Проектирование АС
Лекция 3
Проектирование АС. Термины
Термин «проектирование» происходит от лат. «projectus» — брошенный вперед; это — процесс создания прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, явления.
Результатом проектирования является научно-теоретически и практически обоснованное определение версий или вариантов развития или изменения того или иного объекта, явления, в данном случае - АС.
Проектирование АС — это последовательное продумывание и описание того, какой должна быть АС.
Проектирование АС — составная часть (этап) ЖЦ АС, обеспечивающая управление всем ЖЦ АС
Понятие проектирования и близкие ему по смыслу понятия:
планирование, конструирование, моделирование.
Методы проектирования АС
Метод проектирования — способ создания проекта системы,
поддерживаемый определёнными средствами проектирования.
Существую разные методы проектирования АС, классифицировать их можно по разным критериям.
1. Решаемые задачи автоматизации (обработка информационных потоков в системе с управлением)
а) Метод "снизу-вверх"
Автоматизация функций оперативного уровня управления, передача результатов для вышестоящих уровней управления в «готовом» виде.
АС создается для решения задач автоматизации функций конкретных сотрудников конкретного подразделения предприятия.
Преимущества: метод эффективен при постоянно изменяющихся условиях внешней среды предприятия: изменение законодательства, правил ведения
производственной, финансово-хозяйственной деятельности и бухгалтерского учета и др. т.п. Это, как правило, собственные разработки предприятия, созданные своими силами
Проблемы, недостатки: изменение информационных потоков в системе с управлением приводит к необходимости переработки (модификации) проекта АС. Для этого необходимо наличие квалифицированного штата программистов. Осуществляется «лоскутная» автоматизация деятельности предприятия, общая
картина перспектив комплексной автоматизации просматривается недостаточно хорошо.
Наиболее часто встречающийся подход в прошедшее десятилетие и в настоящее время.
б) Метод "сверху-вниз"
Процессный подход, потребность доведения информации до всех подразделений предприятия (системы с управлением)
Автоматизация задач, интересующих руководителей тактического и стратегического уровней управления (результаты необходимо формировать оперативно (в режиме он-лайн), но зависящих от автоматизации функций, присущих оперативному уровню управления.
АС создается для автоматизации наиболее заметных проблем, бизнес-процессов предприятия: ведение бухгалтерского аналитического учета,
технологические процессы производства, расчетно-кассовое обслуживание, учебный процесс и т.п.
Система проектируется "сверху", т.е. в предположении, что одна АС будет удовлетворять потребности всех пользователей в рамках автоматизированной проблемы.
Преимущества: решение задач комплексной автоматизации управления предприятием, увеличение количества информационных ресурсов и возможностей для принятия управленческих решений.
Проблемы, недостатки: необходимо осуществление детальной проработки (изучения) проблемы (процесса). Идея использования "одной системы для всех", заложенные "сверху" жесткие рамки ("общие для всех") резко ограничивает возможности разработчиков, усложняют расширение круга решаемых задач автоматизации повседневной деятельности каждого работника - специфических аналитических и производственно - технологических видов деятельности. Использование в автоматизации типовых разработок АС - ведет к появлению проблем внедрения на конкретном предприятии.
в) Сбалансированное сочетание двух предыдущих (принципы "дуализма" и многокомпонентности)
Дуализм - совмещение двух равноправных принципов.
Появление метода вызвано требованиями времени:
1. Потребностью в автоматизации и повышения эффективности работы значительного количества (всех) подразделений предприятия, необходимостью реализации большого количества автоматизированных рабочих мест. (АРМ) При этом возникает необходимость поддержки информационного обмена между АРМ.
2. Необходимостью внедрения новых форм и методов управления предприятием - расширение автоматизации функций анализа, планирования, контроля, оперативного управления, сложных по структуре процессов предприятия, отражающих деятельность ряда (всех) структурных подразделений.
3. Необходимостью в кардинальном сокращении времени на прохождение данных, требующихся для обеспечения информационных потребностей всех уровней управления предприятия, поддержании при этом актуального
формирования представления о предприятии в регионе и всем мировом пространстве (сайты)
Метод предполагает построение ядра системы и гибкой системы настроек. Реализуется возможность адаптации АС практически любым условиям и различным требованиям внешней среды правилам работы предприятия. АС должна поддерживать принцип дуализма к обработке данных - «снизу-вверх» и «сверху-вниз».
Реализация принципа дуализма требует построения АС в виде модулей, органически связанных между собой, но в то же время способных работать и автономно.
При проведении модернизации одного из компонентов (модулей) центральная часть (ядро) АС и другие ее компоненты не затрагиваются, что значительно повышает надежность, продолжительность ЖЦ АС и обеспечивает наиболее полное выполнение требуемых функций.
Многокомпонентная АС обеспечивает:
- однократный ввод данных в систему, многократное их использование;
- использование общей, наиболее важной части информации, присущей системе управления предприятия, всеми решаемыми задачами;
- возможность обработки сложной по структуре информации, связанной со сквозными бизнес-процессами предприятия;
- обеспечение актуального своевременного формирования результатов интегрированной обработки данных, необходимых для принятия решений на разных уровнях управления предприятием;
- унификацию автоматизированных документов информационных потоков предприятия - переход на электронный документооборот;
- сбор в едином хранилище знаний о технологии обработки данных, связанных с различными видами деятельности предприятия, и др.
Модульность построения АС поддерживает возможность их поэтапного внедрения.
2. Степень автоматизации:
а) методы ручного проектирования - проектирование компонентов АС осуществляется без использования специальных инструментальных программных средств;
б) методы компьютерного (автоматизированного) проектирования -
генерация или конфигурация (настройку) проектных решений на основе использования специальных инструментальных программных средств.
3. Степень использования типовых проектных решений:
а) методы оригинального (индивидуального) проектирования - проектные решения разрабатываются с нуля;
б) методы типового проектирования, предполагающие определять конфигурацию АС из готовых типовых проектных решений.
4. Степень адаптивности проектных решений:
а) методы реконструкции - адаптация проектных решений выполняется путём переработки компонентов;
б) методы параметризации - проектные решения настраиваются (переконфигурируются) в соответствии с изменяемыми параметрами;
в) методы реструктуризации модели - изменяется модель проблемой области, на основе которой автоматически перегенерируются проектные решения.
5. Характер используемой технологии проектирования
Выделяют методы, относящиеся к двум основным классам технологий:
• каноническая (твердо установленная) технология - ориентирована на использование главным образом каскадной модели жизненного цикла АС. Стадии и этапы работы описаны в стандарте ГОСТ 34.601-90.;
• индустриальная технология.
Индустриальная технология проектирования, в свою очередь, разбивается на два подкласса:
• автоматизированное (использование CASE-технологий);
• типовое (параметрическое - или модельно-ориентированное)
проектирование.
Подходы к проектированию ИС
Подход - это более широкое понятие, чем метод!
Подход включает в себя и методы, методологии, способы, технологии и т.п.
Выделяют два основных подхода к проектированию систем управления предприятием и АС их поддержки: структурный и процессный.
Структурный подход
Довольно часто используется.
Основан на четком разграничении функций подразделений предприятия.
Сущность структурного подхода к разработке АС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур, реализующих конкретные функции.
При этом компоненты АС взаимоувязаны, система является целостной
Формула подхода структурного программирования выражена Виртом:
Программная система (АС) = алгоритмы + структуры данных
Все наиболее распространенные методологии структурного подхода базируются на ряде общих принципов.
В качестве двух базовых принципов используются следующие:
- принцип "разделяй и властвуй" - принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения;
- принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.
Другие принципы:
- принцип абстрагирования - заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;
- принцип формализации - заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;
- принцип непротиворечивости - заключается в обоснованности и согласованности элементов;
- принцип структурирования данных - заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.
Поскольку формула подхода структурного программирования выражена Виртом: программа (программная система) = алгоритмы + структуры данных, в проводимом при проектировании структурном анализе изучаются две группы компонентов:
- функции, выполняемые системой;
- отношения между данными.
Каждой группе соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными, среди которых являются следующие:
- SADT (Structured Analysis and Design Technique) модели и соответствующие функциональные диаграммы;
- DFD (Data Flow Diagrams) диаграммы потоков данных;
- ERD (Entity-Relationship Diagrams) диаграммы "сущность-связь".
На стадии проектирования АС модели расширяются, уточняются и дополняются диаграммами, отражающими структуру программного обеспечения: архитектуру ПО, структурные схемы программ и диаграммы экранных форм.
Перечисленные модели в совокупности дают полное описание АС независимо от того, является ли она существующей или вновь разрабатываемой.
Состав диаграмм в каждом конкретном случае зависит от необходимой полноты описания системы.
Процессный подход
При решении задач комплексной автоматизации (создание корпоративных АС) наиболее целесообразно руководствоваться не структурой, а анализом бизнес-процессов предприятия (процессный подход ориентирован на бизнес-процессы, а не на организационную структуру предприятия)
Подход считается наиболее перспективным в настоящее время.
Бизнес-процессы, в отличие от организационной структуры, меняются реже. Как правило, основных бизнес-процессов на предприятии немного, обычно не более десяти.
Процессный подход подводит к необходимости перехода на так называемое "тощее производство" или "тощую" ресурсосберегающую организационную структуру (Lean production). Основными чертами такой реорганизации являются:
- широкое делегирование полномочий и ответственности исполнителям;
- сокращение количества уровней принятия решения;
- сочетание принципа целевого управления с групповой организацией труда;
- повышенное внимание к вопросам обеспечения качества продукции или услуг, а также работы предприятия в целом;
- автоматизация технологий выполнения бизнес-процессов.
Процессный подход позволяет:
- оперативно изменять и дорабатывать технологии;
- безболезненно (без остановки производства) модернизировать АС предприятия.
Примеры автоматизируемых бизнес-процессов:
1. Производство:
- продукции заданного наименования;
- товаров народного потребления (ТНП);
- изделий из отходов производства;
- реализация продукции;
- осуществление бартерных сделок и др.
2. Обеспечение управления:
- финансовым обеспечением предприятия;
- информационным обеспечением предприятия (сайты);
- юридическим обеспечением;
- хозяйственным обеспечением;
- оперативным планированием;
- персоналом;
- бухгалтерскими процессами;
- делопроизводством;
- библиотечно-библиографическими процессами и др.
Для всех бизнес-процессов должны быть разработаны соответствующие функционально-информационные модели (методологии SADT, DFD)
Обычно бизнес-процессы представляют в широко известной нотации функционального моделирования IDEF0, реализованной в ряде программных продуктов (например, Bpwin и Design/IDEF).
Данное представление наилучшим образом подходит для анализа на концептуальном уровне с целью формирования требований к информационной системе.
Для всестороннего анализа бизнес-процессов с использованием различных методологий целесообразно применять интегрированное ПО, например ARIS Toolset.
Информационное обеспечение АС. Место базы данных в АС
Информационное обеспечение (ИО) АС является основным компонентом её компонентом.
Состав ИО:
- компоненты вне машинного ИО (классификаторы, документы);
- внутримашинное ИО - макеты экранных форм для ввода первичной информации и вывода результативной, структура информационной базы (ИБ), базы данных.
Существуют следующие способы организации ИБ:
- совокупность локальных файлов поддерживаемых функциональными пакетами прикладных программ;
- база данных под управлением СУБД.
Предшественниками баз данных при решении задач сбора, хранения, выборки и обработки данных были файловые системы.
Опр.: Файловые системы (file - based system) - набор программ, которые выполняют для пользователей некоторые операции, например, хранение, выборка данных, создание отчетов. Каждая программа определяет свои собственные данные и управляет ими.
Основные операции над файлом:
- создание файла;
- добавление записи в файл;
- открытие/ закрытие существующего файла;
- поиск текущей, первой, последней, следующей и т.д. записи в файле;
- чтение записи из файла;
- запись данных в файл на место текущей записи;
- индексация, сортировка, математическая обработка данных и т.п.
В настоящее время файловые системы устарели по ряду причин. Рассмотрим эти причины:
1. Описание способа хранения данных и структура данных в файловых системах определяется в коде программ, что приводит, даже при незначительных изменениях этих структур, к перекомпиляции исходного кода.
2. Организация одновременного доступа к двум или более файлам требует определенных трудоемких действий, ведет к написанию дополнительного программного кода с элементами системного программирования.
3. При организации работы по ведению (вводу и обновлению) данных в файлах несколькими пользователями, территориально находящимися в разных помещениях, необходимо осуществлять дублирование данных для каждого пользователя. Это ведет к нарушению целостности данных, необходимости реализации их впоследствии программного обновления и синхронизации.
4. Поскольку структура файла определяется кодом приложения, она также зависит от языка программирования, на котором создано это приложение. При обработке нескольких файлов разных форматов необходимо осуществлять их приведение к некоторому общему формату, что также достаточно трудоемко и требует написания отдельных программ.
5. Постоянное увеличение запросов, реализуемых к данным файлов, ведет к увеличению количества вновь разрабатываемых приложений
(программного кода).
Можно сделать вывод, что основными причинами, затрудняющими использование АС на основе файловых систем являются:
- определение структур данных внутри прикладных программ, что ведет к зависимости данных от приложения;
- необходимость разработки инструментов для создания файлов, их наполнения, корректировки и обработки.
Основное отличие данных, хранимых в БД от данных, хранимых в ФС:
БД обеспечивают возможность использования одних и тех же данных в разных приложениях, решающих разные задачи.
Использование баз данных является эффективным средством разработки и поддержки информационного обеспечения АИС.
Опр. 1: База данных (БД - DB — DataBase) - это хранилище структурированных, непротиворечивых данных, минимально избыточных и целостных.
Опр. 2: БД (Data Base) - это компьютеризованная система хранения информации, основная цель которой содержать информацию и предоставлять её по требованию.
К информации относится всё, что представляет интерес для отдельного пользователя или предприятия.
Предприятие в широком смысле слова - коммерческая, научная, техническая или другая организация. Предприятие может состоять всего из одного человека (небольшая частная БД), быть целой корпорацией или другой крупной организацией (с очень большой БД) или нечто среднее (университет, больница, правительственное ведомство, промышленное предприятие, банк)
Опр. 3: БД - это хранение структурированных данных, при этом данные должны быть не противоречивыми, минимально избыточными и целостными.
Опр. 4 (по ГОСТу):
В настоящее время действует Закон «О правовой охране программ для ЭВМ и баз данных» от 23.09.92 г. В нем дается определение БД :
«База данных - это объектная форма представления и организации совокупности данных (например статей, расчетов), систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ.»
Опр. 5: БД - это набор интегрированных записей с само описанием.
Описание данных называют системным каталогом или словарем данных (data dictionery), т.е. данные о данных или метаданные (meta—data).
Это важное преимущество использования БД, обеспечивающее независимость баз данных от приложений. Для одной БД может быть разработано много прикладных программ, реализованных в разных инструментальных средах, т.е. база данных одновременно может использоваться многими пользователями.
Опр. 6: БД - это организованная в соответствии с определенными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей.
Предметная область - это часть реального мира, интересная с точки зрения решения задачи автоматизации.
Опр. 7 (по К.Дейту): БД состоит из набора постоянных данных, которые используются приложениями.
(Постоянные - постоянно сохраняемые)
Кроме постоянных есть еще понятия транзитных данных. К транзитным данным относятся входные и выходные данные.
Входные данные для БД - это информация, передаваемая системе БД (через устройства ввода: терминал, рабочая станция). Эта информация может изменить постоянные данные, но они не является частью БД. Пример: Входные данные: 1) изменение стоимости билета (снижение); 2) введение нового рейса
Выходные данные - сообщения и результаты, выдаваемые системой (экран, печать, файл). Они берутся из постоянных данных, но это тоже не часть БД.
Чем отличается "база данных" от какого бы то ни было склада данных, поддерживаемого в файлах операционной системы? Основное отличие состоит в том, что набором данных, входящих в состав базы данных управляет специальное программное обеспечение, которое называют "системой управления базами данных (СУБД - DBMS - DataBase Management System -диспетчер БД)", которая обладает знаниями по поводу связи между разнородными данными.
Основная функция, выполняемая СУБД - предоставление пользователю БД возможности работать с ней, не вникая в детали на уровне аппаратного обеспечения (простой пользователь отстранен более чем прикладной программист).
СУБД должна поддерживать следующие функции:
1. Создавать БД и объекты базы данных. Это осуществляется с помощью команд языка определения данных (ЯОД) СУБД. ЯОД позволяет задать структуру, тип, логические ограничения на данные, связи между данными, структуру доменов, индексов, триггеров и других объектов БД.
2. Вставлять, обновлять, удалять и извлекать информацию из БД. Эти операции осуществляются с помощью команд языка манипулирования данными (ЯМД) СУБД. Для извлечения данных существуют специальные языки запросов.
Стандартными являются языки SQL (Structure Query Language - язык структурированных запросов), QBE (Query By Example - запрос по образцу). Наличие языка запросов устраняет присущие файловым системам ограничения -сформулированный на нем сложный запрос к БД выражается небольшим по объему кодом.
3. Предоставлять контролируемый доступ к данным с помощью следующих средств:
— системы обеспечения безопасности, предотвращающей несанкционированный доступ к объектам БД со стороны пользователей;
— системы поддержки целостности данных, обеспечивающей непротиворечивое состояние хранимых данных;
— системы управления параллельной работой приложений, контролирующей процессы совместного доступа к БД;
— системы восстановления, позволяющей восстановить БД до предыдущего непротиворечивого состояния, нарушенного в результате сбоя аппаратного или программного обеспечения;
— доступного пользователям каталога (словаря данных), содержащего описание хранимой в БД информации.
Реальный объем функциональных возможностей отличается в разных СУБД. Современные СУБД поддерживают широкий набор функций.
Процедуры, выполняемые на этапах жизненного цикла базы данных
Состав процедур приведен на рисунке
Рисунок - Этапы разработки БД
1. Анализ предметной области
Содержит следующие виды работ
- интеграция пользовательских представлений (создание ТЗ);
- выбор методов и средств проектирования и реализации.
2. Проектирование базы данных
В соответствии с архитектурой БД проектирование БД состоит, как правило, из 3-х этапов:
- инфологическое проектирование - разработка ИЛМ предметной области (концептуальный уровень архитектуры БД);
- даталогичесоке проектирование - разработка ДЛМ БД (концептуальный уровень архитектуры БД);
- физическое проектирование - разработка физической модели БД (внутренний уровень архитектуры БД).
3 Создание базы данных
Выполняется:
- подготовка среды хранения;
- генерация схемы БД;
- загрузка и корректировка данных из старой БД;
- ввод и контроль данных в справочные таблицы.
4 Эксплуатация базы данных
Выполняются следующие виды работ
а) Реорганизация БД:
- реструктуризация;
- реформатизация.
б) Организация доступа к БД:
- определение прав доступа пользователей БД;
- разграничение прав доступа;
- добавление, обновление, поиск (чтение) данных.
в) Контроль состояния БД:
- сбор и анализ статистики использования БД;
- контроль целостности БД;
- копирование и восстановление БД.
Замечание: выбор целевой СУБД может происходить в любой момент разработки базы данных, но строго до этапа проектирования логической структуры БД (до построения концептуальной даталогической модели БД).
Для выбора СУБД важным является информация о таких требованиях АИС,
как:
- производительность системы;
- стратегия реализации ограничений целостности БД; -
— поддержка уровень защищенности данных; архитектура вычислительной среды; необходимость параллельной обработки данных.
В крайнем случае выбор СУБД м.б. отложен до этапа физического проектирования БД.
Разработка приложений
Это этап проектирование интерфейсов пользователя и прикладных программ для работы с базой данных выполняется параллельно с её проектированием.
Между этими фазами должен постоянно происходить информационный обмен, перекрестные проверки между проектируемыми данными и выявленными функциями разрабатываемого приложения. Необходимо убедиться в том, что модель данных отражает потребности бизнеса, а модель функций включает функции, использующие данные из модели данных.
Проектирование базы данных
Поскольку база данных является основным компонентом информационного обеспечения АС, её жизненный цикл непрерывно связан с жизненным циклом АИС, с жизненным циклом программного обеспечения АС.
При этом жизненный цикл АС, её программного обеспечения, базы данных, как правило, соответствует спиральной модели.
Основным этапом жизненного цикла АИС является проектирование информационного обеспечения, его основного компонента - базы данных.
Проектирование БД - процесс отображения словесного и естественного описания предметной области в схему внутренней модели БД.
Качество БД определяется степенью адекватности отображения смысла предметной области в БД.
Основная цель проектирования БД - создание модели данных, которая:
— представляет данные и связи между ними, необходимые для всех областей применения БД и любых существующих групп пользователей;
— поддерживает выполнение требуемой обработки данных;
— удовлетворение требованиям, предъявляемым к производительности системы в целом (по разным критериям, например, ко времени реакции системы).
При этом любое проектирование - это поиск способа удовлетворения функциональных требований средствами имеющейся технологии с учетом заданных ограничений.
Для каждого проекта существует ряд абсолютных требований, как правило,
это:
— максимальное время, отпущенное на проект;
— максимальное количество денег, которое может быть потрачено;
— масса других неудобных требований и ограничений:
- недостаточная подготовка разработчиков;
- отсутствие технического задания на проектирование;
- недопонимание сотрудников автоматизируемых подразделений сути
автоматизации;
- видение разработчиком определенной технологической цепочки
обработки информации, а в реальном состоянии дел на предприятии
реализовать эту цепочку не получается по каким—либо причинам и др.;
Проектирование в реальном мире заключается в достижении компромиссов и строится на информированном принятии решений.
Проектирование БД охватывает 3 основные области:
— проектирование конкретных объектов, которые будут реализованы в БД (домены, таблицы, хранимые процедуры, триггеры, индексы);
— проектирование конкретных экранных форм, отчетов, программ, которые будут сопровождать данные в БД и обеспечивать выполнение запросов к ним;
—проектирование БД с учетом конкретной вычислительной среды или технологии - например, учет топологии сети предприятия, конфигурации аппаратных средств, использование архитектуры клиент/сервер, параллельной обработки данных, распределенной архитектуры.
Скачать лекцию:
Пароль на архив: privetstudent.com