Аэрокосмического приборостроения»

Аэрокосмического приборостроения»

 

ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

 

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ 1 и 2.

 

Санкт-Петербург

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Лабораторная работа №1. Структурный системный анализ информационной системы. Разработка Диаграмм потоков данных.

2. Лабораторная работа №2. Инфологическое проектирование информационных систем. Разработка модели «Сущность-связь».

3. Литература

 

Лабораторная работа №1. Структурный системный анализ информационной системы. Разработка Диаграмм потоков данных.

Цель работы

Целью работы является изучение этапа системного анализа и создания диаграмм потоков данных.

Формулировка задания на Лабораторную работу №1:

1. Построить контекстную диаграмму для заданной информационной системы (0 уровень).

2. Осуществить декомпозицию процесса 0 уровня (построить ДПД 1 уровня).

3. Осуществить декомпозицию одного процесса 1 уровня (построить ДПД 2 уровня).

4. Разработать описание 5 процессов одного уровня.

5. Построить словарь данных для 5 потоков данных.

Исходные данные: Число уровней иерархии - 3

Число процессов - 15-20

Содержание отчета:

1) Титульный лист;

2) Цель работы;

3) Вариант задания;

4) Основные функции проектируемой ИС;

5) Построение диаграмм потоков данных ИС (три уровня);

6) Словарь данных (описание 5 потоков данных);

7) Выводы по работе;

8) Литература

 

НЕОБХОДИМЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Понятие “Информационная система”

 

Информационная система (ИС) — это набор данных и правил манипулирования данными (процедур обработки), созданный для ведения банков данных, аналитической и статистической обработки, подготовки отчетов, решения других задач. Современные информационные системы находят применение практически в любой сфере деятельности человека. Они реализуются на различных платформах: корпоративные системы на серверах баз данных, упрощенные модели систем и небольшие приложения на персональном компьютере (ПК). Преимущества использования ПК в информационных системах очевидны: низкая стоимость, доступность, транспортабельность. В настоящее время основной недостаток информационных систем, реализованных на персональных компьютерах—недостаточная мощность, с развитием компьютерных технологий перестал быть определяющим.

Методы и средства структурного системного анализа

Место системного структурного анализа в жизненном цикле программного обеспечения

Структурный системный анализ проводится на начальном этапе разработки программного обеспечения — при создании спецификаций требований. Анализ предусматривает сбор и систематизацию сведений о предметной области, в которой должна функционировать разрабатываемая система. В результате проведения анализа создается система формальных спецификаций, ядром которой являются диаграммы потоков данных (ДПД).

Этапы структурного анализа

1. Построение контекстной диаграммы (КД).

На КД ИС изображается одним процессом, обозначаются его входы и выходы, источники и приёмники информации (внешние сущности).

1. Декомпозиция контекстной диаграммы.

Процесс разбивается на множество подпроцессов, для каждого подпроцесса строится своя ДПД. Внешние связи, источники и приёмники информации сохраняются. В результате система представляется в виде древовидной иерархической диаграммы.

1. Построение словаря проекта.

Составляются перечни всех процессов, внешних сущностей. Потоков данных и хранилищ, присутствующих на диаграммах.

1. Спецификация процессов.

Для каждого процесса строится его спецификация, т.е. описание, по которому можно написать программу (алгоритм, структурограмма, псевдокод, текст на ЯВУ, таблицы решений, деревья и т.п.).

1. Составление словаря данных.

Составляется подробное описание всех потоков данных, указанных на диаграммах всех уровней.

1. Построение ERD.

Строится ERD, описывающая структуру Базы данных для проектируемой ИС.

1. Верификация (проверка правильности) модели.

Осуществляется проверка модели на полноту и совместимость.

Основные элементы ДПД

 

1. Внешняя сущность – это процесс, материальный предмет или физическое лицо, которое является источником или приёмником информации для системы.

	Е1 Название

 

Пример: клиент, поставщик, склад, банк, завод.

 

Внешняя сущность – это процесс, внутренняя организация которого нас не интересует.

 

1. Процесс – это преобразование входной информации в выходную, в соответствии с некоторым алгоритмом.

Физически процесс может быть реализован в виде программы, подразделения (отдела), аппаратно реализованного логического устройства (пример: банкомат).

 

Название процесса должно содержать глагол или существительное, раскрывающее его содержание.

Например: начисление зарплаты, запись в библиотеку, проверка пароля, оформление билета и т.п.

 

1. Поток данных – это информация, передаваемая между процессами, или между процессами и другими элементами ДПД.

 

Название

 

потока данных

 

 

Пример: электрический сигнал, документ.

Физически поток может передаваться по кабелю, по почте, на дискете и т.п.

 

1. Накопители данных (хранилища) – это абстрактные устройства или программные комплексы для хранения информации, которую можно в любой момент поместить в накопитель или извлечь из него.

 

 

 

Физически накопитель может быть: базой данных, массивом, файлом, структурой, списком, а также папкой, ящиком картотеки, коробкой и т.п..

Накопитель – это прообраз Базы данных.

 

На ДПД можно водить копии хранилищ и внешних сущностей для большей наглядности диаграмм с целью минимизации количества стрелок и их пересечений, чтобы диаграмма была легко читаемой.

 

 

Построение иерархии ДПД

 

Процесс создания иерархии диаграмм, описывающих ИС включает следующие этапы:

1. Определить назначение системы и её основные функции.

2. Построить контекстную диаграмму (ДПД «0» уровня).

3. Произвести декомпозицию процессов (построить ДПД 1,2 и т.д. уровней).

 

Х1 Х3

 

Р1

Е3

Е2

Е1

 

 

		Х2
		Р7
		Е1

 

 

Декомпозиция процесса P1

 

 

Х8

 

Х2

Х7

D2

 

 

Х6 D1

 

Декомпозиция процесса P4

1. При декомпозиции сохраняются все внешние сущности, с которыми связан процесс, и все потоки данных, входящие или выходящие из него.

1. Процесс P1 разбивается на более мелкие процессы.

2. Добавляются потоки данных между более мелкими процессами

3. Могут добавляться хранилища.

 

Составление словаря проекта

Словарь проекта ИС включает:

1. Перечисление всех процессов (Р).

Для каждого процесса указывается: имя, входные и выходные потоки, описание логики процессов.

2. Словарь данных.

Для каждого потока указываются: имя, источник и приемник потока, перечень пересекаемых потоков, элементарные данные и структурных данных, переносимые потоком, другие атрибуты потока.

3. Перечисление внешних сущностей.

Для каждой сущности указываются: имя; входные и выходные потоки, количество (если сущность – множество элементов).

4. Перечисление накопителей данных.

Для каждого накопителя указываются: имя, входные и выходные потоки, перечень элементарных данных и структур, которые хранятся в накопителе.

 

Построение словаря данных

Словарь данных – это описание данных, которые присутствуют в информационной системе (информация для описательной части программы).

Для каждого потока данных указываются: имя, тип потока, атрибуты описания потока.

Потоки бывают элементарные или комплексные, внутренние или внешние, потоки данных или потоки управления.

 

Атрибуты описания потока:

1. Имена-синонимы – возникают, если разные пользователи присваивают

потоку разные имена.

Например: адрес продавца=адрес абонента.

 

2. Диапазон значений – указывается для непрерывного потока

Например: от –1000 до +1000.

 

3. Список возможных значений – указывается для дискретного потока.

Например: дни недели: понедельник, вторник, среда.

 

4. БНФ определение (форма Бекуса-Наура)– указывается только для комплексных потоков.

БНФ –логическое правило, по которому формируется комплексный поток из элементарных.

 

БНФ = /текстовое описание/ | <БНФ выражение>

 

<БНФ-выражение> может включать следующие операции отношения между элементарными потоками:

= – композиция из;

+ – логическая операция И;

[!] – логическая операция ИЛИ;

() – обязательный компонент;

[ ] – итерация;

“ “ – литера.

 

5. Комментарий или другие необязательные атрибуты (например, точность, длина, способ кодировки и т. п.

Правила описания потока:

1. Обязательными являются имя, тип, диапазон для непрерывного потока.

2. Для комплексных потоков обязательно БНФ.

3. Название потока и название атрибута пишется заглавными буквами.

4. Перед названием атрибута ставится @.

5. Данные и структуры данных могут описываться словесно, в виде таблиц или диаграмм.

 

Пример

1. @ ИМЯ = ВОСЬМЕРИЧНАЯ ЦИФРА

@ТИП = дискретный поток

@БНФ = [“0”!”1”!...”7”]

2. @ ИМЯ = ДАННЫЕ КРЕДИТНОЙ КАРТЫ

@ТИП = дискретный поток

@БНФ = пароль + данные клиента + лимит денег на карте

3. @ ИМЯ = ДЕНЬГИ

@ТИП = дискретный поток

@БНФ = /деньги, выдаваемые клиенту/

@ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ = рубли

@ ДИАПАЗОН = +/-100000

@ ТОЧНОСТЬ = 0.01

@ КОММЕНТАРИЙ = сумма должна делиться на 10

 

 

Пример выполнения лабораторной работы № 1

«Разработка диаграммы потоков данных (ДПД) информационной системы «Библиотека».

Содержание отчета

1) Титульный лист;

2) Цель работы;

3) Вариант задания;

4) Построение исходной диаграммы «сущность-связь»;

5) Нормализованная диаграммы «сущность-связь»;

6) Выводы по работе.

7) Литература.

Проектирование баз данных

Диаграммы «сущность-связь»

Инфологичская модель информационной системы может быть представлена Диаграммой «сущность–связь» (или ER-диаграммой, от английского словосочетания «Entity-Relationship»). Модельпозволяет формализовать структуру и отношения между информационными объектами рассматриваемой предметной области.

При разработке диаграммы предмет или класс предметов рассматривается как некоторая сущность, а элементы данных, которые описывают свойства предметов, – как атрибуты сущностей. Между сущностями устанавливаются связи, представляющие в модели отношения между объектами реального мира.

Базовыми элементами модели являются понятия:

· атрибута;

· сущности;

· связи.

Атрибут – логически неделимый элемент информации, отображающий некоторую количественную или качественную характеристику сущности.

Сущность является агрегацией атрибутов, характеризующих соответствующий ей объект или событие.

Между атрибутом и сущностью нет принципиальной разницы: один и тот же объект может рассматриваться и как сущность, и как атрибут – все определяется контекстом решаемых задач. Если элемент данных по условиям решаемых задач может рассматриваться как неделимый, то он будет представлен в модели атрибутом; в противном случае он должен рассматриваться как самостоятельная сущность.

Связь в модели указывает на наличие отношения между объектами, послужившими прототипами сущностей.

Каждое из понятий: атрибут, сущность, связь – характеризуется набором признаков.

Для сущности задается имя, существительное в единственном числе, уникальное в рамках модели. Оно должно быть кратким и вместе с тем давать исчерпывающее определение объекта.

При графическом изображении модели (на диаграмме) сущность обозначается прямоугольником с закругленными краями, разделенным на три части: в верхней части записывается имя сущности, в средней – имена ключевых атрибутов, в нижней – имена других атрибутов.

Для атрибута, как и для сущности, задается имя, которое также должно быть уникальным в рамках рассматриваемой сущности.

Кроме того, атрибут может быть:

· обязательным или необязательным;

· ключевым или не ключевым.

Атрибут является обязательным, если его значение должно быть обязательно задано при создании экземпляра сущности. При графическом изображении модели обязательные атрибуты помечаются символом «*».

Атрибут называется ключевым, если его значение используется для однозначной идентификации каждого экземпляра сущности. Ключ сущности может быть составным — образовываться не одним, а несколькими атрибутами данной сущности. Все ключевые атрибуты должны быть обязательными. При графическом изображении модели ключевые атрибуты помечаются символом «#».

 

Для каждого конца связи задаются:

· имя;

· степень множественности (участие в связи одного или нескольких экземпляров сущности);

· степень обязательности (обязательно или необязательно наличие связи между экземплярами сущностей).

Кроме того, указывается, является ли данная связь ключевой (участвует ли в образовании ключа сущности).

На диаграмме связь изображается ромбом и линиями, соединяющими сущности.

Имя связи должно отражать смысл отношения между объектами.

По степени множественности различают следующие виды связей:

· один к одному (1: 1);

· многие к одному (М: 1);

· многие ко многим (М: М).

Обязательность связи показывает могут или не могут отдельные экземпляры сущностей находиться вне связи друг с другом. Обязательность для связи задается с двух сторон (как со стороны первой, так и со стороны второй участвующей в связи сущности).

Связь является обязательной, если экземпляр сущности на одном конце связи не может быть создан вне связи с экземпляром сущности, находящейся на другом конце связи.

Если экземпляр сущности на одном конце связи может быть создан вне зависимости от существования экземпляров связанной сущности, связь будет необязательной.

На диаграмме обязательные связи изображаются сплошными линиями, а необязательные – пунктирными.

Связь с одной из сторон может быть помечена как ключевая. Связь является ключевой в том случае, когда собственные атрибуты не позволяют однозначно идентифицировать экземпляры сущности, т. е. различить экземпляры сущности можно только в контексте экземпляра связанной сущности.

Для ключевых связей должны выполняться следующие требования:

· связь может быть ключевой только с одной из сторон (со стороны одной из связанных сущностей);

· ключевой может быть только обязательная сторона связи;

· в случае связи “многие к одному” связь может быть ключевой только со стороны “многие”.

При графическом изображении ключевая связь помечается словом “key”.

 

Пример ER-диаграммы ИС «Фирма по продаже автомобилей»

 

Требования к справочно-информационной системе библиотеки

 

Справочно-информационная система библиотеки должна:

· хранить информацию об имеющихся в фонде библиотеки изданиях;

· обеспечивать возможность поиска необходимого издания: по названию, году издания, фамилии автора, тематике;

· предоставлять возможность дополнения или удаления информации о вновь поступивших или утерянных изданиях;

· давать возможность внесения соответствующих записей о дате выдачи и наименовании книги или журнала в формуляр читателя;

· выполнять в автоматизированном режиме заполнение бланков для заказа книг или подписки журналов;

· заполнять в автоматизированном режиме формы отчетности.

Нормализация ER диаграмм.

Нормализация - это процесс оптимизации модели, в результате которого в структуре базы данных устраняется избыточность информации, возможные конфликты при изменении, добавлении, удалении информации. Существует примерно 10 нормальных форм ER диаграмм.

Приведение к 1НФ.

Приведение к 1НФ Заключается в исключении множественных или повторяющихся атрибутов.

 

Правила приведения:

1. Если атрибуты повторяются, то они выделяются в отдельную сущность.
2. Между старой и новой сущностями устанавливается связь.

Книга

#Название *автор1 *автор2 издательство

Автор

#ФИО *адрес Др. издания

 

 

Книга

#Название *автор Издательство Год цена

 

Автор

#ФИО *адрес Др. издания

пишет

М М

 

 

Приведение к 2НФ.

Заключается в выделении атрибутов, не имеющих функционально-полной зависимости от составного ключа исходной сущности.

Атрибут А функционально зависит от атрибута В, если каждому значению А соответствует не более1 значения В. Зависимость является полной, если атрибут зависит от составного ключа целиком, ноне зависит от его подмножества.

 

Записывается следующим образом:

В А

Книга

#Название Издательство Адрес Телефон Гл.редактор Год цена

К1,К2,К3…Кn. А

К1 А К2 А

 

Правила приведения:

1. Атрибуты, зависящие от части составного ключа и сама эта часть, выделяются в отдельную сущность.
2. Ключом новой сущности становится часть ключа старой.

Книга

Издательство

Адрес Телефон Гл. редактор

 

издается

 

Приведение к 3НФ.

Состоит в исключении транзитивных зависимостей атрибутов от атрибутов, не являющихся частью ключа.

Атрибут А транзитивно зависит от С, если А зависит от В, а В зависит от С.

С *А, если С В, В А

 

Правила приведения:

1. Атрибуты, зависящие от не ключевых атрибутов, выделяются в отдельную сущность.
2. Ключом новой сущности становятся атрибуты, от которых была транзитивная зависимость.
3. Между исходной и новой сущностями устанавливается связь М:1.

 

Читатель

#ФИО *год рождения Адрес Ул., дом Телефон

 

Читатель

#ФИО *год рождения

Адрес

Улица Дом Телефон

проживает

М 1

 

 

Устранение связей типа М:М.

 

Это необходимо, т.к. такие связи неоднозначны.

Студент

ФИО Группа

Предмет

Название Кол. Часов Оценка

изучает

М М

 

 

 

Возникает неоднозначность - какой студент, какой предмет изучает.

Правила устранения:

1. Создается новая сущность.

2. Между новой и исходной сущностями устанавливается связь типа М:М

Студент

ФИО Группа

 

 

Предмет

Название Кол-во часов Оценка

Журнал

Предмет ФИО студ. Оценка

	Получает оценку		Содержит оценки

 

М 1 1 М

 

В результате приведения к 1,2,3 нормальным формам структура базы данных оптимизируется. По нормализованной ER диаграмме строятся табличные формы базы данных (заголовки файлов, в которых будет храниться информация).

 

Пример физической структуры базы данных

На основании модели “сущность - связь” генерируется предварительный проект базы данных. Генерация осуществляется в соответствии со следующими правилами:

· Каждая сущность преобразуется в таблицу, имя сущности становится именем таблицы.

· Атрибуты сущностей преобразуются в колонки таблицы, имена атрибутов становятся именами колонок таблицы.

· Ключевые атрибуты становятся первичными ключами таблицы.

· Если для сущности была определена ключевая связь, то первичный ключ связанной сущности копируется в таблицу и объединяется с ключом рассматриваемой сущности.

· Связи М:1 и 1:1 приводят к копированию ключей сущности, находящейся на другом конце связи. Если связь М:1, то ключи сущности, находящейся на конце “один”, копируются в таблицу для сущности, находящейся на конце “многие”.

В результате приведения к 1,2,3 НФ структура базы данных оптимизируется, устранение связи М:М устраняет неоднозначность, по оптимизации ER диаграммы определяются табличные формы базы данных (заголовки файлов)

 

Литература

1. [004.43-И21] Иванова Г. С. Технология программирования: учебник - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 335 с.: Количество экз. в библ. – 1, заказано – 100.

 

2. [681.518-И74] Информационные системы. Использование CASE-средств при описании бизнес-процессов: методические указания к выполнению лабораторных работ № 1 - 7/ Сост. А. Г. Степанов, Т. Ф. Осипова; Ред. А. Г. Степанов. - СПб.: РИО ГУАП, 2005. - 41 с.: Количество экз. в библ. – 151.

 

1. [004.9(075)-Е60] Емельянова Н. З. Проектирование информационных систем: учебное пособие/ Н. З. Емельянова, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. - М.: ФОРУМ, 2009. - 431 с. Количество экз. в библ. – 10.
   
   
2. [004.415:330(075)-В29] Вендров А. М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: Учебник/ А. М. Вендров. - М.: Финансы и статистика, 2000. - 347 с. Количество экз. в библ. – 1.

 

1. [004.62-К17] Калянов Г. Н. CASE-технологии: Консалтинг в автоматизации бизнес-процессов: учебное пособие/ Г. Н. Калянов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000. - 317 с. Количество экз. в библ. – 2.
   
   

 

 

 

аэрокосмического приборостроения»

 

ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

 

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ 1 и 2.

 

Санкт-Петербург

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Лабораторная работа №1. Структурный системный анализ информационной системы. Разработка Диаграмм потоков данных.

2. Лабораторная работа №2. Инфологическое проектирование информационных систем. Разработка модели «Сущность-связь».

3. Литература