Сравнительный анализ sadt-моделей и потоковых моделей

Как уже отмечалось, практически во всех методах структурного анализа используются три группы средств моделирования:

• диаграммы, иллюстрирующие функции, которые система должна выполнять, и связи между этими функциями - для этой цели чаще всего используются DFD или SADT (IDEF0);
• диаграммы, моделирующие данные и их взаимосвязи (ERD);
• диаграммы, моделирующие поведение системы (STD).

Таким образом, наиболее существенное различие между разновидностями структурного анализа заключается в методах и средствах функционального моделирования. С этой точки зрения все разновидности структурного системного анализа могут быть разбиты на две группы - применяющие методы и технологию DFD (в различных нотациях) и использующие SADT-методологию. Соотношение применения этих двух разновидностей структурного анализа в существующих CASE-средствах составляет по материалам CASE Consulting Group 90% для DFD и 10% для SADT. По данным автора, основанным на анализе 127 существующих CASE-пакетов, это соотношение выглядит как 94% к 3%, соответственно. Оставшиеся 3% CASE-средств используют методологии, не относящиеся ни к одной из перечисленных разновидностей. Представляется очевидным, что соотношение такого же порядка справедливо и для цифр распространенности рассматриваемых методологий на практике.

Сравнительный анализ этих двух разновидностей методологий проводится по следующим параметрам:

• адекватность средств рассматриваемой проблеме;
• согласованность с другими средствами структурного анализа;
• интеграция с последующими этапами разработки (и прежде всего с этапом проектирования).

1) Адекватность. Выбор той или иной структурной методологии напрямую зависит от предметной области, для которой создается модель. Предметом бизнес-консалтинга являются организационные системы (точнее, функционирование или деятельность таких систем). Для моделирования таких систем традиционно используется методология SADT (точнее ее подмножество IDEF0). Однако статическая SADT-модель не обеспечивает полного решения задач бизнес-консалтинга, необходимо иметь возможность исследования динамических характеристик бизнес-процессов. Одним из решений является использование методологии и средств динамического моделирования, основанной, например, на цветных (раскрашенных) сетях Петри CPN (Color Petri Nets). Фактически SADT и CPN служат компонентами интегрированной методологии бизнес-консалтинга: SADT-диаграммы автоматически преобразуются в прообраз CPN-модели, которая затем дорабатывается и исполняется в различных режимах, чтобы получить соответствующие оценки.

Следует отметить, что не существует принципиальных ограничений в использовании DFD в качестве средства построения статических моделей деятельностей. Более того, в настоящий момент доступен ряд методологий и продуктов динамического моделирования (INCOME Mobile, CPN-AMI и др.), базирующихся на сетях Петри различного вида и интегрируемых с DFD-моделью, которые позволяют успешно решать задачи бизнес-консалтинга.

Методология SADT успешно работает только для реорганизации хорошо специфицированных и стандартизованных западных бизнес-процессов, поэтому она и принята на Западе в качестве типовой. Например, в Министерстве Обороны США десятки лет существуют четкие должностные инструкции и методики, которые жестко регламентируют деятельность, делают ее высокотехнологичной и ориентированной на бизнес-процесс. В российской действительности с ее слабой типизацией бизнес-процессов, их стихийным появлением и развитием, разумнее ориентироваться на методологию организации и/или реорганизации потоков информации и отношений: для таких задач методологии, основанные на потоковых диаграммах, не просто допустимы, а являются единственно возможными.

Если же речь идет об информационно-технологическом консалтинге, где методологии применяются к системам обработки информации, а не к системам вообще, как это предполагается в SADT, то здесь DFD вне конкуренции. Практически любой класс систем успешно моделируется при помощи DFD-ориентированных методов: в этом случае вместо реальных объектов рассматриваются отношения, описывающие свойства этих объектов и правила их поведения. Примерами таких систем служат системы документооборота, управления и другие системы, богатые разнообразными отношениями.

SADT-диаграммы значительно менее выразительны и удобны для моделирования систем обработки информации (сравните рис. 9.1 и 9.4). Так, дуги в SADT жестко типизированы (вход, выход, управление, механизм). В то же время применительно к системам обработки информации стирается смысловое различие между входами-выходами, с одной стороны, и управлениями и механизмами, с другой: входы, выходы и управления являются потоками данных и/или управления и правилами их трансформации. Анализ системы при помощи потоков данных и процессов, их преобразующих, является более прозрачным и недвусмысленным.

Более того, в SADT вообще отсутствуют выразительные средства для моделирования особенностей систем обработки информации. DFD с самого начала создавались как средство проектирования информационных систем (тогда как SADT - как средство проектирования систем вообще) и имеют более богатый набор элементов, адекватно отражающих специфику таких систем (например, хранилища данных являются прообразами файлов или баз данных, внешние сущности отражают взаимодействие моделируемой системы с внешним миром).

Наличие миниспецификаций DFD-процессов нижнего уровня позволяет преодолеть логическую незавершенность SADT (а именно, обрыв модели на некотором достаточно низком уровне, когда дальнейшая ее детализация становится бессмысленной) и построить полную функциональную спецификацию разрабатываемой системы. Это позволит расширить возможности применения созданной модели (например, ее можно будет использовать для автоматизированного и быстрого обучения новых работников конкретному направлению деятельности).

Ограничения SADT, запрещающие использовать более 5-7 блоков на диаграмме, вынуждают искусственно детализировать систему, что затрудняет понимание модели заказчиком, резко увеличивает ее объем и, как следствие, ведет к неадекватности модели реальной картине.

2) Согласованность. Главным достоинством любых моделей является возможность их интеграции с моделями других типов. В данном случае речь идет о согласованности функциональных моделей со средствами информационного и событийного (временного) моделирования. Согласование SADT-модели с ERD и/или STD практически невозможно или носит тривиальный характер. В свою очередь, DFD, ERD и STD взаимно дополняют друг друга и по сути являются согласованными представлениями различных аспектов одной и той же модели (см. рис. 1.2).

Таблица 8.4 отражает возможность такой интеграции для DFD и SADT-моделей.

Таблица 8.4

Название	ERD	STD	Структурные карты
DFD	+	+	+
SADT	+	-	-

Отметим, что интеграция DFD-STD осуществляется за счет расширения классической DFD специальными средствами проектирования систем реального времени (управляющими процессами, потоками, хранилищами данных), и STD является детализацией управляющего процесса, согласованной по управляющим потокам и хранилищам. Интеграция DFD-ERD осуществляется с использованием отсутствующего в SADT объекта - хранилища данных, структура которого описывается с помощью ERD и согласуется по соответствующим потокам и другим хранилищам на DFD.

3) Интеграция с последующими этапами. Важная характеристика методологии - ее совместимость с последующими этапами применения результатов анализа (и прежде всего с этапом проектирования, непосредственно следующим за анализом и опирающимся на его результаты).

DFD могут быть легко преобразованы в модели проектирования (структурные карты) - это близкие модели. Более того, известен ряд алгоритмов автоматического преобразования иерархии DFD в структурные карты различных видов, что обеспечивает логичный и безболезненный переход от этапа анализа требований к проектированию системы. С другой стороны, автору неизвестны формальные методы преобразования SADT-диаграмм в проектные решения системы обработки информации.

В заключение необходимо отметить, что рассмотренные разновидности структурного анализа по сути - два приблизительно одинаковых по мощности языка для передачи понимания. И одним из основных критериев выбора является следующий: насколько хорошо каждым из этих языков владеет консультант или аналитик, насколько грамотно он может на этом языке выражать свои мысли. Автору неоднократно приходилось видеть проекты, выполненные с использованием как DFD, так и SADT, в которых просто невозможно разобраться.

9.1. Методологии структурного анализа Йодана/Де Марко и Гейна-Сарсона

Как уже неоднократно отмечалось, структурный анализ - это систематический пошаговый подход к анализу требований и проектированию спецификаций системы независимо от того, является ли она существующей или создается вновь. Методологии Гейна-Сарсона и Йодана/Де Марко, основанные на идее нисходящей иерархической организации, наиболее ярко демонстрируют этот подход.

Целью рассматриваемых методологий является преобразование общих, неясных знаний о требованиях к системе в точные (насколько это возможно) определения. Обе методологии фокусируют внимание на потоках данных, их главное назначение - создание базированных на графике документов по функциональным требованиям. Методологии поддерживаются традиционными нисходящими методами проектирования спецификаций и обеспечивают один из лучших способов связи между аналитиками, разработчиками и пользователями системы за счет интеграции множества следующих средств:

1. DFD - диаграммы потоков данных. Являются графическими иерархическими спецификациями, описывающими систему с позиций потоков данных. В состав DFD могут входить четыре графических символа, представляющих потоки данных, процессы преобразования входных потоков данных в выходные, внешние источники и получатели данных, а также файлы и БД, требуемые процессами для своих операций.
2. Словари данных. Являются каталогами всех элементов данных, присутствующих в DFD, включая групповые и индивидуальные потоки данных, хранилища и процессы, а также все их атрибуты.
3. Миниспецификации обработки, описывающие DFD-процессы нижнего уровня и являющиеся базой для кодогенерации. Фактически миниспецификации представляют собой алгоритмы описания задач, выполняемых процессами: множество всех миниспецификаций является полной спецификацией системы. Миниспецификации содержат номер и/или имя процесса, списки входных и выходных данных и тело (описание) процесса, собственно и являющееся спецификацией алгоритма или операции, трансформирующей входные потоки данных в выходные. Известно большое число разнообразных методов, позволяющих задать тело процесса, соответствующий язык может варьироваться от структурированного естественного языка или псевдокода до визуальных языков проектирования (типа FLOW-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана) и формальных компьютерных языков.

DFD-диаграммы являются ключевой частью документа спецификации требований. Каждый узел - процесс в DFD может развертываться в диаграмму нижнего уровня, что позволяет на любом уровне абстрагироваться от деталей (отметим, что структурные методологии, ориентированные на потоки управления, не обладают этим свойством). Проектные спецификации строятся по DFD и их миниспецификациям автоматически. Наиболее часто для описания проектных спецификаций используется методика структурных карт Джексона, иллюстрирующая иерархию модулей, связи между ними и некоторую информацию об их исполнении (последовательность вызовов, итерацию). Существует ряд методов автоматического преобразования DFD в структурные карты: один из таких методов, а также реализующий его алгоритм приводится Фишером в его обзорной книге по CASE-технологиям [Fisher 1988].

Отметим, что DFD моделируют функции, которые система должна выполнять, но ничего (или почти ничего) не сообщают об отношениях между данными, а также о поведении системы в зависимости от времени - для этих целей методологии использует диаграммы "сущность-связь" и диаграммы переходов состояний, соответственно.

Главной отличительной чертой методологии Гейна-Сарсона является наличие этапа моделирования данных, определяющего содержимое хранилищ данных (БД и файлов) в DFD в Третьей Нормальной Форме. Этот этап включает построение списка элементов данных, располагающихся в каждом хранилище данных; анализ отношений между данными и построение соответствующей диаграммы связей между элементами данных; представление всей информации по модели в виде связанных нормализованных таблиц. Кроме того, методологии отличаются чисто синтаксическими аспектами, так, например, различны графические символы, представляющие компоненты DFD.

Рис. 9.1. Пример диаграммы Гейна-Сарсона

Таким образом, методы в рассматриваемых подходах представляют собой "кулинарную книгу" с рецептами, помогающими от чистого листа бумаги или экрана перейти к хорошо организованной модели системы. Эти рецепты основаны на простой концепции нисходящего поэтапного разбиения функций системы на подфункции. На первом этапе формируется контекстная диаграмма верхнего уровня, идентифицирующая границы системы и определяющая интерфейсы между системой и окружением. Затем, после интервьюирования эксперта предметной области, формируется список внешних событий, на которые система должна реагировать. Для каждого из таких событий строится пустой процесс ("bubble") в предположении, что его функция обеспечивает требуемую реакцию на это событие, которая в большинстве случаев включает генерацию выходных потоков и событий (но может также включать и занесение информации в хранилище данных для ее использования другими событиями и процессами). На следующем уровне детализации аналогичная деятельность осуществляется для каждого из пустых процессов.

В качестве примера рассмотрим верхний уровень функциональной модели компании, занимающейся распределением товаров по заказам (рис. 9.1). Заказы подвергаются входному контролю и сортировке. Если заказ не отвечает номенклатуре товаров или оформлен неправильно, то он аннулируется с соответствующем уведомлением заказчика. Если заказ не аннулирован, то определяется, имеется ли на складе соответствующий товар. В случае положительного ответа выписывается счет к оплате и предъявляется заказчику, при поступлении платежа товар отправляется заказчику. Если заказ не обеспечен складскими запасами, то отправляется заявка на товар производителю. После поступления требуемого товара на склад компании заказ становится обеспеченным и повторяет вышеописанный маршрут. При построении данной модели использована нотация Гейна-Сарсона.

9.2. SADT - технология структурного анализа и проектирования

SADT (Structured Analysis and Design Technique) - одна из самых известных методологий анализа и проектирования систем, введенная в 1973 г. Россом (Ross). SADT успешно использовалась в военных, промышленных и коммерческих организациях для решения широкого спектра задач, таких как программное обеспечение телефонных сетей, системная поддержка и диагностика, долгосрочное и стратегическое планирование, автоматизированное производство и проектирование, конфигурация компьютерных систем, обучение персонала, встроенное ПО для оборонных систем, управление финансами и материально-техническим снабжением и др. Данная методология широко поддерживается Министерством обороны США, которое было инициатором разработки стандарта IDEF0 как подмножества SADT. Это, наряду с растущей автоматизированной поддержкой, сделало ее более доступной и простой в употреблении.

С точки зрения SADT модель может основываться либо на функциях системы, либо на ее предметах (планах, данных, оборудовании, информации и т.д.). Соответствующие модели принято называть активностными моделями и моделями данных. Активностная модель представляет с нужной степенью подробности систему активностей, которые в свою очередь отражают свои взаимоотношения через предметы системы. Модели данных дуальны к активностным моделям и представляют собой подробное описание предметов системы, связанных системными активностями. Полная методология SADT заключается в построении моделей обеих типов для более точного описания сложной системы. Однако, в настоящее время широкое применение нашли только активностные модели, их рассмотрению и посвящен данный раздел.

Основным рабочим элементом при моделировании является диаграмма. Модель SADT объединяет и организует диаграммы в иерархические древовидные структуры, при этом этом чем выше уровень диаграммы, тем она менее детализирована. В состав диаграммы входят блоки, изображающие активности моделируемой системы, и дуги, связывающие блоки вместе и изображающие взаимодействия и взаимосвязи между блоками. SADT тpебует, чтобы в диаграмме было 3-6 блоков: в этих пределах диаграммы и модели удобны для чтения, понимания и использования. Вместо одной громоздкой модели используются несколько небольших взаимосвязанных моделей, значения которых взаимодополняют друг друга, делая понятной структуризацию сложного объекта. Однако такое жесткое требование на число блоков на диаграмме ограничивает применение SADT для ряда предметных областей. Например, в банковских структурах имеется 15-20 равноправных деятельностей, которые целесообразно отразить на одной диаграмме. Искусственное их растаскивание по разным уровням SADT-модели явно не улучшает ее понимаемость.

Блоки на диаграммах изображаются прямоугольниками и сопровождаются текстами на естественном языке, описывающими активности. В отличие от других методов структурного анализа в SADT каждая сторона блока имеет вполне определенное особое назначение: левая сторона блока предназначена для Входов, верхняя - для Управления, правая - для Выходов, нижняя - для Исполнителей. Такое обозначение отражает определенные принципы активности: Входы преобразуются в Выходы, Управления ограничивают или предписывают условия выполнения, Исполнители описывают, за счет чего выполняются преобразования.

Дуги в SADT представляют наборы предметов и маркируются текстами на естественном языке. Предметы могут состоять с активностями в четырех возможных отношениях: Вход, Выход, Управление, Исполнитель. Каждое из этих отношений изображается дугой, связанной с определенной стороной блока - таким образом, стороны блока чисто графически сортируют предметы, изображаемые дугами. Входные дуги изображают предметы, используемые и преобразуемые активностями. Управляющие дуги обычно изображают информацию, управляющую действиями активностей. Выходные дуги изображают предметы, в которые преобразуются входы. Исполнительские дуги отражают (по крайней мере частично) реализацию активностей (рис. 9.2).

Блоки на диаграмме размещаются по "ступенчатой" схеме в соответствии с их доминированием, которое понимается как влияние, оказываемое одним блоком на другие. Кроме того, блоки должны быть пронумерованы, например, в соответствии с их доминированием. Номера блоков служат однозначными идентификаторами для активностей и автоматически организуют эти активности в иерархию модели.

Взаимовлияние блоков может выражаться либо в пересылке Выхода к другой активности для дальнейшего преобразования, либо в выработке управляющей информации, предписывающей, что именно должна делать другая активность. Таким образом, диаграммы SADT являются предписывающими диаграммами, описывающими как преобразования между Входом и Выходом, так и предписывающие правила этих преобразований.

Рис. 9.2. Пример SADT-блока

Рис. 9.3. Пример отношения Выход-Исполнитель

В SADT требуются только пять типов взаимосвязей между блоками для описания их отношений: Управление, Вход, Управленческая Обратная Связь, Входная Обратная Связь, Выход - Исполнитель. Отношения Управления и Входа являются простейшими, поскольку они отражают интуитивно очевидные прямые воздействияы. Отношение Управления возникает тогда, когда Выход одного блока непосредственно влияет на блок с меньшим доминированием. Отношение Входа возникает, когда Выход одного блока становится Входом для блока с меньшим доминированием. Обратные связи более сложны, поскольку они отражают итерацию или рекурсию - Выходы из одной активности влияют на будущее выполнение других функций, что впоследствии влияет на исходную активность. Управленческая Обратная Связь возникает, когда Выход некоторого блока влияет на блок с большим доминированием, а отношение Входной Обратной Связи имеет место, когда Выход одного блока становится Входом другого блока с большим доминированием. Отношения Выход - Исполнитель встречаются нечасто и представляют особый интерес. Они отражают ситуацию, при которой Выход одной активности становится средством достижения цели другой активностью (рис. 9.3).

Рис. 9.4. Пример SADT-диаграммы

Дуги SADT, как правило, изображают наборы предметов, поэтому они могут разветвляться и соединяться вместе различным образом. Разветвления дуги означают, что часть ее содержимого (или весь набор предметов) может появиться в каждом ответвлении дуги. Дуга всегда помечается до разветвления, чтобы дать название всему набору. Кроме того, каждая ветвь дуги может быть помечена в соответствии со следующими правилами: считается, что непомеченная ветвь содержит все предметы, указанные в метке перед разветвлением; каждая метка ветви уточняет, что именно содержит эта ветвь. Слияние дуг указывает, что содержимое каждой ветви участвует в формировании после слияния объединенной дуги. После слияния дуга всегда помечается для указания нового набора, кроме того, каждая ветвь перед слиянием может помечаться в соответствии со следующими правилами: считается, что непомеченные ветви содержат все предметы, указанные в общей метке после слияния; каждая метка ветви уточняет, что именно содержит эта ветвь.

При создании модели одна и та же диаграмма чертится несколько раз, что создает различные ее варианты. Чтобы различать различные версии одной и той же диаграммы, в SADT используется схема контроля конфигурации диаграмм, основанная на их номерах. Если диаграмма замещает более старый вариант, то предыдущий номер помещается в скобках для указания связи с предыдущей работой.

Пример SADT-диаграммы, моделирующей деятельность компании, занимающейся распределением товаров по заказам (рис. 9.1), приведен на рис. 9.4.

SADT, как и другие методологии проектирования, целесообразно использовать на ранних этапах ЖЦ: для понимания системы до ее воплощения. SADT позволяет сократить дорогостоящие ошибки на ранних этапах создания системы, улучшить контакт между пользователями и разработчиками, сгладить переход от анализа к проектированию. Несомненное достоинство SADT заключается в том, что она легко отражает такие характеристики как управление, обратная связь и исполнители.

Методология SSADM

Примером еще одной методологии, ориентированной на диаграммы потоков данных, является методология SSADM (Structured Systems Analysis and Design Method), созданная в начале 80-х годов и принятая в 1993 году в качестве национального стандарта Великобритании для разработки информационных систем. Ее несомненным достоинством является наличие взаимосогласованных методик, регламентирующих начальные этапы разработки системы, центральным из которых является этап итеративного определения требований. В то же время SSADM не распространяется на этапы, связанные с реализацией, внедрением и сопровождением системы, отсылая разработчика к другим общедоступным методологиям, рекомендуемым британским государственным агенством по информатике и вычислительной технике.

В SSADM применяется нисходящий подход к построению интегрированных функциональных, информационных и событийных моделей. При моделировании функций используются классические DFD (включающие только базовые объекты: процесс, поток данных, хранилище данных, внешнюю сущность) с миниспецификациями на структурированном естественном языке. Моделирование данных осуществляется с использованием нотации LDS (Logical Data Structure), являющейся диалектом ER-модели. Для событийного моделирования используются диаграммы истории жизни сущностей ELN (Entity Life History), поддерживающие индикаторы состояний, события с привязанными к ним действиями, возможность задавать последовательные, параллельные и итеративные конструкции, а также конструкции выбора.

Согласно SSADM определение системных требований включает следующие шесть основных этапов этапов:

1. Оценка реализуемости. Данный этап предваряет инициациацию работ по созданию системы, его основными процессами являются следующие:
• анализ первичных бизнес-требований (включая определение целевого назначения будущей системы, ее основных пользователей и т.п.)
• предварительная экономическая оценка проекта
• построение план-графика выполнения основных работ
• подготовка документов по оценке возможности создания системы.
2. Предпроектное обследование и моделирование требований. Результатом данного этапа должна являться функционально полная модель требований заказчика к будущей системе, а также оценки важности этих требований для будущего пользователя и оценки необходимых для реализации каждого требования ресурсов. SSADM рекомендует следующие шаги для достижения результата этапа:
• определение границ будущей системы
• выявление основных требований
• выявление процессов обработки информации
• выявление обрабатываемых данных
• построение информационно-логической модели требований
• обобщение результатов и подготовка отчетов
3. Выбор варианта автоматизации. На основании результатов (оценок) предшествующего этапа предлагаются несколько (от 3 до 6) вариантов автоматизации, из которых на основании выявленных ограничений совместно с заказчиком выбирается окончательный вариант.
4. Разработка логического проекта. На данном этапе осуществляется пересмотр выявленных требований с учетом выбранного варианта автоматизации с фиксацией неотраженных данным вариантом требований. При этом требования детализируются и уточняются, выявляются противоречия между ними, создается и оценивается прототип будущей системы. После завершения данного этапа SSADM запрещает добавление новых функциональных требований, допускается лишь их корректировка и уточнение.
5. Выбор варианта реализации. Этап включает проработку нескольких вариантов реализации, касающихся технической и программной среды, их оценку и совместный с заказчиком выбор приемлемого варианта.
6. Физическое проектирование.
• разработка физической информационной модели
• разработка спецификаций к программным компонентам
• оптимизация информационной модели
• уточнение спецификаций к программным компонентам
• оформление документации.

Отличительной чертой SSADM является четкое выделение и поддержка соответствующими методиками так называемых “нефункциональных требований”. Нефункциональные требования специфицируют, с какам уровнем качества система должна выполнять свои функции. Примерами таких требований являются:

• среднее время наработки на отказ
• время отклика
• ограничения доступа
• требования безопасности и т.п.