Case технологии разработки информационной системы. Case-технологии проектирования информационных систем. Обзор некоторых CASE-систем

Характеристики современных операционных систем

Год за годом происходит эволюция структуры и возможностей операционных систем. В последнее время в состав новых операционных систем и новых версий уже существующих операционных систем вошли некоторые структурные элементы, которые внесли большие изменения в природу этих систем. Современные операционные системы отвечают требованиям постоянно развивающегося аппаратного и программного обеспечения. Они способны управлять работой многопроцессорных систем, работающих быстрее обычных машин, высокоскоростных сетевых приспособлений и разнообразных запоминающих устройств, число которых постоянно увеличивается. Из приложений, оказавших влияние на устройство операционных систем, следует отметить мультимедийные приложения, средства доступа к Internet, а также модель клиент/сервер.

Неуклонный рост требований к операционным системам приводит не только к улучшению их архитектуры, но и к возникновению новых способов их организации. В экспериментальных и коммерческих операционных системах были опробованы самые разнообразные подходы и структурные элементы, большинство из которых можно объединить в следующие категории.

· Архитектура микроядра.

· Многопоточность.

· Симметричная многопроцессорность.

· Распределенные операционные системы.

· Объектно-ориентированный дизайн.

Отличительной особенностью большинства операционных систем на сегодняшний день является большое монолитное ядро. Ядро операционной системы обеспечивает большинство ее возможностей, включая планирование, работу с файловой системой, сетевые функции, работу драйверов различных устройств, управление памятью и многие другие. Обычно монолитное ядро реализуется как единый процесс, все элементы которого используют одно и то же адресное пространство. В архитектуре микроядра ядру отводится лишь несколько самых важных функций, в число которых входят работа с адресными пространствами, обеспечение взаимодействия между процессами (interprocess communication - IPC) и основное планирование. Работу других сервисов операционной системы обеспечивают процессы, которые иногда называют серверами. Эти процессы запускаются в пользовательском режиме и микроядро работает с ними так же, как и с другими приложениями. Такой подход позволяет разделить задачу разработки операционной системы на разработку ядра и разработку сервера. Серверы можно настраивать для требований конкретных приложений или среды. Выделение в структуре системы микроядра упрощает реализацию системы, обеспечивает ее гибкость, а также хорошо вписывается в распределенную среду. Фактически микроядро взаимодействует с локальным и удаленным сервером по одной и той же схеме, что упрощает построение распределенных систем.

Многопоточность (multithreading) - это технология, при которой процесс, выполняющий приложение, разделяется на несколько одновременно выполняемых потоков. Ниже приведены основные различия между потоком и процессом.

· Поток. Диспетчеризуемая единица работы, включающая контекст процессора (куда входит содержимое программного счетчика и указателя вершины стека), а также свою собственную область стека (для организации вызова подпрограмм и хранения локальных данных). Команды потока выполняют ся последовательно; поток может быть прерван при переключении процессора на обработку другого потока 4 .Процесс. Набор из одного или нескольких потоков, а также связанных с этими потоками системных ресурсов (таких, как область памяти, в которую входят код и данные, открытые файлы, различные устройства). Эта концепция очень близка концепции выполняющейся программы. Разбивая приложение на несколько потоков, программист получает все преимущества модульности приложения и возможность управления связанными с приложением временными событиями.

Многопоточность оказывается весьма полезной для приложений, выполняющих несколько независимых заданий, которые не требуют последовательного исполнения. В качестве примера такого приложения можно привести сервер базы данных, который одновременно принимает и обрабатывает несколько запросов клиентов. Если в пределах одного и того же процесса обрабатываются несколько потоков, то при переключении между различными потоками непроизводительный расход ресурсов процессора меньше, чем при переключении между разными процессами. Кроме того, потоки полезны при описанном в последующих главах структурировании процессов, которые являются частью ядра операционной системы.

До недавнего времени все персональные компьютеры, рассчитанные на одного пользователя, и рабочие станции содержали один виртуальный микропроцессор общего назначения. В результате постоянного повышения требований к производительности и понижения стоимости микропроцессоров производители перешли к выпуску компьютеров с несколькими процессорами. Для повышения эффективности и надежности используется технология симметричной многопроцессорности (symmetric multiprocessing - SMP). Этот термин относится к архитектуре аппаратного обеспечения компьютера, а также к образу действий операционной системы, соответствующему этой архитектурной особенности. Симметричную многопроцессорность можно определить как автономную компьютерную систему со следующими характеристиками.

1. В системе имеется несколько процессоров.

2. Эти процессоры, соединенные между собой коммуникационной шиной или какой-нибудь другой схемой, совместно используют одну и ту же основную память и одни и те же устройства ввода-вывода.

3. Все процессоры могут выполнять одни и те же функции (отсюда название симметричная обработка).

Операционная система, работающая в системе с симметричной многопроцессорностью, распределяет процессы или потоки между всеми процессорами. У многопроцессорных систем есть несколько потенциальных преимуществ по сравнению с однопроцессорными, в число которых входят следующие.

· Производительность . Если задание, которое должен выполнить компьютер, можно организовать так, что какие-то части этого задания будут выполняться параллельно, это приведет к повышению производительности по сравнению с однопроцессорной системой с процессором того же типа. Сформулированное выше положение проиллюстрировано на рис. 2.12. В много задачном режиме в один и тот же момент времени может выполняться только один процесс, тогда как остальные процессы вынуждены ожидать своей очереди. В многопроцессорной системе могут выполняться одновременно несколько процессов, причем каждый из них будет работать на от дельном процессоре.

· Надежность. При симметричной мультипроцессорной обработке отказ одного из процессоров не приведет к остановке машины, потому что все процессоры могут выполнять одни и те же функции. После такого сбоя система продолжит свою работу, хотя производительность ее несколько снизится.

· Наращивание . Добавляя в систему дополнительные процессоры, пользователь может повысить ее производительность.

· Масштабируемость. Производители могут предлагать свои продукты в различных, различающихся ценой и производительностью, конфигурациях, предназначенных для работы с разным количеством процессоров.

Важно отметить, что перечисленные выше преимущества являются скорее потенциальными, чем гарантированными. Чтобы надлежащим образом реализовать потенциал, заключенный в многопроцессорных вычислительных системах, операционная система должна предоставлять адекватный набор инструментов и возможностей

Рис. 2.12. Многозадачность и многопроцессорность

Часто можно встретить совместное обсуждение многопоточности и многопроцессорности, однако эти два понятия являются независимыми. Многопоточность - полезная концепция для структурирования процессов приложений и ядра даже на машине с одним процессором. С другой стороны, многопроцессорная система может обладать преимуществами по сравнению с однопроцессорной, даже если процессы не разделены на несколько потоков, потому что в такой системе можно запустить несколько процессов одновременно. Однако обе эти возможности хорошо согласуются между собой, а их совместное использование может дать заметный эффект.

Заманчивой особенностью многопроцессорных систем является то, что наличие нескольких процессоров прозрачно для пользователя -за распределение потоков между процессорами и за синхронизацию разных процессов отвечает операционная система. В этой книге рассматриваются механизмы планирования и синхронизации, которые используются, чтобы все процессы и процессоры были видны пользователю в виде единой системы. Другая задача более высокого уровня - представление в виде единой системы кластера из нескольких отдельных компьютеров. В этом случае мы имеем дело с набором компьютеров, каждый из которых обладает своей собственной основной и вторичной памятью и своими модулями ввода-вывода. Распределенная операционная система создает видимость единого пространства основной и вторичной памяти, а также единой файловой системы. Хотя популярность кластеров неуклонно возрастает и на рынке появляется все больше кластерных продуктов, современные распределенные операционные системы все еще отстают в развитии от одно- и многопроцессорных систем. С подобными системами вы познакомитесь в шестой части книги.

Одним из последних новшеств в устройстве операционных систем стало использование объектно-ориентированных технологий. Объектно-ориентированный дизайн помогает навести порядок в процессе добавления к основному небольшому ядру дополнительных модулей. На уровне операционной системы объектно-ориентированная структура позволяет программистам настраивать операционную систему, не нарушая ее целостности. Кроме того, этот подход облегчает разработку распределенных инструментов и полноценных распределенных операционных систем.

Лекция 16-1 CASE-ТЕХНОЛОГИИ В СОЗДАНИИ ИС

Решение задач проектирования больших размерностей требует применения соответствующих методов и моделей. Иерархические CASE-модели (Computer-Aided Software/System Engineering - проектирование программного обеспечения/ системы на основе компьютерной поддержки) во многом отвечают предъявляемым к ним требованиям.

Практически ни один крупный зарубежный программный продукт не создается в настоящее время без использования CASE-средств, а во многих отраслях ведущих стран (особенно госсектор, оборонный комплекс, добывающая промышленность) подготовка проектной документации с использованием CASE-средств является необходимым требованием стандартов.

Областью применения CASE-технологий является, прежде всего, создание экономических ИС, особенно там, где проблематика отличается большой сложностью, например, в корпоративных ИС.

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

CASE-технология основана на взаимосвязи:

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 описаний процессов, представления структур данных в хранилище и т.д.).

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

Средства - инструментарии, средства для обеспечения интерактивного режима проектирования (создание и редактирование графического проекта ИС и кодогенерацни программ).

Построение CASE-модели системы предусматривает декомпозицию системы и иерархическое упорядочивание подсистем.

Модель системы должна отражать: функциональную часть системы; отношения между данными; переходы состояний системы при работе.

Для моделирования ИС в указанных аспектах используются разновидности графических средств:

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, 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 в интерактивном режиме. Поскольку графического представления недостаточно для точного определения компонентов DFD, используются текстовые описания.

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.

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

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.

На 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.

Достоинства CASE-технологии:

1. 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 ориентировочной оценкой эффективности вариантов. Анализ прототипа системы позволяет скорректировать будущую систему до того, как она будет реализована физически. Это ускоряет и удешевляет создание системы.

4. Закрепление в формализированном виде требований к системе избавляет проектировщиков от многочисленных корректировок.

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.

В зависимости от функционального назначения программные средства, обеспечивающие CASE-технологию, 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. 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 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 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 БД (Project Workbench фирмы Applied Business Technology).

2.2 Разработка концептуальной модели информационной системы.

Концептуальная модель представляет объекты и их взаимосвязи без указывания способов их физического хранения. Таким образом, концептуальная модель является, по существу, моделью предметной области. При проектировании концептуальной модели должна происходить структуризация данных и выявление взаимосвязей между ними без рассмотрения особенностей реализации и вопросов эффективности

обработки. Проектирование концептуальной модели основано на анализе задач, стоящих перед рекламным агентством. Концептуальная модель включает описания объектов и их взаимосвязей, представляющих интерес в рассматриваемой предметной области и выявляемых в результате анализа данных.

Чтобы построить необходимую нам модель, мы привели все имеющиеся данные к третьей нормальной форме, в результате чего получили следующие сущности:

· Виды блюд.

· Персонал.

· Должности.

· Постоянные клиенты.

· Заказы.

Модель строим на логическом уровне (см. рис. 2). Из рисунка 2 видно, что в модели проставлены связи. Рассмотрим их подробнее:

Таблица «Виды блюд» и таблица «Блюда» - установлена связь «один-ко-многим» при помощи первичного ключа «Код вида»;

Таблица «Должности» и таблица «Персонал» - установлена связь «один-ко-многим» при помощи первичного ключа «Код должности»;

Таблица «Блюда» и таблица «Заказы» - установлена связь «один-ко-многим» при помощи первичного ключа «Код блюда»;

Таблица «Персонал» и таблица «Заказы» - установлена связь «один-ко-многим» при помощи первичного ключа «Код работника»;

Таблица «Постоянные клиенты» и таблица «Заказы» - установлена связь «один-ко-многим» при помощи первичного ключа «Код клиента».

Рис. 2. Концептуальная модель данных

2.3 Разработка логической модели информационной системы

Базы данных и программные средства их создания и ведения (СУБД) имеют многоуровневую архитектуру, представление о которой можно получить из рисунка 1.

Схема 1 - Многоуровневое представление данных БД под

управлением СУБД

Различают концептуальный, внутренний и внешний уровни представления этих баз данных, которым соответствуют модели аналогичного назначения.

Концептуальный уровень соответствует логическому аспекту представления данных предметной области в интегрированном виде. Концептуальная модель состоит из множества экземпляров различных типов данных, структурированных в соответствии с требованиями СУБД к логической структуре базы данных.

Внутренний уровень отображает требуемую организацию данных в среде хранения и соответствует физическому аспекту представления данных. Внутренняя модель состоит из отдельных экземпляров записей, физически хранимых во внешних носителях.

Внешний уровень поддерживает частные представления данных, требуемые конкретным пользователям. Внешняя модель является подмножеством концептуальной модели. Возможно пересечение внешних моделей по данным. Частная логическая структура данных для отдельного приложения (задачи) или пользователя соответствует внешней модели или подсхеме БД. С помощью внешних моделей поддерживается санкционированный доступ к данным БД приложений (ограничен состав и структура данных концептуальной модели БД, доступных в приложении, а так же заданы допустимые режимы обработки этих данных: ввод, редактирование, удаление, поиск).

Проектирование базы данных состоит в построении комплекса взаимосвязанных данных. На рисунке 2 условно отображены этапы процесса проектирования базы данных.

Схема 2 - Этапы процесса проектирования базы данных

Важнейшим этапом проектирования базы данных является разработка информационно-логической (инфологической) модели предметной области, не ориентированной СУБД. В инфологической модели средствами структур данных в интегрированном виде отражают состав и структуру данных, а также информационные потребности.

Информационно-логическая (инфологическая) модель предметной области отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей.

При связи один ко многим (1:М) одному экземпляру информации А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с одним экземпляром объекта А.

Примером связи 1:М служит связь между информационными объектами Фамилия – Оклад:

Фамилия Оклад

В базе данных информация хранится в виде двумерных таблиц. Можно так же импортировать и связывать таблицы из других СУБД или систем управления электронными таблицами. Одновременно могут быть открыты 1024 таблицы.

При определении необходимых таблиц базы данных необходимо обеспечить первые три нормальные формы, т.е. провести нормализацию.

Одни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов. Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.

Определённый набор отношений обладает лучшими свойствами при включении, модификации, удалении данных, чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.

Нормализация отношений – формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных.

Е.Коддом выделены три нормальные формы отношений и предложен механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей (самой совершенной) нормальной форме.

Первая нормальная форма. Отношение называется нормализованным или приведённым к первой нормальной форме, если все его атрибуты простые (далее неделимы). Преобразование отношения к первой нормальной форме может привести к увеличению количества реквизитов (полей) отношения и изменению ключа.

Вторая нормальная форма. Чтобы рассмотреть вопрос приведения отношений ко второй нормальной форме, необходимо дать пояснения к таким понятиям, как функциональная зависимость и полная функциональная зависимость.

Описательные реквизиты информационного объекта логически связаны с общим для них ключом, эта связь носит характер функциональной зависимости реквизитов.

Функциональная зависимость реквизитов – зависимость, при которой в экземпляре информационного объекта определённому значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита.

Такое определение функциональной зависимости позволяет при анализе всех взаимосвязей реквизитов предметной области выделить самостоятельные информационные объекты. В качестве примера рассмотрим графическое изображение функциональных зависимостей реквизитов работников, приведенное на рисунке 5, на котором ключевой реквизит указан звёздочкой.

Рисунок 1 - Графическое изображение функциональной зависимости реквизитов

В случае составного ключа вводится понятие функционально полной зависимости.

Функционально полная зависимость не ключевых атрибутов заключается в том, что каждый не ключевой атрибут функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа.

Отношение будет находиться во второй нормальной форме, если оно находится в первой нормальной форме, и каждый не ключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа.

Третья нормальная форма. Понятие третьей нормальной формы основывается на понятии не транзитивной зависимости.

Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, если один из двух описательных реквизитов зависит от ключа, а другой описательный реквизит зависит от первого описательного реквизита.

Отношение будет находиться в третьей нормальной форме, если оно находится во второй нормальной форме, и каждый не ключевой атрибут не транзитивно зависит от первичного ключа.

Для устранения транзитивной зависимости описательных реквизитов необходимо провести “расщепление” исходного информационного объекта. В результате расщепления часть реквизитов удаляется из исходного информационного объекта и включается в состав других (возможно, вновь созданных) информационных объектов.

Создаваемая база данных должна выполнять функции в интересах автоматизации выдачи данных об организации. Она должна иметь простой и наглядный пользовательский интерфейс, иметь минимальные системные требования.

Целью работы является создание базы данных, обеспечивающей:

быстрый ввод новых данных;

хранения и поиск уже введённых данных;

печать необходимого количества персональных отчётов.

Данными являются:

Фамилия, имя, отчество;

Дата рождения;

Занимаемая должность;

Должностной оклад;

Количество фактических дней отработанных за месяц.

Рассмотрев определенные выше задачи можно спроектировать основные таблицы базы данных.

Для этого будем пользоваться средствами Database Desktop

В этой среде создадим все необходимые таблицы для разрабатываемой базы данных. Атрибутами в этой таблице будет:

Фамилия, Имя, Отчество, Дата принятия, Адрес, Телефон, Смены, Не выходы на работу, Ставка, зарплата.

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

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЕКЦИЯ

CASE-технологии компьютерного проектирования

План

- 1. CASE-технологии

1. CASE-технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности информационных систем (ИС), создаваемых в различных областях экономики. Современные крупные проекты ИС характеризуются, как правило, следующими особенностями:

· сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;

· наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования (например, традиционных приложений, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, и приложений аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема);

· отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;

· необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений;

· функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах;

· разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;

· существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС.

Для успешной реализации проекта объект проектирования (ИС) должен быть прежде всего адекватно описан, должны быть построены полные и непротиворечивые функциональные и информационные модели ИС. Накопленный к настоящему времени опыт проектирования ИС показывает, что это логически сложная, трудоемкая и длительная по времени работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако до недавнего времени проектирование ИС выполнялось в основном на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования ИС. Кроме того, в процессе создания и функционирования ИС информационные потребности пользователей могут изменяться или уточняться, что еще более усложняет разработку и сопровождение таких систем.

В 70-х и 80-х годах при разработке ИС достаточно широко применялась 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 конкретных ИС встречалось достаточно редко, поскольку при неавтоматизированной (ручной) разработке это практически невозможно. Действительно, вручную очень трудно разработать и графически представить строгие формальные спецификации системы, проверить их на полноту и непротиворечивость, и тем более изменить. Если все же удается создать строгую систему проектных документов, то ее переработка при появлении серьезных изменений практически неосуществима. Ручная разработка обычно порождала следующие проблемы:

· неадекватная спецификация требований;

· неспособность обнаруживать ошибки в проектных решениях;

· низкое качество документации, снижающее эксплуатационные качества;

· затяжной цикл и неудовлетворительные результаты тестирования.

С другой стороны, разработчики ИС исторически всегда стояли последними в ряду тех, кто использовал компьютерные технологии для повышения качества, надежности и производительности в своей собственной работе (феномен "сапожника без сапог").

Перечисленные факторы способствовали появлению программно-технологических средств специального класса - CASE-средств, реализующих CASE-технологию создания и сопровождения ИС. Термин CASE (Computer Aided Software Engineering) используется в настоящее время в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE, ограниченное вопросами автоматизации разработки только лишь программного обеспечения (ПО), в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки сложных ИС в целом. Теперь под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие 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.

· подготовка аналитиков и программистов, восприимчивых к концепциям модульного и структурного программирования;

· широкое внедрение и постоянный рост производительности компьютеров, позволившие использовать эффективные графические средства и автоматизировать большинство этапов проектирования;

· внедрение сетевой технологии, предоставившей возможность объединения усилий отдельных исполнителей в единый процесс проектирования путем использования разделяемой базы данных, содержащей необходимую информацию о проекте.

CASE-технология представляет собой методологию прое к тирования ИС, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме представить процесс проектиров а ния.

2. CASE-средства. Общая характеристика и классификация

разработчик информационный формализованный проектирование

Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС 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 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 ПО и обладающее следующими основными характерными особенностями:

· мощные графические средства для описания и документирования ИС, обеспечивающие удобный интерфейс с разработчиком и развивающие его творческие возможности;

· интеграция отдельных компонент CASE-средств, обеспечивающая управляемость процессом разработки ИС;

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

Интегрированное CASE-средство (или 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 иерархически 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.

· применяемым методологиям и моделям систем и БД;

· степени интегрированности с СУБД;

· доступным платформам.

Классификация по типам в основном совпадает с компонентным составом CASE-средств и включает следующие основные типы:

· средства анализа (Upper CASE), предназначенные для построения и анализа моделей предметной области (Design/IDEF (Meta Software), BPwin (Logic Works));

· средства анализа и проектирования (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 (МакроПроджект)). Выходом таких средств являются спецификации 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 распространенных 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 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 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 С++ (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:

· Vantage Team Builder (Westmount I-CASE);

· Designer/2000;

· 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 перечисленных систем.

3. Основы методологии проектирования ИС

Одним из базовых понятий методологии проектирования ИС является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:

· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

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

· организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Разработка включает в себя все работы по созданию ПО и его компонент в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д. Разработка ПО включает в себя, как правило, анализ, проектирование и реализацию (программирование).

Эксплуатация включает в себя работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей, обеспечение эксплуатационной документацией, проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения, модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы.

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 ПО, обучение персонала и т.п. Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования ПО. Верификация - это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние разработки, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием, которое связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

Управление конфигурацией является одним из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения ПО. При создании проектов сложных ИС, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации конфигурационного учета, планирования и управления конфигурациями ПО отражены в проекте стандарта ISO 12207-2.

Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. Результатами анализа, в частности, являются функциональные модели, информационные модели и соответствующие им диаграммы. ЖЦ ПО носит итерационный характер: результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах.

4. Структурный подход к проектированию ИС CASE средствами

Сущность структурного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: 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 двух базовых принципов используются следующие:

· принцип "разделяй и властвуй" - принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших 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.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:

· 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 элементов;

· 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 среди которых 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 ИС модели расширяются, уточняются и дополняются диаграммами, отражающими структуру программного обеспечения: архитектуру ПО, структурные схемы программ и диаграммы 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.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

История развития информационных технологий. Классификация, виды программного обеспечения. Методологии и технологии проектирования информационных систем. Требования к методологии и технологии. Структурный подход к проектированию информационных систем.

дипломная работа , добавлен 07.02.2009

Основы методологии проектирования информационных систем, понятие их жизненного цикла. Основные модели жизненного цикла. Методология функционального моделирования SADT. Состав функциональной модели. Моделирование данных, характеристика case-средств.

реферат , добавлен 28.05.2015

Особенности проектирования информационных систем основанных на базах данных. Использование CASE-средств и описание бизнес процессов в BP-Win. Этапы проектирования современных информационных систем, виды диаграмм и визуальное представление web-сайта.

курсовая работа , добавлен 25.04.2012

Классификация автоматизированных информационных систем (АИС). Проектирование АИС складского учета с использованием CASE-средства Rational Rose. Подходы к проектированию, анализ CASE-средств. Программная реализация профессионально ориентированной АИС.

курсовая работа , добавлен 06.03.2012

Использование CASE-средств для поддержки процессов создания и сопровождения информационных систем. Задачи графического редактора диаграмм, документатора и администратора проекта. Основные возможности IBM Rational Professional Bundle и IBM Rational Rose.

реферат , добавлен 30.05.2012

Жизненный цикл автоматизированных информационных систем. Основы методологии проектирования автоматизированных систем на основе CASE-технологий. Фаза анализа и планирования, построения и внедрения автоматизированной системы. Каскадная и спиральная модель.

курсовая работа , добавлен 20.11.2010

Склад і зміст робіт на стадії впровадження інформаційних систем. Технологія проектування систем за CASE-методом. Порівняльні характеристики інформаційних систем в менеджменті та СППР. Створення бази моделей. Визначення інформаційних систем управління.

реферат , добавлен 09.03.2009

Системы автоматического проектирования. Сравнительный анализ средств для проектирования автоматизированных информационных систем. Экспорт SQL-кода в физическую среду и наполнение базы данных содержимым. Этапы развития и характеристика Case-средств.

курсовая работа , добавлен 14.11.2017

Составляющие информационных систем: определение, соотношение, изменчивость, выбор подхода к проектированию. Принципы построения корпоративных систем. Обзор технических решений для построения локальных вычислительных систем. Схемы информационных потоков.

курсовая работа , добавлен 16.10.2012

Понятие CASE-средств как программных средств, которые поддерживают процессы создания и сопровождения информационных систем (ИС). Особенности IDEF-технологии разработки ИС. Описание нотации IDEF0. Разработка функциональных моделей бизнес-процесса.