Автоматизированное проектирование ИС (CASE-технология)

Автоматизированное проектирование ИС (CASE-технология)

 

Определение. CASE-технология (Computer Aided Software Engineering) представляет собой совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем программного обеспечения, поддержанную комплексом взаимоувязанных средств автоматизации.

 

Основные черты CASE-технологии:

• Назначение: автоматизация проектирования сложных информационных систем. Изначально CASE-средства были ориентированы на разработку ПО. Сейчас чаще всего под такими средствами подразумевают любые средства проектирования ИС и/или моделирования предметной области.
• CASE-средства охватывают все стадии ЖЦ ИС (анализ, проектирование, разработка, сопровождение).
• Не создают новых методологий, а повышают эффективность использования существующих – за счет автоматизации.

 

Цели использования CASE-технологии в индустриальном проектировании ИС:

• Улучшение качества разрабатываемой ИС за счет автоматического контроля и генерации отдельных элементов;
• Возможность повторного использования компонентов разработки;
• Повышение уровня адаптивности и качества сопровождения ИС;
• Использование методологии прототипного проектирования;
• Ускорение работы за счет автоматизированной генерации кода и автоматизированного документирования проекта;
• Возможность коллективной разработки ИС в режиме реального времени.

 

Содержание CASE-технологии:

• Методология – определяет шаги реализации проекта, а также правила используемых при его разработки методов.
• Метод – процедура или техника генерации описания компонентов ИС (например, метод проектирования потоков данных).
• Модель – совокупность символов (вербальных, математических, графических и т.п.), которая адекватно описывает некоторые свойства моделируемого объекта и отношения между ними.
• Нотация – Система условных обозначений, принятая в конкретной модели. Обычно для описания моделей используются графические символы (почему?), а также формальные и естественные языки.
• Инструментальные средства – CASE-средства.

 

Определение. CASE-средство – это специальный программный продукт, который поддерживает одну или несколько методологий анализа и проектирования ИС.

 

Общая архитектура системы CASE-средств включает в себя следующие элементы:

• Репозиторий (словарь данных) – специализированная база данных, являющаяся ядром системы. Обеспечивает хранение версий проекта и его отдельных компонентов и объектов, синхронизацию поступающей от проектировщиков информации, контроль метаданных на полноту и непротиворечивость. Репозиторий хранит описания следующих объектов:
• Проектировщиков и их прав доступа к различным компонентам системы;
• Организационных структур;
• Диаграмм, компонентов диаграмм и связей между диаграммами;
• Структур данных;
• Программных модулей, процедур, библиотек и т.п.
• …
• Графические средства анализа и проектирования (редакторы диаграмм). Используются для создания иерархически связанных диаграмм – моделей ИС – в заданной графической нотации.
• Верификатор диаграмм. Служит для контроля правильности построения диаграмм в заданной методологии проектирования. Основные функции: мониторинга, диагностика, информирование об ошибках.
• Неграфические средства проектирования и разработки приложений. Используются для построения моделей ИС на формальных и естественных языках, а также для автоматизированной разработки программ проекта.
• Документатор проекта. Позволяет получать информацию о проекте в виде различных отчетов.
• Средства администрирования проектом. Представляют собой набор инструментов и служебных программ, необходимых для выполнения таких административных функций, как:
• Инициализация проекта;
• Задание начальных параметров проекта;
• Назначение и управление правами доступа к отдельным элементам проекта;
• Мониторинг выполнения проекта.
• Служебные средства. Представляют собой набор служебных программ, которые необходимы для обслуживания БД репозитория: архивация, восстановление данных и т.п.

 

Классификация CASE-средств

 

1. По области действия в пределах ЖЦ ИС

• Upper CASE – средства, используемые на стадии анализа предметной области;
• Middle CASE – средства, используемые на стадии анализа и проектирования структуры ИС;

Примечание. В настоящее время  в зарубежной литературе имеет место  тенденция объединять средства Upper и Middle CASE в одну группу (Upper CASE).

• Lower CASE – средства, используемые на стадиях разработки и внедрения (тестирования).
• I-CASE – интегрированная система CASE-средств, которая может использоваться как на ранних, так и на поздних стадиях ЖЦ ИС (т.е. объединяет возможности Upper- и Lower- CASE).

2. По функциональному назначению:

• Средства анализа и проектирования ИС (автоматизация наиболее популярных методологий проектирования);
• Средства проектирования баз данных (моделирование данных и генерация схем БД);
• Средства разработки приложений (в том числе, средства генерации и рефакторинга программного кода, средства быстрой разработки приложений);
• Средства обратного инжиниринга (построение моделей действующей ИС для ее переноса в другую среду);
• Средства документирования проекта;
• Средства управления тестированием ПО;
• Средства планирования и управления проектом.

3. По поддерживаемым методологиям проектирования:

• Функционально-ориентированные;
• Объектно-ориентированные;
• Комплексные (поддерживают различные методологии).

4. По степени интеграции:

• Отдельные средства, которые могут быть использованы на той или иной стадии проектирования ИС.
• Частично интегрированные наборы средств, охватывающие несколько стадий разработки ИС;
• Полностью интегрированные системы средств, охватывающие несколько стадий разработки ИС и связанные между собой общим репозиторием.

5. По реализованной архитектуре:

• Локальные;
• Корпоративные (с поддержкой взаимодействия по корпоративным информационным сетям и возможностью коллективной разработки проекта).

 

Методологии проектирования ИС с использованием CASE-средств

 

В настоящее время существует два  основных подхода к проектированию, которые мы уже упоминали:

• Функционально-ориентированный (структурный);
• Объектно-ориентированный.

 

В основе функционально-ориентированного подхода лежат две идеи:

• Декомпозиция;
• Графическое представление.

 

В настоящее время в качестве основных средств структурного анализа и проектирования используют следующие виды диаграмм:

• Business Function Diagram (BFD) – диаграммы функциональных спецификаций. Позволяют представить общую структуру исследуемого объекта, отражающую взаимосвязь различных задач  в процессе получения требуемых результатов. Основные элементы BFD – это функции (некоторые действия, необходимые для решения поставленных задач) и декомпозиции функций (разбиение функции на множество подфункций). На практике диаграмма функциональных спецификаций, используется, например, для верификации диаграмм сущность-связь при проектировании базы данных ИС.
• Диаграммы SADT (диаграммы работ и объектов).
• Диаграммы потоков данных (DFD).
• State Transition Diagram (STD) – диаграммы переходов состояний. Моделируют поведение системы во времени в зависимости от произошедших событий. Позволяют осуществить декомпозицию управляющих процессов, происходящих в системе и описать отношение между управляющими потоками. С формальной точки зрения, диаграммы переходов состояний описывают некоторый конечный автомат. К основным элементам диаграммы перехода состояний относятся:
• Состояние – устойчивое значение некоторого свойства в течение определенного времени. В каждый момент времени система находится строго в одном состоянии. Находясь в текущем состоянии, необходимо знать о предыдущих состояниях, чтобы определить условие перехода в следующее состояние.
• Начальное состояние – узел диаграммы, являющийся стартовой точкой для начального системного перехода. В диаграмме может быть множество конечных состояний, но только одно начальное.
• Переход – определяет перемещение моделируемой системы из одного состояния в другое. Имя перехода определяется событием, которое вызвало этот переход. Переход может быть вызван каким-либо действием.
• Триггер – логическое выражение, написанное на каком-либо макроязыке, которое показывает условие перехода в данное состояние.

 

Применяется два способа построения ST-диаграммы. Первый способ заключается в идентификации всех возможных состояний и дальнейшем исследовании всех не бессмысленных связей (переходов) между ними. По второму способу сначала строится начальное состояние, затем следующие за ним и т.д. В результате формируется предварительная диаграмма перехода состояний, для которой необходимо выполнить контроль состоятельности. Обычно он заключается в ответе на следующие вопросы;

• все ли состояния определены и имеют уникальное имя?
• все ли состояния достижимы?
• все ли состояния имеют выход?
• реагирует ли система соответствующим образом на все возможные условия (особенно на ненормальные)?
• все ли входные (выходные) потоки управляющего процесса отражены в условиях диаграммы?

 

Примеры диаграммы переходов состояний:

1. См. рис. 1
2. Диаграммы состояний UML.

 

• Диаграммы инфологических моделей «сущность-связь».
• System Structure Diagram (SSD) – Диаграммы структуры программного приложения ИС. Представляют собой иерархическую взаимосвязь программных модулей, которые реализуют ИС. Диаграмма SSD служит «мостом» для перехода от системных требований, которые отображены в таких диаграммах, как BFD, DFD, ERD и STD, к реализации информационной системы.

 

Основные черты Объектно-ориентированного проектирования

• Предметная область моделируется как совокупность взаимодействующих во времени объектов;
• Процесс обработки информации представляется как последовательность взаимодействий этих объектов;
• Данные и операции моделируются совместно (неразрывно друг от друга);
• За основу принимается спиральная модель проектирования. Модели предметной области накапливаются в репозитории и постепенно уточняются.
• На основе сформированных моделей может быть автоматически сгенерирована система классов для программного приложения ИС;
• Для моделирования широко используется унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language).

 

Самостоятельно:

• Изучить, какие основные диаграммы включает в себя система объектно-ориентированных моделей в соответствии с нотациями UML;
• Изучить общую характеристику и назначение каждой диаграммы;
• Обратить внимание на диаграмму прецедентов, диаграмму состояний, диаграмму деятельности, диаграмму компонентов и диаграмму размещения.
• Рассмотреть общую схему проектирования экономических ИС в рамках объектно-ориентированного подхода.

 

 

Рис.1. Пример диаграммы перехода состояний.