Декомпозиция данных и соответствующие расширения диаграмм потоков данных

Индивидуальные данные в системе часто являются независимыми. Однако иногда необходимо иметь дело с несколькими независимыми данными одновременно. Например, в системе имеются потоки ЯБЛОКИ, АПЕЛЬСИНЫ и ГРУШИ. Эти потоки могут быть сгруппированы с помощью введения нового потока ФРУКТЫ. Для этого необходимо определить формально поток ФРУКТЫ как состоящий из нескольких элементов-потомков. Такое определение задается с помощью формы Бэкуса-Наура (БНФ) в словаре данных (см. главу 3). В свою очередь поток ФРУКТЫ сам может содержаться в потоке-предке ЕДА вместе с потоками ОВОЩИ, МЯСО и др. Такие потоки, объдиняющие несколько потоков, получили название групповых.

Обратная операция, расщепление потоков на подпотоки, осуществляется с использованием группового узла (рис. 2.2), позволяющего расщепить поток на любое число подпотоков. При расщеплении также необходимо формально определить подпотоки в словаре данных (с помощью БНФ).

Рис 2.2. Расширения диаграммы потоков данных

Аналогичным образом осуществляется и декомпозиция потоков через границы диаграмм, позволяющая упростить детализирующую DFD. Пусть имеется поток ФРУКТЫ, входящий в детализируемый процесс. На детализирующей этот процесс диаграмме потока ФРУКТЫ может не быть вовсе, но вместо него могут быть потоки ЯБЛОКИ и АПЕЛЬСИНЫ (как будто бы они переданы из детализируемого процесса). В этом случае должно существовать БНФ-определение потока ФРУКТЫ, состоящего из подпотоков ЯБЛОКИ и АПЕЛЬСИНЫ, для целей балансирования.

Применение этих операций над данными позволяет обеспечить структуризацию данных, увеличивает наглядность и читабельность диаграмм.

Для обеспечения декомпозиции данных и некоторых других сервисных возможностей к DFD добавляются следующие типы объектов:

1. ГРУППОВОЙ УЗЕЛ. Предназначен для расщепления и объединения потоков. В некоторых случаях может отсутствовать (т.е. фактически вырождаться в точку слияния/расщепления потоков на диаграмме).
2. УЗЕЛ-ПРЕДОК. Позволяет увязывать входящие и выходящие потоки между детализируемым процессом и детализирующей DFD.
3. НЕИСПОЛЬЗУЕМЫЙ УЗЕЛ. Применяется в ситуации, когда декомпозиция данных производится в групповом узле, при этом требуются не все элементы входящего в узел потока.
4. УЗЕЛ ИЗМЕНЕНИЯ ИМЕНИ. Позволяет неоднозначно именовать потоки, при этом их содержимое эквивалентно. Например, если при проектировании разных частей системы один и тот же фрагмент данных получил различные имена, то эквивалентность соответствующих потоков данных обеспечивается узлом изменения имени. При этом один из потоков данных является входным для данного узла, а другой - выходным.
5. Текст в свободном формате в любом месте диаграммы.

Возможный способ изображения этих узлов приведен на рис. 2.2.

Построение модели

Главная цель построения иерархического множества DFD заключается в том, чтобы сделать требования ясными и понятными на каждом уровне детализации, а также разбить эти требования на части с точно определенными отношениями между ними. Для достижения этого целесообразно пользоваться следующими рекомендациями:

1. Размещать на каждой диаграмме от 3 до 6-7 процессов. Верхняя граница соответствует человеческим возможностям одновременного восприятия и понимания структуры сложной системы с множеством внутренних связей, нижняя граница выбрана по соображениям здравого смысла: нет необходимости детализировать процесс диаграммой, содержащей всего один или два процесса.
2. Не загромождать диаграммы несущественными на данном уровне деталями.
3. Декомпозицию потоков данных осуществлять параллельно с декомпозицией процессов; эти две работы должны выполняться одновременно, а не одна после завершения другой.
4. Выбирать ясные, отражающие суть дела, имена процессов и потоков для улучшения понимаемости диаграмм, при этом стараться не использовать аббревиатуры.
5. Однократно определять функционально идентичные процессы на самом верхнем уровне, где такой процесс необходим, и ссылаться к нему на нижних уровнях.
6. Пользоваться простейшими диаграммными техниками: если что-либо возможно описать с помощью DFD, то это и необходимо делать, а не использовать для описания более сложные объекты.
7. Отделять управляющие структуры от обрабатывающих структур (т.е. процессов), локализовать управляющие структуры.

В соответствии с этими рекомендациями процесс построения модели разбивается на следующие этапы:

1. Расчленение множества требований и организация их в основные функциональные группы.
2. Идентификация внешних объектов, с которыми система должна быть связана.
3. Идентификация основных видов информации, циркулирующей между системой и внешними объектами.
4. Предварительная разработка контекстной диаграммы, на которой основные функциональные группы представляются процессами, внешние объекты - внешними сущностями, основные виды информации - потоками данных между процессами и внешними сущностями.
5. Изучение предварительной контекстной диаграммы и внесение в нее изменений по результатам ответов на возникающие при этом изучении вопросы по всем ее частям.
6. Построение контекстной диаграммы путем объединения всех процессов предварительной диаграммы в один процесс, а также группирования потоков.
7. Формирование DFD первого уровня на базе процессов предварительной контекстной диаграммы.
8. Проверка основных требований по DFD первого уровня.
9. Декомпозиция каждого процесса текущей DFD с помощью детализирующей диаграммы или спецификации процесса.
10. Проверка основных требований по DFD соответствующего уровня.
11. Добавление определений новых потоков в словарь данных при каждом их появлении на диаграммах.
12. Параллельное (с процессом декомпозиции) изучение требований (в том числе и вновь поступающих), разбиение их на элементарные и идентификация процессов или спецификаций процессов, соответствующих этим требованиям.
13. После построения двух-трех уровней проведение ревизии с целью проверки корректности и улучшения понимаемости модели.
14. Построение спецификации процесса (а не простейшей диаграммы) в случае, если некоторую функцию сложно или невозможно выразить комбинацией процессов.

ГЛАВА 3

СЛОВАРЬ ДАННЫХ

Диаграммы потоков данных обеспечивают удобное описание функционирования компонент системы, но не снабжают аналитика средствами описания деталей этих компонент, а именно, какая информация преобразуется процессами и как она преобразуется. Для решения первой из перечисленных задач предназначены текстовые средства моделирования, служащие для описания структуры преобразуемой информации и получившие название словарей данных.

Словарь данных представляет собой определенным образом организованный список всех элементов данных системы с их точными определениями, что дает возможность различным категориям пользователей (от системного аналитика до программиста) иметь общее понимание всех входных и выходных потоков и компонент хранилищ. Определения элементов данных в словаре осуществляются следующими видами описаний:

• описанием значений потоков и хранилищ, изображенных на DFD;
• описанием композиции агрегатов данных, движущихся вдоль потоков, т.е. комплексных данных, которые могут расчленяться на элементарные символы (например, АДРЕС ПОКУПАТЕЛЯ содержит ПОЧТОВЫЙ ИНДЕКС, ГОРОД, УЛИЦУ и т.д.);
• описанием композиции групповых данных в хранилище;
• специфицированием значений и областей действия элементарных фрагментов информации в потоках данных и хранилищах;
• описанием деталей отношений между хранилищами.

Содержимое словаря данных

Для каждого потока данных в словаре необходимо хранить имя потока, его тип и атрибуты. Информация по каждому потоку состоит из ряда словарных статей, каждая из которых начинается с ключевого слова - заголовка соответствующей статьи, которому предшествует символ “ @ ”.

По типу потока в словаре содержится информация, идентифицирующая:

• простые (элементарные) или групповые (комплексные) потоки;
• внутренние (существующие только внутри системы) или внешние (связывающие систему с другими системами) потоки;
• потоки данных или потоки управления;
• непрерывные (принимающие любые значения в пределах определенного диапазона) или дискретные (принимающие определенные значения) потоки.

Атрибуты потока данных включают:

• имена-синонимы потока данных в соответствии с узлами изменения имени;
• БНФ-определение в случае группового потока (см. 3.2);
• единицы измерения потока;
• диапазон значений для непрерывного потока, типичное его значение и информацию по обработке экстремальных значений;
• список значений и их смысл для дискретного потока;
• список номеров диаграмм различных типов, в которых поток встречается;
• список потоков, в которые данный поток входит (как элемент БНФ-определения);
• комментарий, включающий дополнительную информацию (например о цели введения данного потока).

БНФ - нотация

БНФ-нотация позволяет формально описать расщепление/ объединение потоков. Поток может расщепляться на собственные отдельные ветви, на компоненты потока-предка или на то и другое одновременно. При расщеплении/объединении потока существенно, чтобы каждый компонент потока-предка являлся именованным. Если поток расщепляется на подпотоки, необходимо, чтобы все подпотоки являлись компонентами потока-предка. И наоборот, при объединении потоков каждый компонент потока-предка должен по крайней мере однажды встречаться среди подпотоков. Отметим, что при объединении подпотоков нет необходимости осуществлять исключение общих компонент, а при расщеплении подпотоки могут иметь такие общие (одинаковые) компоненты.

Важно понимать, что точные определения потоков содержатся в словаре данных, а не на диаграммах. Например, на диаграмме может иметься групповой узел с входным потоком X и выходными подпотоками Y и Z. Однако это вовсе не означает, что соответствующее определение в словаре данных обязательно должно быть X=Y+Z. Это определение может быть следующим:

X=A+B+C; Y=A+B; Z=B+C

Такие определения хранятся в словаре данных в так называемой БНФ-статье. БНФ-статья используется для описания компонент данных в потоках данных и в хранилищах. Ее синтаксис имеет вид:

@БНФ = <простой оператор>! <БНФ-выражение>,

где <простой оператор> есть текстовое описание, заключенное в " / ", а <БНФ-выражение> есть выражение в форме Бэкуса-Наура, допускающее следующие операции отношений:

• = - означает "композиция из",
• + - означает " И ",
• [! ] - означает " ИЛИ ",
• () - означает, что компонент в скобках не обязателен,
• { } - означает итерацию компонента в скобках,
• " " - означает литерал.

Итерационные скобки могут иметь нижний и верхний предел, например:

• 3{болт}7 - от 3 до 7 итераций
• 1{болт} - 1 и более итераций
• {шайба}3 - не более 3 итераций

БНФ-выражение может содержать произвольные комбинации операций:

• @БНФ = [ винт! болт + 2{гайка}2 + (прокладка)! клей ]

Ниже приведен пример описания потока данных с помощью БНФ:

• @ИМЯ = ВОСЬМЕРИЧНАЯ ЦИФРА
• @ТИП = дискретный поток
• @БНФ = [ "0"!"1"!"2"!"3"!"4"!"5"!"6"!"7" ]

Посмотрим, как некоторые потоки, присутствующие на вышеприведенных диаграммах потоков данных, представляются в словаре данных.

• @ИМЯ = ВВЕДЕННАЯ КРЕДИТНАЯ КАРТА
• @ТИП = управляющий поток
• @БНФ = /указывает, что кредитная карта введена/
• @ИМЯ = ДАННЫЕ КРЕДИТНОЙ КАРТЫ
• @ТИП = дискретный поток
• @БНФ = ПАРОЛЬ + ДЕТАЛИ КЛИЕНТА + ЛИМИТ ДЕНЕГ
• @ИМЯ = ДАННЫЕ ПО БАЛАНСУ
• @ТИП = дискретный поток
• @БНФ = /текущий баланс счета клиента/
• @ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ = доллар
• @ДИАПАЗОН = +/- 100000
• @ТОЧНОСТЬ =.01
• @ИМЯ = ДЕНЬГИ
• @ТИП = дискретный поток
• @БНФ = /деньги, выдаваемые клиенту/
• @ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ = доллар
• @НОРМА = 5..1000
• @КОММЕНТАРИЙ Сумма выдаваемых денег должна делиться на 5
• @ИМЯ = ПРОТОКОЛ ОБСЛУЖИВАНИЯ
• @ТИП = дискретный поток
• @БНФ = (ОБРАБОТАННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ)
• + (ДЕНЕЖНАЯ СУММА)
• + (ДАННЫЕ ПО ИСТОРИИ ЗАПРОСА)

ГЛАВА 4

МЕТОДЫ ЗАДАНИЯ СПЕЦИФИКАЦИЙ ПРОЦЕССОВ

Спецификация процесса (СП) используется для описания функционирования процесса в случае отсутствия необходимости детализировать его с помощью DFD (т.е. если он достаточно невелик, и его описание может занимать до одной страницы текста). Фактически СП представляют собой алгоритмы описания задач, выполняемых процессами: множество всех СП является полной спецификацией системы. СП содержат номер и/или имя процесса, списки входных и выходных данных и тело (описание) процесса, 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.

Независимо от используемой нотации спецификация процесса должна начинаться с ключевого слова (например, @СПЕЦПРОЦ). Требуемые входные и выходные данные должны быть специфицированы следующим образом:

@ВХОД = <имя символа данных>
@ВЫХОД = <имя символа данных>
@ВХОДВЫХОД = <имя символа данных>,
где <имя символа данных> - соответствующее имя из словаря данных.

Эти ключевые слова должны использоваться перед определением СП, например,

@ВХОД = СЛОВА ПАМЯТИ
@ВЫХОД = ХРАНИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
@СПЕЦПРОЦ
Для всех СЛОВ ПАМЯТИ выполнить:
Распечатать ХРАНИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
@

Ситуация, когда символ данных является одновременно входным и выходным, может быть описана двумя способами: либо символ описывается два раза с помощью @ВХОД и @ВЫХОД, либо один раз с помощью @ВХОДВЫХОД.

Иногда в СП задаются пред- и пост-условия выполнения данного процесса. В пред-условии записываются объекты, значения которых должны быть истинны перед началом выполнения процесса, что обеспечивает определенные гарантии безопасности для пользователя. Аналогично, в случае наличия пост-условия гарантируется, что значения всех входящих в него объектов будут истинны при завершении процесса.

Спецификации должны удовлетворять следующим требованиям:

• для каждого процесса нижнего уровня должна существовать одна и только одна спецификация;
• спецификация должна определять способ преобразования входных потоков в выходные;
• нет необходимости (на данном этапе) определять метод реализации этого преобразования;
• спецификация должна стремиться к ограничению избыточности - не следует переопределять то, что уже было определено на диаграмме или в словаре даннных;
• набор конструкций для построения спецификации должен быть простым и стандартным.

Ниже рассматриваются некоторые наиболее часто используемые методы задания спецификаций процессов.