Методи та засоби створення інформаційної системи

Застосування ефективних методів і засобів створення інформаційної системи, правильна побудова технології її створення дають змогу суттєво знизити витрати та скоротити терміни розробки, забезпечуючи якісне створення системи обробки даних, які відповідають вимогам користувачів. При створення ІС використовують цілий комплекс методів і засобів її розробки.

При створенні інформаційної системи використовують цілий комплекс методів і засобів.

Методом створення інформаційної системи є підтриманий відповідними засобами проектування спосіб її створення.

Засоби створення інформаційної системи – це типові проектні рішення, пакети прикладних програм, типові проекти чи інструментальні засоби проектування інформаційної системи.

У ході розробки інформаційної системи та її структури використовують два методи: «зверху – вниз» і «знизу – вверх» або локальний і системний підходи до створення інформаційної системи.

Існує дві групи методів створення інформаційних систем: орієнтовані на дані й орієнтовані на процедури.

Перші - надають особливого значення процесу декомпозиції структурі у створенні архітектури програми. Другі - роблять основ­ний акцент на даних.

Найбільш поширені методології, орієнтовані на обробку: модульне програмування, метод функціональної декомпозиції, метод проектування потоку даних або структур даних, метод НІРО.

Основні концепції модульного проектування:

кожен модуль реалізує єдину незалежну функцію;

кожен модуль має єдину точку входу/виходу;

розмір модуля по можливості намагаються мінімізувати;

кожен модуль може бути спроектований і закодований різними членами бригади програмістів і може бути окремо протестований;

уся система побудована з модулів.

При такому підході складна система розподіляється на кілька частин, одночасно створюваних різними програмістами. Кожен модуль реалізує єдину функцію. Розмір модуля невеликий, тому тестування може управлятися і може бути проведене дуже ретельно. Після кодування і тестування всіх модулів відбувається їх інтеграція і тестується вся система. Під час супроводження тестується і налагоджується тільки той модуль, який погано працює. Очевидні переваги у полегшенні написання і тестування програм, зменшується вартість їх супроводження.

Функціональна дскомпозиція базується на стратегії типу «роз­діляй - і - управляй» де критерієм декомпозиціЇ системи концепція приховування інформації. Під час використання цього критерію кожен модуль характеризується суб'єктивним рішенням проектувальника. Тільки деяка інформація про цей модуль необхідна іншим модулям, зв'язки між модулями організуються з допомогою добре визначених інтерфейсів. Інщою впжливою ідеєю є проектування програмної системи у вигляді набору віртуальних машин, замість традиційного підходу, в ході якого вживаються блок-схеми. Перевага функціональної декомпозиції у її застосовності. Недоліки - иепередбаченість і мінливість.

Методи проектування з використанням потоку даних використовують потік даних як рушійну силу процесу проектування програми. При цьому використовуються різні функції відображення, які перетворюють потік інформації на структуру про­грами.

Структурне проектування складається з концепції структурного проек­тування, генеральної лінії композиційного проектування і деталізації проекту, критерію ступеня, прийомів аналізу проекту. Підхід полягає у відображенні потоку даних проблеми у структуру програми з вико­ристанням деяких прийомів аналізу проекту. Процедура така:

1) ідентифікується потік даних і відображується граф потоку да­них;

2) ідентифікуються вхідні, центральні та вихідні перетворюючі елементи;

3) формується ієрархічна структура програми, яка використовує ці елементи;

4) деталізується і оптимізується структура програми, сформульо­вана на третьому кроці.

Такий підхід застосовується, коли відсутні яскраво виражені структури даних.

Технологія структурного аналізу проекту SАDТ основана на структурному аналізі. SА - графічна мова, що використовується для ясного вираження ієрархічних і функціональних зв'язків між будь-якими об'єктами та діями. Структура системи, представлена графічно, виділяє інтерфейси між компонентами структурно, модульне й ієрархічно. SADT - включає процедури планування управління розробкою і управління конфігурацією, засоби організації працюючих спеціалістів у бригади та зв'язки між ними. SADT успішно застосовується у різних сферах. Метод особливо ефективний на раннніх і пізніх стадіях розвитку системи і менш ефективний при деталізації. У той самий час, дозволяючи кожному проектувальнику створювати незалежні діаграми, можна дістати додаткові труднощі у процесі їх перегляду.

НІРО (Ієрархія плюс Вхід, Обробка, Вихід) - метод ієрархічних діаграм, розвинений фірмою ІВМ. Основні ха­рактеристики:

1) здатність надавати зв'язок між вхідними/вихідними даними та процесом обробки;

2) можливість декомпозувати систему ієрархічно, не залучаючи надмірно дрібні деталі;

3) використання трьох елементів — входу, обробки, виходу. Об­робка (процес) специфікується як центральний блок діаграми і з'єд­наний з елементами, що складають вхід і вихід.

Основна процедура проектування з використанням НІРО:

1) почати з найвищого рівня абстракції;

2) ідентифікувати вхід, обробку і вихід;

3) з`єднати кожний елемент входу й виходу з відповідною оброб­кою;

4) документувати кожний елемент системи, використовуючи НІРО діаграми;

5) деталізувати діаграму, використовуючи кроки І—4.

У методологіях орієнтованих на дані виділяються компоненти проекту, основані на даних. Це так звана об'єктно-орієнтована методологія проектування і методологія проектування концептуальних баз даних. Оскільки обидві технології відносяться до методу формалізації специфікацій, спочатку розглянемо концепцію методів формальних специфікацій.

Програми можуть бути побудовані методично (систематично) ви­ходячи з формальних специфікацій на дані, а якими вони працюють. Базуючись на формальних специфікаціях, можна розробити прийоми автоматичного програмування і доведення правильності програм. Особлива увага приділяється абстракціям даних.

Об'єктно-оріентсвана методологія проектування основана на концепціях приховування інформації і абстрактних типів даних. Такий підхід розглядає всі ресурси (дані, модулі та сис­теми), що виступають як об'єкти. Кожен об'єкт містить деяку струк­туру даних (або тип даних), обрамлену набором процедур, які знають, як маніпулювати з цими даними. Використовуючи цю методологію, розробник може створити свій власний абстрактний тип і відобразити проблемну сфера у ці створені ним абстракції замість традиційного відображення проблемної сфери у передбачені структури, що управ­ляють, і структури даних мови реалізації. Подібний підхід рекла­мується як більш натуральний, ніж методології, орієнтовані на оброб­ку (на процес), через змогу створювати у процесі проектування різні види абстракції типів даних. На цьому шляху розробник може скон­центруватися на проектні системи, не хвилюючись про деталі інформаційних об'єктів, які використовуються у системі,

Основні дії, що реалізуються методологією:

1) визначити проблему;

2) розвинути неформальну стратегію, що являє собою загальну послідовність кроків, яка задовольняє вимоги до системи;

3) формалізувати стратегію;

а) ідентифікувати об'єкти та їхні атрибути;

б) ідентифікувати операції над об'єктами;

в) встановити інтерфейси;

г) реалізувати операції.

Методологія, основана на проектуванні концептуальних баз даних належить до класу методологій, орієнтованих на дані, і покликана дати проектувальнику методичні вказівки у процесі трансформації специфікацій у концептуальну схему бази даних. Цей підхід ставить за мету установити уніфіковану концептуальну модель з багатшим се­мантичним значенням і використовувати концепцію абстракцій даних для спрощення проектування. У дійсності це різновид подання знань, який простягається від проблем реального світу до коду, який виконує ЕОМ. Процес проектування розглядається як процес побудови моделі. Відомі методи конструювання концептуальної моделі, основані на прийомах узагальнення/специфікації. Передбачається, що проектант починає з визначення найбільш загальних, натурально виникаючих класів об'єктів і подій проблемної сфери. Далі деталі програмної си­стеми вводяться послідовними ітераціями описання підкласів уже по­даних класів і специфікацій взаємодій у цих класах.

Попередньо розглянуті методи працюють на модульному рівні. Метод, який використовується на кодовому рівні проектування, відомий під назвою “Структурне програмування”. Метод оснований на передбаченні, що код у модулі легче читається, пишеться і супровод­жується, якщо він сконструйований з фіксованого набору базових структур, які не виключають оператор ООТО. Доведено, що будь-яка складна система може бути подана з використанням трьох базових структур: прямування, ітерація і вибір. Структурне програмування охоплює чотири тісно пов'язані проблеми: методологію програмування, нотацію, коректність, верифікацію. Практика показала, що структурне програмування саме собою не дуже ефективне під час проектування великих систем. Для досягнення максимальної надійності і зни-кення вартості слід об'єднати прийоми структурного програмування з методологією проектування архітектури, включаючи бригаду головного програміста, проектування зверху - вниз, бібліотеки, що підтримує процес розвитку проекту і т. ін.

Відомо три передумови інформаційної технології. Перша передумова полягає в тому, що в центрі сучасної обробки даних містяться самі дані (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Модель даних

Дані створюються, зберігаються та супроводжуються за допомогою програмного забезпечення. Процеси зліва створюють і модифікують дані, справа – використовують їх у відповідях на запити, в процесі пошуку необхідних даних, аналізу та прийняття рішень. Дані можуть представляти багато систем даних.

Друга передумова – типи даних не змінюються.

Об’єкт – це щось, про що ми зберігаємо дані. Наприклад: працюючі, замовники, обладнання тощо. Типи об’єктів не змінюються протягом терміну існування виробництва, за винятком поодиночних доповнень нових типів об’єктів. Типи атрибутів, які ми зберігаємо для цих об’єктів, також змінюються рідко. Значення даних змінюються постійно, але їх структура дуже рідко, якщо дані були добре спроектовані.

Третя передумова – кожне виробництво є динамічним, а отже, процедури обробки даних змінюються швидко і часто. Бажано, щоб системні аналітики та кінцеві користувачі могли їх часто змінювати, максимально пристосовуючи до конкретних вимог.

Висновок: основні типи даних відносно стабільні; процедури обробки даних швидко змінюються; програми, процеси, мережі й апаратура ЕОМ також змінюються. Тому методи, орієнтовані на дані, якщо їх правильно використовувати, мають успіх там, де методи, орієнтовані на процедури, його не мають. Коли необхідну інфраструктуру даних визначено, то можна швидко отримати результати, користуючись високорівневими мовами баз даних чи іншими. Тому важливим є перший крок з тріади модель – алгоритм – програма, тобто створення моделі об’єкта та побудова стратегічного плану чи структури даних (будемо розглядати в інших темах).

Методи створення інформаційної системи також можемо класифікувати за ступенем автоматизації проектних робіт: оригінальний, типовий, автоматизований.

За допомогою оригінального (індивідуального, немашинного, одиничного) методу створюються індивідуальні проектні рішення, специфічні для кожного окремого об’єкта. Переваги його в тому, що в результаті отримуємо оригінальний проект, який повною мірою відбиває всі особливості відповідного об’єкта. Але є й недоліки: висока трудомісткість і великі терміни проектування інформаційної системи, низький показник функціо­нальної надійності, погана модернізованість і супроводження інформа­ційної системи. Тривалість сталого функціонування становить близько року, а потім потрібно модернізувати проектні рішення.

Методи типового проектування припускають поділ системи, яку створюємо, на багато складових компонентів (функцій, алгоритмів і т.п.) і створення для кожного з них закінченого проектного рішення, яке потім з деякими модифікаціями, якщо вони потрібні, будуть використані при проектуванні інформаційної системи. Залежно від рівня декомпозиції системи їх поділяють на:

елементний – використання типових проектних рішень;

компонентний – використання пакетів прикладних програм;

об’єктний – використання типових проектів інформаційної системи.

Суть елементного проектування полягає в тому, що декомпозиція інформаційної системи виконується на рівні задач і окремих проектних рішень з інформаційного, технічного, програмного та інших видів забез-печення. Для кожного такого елемента створюються типові проектні рішення.

Переваги: модульний принцип побудови; спрощення документування, оскільки оформлена у вигляді проектної документації ТПР може вся чи з деякими модифікаціями використовуватись у проекті інформаційної системи; наявність готових програмних продуктів і можливість їх використання.

Недоліки: значне зниження трудомісткості (на 30 %) порівняно з оригінальним; тривалі терміни розробки інформаційної системи; низька функціональна надійність (до двох років); погана модернізованість; відсутність засобів автоматизованого ведення бібліотеки ТПР, комплексування та інформаційна погодженість ТПР.

Даним методом були розроблені ТПР АСУП (СССР), PROSPRO i BICEPS (США).

Суть компонентного проектування полягає в більш високій інтег­рації типових елементів на рівні функцій.

Переваги: модульна побудова засобів проектування; можливість використання одних і тих самих компонентів для різних об’єктів; наявність опробованих програмних засобів.

Недоліки: відсутність засобів модернізації та супроводження інфор­маційної системи, що функціонує; відсутність автоматизованої системи комплектування компонентів; недостатність засобів, які забезпечують функціональну надійність до трьох років; висока трудомісткість проектування порівняно з елементним скороченням на 25 %.

Цим методом були розроблені ІСУВ (інформаційна система управління виробництвом) (СССР), SOSP (ГДР), PICS I COPICS (США).

Суть об’єктного проектування полягає в тому, що типовим елементом виступає система керування об’єктом в цілому, тобто створюється типовий проект інформаційної системи для узагальненого об’єкта із деякого класу об’єктів керування.

Переваги: проектування інформаційної системи зводиться до підго­товки та впровадження типового проекту; трудомісткість порівняно з елементним скорочується в 2 – 3 рази.

Недоліки: кількість об’єктів, для яких може бути ефективно використаний відповідний проект, незначна, і тому потрібна велика кількість типових проектів; низький рівень адаптації та функціонально нестійкі, слабкі засоби модернізації та супроводження; дуже високі вимоги щодо кваліфікації розробників; розроблений типовий проект швидко морально старіє внаслідок зміни методів господарювання та вдосконалення КТЗ.

Цим методом були розроблені АСУ: «Львів», «Кунцево», «Барнаул», «Сігма», LAMBDA (Італія), MARS 3 (США).

Основні положення методу автоматизованого проектування (САПР) ще остаточно не встановлено, але є незначний досвід. Суть САПР ІС полягає в можливості побудови та підтримки в системі проектування деякої глобальної інформаційної моделі об’єкта керування. Модель містить у формалізованому вигляді опис сукупностей інформаційних компонентів і відношень між ними, включаючи їх зв’язки та алгоритмічні взаємодії.

Переваги: наявність актуальної моделі об’єкта; комплексне охоплення проектування засобами, включеними до САПР; можливість інтер­активної взаємодії з ЕОМ на всіх етапах проектування та функціонування системи; зниження трудомісткості проектування в 2 – 10 разів порівняно із ППП; досить високий рівень функціональної і адаптивної надійності.

Недоліки: відпрацьована загальна теорія САПР ІС; малий досвід практичного використання САПР ІС; складність експлуатації САПР ІС; висока вартість розробки САПР ІС.

Цим методом були розроблені САПР МАРС, АРІУС та ін.

Засоби створення ІС поділяються на інструментальні та об’єктні.

Інструментальні засоби створення ІС орієнтовані безпосередньо на процес проектування та призначені для підвищення продуктивності праці розробника (наприклад, документатор програм, генератор програм і т.п.).

Об’єктні засоби створення ІС також знижують трудомісткість проектних робіт, але головним результатом їх застосування є проектні рішення (наприклад, ППП, ТП).

Низку засобів можна віднести до тієї чи іншої групи; крім того, вони можуть дублювати один одного, тому однією із задач, яку ми розв’язуємо при плануванні робіт по створенню інформаційної системи, є правильний вибір засобів проектування щодо конкретних умов застосування.

Засоби створення ІС повинні:

комплексно охоплювати процес створення ІС;

бути сумісними;

бути легкими в освоєнні та простими в користуванні;

бути універсальними у своєму класі;

мати можливість організувати процес проектування в режимі інтерактивної взаємодії розробника з ЕОМ;

давати змогу створювати адаптивні ІС;

бути економічно ефективними.

Засоби створення ІС розглянемо в рамках методів створення ІС.

Для оригінального методу характерні: стандартні засоби операційних систем; процедури, що реалізують типові процеси обробки даних; окремі інструментальні засоби створення ІС.

Для типового методу характерним є те, що й для попереднього, а також типові компоненти, оформлені у вигляді типових проектних рішень, пакетів прикладних програм і типових ІС.

Для автоматизованого проектування характерні: стандартні засоби операційних систем, взаємопов’язаний комплекс інструментальних засобів створення ІС, засоби модернізації ІС, що функціонує.