Методы и языки моделирования. Структурный подход и методика IDEF. Диаграммы потоков данных Объектно-ориентированная методология. Язык UML

На сегодняшний день, в основном, применяются две методологии моделирования АИС:

• структурная (функциональная) – рассматривает систему в терминах функций и передачи информации между ними;

• объектно-ориентированная – рассматривает структуру взаимодействующих в системе объектов и связи между ними, а поведение системы представляет в терминах обмена сообщениями между объектами.

 

Структурная методология

Структурная методология использует модели, отражающие:

• функциональную декомпозицию системы;

• последовательность выполняемых действий;

• передачу информации между функциональными процессами;

• отношения между данными.

Охарактеризуем далее наиболее распространенные модели этих групп и языки (графические нотации) их описания.

Функциональная модель IDEF0

Модель IDEF0 является частью семейства стандартов IDEF (IDEF - Integrated DEFinition – взаимная совокупность методик и моделей концептуального проектирования, разработана в США по программе Integrated Computer-Aided Manufacturing) и представляет собой описание системы в целом как множества взаимозависимых действий или функций, причем IDEF0-функции системы исследуются независимо от объектов, которые обеспечивают их выполнение.

Наиболее часто модель IDEF0 используется при исследовании и проектировании систем на концептуальной стадии разработки, для сбора данных и моделирования процессов «как есть» («as is»). При построении модели необходимо определить:

1. Назначение модели – набор вопросов, на которые должна ответить модель.

2. Границы моделирования – ширину охвата предметной области и глубину детализации.

3. Целевую аудиторию, для нужд которой создается модель.

4. Точку зрения, с которой наблюдается система при построении модели. Точка зрения должна учитывать обозначенные назначение модели и границы моделирования и должна быть неизменной для всех элементов модели.

Главной организационной единицей модели (как и всех моделей, рассматриваемых ниже) является диаграмма. Графический язык модели содержит всего два элемента – блоки (функции) и стрелки (связи).

IDEF0-модель представляет собой иерархическое множество вложенных последовательностей функциональных блоков, поэтому в первую очередь должна быть определена функция, описывающая систему в целом – контекстная функция. Далее в процессе построения модели любой блок может быть декомпозирован на составляющие его блоки.

Блок на функциональной диаграмме изображается именованным прямоугольником (слайд 2). В полное описание блока входит четыре типа стрелок, каждый из которых соединяется с определенной стороной функционального блока:

• I (Input) – вход – потребляемая и/или преобразуемая информация;

• C (Control) – управление – ограничения и инструкции, влияющие на ход выполнения процесса;

• О (Output) – выход – информация, получаемая в результате работы функции;

• M (Mechanism) – исполняющий механизм, который используется для выполнения процесса, но остается неизменными.

 

Каждый функциональный блок должен иметь как минимум по одной стрелке входа, выхода и управления.

Комбинированные стрелки соединяют функциональные блоки и определяют порядок выполнения функций, передачи информации и управления. Рассматривают пять основных видов соединений (слайд 3):

• «Выход - вход» - одна из функций должна полностью завершиться перед началом другой (выходная информация одной функции служит входом для другой);

• «Выход – управление» - один блок управляет работой другого;

• «Выход – обратная связь на управление» - зависимый блок формирует обратную связь на управление;

• «Выход – обратная связь на вход» - описание циклов повторной обработки;

• «Выход – механизм исполнения» - выход одного блока является инструментом для исполнения другого.

Метод моделирования IDEF3

Метод является частью семейства стандартов IDEF и предназначен для построения моделей таких процессов, в которых важно понять последовательность выполнения действий и взаимозависимости между ними. Метод IDEF3 может служить дополнением к методу функционального моделирования IDEF0 (для детализации функциональных блоков IDEF0, не имеющих диаграмм декомпозиции). Основой модели IDEF3 служит так называемый сценарий процесса, который выделяет последовательность действий и подпроцессов анализируемой системы.

Графический язык модели содержит следующие элементы (слайд 4):

• действия;

• связи;

• соединения;

• указатели.

Действия изображаются в виде прямоугольника, содержащего имя действия и составной номер действия, который включает номер родительского действия (на рисунке – 1) и непосредственный номер самого действия (на рисунке – 5), разделенные точкой. Действие моделирует некоторую функцию, преобразующую вход в выход. По своему назначению почти идентиченно функциональным блокам IDEF0 и DFD.

Связи определяют взаимоотношения между действиями, являются однонаправленными и изображаются стрелками, вид которых соответствует типу связи.

Связь типа «Временное предшествование» обозначает, что исходное действие должно завершиться прежде, чем начнется конечное действие;

Связь типа «Объектный поток» обозначает, что выход исходного действия является входом конечного действия (очевидно, включает и связь «Временное предшествование»).

Связь типа «Нечеткое отношение» используется, когда отношение между действиями не соответствует ни одному из предыдущих типов. Значение каждой такой связи должно определяться аналитиком отдельно.

 

Указатели – специальные элементы, которые ссылаются на другие элементы модели (для привлечения внимания к важным аспектам модели). Указатель изображается в виде прямоугольника, похожего на действие. Имя указателя обязательно включает его тип.

Допустимы следующие типы указателей:

• Объект (Object) – для описания объекта, принимающего участие в действии;

• Ссылка (GoTo) – для реализации цикличности выполнения действий;

• Единица действия (Unit of Behavior –UOB) – для многократного изображения на диаграмме одного и того же действия;

• Заметка (Note) – для документирования информации общего характера;

• Уточнение (Elaboration – Elab) – для уточнения или более подробного описания элемента, изображенного на диаграмме.

Соединения используются для описания ветвления процесса.

И-соединение инициирует выполнение конечных действий, т.е. все действия, входящие в И-соединение, должны быть завершены перед выполнением исходящих из него действий.

Эксклюзивное ИЛИ-соединение инициирует только одно из исходящих действий (для разворачивающего соединения) после того, как только одно из входящих действий (для сворачивающего соединения) будет выполнено.

ИЛИ-соединение предназначено для ситуаций, которые не могут быть описаны двумя предыдущими типами соединений, т.е., может быть, несколько действий должно закончиться (для сворачивающего соединения), прежде чем будет инициировано одно или несколько действий (для разворачивающего соединения).

Разворачивающее соединение описывает процесс, когда завершение одного действия инициирует начало выполнения сразу нескольких действий.

Сворачивающее соединение применяется, когда некоторое действие требует предварительного завершения нескольких предшествующих (слайд 5).

Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagrams - DFD)

Диаграммы потоков данных моделируют систему как набор функциональных процессов, связанных потоками данных. Цель такого представления - продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.

Диаграммы потоков данных содержат (в отличие от функциональной диаграммы IDEF0) два новых типа объектов – хранилища данных и внешние сущности. Эти объекты позволяют определять взаимодействие с частями системы (или другими системами), которые выходят за границы моделирования. Стрелки в DFD отражают такие характеристики системы, как движение объектов (потоки данных), хранение объектов (хранилища данных), источники и потребители данных (внешние сущности).

Для построения DFD традиционно используются две различные нотации, соответствующие методам Йордона-Де Марко и Гейна-Сэрсона. Эти нотации незначительно отличаются друг от друга графическим изображением символов. Приведем графический язык нотации Гейна-Сэрсона (слайд 6):

- Функциональный блок - моделирует некоторую функцию, преобразующую вход в выход. По своему назначению почти идентичен функциональным блокам IDEF0 и действиям IDEF3;

- Внешняя сущность - обеспечивают необходимые входы и (или) выходы для функциональных блоков. Одна и та же внешняя сущность может функционировать и как поставщик, и как получатель данных и может повторяться на диаграмме несколько раз;

- Хранилище данных - механизм, который поддерживает хранение данных для их промежуточной обработки;

- Потоки данных - описывают перемещение данных между частями системы. Стрелки, обозначающие потоки, могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными, а также могут начинаться и заканчиваться на любой стороне блока.

 

Потоки данных на диаграмме могут представлять ветвление и объединение данных (слайд 7). Ветвление обозначает декомпозицию данных, перемещаемых потоком. При этом все полученные после ветвления подпотоки должны быть поименованы. Объединение обозначает соединение данных для формирования комплексных объектов данных. Так же, как и при ветвлении, все части комплексного объекта и сам получаемый объект данных должны быть поименованы.

Контекстная диаграмма DFD (т.е. диаграмма, описывающая систему в целом) обычно состоит из одного функционального блока и нескольких внешних сущностей, с которыми система обменивается данными. Имя функционального блока на такой диаграмме совпадает с именем системы.

На слайде 8 приведена сравнительная таблица графических обозначений нотаций Гейна-Сэрсона (Gane-Sarson) и Йордона-ДеМарко (Yourdon-DeMarco).