естественные языки.

Наконец, средства - это инструментарии, средства автоматизации проектирования в виде программных продуктов для обеспечения интерактивного режима проектирования (создание и редактирование графического проекта информационной системы) и кодогенерацни программ (автоматического создания кодов программ системы).

Методология проектирования на основе компьютерной поддержки, очевидно, требует построения формализованного описания информационной системы в виде информационной модели. Построение CASE-модели системы предусматривает декомпозицию системы и иерархическое упорядочивание декомпозированных подсистем.

Модель системы должна отражать:

Функциональную часть системы;

Отношения между данными;

Переходы состояний системы при работе в реальном времени. Для моделирования информационной системы в трех указанных аспектах используются три разновидности графических средств с определенными нотациями.

1. Диаграммы потоков данных - DFD (Data Flow Diagrams). Они используются совместно со словарями данных и спецификациями процессов.

2. Диаграммы „сущность-связь" - ERD (Entity Relationship Diagrams), показывающие отношения между данными.

3. Диаграммы переходов состояний - STD (State Transitign Diagrams) для отражения зависящего от времени поведения системы (в режиме реального времени).

Ведущая роль в моделировании принадлежит DFD.

DFD предназначена для отражения взаимосвязей источников и приемников данных (так называемых внешних сущностей по отношению к информационной системе), потоков данных, процессов обработки (вычислительных процессов, соответствующих функциям системы), хранилищ данных (накопителей).

Графическое представление диаграммы потоков данных на экране дисплея обеспечивает наглядность моделирования и удобство корректировки основных компонентов модели в интерактивном режиме.

Поскольку графического представления недостаточно для точного определения компонентов DFD, используются текстовые описания и другие средства конкретизации процессов обработки и структуры данных.

Так, потоки данных конкретизируются в части их структуры в словарях данных. Каждый процесс (функция системы) может быть детализирована с помощью DFD нижнего уровня, где он разделяется на несколько процессов с одновременной детализацией потоков данных.

Детализация процессов заканчивается, когда описание каждого детализированного процесса может быть сделано с помощью выбранного метода написания алгоритма процесса. Спецификация процесса содержит номер и имя процесса, списки имен входных и выходных данных из словаря данных и алгоритм процесса, трансформирующий входные потоки данных во входные. В CASE-технологии используются такие методы задания алгоритмов процессов, как:

Текстовое описание;

Естественный структурированный язык;

Таблицы решений;

Деревья решений;

Визуальные языки;

Языки программирования.

Языки программирования (С, Cobol и др.) вызывают затруднения в написании алгоритмов применительно к DFD, поскольку требуют использования, помимо потоков данных, словарей данных, и требуют синхронной корректировки спецификаций процессов при корректировке DFD.

Структурированный естественный язык легко понимается не только проектировщиками и программистами, но и конечными пользователями. В этом его достоинство. Однако он не обеспечивает автоматической кодогенерации из-за наличия неоднозначностей.

Таблицы и деревья решений, наглядно отражая связь комбинации условий с необходимыми действиями, не обладают процедурными возможностями для кодогенерации программ.

Визуальные языки обеспечивают автоматическую кодогенерацию, но представленные с их помощью спецификации процессов сложно корректировать.

Содержимое каждого хранилища данных, представленного на диаграмме потока данных, описывается словарем данных и моделью данных ERD. В случае работы системы в реальном времени DFD дополняется STD.

Иерархическая структура CASE-модели представлена на рис. 11.9.

Важным методологическим принципом CASE-технологии создания информационной системы является четкое разделение процесса создания системы на 4 стадии:

Предпроектную (стадию анализа, прототипирования, и построения модели требовании к системе);

Проектную, предполагающую логическое проектирование системы (без программирования);

Стадию программирования (включая проектирование физической базы данных);

Послепроектную, включающую в себя ввод в действие, эксплуатацию и сопровождение системы.

На предпроектной стадии строится модель требований к системе, т. е. подробное описание того, что она должна делать, без указания путей реализации требований.

На проектной стадии происходит уточнение модели требований (разработка подробной иерархической модели на основе DFD и спецификаций процессов) и расширение ее до модели реализации на логическом уровне. В заключение этой стадии происходит тщательный контроль проекта на уровне логической модели реализации.

На следующей стадии (программирования) осуществляется физическое проектирование системы. Эта стадия предусматривает автоматическую кодогенерацию по спецификациям процессов программного обеспечения системы и физическое проектирование базы данных.

Заключительная послепроектная стадия начинается с приемосдаточных испытаний. Далее следуют ввод в постоянную эксплуатацию, сопровождение и развитие системы.

Последовательность операций создания информационной системы на основе CASE-технологии представлена на рис. 11.10.

Рассмотрим факторы эффективности CASE-технологии.

1. Следует отметить, что CASE-технология создает возможность и предусматривает перенос центра тяжести в трудоемкости создания системы на предпроектную и проектную стадии. Тщательная проработка этих стадий в интерактивном режиме с компьютерной поддержкой уменьшает число возможных ошибок в проектировании, исправлять которые на последующих стадиях затруднительно.

2. Доступная для понимания пользователей-непрограммистов графическая форма представления модели позволяет осуществить принцип пользовательского проектирования, предусматривающий участие пользователей в создании системы. CASE-модель позволяет достичь взаимопонимания между всеми участниками создания системы (заказчиками, пользователями, проектировщиками, программистами).

3. Наличие формализованной модели системы на предпроектной стадии создает возможность для многовариантного анализа с прототипированием и ориентировочной оценкой эффективности вариантов. Анализ прототипа системы позволяет скорректировать будущую систему до того, как она будет реализована физически. Этот подход ускоряет и удешевляет создание системы.

4. Закрепление в формализированном виде требований к системе избавляет проектировщиков от необходимости многочисленных корректировок по новым требованиям пользователей.

5. Отделение проектирования системы от программирования создает устойчивость проектных решений для реализации на разных программно-технических платформах.

6. Наличие формализованной модели реализации системы и соответствующих средств автоматизации позволяет осуществить автоматическую кодогенерацию программного обеспечения системы и создать рациональную структуру базы данных.

7. На стадии эксплуатации системы появляется возможность внесения изменений на уровне модели, не обращаясь к текстам программ, возможно, силами специалистов отдела автоматизации фирмы.

8. Модель системы может использоваться не только как основа ее создания, но и в целях автоматизированного обучения персонала с использованием диаграмм.

9. На основе модели действующей системы может выполняться бизнес-анализ для поддержки управленческих решений и бизнес-реинжиниринг при изменении направления деятельности фирмы.

Рассмотрим программные средства, обеспечивающие CASE-техно-логию. В зависимости от функционального назначения они подразделяются на следующие классификационные группировки, обеспечивающие:

Анализ и проектирование информационной системы;

Проектирование баз данных;

Программирование;

Сопровождение и реинжиниринг;

Управление процессом проектирования.

Средства анализа и проектирования служат для построения CASE-модели как действующей, так и реализуемой системы управления. Они поддерживают графическое построение и контроль иерархической модели диаграмм потоков данных и описание ее компонентов. Эти средства позволяют аналитикам и проектировщикам получить доступ к базе данных проектируемой системы (репозитарию).

К таким средствам относятся: отечественный пакет CASE. Аналитик, Design/IDEF (Meta Software), The Developer (ASYST Technologies) и др.

Для согласования требований пользователей создаются прототипы пользовательских интерфейсов, включающих в себя меню, экранные формы и отчеты в виде таблиц или графиков. Примером программного средства создания пользовательского интерфейса является Developer/2000 (Oracle).

Средства проектирования баз данных обеспечивают логическое моделирование данных, автоматическое преобразование моделей данных в третью нормальную форму и генерацию схем баз данных. Примерами таких средств является Designer/2000 фирмы Oracle, ERWin (Logic Works) и др.

Средства программирования поддерживают автоматическую кодогенерацию из спецификаций процессов, тестирование и документирование программы. К их числу относятся Programmer/2000 (Oracle), DECASE (DEC), APS (Sage Software) и др.

Средства сопровождения и реижиниринга позволяют вносить изменения в систему на уровне моделей при меняющихся условиях бизнеса (Adpac CASE Tools фирмы Adpac и др.).

Средства управления процессом проектирования поддерживают планирование и контроль выполнения комплекса проектных работ, а также взаимодействие аналитиков, проектировщиков и программистов на основе общей базы данных проекта (например, Project Workbench фирмы Applied Business Technology). Очевидна актуальность создания интегрированного пакета инструментальных средств поддержки CASE-технологии на всех этапах жизненного цикла информационной системы.