Диаграммы последовательностей

Диаграммы последовательностей (sequencediagram) описывают динамический аспект поведения информационной модели, связанный с созданием экземпляров объектов и их уничтожением. Обобщённо диаграмма последовательностей показана на рис. 7.

Рис. 7 Диаграмма последовательностей

Диаграмма включает в себя следующие элементы: объекты (показаны прямоугольниками), линии жизни объектов (пунктирные линии), периоды активности объектов (прямоугольники на линиях жизни), сообщения (линии со стрелками, помеченные названиями методов). Диаграмма последовательностей показывает причинно-следственные связи между периодами активности объектов. Например, Объект К класса А инициирует создание экземпляра Объекта L класса С отправкой сообщения (вызовом метода) МетодА1(), после чего оба экземпляра активны в течение некоторого (приблизительно одинакового) интервала времени. Можно видеть из диаграммы, что перед завершением Объекта L класса С отправляет сообщение МетодА1(), что приводит к созданию экземпляра Объекта J класса B. Таким образом, явно отражается последовательность активности объектов классов А,В,С на произвольном участке временной оси.

Полезность диаграмм последовательностей определяется возможностью анализа использования ресурсов в процессе функционирования модели. Всякий объект нуждается в ресурсе оперативной памяти и памяти внешних устройств, ресурсе процессоров, пропускной способности каналов связи, мощности электропитания. Оценки ресурсных затрат может быть выполнена на основе данных о времени использования того или иного ресурса отдельным объектом и числе параллельно потребляющих ресурс объектов. В частности, на этапе моделирования важно выявить «узкие места» в потреблении ресурсов, т.е. ситуации, приводящие к нехватке ресурсов. Например, появление нескольких объектов, интенсивно обменивающихся данными по сети, может привести к перегрузке сети и выходу из строя параллельно работающих систем.

 

 

Диаграммы состояний

Рис. 8. Диаграмма состояний

Диаграммы состояний (stationdiagramm) описывают динамику поведения систем как переходы между устойчивыми состояниями. Поведение информационных моделей сочетает в себе непрерывность и дискретность, связываемые со временем. Непрерывность проявляется в изменении с течением времени информационного содержимого при отсутствии внешних воздействий. Например, непрерывным считается процесс смены видеокадров в окне программы. В то же время программа в целом находится в устойчивом состоянии и это рассматривается как проявление дискретности. Пользователь может изменять размер окна при воспроизведении (установить максимальный размер либо размер «по умолчанию») и это вызовет изменение состояния программы, которое будет отличаться от предыдущего, но останется стабильным. Логика переходов систем из одного стабильного состояния в другое требует специального инструмента описания. Нотация диаграмм состояний предоставляет эту возможность в терминах состояний и переходов (см. рис. 8).

Рис. 9 Диаграмма состояний

Состояния системы отображаются в вершинах прямоугольной формы с пояснением действий, которые могут выполняться при этом. Действие может иметь непрерывный характер. Переходы из состояния в состояние связаны с вызовом определённых методов, присущих объектам системы. На диаграмме всегда показывается начальное состояние, в котором система должна находиться перед началом работы. Подобная определенность важна для любой модели. Конечное состояние может указываться не всегда, поскольку вполне реальны модели, не завершающие свою работу в режиме нормального функционирования. Так работают, например, системы мониторинга: пока подано электропитание на оборудование, осуществляется сбор и обработка данных о наблюдаемом объекте, система переходит из одного состояния в другое. Наблюдение прекращается только в случае выключения электропитания.

Диаграммы действий

Диаграммы действий(activitydiagram) описывают логику обработки информации. Этот аспект описания характеризует систему с функциональной точки зрения: какие действия и в какой последовательности выполняются для получения того или иного результата, каковы причинно-следственные связи между внешними событиями и действиями системы. Диаграммы действий используются при разработке программных компонентов и анализе протоколов их взаимодействия.

Во многом нотация диаграмм действий схожа с блок-схемами алгоритмов (схемами алгоритмов по ГОСТ 19.701-90). На рис. 10 показаны основные элементы, из которых строятся диаграммы действий. Вершина действия (рис. 10 д) содержит описание операции, которую выполняет система. Отметим, что множество входных дуг определяют следующую логику выполнения операции: действие начинается, если завершилось хотя бы одно действие, связанное с входными дугами. Условная вершина (рис. 10 е) используется для указания направления перехода в зависимости от результата проверки условия.

Рис.10 Нотация диаграмм действий

Начальная (рис. 10 а) и конечная (рис. 10 г) вершины аналогичны начальной и конечной вершинам диаграмм состояний. Вершина параллельного ветвления (рис. 10 б) показывает логику параллельного ветвления: если выполнено действие, соответствующее входной дуге, инициируется одновременное выполнение всех действий, связанных с выходными дугами. Вершина параллельного слияния (рис. 10 в) задаёт условие продолжения действия, связанного с выходной дугой: это действие начинается после завершения всех действий, которые связаны с входными дугами. Вершины параллельного ветвления и слияния являются средством описания условия синхронизации (согласования по времени) действий, их начала и завершения.

Важной особенностью диаграмм действий является использование объектных дорожек. Объектной дорожкой называется область диаграммы, отнесённая к одному из объектов, выполняющих действия по обработке информации.

 

Диаграммы развертывания

Диаграммы развёртывания (deploymentdiagram) представляют информационную систему с точки зрения размещения её компонентов на серверах реальной компьютерной сети. Этот вид диаграмм наиболее важен для администрирования сложных компьютерных сетей. Если сеть состоит из более, чем нескольких десятков компьютеров, управление ею в рабочем режиме представляет собой нетривиальную задачу. Администрирование требует учёта используемых программных продуктов, распределения лицензий, установку обновлений, конфигурирование программ соответственно прикладным задачам, распределение прав доступа к ресурсам сети, настройку виртуальных подсетей, и многое другое. Выполнение перечисленных задач требует знаний о программных компонентах, их интерфейсах и связях, а также физическом размещении на компьютерах сети. На рис. 11 показан пример диаграммы развёртывания. Нотацию несложно понять из рисунка: объемными фигурами показаны устройства. Каналы связи между ними отображаются линиями с пометкой типа сетевого протокола. Обозначения программных компонентов и баз данных размещаются внутри серверов. Пунктирными линиями показаны связи между компонентами, причём использующий компонент соединяется стрелкой с используемым интерфейсом.

Рис. 11. Пример диаграммы развёртывания

Пример диаграммы развертывания относится к рассмотренной выше информационной модели сетевого картографического сервиса. Мобильное устройство включает в себя программный компонент, способный связываться по интерфейсу ИКартСервис с компонентом КартСервис на картографическом сервере. Для этого используется канал с протоколом TCP/IP. В свою очередь, компонент КартСервис способен обращаться к компоненту МаршСервис по интерфейсу ИМаршСервис на сервере маршрутов для построения схемы маршрута. Серверы связаны каналом по протоколу IPX. Базы данных маршрутов и карт разделены и находятся физически на различных серверах.

 

Проектирование базы данных

Реляционная модель данных

Построение отношений

При создании различных баз данных широко используется реляционная модель. Данная модель предусматривает единственный способ представления данных – в виде набора двумерных таблиц, называемых отношениями.Рассмотрим основные элементы данных реляционной модели (рис. 12).

Рис. 12. Элементы реляционной модели

Отношение – совокупность объектов реального мира, которые характеризуются общими свойствами и характеристиками.

Атрибут отношения - это объект базы данных, предназначенный для хранения значений одного параметра описываемого реального объекта (поле таблицы).

Кортеж – это совокупность значений параметров конкретного объекта (запись таблицы).

Первичный ключ – это поле или группа полей, которые единственным образом идентифицируют каждую запись в таблице.

Домен – множество допустимых значений атрибута. Значения компонентов всех кортежей должны принадлежать соответствующим доменам, определяемым каждым из атрибутов отношения. Например, в отношении Студенты, приведенном на рис. 12, домен поля Фамилия – любые русские буквы, поле не может содержать латинских букв, цифр, знаков препинания или каких-либо других символов.

Схема отношения – набор заголовков отношения, входящих в базу данных, т.е. перечень имен атрибутов данного отношения с указанием домена, к которому они относятся:

S_R = (A₁, A₂,…,A_n), A_iÍ D_i, i=1..n.

Основные свойства отношений:

Уникальность имени атрибута в пределах отношения. В таблице не может быть столбца, не имеющего имени, и не может быть двух столбцов с одинаковыми именами;

Уникальность кортежей. Это означает, что каждая строка описывает конкретный объект, в отношении не может быть одинаковых строк;

Одинаковый тип данных, формат и смысл элементов одного столбца. С каждым атрибутом связана какая-то область значений, значения атрибута берутся из одного и того же домена;

Неупорядоченность кортежей. Порядок следования строк в таблице может быть произвольным;

Наличие ключа. Каждая таблица должна иметь ключ.

 

Связи между отношениями

Реляционная модель данных, как правило, состоит из нескольких связанных между собой таблиц. Связи между таблицами бывают следующих типов:

«один – к - одному»;

«один – ко - многим»;

«многие - ко - многим».

Связь «один – к - одному» означает, что одной записи в таблице А соответствует только одна запись в таблице Б, а одной записи в таблице Б соответствует только одна запись в таблице А. Например, одна таблица описывает класс Больницы, а другая описывает класс Главврачи больниц (рис. 13).

Рис. 13. Пример связи «один – к - одному»

Данная связь означает, что у любой больницы может быть только один главврач, и любой человек может быть главврачом только в одной больнице.

Связь «один – ко - многим» означает, что одной записи в таблице А соответствует несколько записей в таблице Б, но одной записи в таблице Б соответствует только одна запись в таблице А. Таблица со стороны связи «один» называется главной, а таблица со стороны связи «многие» называется подчиненной.

Рассмотрим два отношения Континенты и Страны (рис. 14).

Рис. 14. Пример связи «один – ко - многим»

Между таблицами Континенты и Страны имеет место связь «один – ко - многим», так как на одном континенте находится много стран, но любая конкретная страна находится только на одном континенте.

Связь «многие - ко - многим» означает, что одной записи в таблице А соответствует несколько записей в таблице Б, а одной записи в таблице Б соответствует несколько записей в таблице А (рис. 15).

Рис. 15. Пример связи «многие - ко - многим»

Между таблицами Поставки и Заказы существует связь «многие - ко - многим». С одной стороны, в каждой поставке может быть несколько товаров, а с другой, один и тот же товар может поставляться разными поставщиками.

 

Ограничения целостности

Любая база данных должна обладать свойством целостности. Это значит, что в ней должна содержаться полная непротиворечивая информация. Целостность данных является неотъемлемой функцией системы управления базами данных и должна сохраняться при любых действиях с данными, так как каждое обновление данных должно удовлетворять структурным и семантическим ограничениям.

Ограничения целостности – набор определенных правил, которые устанавливают допустимость данных и связей между ними. Ограничения целостности могут относиться к атрибутам, записям, отношениям, связям между ними.

Приведем примеры некоторых ограничений целостности данных:

· Значение атрибута дата рождения должно заполняться в формате типа данных «Дата»;

· Значение атрибута Цена товара не должно быть пустым, должно принадлежать множеству действительных чисел и удовлетворять условию > 0 и т.д.

Для связей могут быть использованы следующие виды ограничений:

· Невозможно ввести в поле внешнего ключа подчиненной таблицы значение, не содержащееся в ключевом поле главной таблицы;

· Не допускается удаление записи из главной таблицы, если существуют связанные с нею записи в подчиненной таблице;

· Невозможно изменить значение ключевого поля в главной таблице, если существуют записи в подчиненной таблице, связанные с этим полем.