Проектирование осуществляемое с помощью case средств. Case-технологии проектирования информационных систем. Результат применения CASE-средств

Обзор некоторых CASE-систем.

Список производителей CASE - инструментов и ряд полезных ссылок можно найти по адресу http://sunny.aha.ru/~belikov/index.htm, вопросам использования CASE посвящена русскоязычная конференция news://fido7.su.dbms.case/, в Internet также доступна книга Вендрова А.М. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем..

Power Designer компании Sybase.

В состав Power Designer входят следующие модули:

· Process Analyst - средство для функционального моделирования, поддерживает нотацию Йордона - ДеМарко, Гейна - Сарсона и несколько других. Имеется возможность описать элементы данных (имена, типы, форматы), связанные с потоками данных и хранилищами данных. Эт элементы передаются на следующий этап проектирования, причем хранилища данных могут быть автоматически преобразованыв сущности.

· Data Analyst - инструмент для построения модели "сущность-связь" и автоматической генерации на ее основе реляционной структуры. Исходные данные для модели "сущность-связь" могут быть получены из DFD-моделей, созданных в модуле Process Analyst. В ER-диаграммах допускаются только бинарные связи, задание атрибутов у связей не поддерживается. Поддерживаются диалекты языка SQL примерно для 30 реляционных СУБД, при этом могут быть сгенерированы таблицы, представления, индексы, триггеры и т.д. В результате порождается SQL-сценарий (последовательность команд CREATE), выполнение которого создает спроектированную схему базы данных. Имеется также возможность установить соединение с СУБД через интерфейс ODBC. Другие возможности: автоматическая проверка правильности модели, расчет размера базы данных, реинжиниринг (построение модельных диаграмм для уже существующих баз данных) и т.д.

· Application Modeler - инструмент для автоматической генерации прототипов программ обработки данных на основе реляционных моделей, построенных в Data Analyst. Может быть получен код для Visual Basic, Delphi, а также для таких систем разработки в архитектуре "клиент-сервер" как PowerBuilder, Uniface, Progress и др. Генерация кода осуществляется на основе шаблонов, соответственно управлять генерацией можно за счет изменения соответствующего шаблона.

Ознакомительную версию Power Designer, в которой заблокированы функции сохранения построенных моделей, можно получить с российского web-сервера комании Sybase.

Silverrun компании Silverrun Technologies Ltd.

CASE-система Silverrun состоит из следующих инструментов:

· BPM - построение DFD-диаграмм. Поддерживает нотации Йордона-ДеМарко, Гейна - Сарсона, Уорда-Меллора и многие другие. Данный инструмент позволяет автоматически проверить целостность построенной модели, причем список критериев проверки определяется пользователем (например: отсутствие имен у элементов модели, потоки данных типа "хранилище - хранилище" или "внешняя сущность - внешняя сущность" и т.д.)

· ERX - построение диаграмм "сущность-связь". Поддерживаются не только бинарные связи, но и связи более высоких порядков, имеется возможность определения атрибутов у связей. Построенные ER-модели с помощью внешней утилиты могут быть сконвертированы в реляционный структуры (в той версии, с которой я работал, при этом, к сожалению, терялись атрибуты связей).

· RDM - инструмент реляционного моделирования, позволяет генерировать SQL-скрипты для создания таблиц и индексов примерно для 25 целевых СУБД.

Следует отметить, что компания Silverrun Technologies Ltd является не только разработчиком CASE - инструментария, но также создала собственную методологию создания информационных систем, получившую название Datarun. Эта методология включает описание всех этапов жизненного цикла информационной системы, перечень и последовательность работ, требования к содержанию и оформлению документов и многое другое.

Ознакомительную версию Silverrun, можно скачать с сервера комании Argussoft. В этой версии имеются ограничения на количество элементов в создаваемых моделях.

BPWin и ERWin компании LogicWorks.

LogickWorks выпускает два взаимнодополняющих инструмента проектирования информационных систем:

· BPWin - функциональное моделирование на основе методологии IDEF0. Допускается также использовние нотации IDEF3 и DFD в нотации Йордона - ДеМарко. Имеется возможность экспорта построенных моделей в системы функционально-стоимостного анализа (ABC - Activity Based Costing) и информационного моделирования ERWin.

· ERWin - средство информационного моделирования, используется нотация IDEF1X. Поддерживаются свыше 20 целевых СУБД, имеется возможность генерации прототипов прикладных программ для Visual Basic, Delphi и т.д.

Использование SilverRun

Методология

Планирование и разработка комплексных информационных систем невозможны без тщательно обдуманного методологического подхода. Какие этапы необходимо пройти, какие методы и модели использовать, как организовать контроль за продвижением проекта и качеством выполнения работ - эти вопросы решаются методологиями программной инженерии. Методологий существует много, и главное в них - единая дисциплина работы на всех этапах жизненного цикла системы. Если учитываются все критические задачи и контролируется их решение, качество создаваемых систем значительно возрастает. При этом, в общем случае, не важно, какие конкретно методы были выбраны для решения этих задач.

Для различных классов систем используются свои методы разработки. Они определяются как типом создаваемой системы, так и средствами реализации. Вероятно, самыми распространенными по объемам разработок являются информационные системы бизнес-класса. Практически в каждой организации имеются специалисты, разрабатывающие или сопровождающие информационные системы. Спецификация этих систем в большинстве случаев состоит из двух основных компонентов: функционального и информационного. По способу сочетания этих компонентов подходы к представлению информационных систем можно разбить на два основных типа - структурный и объектно-ориентированный. Разумеется, объектно-ориентированные методы также являются структурными в прямом понимании этого слова. Но исторически в программной инженерии этот термин закрепился за рядом дисциплин: структурное программирование, структурный дизайн, структурный анализ. В структурных технологиях функциональная и информационная модели строятся отдельно, чаще всего в виде диаграмм потоков данных и диаграмм "сущность-связь". Объектно-ориентированные технологии рассматривают информацию неотъемлемо от процедур ее обработки. Модели объектно-ориентированных технологий описывают структуру, поведение и реализацию систем в терминах классов объектов.

Объектно-ориентированные технологии доминируют в области создания операционных систем, средств разработки и исполнения приложений, систем реального времени. Концепция объекта помогает бороться с быстро растущей сложностью систем. Кроме того, взаимодействующие электронные устройства, как и элементы программ, естественно представляются объектами.

В области создания бизнес-систем лидируют структурные технологии, так как они максимально приспособлены для взаимодействия с заказчиками и пользователями, не являющимися специалистами в области информационных технологий. А анализ опыта разработок информационных систем показал, что активное привлечение пользователей на этапах выявления требований и постановки задачи является критическим фактором успеха крупных проектов. При разработке систем бизнес-класса основные усилия затрачиваются именно на понимание и спецификацию требований пользователя, а для реализации используются покупные средства разработки приложений (чаще всего языки четвертого поколения) и системы управления базами данных (чаще всего реляционные).

В терминах вышесказанного, место системы SILVERRUN в технологиях программной инженерии можно определить следующим образом: это CASE-система верхнего уровня, предназначенная для инструментальной поддержки структурных методологий создания информационных систем бизнес-класса. Таким образом, эта система может быть использована специалистами, занимающимися анализом и моделированием деятельности предприятий, разработчиками информационных систем, администраторами баз данных.

Методология RAD

Одним из возможных подходов к разработке ПО в рамках спиральной модели ЖЦ является получившая в последнее время широкое распространение методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). Под этим термином обычно понимается процесс разработки ПО, содержащий 3 элемента:

· небольшую команду программистов (от 2 до 10 человек);

· короткий, но тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 мес.);

· повторяющийся цикл, при котором разработчики, по мере того, как приложение начинает обретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные через взаимодействие с заказчиком.

Команда разработчиков должна представлять из себя группу профессионалов, имеющих опыт в анализе, проектировании, генерации кода и тестировании ПО с использованием CASE-средств. Члены коллектива должны также уметь трансформировать в рабочие прототипы предложения конечных пользователей.

Жизненный цикл ПО по методологии RAD состоит из четырех фаз:

· фаза анализа и планирования требований;

· фаза проектирования;

· фаза построения;

· фаза внедрения.

На фазе анализа и планирования требований пользователи системы определяют функции, которые она должна выполнять, выделяют наиболее приоритетные из них, требующие проработки в первую очередь, описывают информационные потребности. Определение требований выполняется в основном силами пользователей под руководством специалистов-разработчиков. Ограничивается масштаб проекта, определяются временные рамки для каждой из последующих фаз. Кроме того, определяется сама возможность реализации данного проекта в установленных рамках финансирования, на данных аппаратных средствах и т.п. Результатом данной фазы должны быть список и приоритетность функций будущей ИС, предварительные функциональные и информационные модели ИС.

На фазе проектирования часть пользователей принимает участие в техническом проектировании системы под руководством специалистов-разработчиков. CASE-средства используются для быстрого получения работающих прототипов приложений. Пользователи, непосредственно взаимодействуя с ними, уточняют и дополняют требования к системе, которые не были выявлены на предыдущей фазе. Более подробно рассматриваются процессы системы. Анализируется и, при необходимости, корректируется функциональная модель. Каждый процесс рассматривается детально. При необходимости для каждого элементарного процесса создается частичный прототип: экран, диалог, отчет, устраняющий неясности или неоднозначности. Определяются требования разграничения доступа к данным. На этой же фазе происходит определение набора необходимой документации.

После детального определения состава процессов оценивается количество функциональных элементов разрабатываемой системы и принимается решение о разделении ИС на подсистемы, поддающиеся реализации одной командой разработчиков за приемлемое для RAD-проектов время - порядка 60 - 90 дней. С использованием CASE-средств проект распределяется между различными командами (делится функциональная модель). Результатом данной фазы должны быть:

· общая информационная модель системы;

· функциональные модели системы в целом и подсистем, реализуемых отдельными командами разработчиков;

· точно определенные с помощью CASE-средства интерфейсы между автономно разрабатываемыми подсистемами;

· построенные прототипы экранов, отчетов, диалогов.

Все модели и прототипы должны быть получены с применением тех CASE-средств, которые будут использоваться в дальнейшем при построении системы. Данное требование вызвано тем, что в традиционном подходе при передаче информации о проекте с этапа на этап может произойти фактически неконтролируемое искажение данных. Применение единой среды хранения информации о проекте позволяет избежать этой опасности.

В отличие от традиционного подхода, при котором использовались специфические средства прототипирования, не предназначенные для построения реальных приложений, а прототипы выбрасывались после того, как выполняли задачу устранения неясностей в проекте, в подходе RAD каждый прототип развивается в часть будущей системы. Таким образом, на следующую фазу передается более полная и полезная информация.

На фазе построения выполняется непосредственно сама быстрая разработка приложения. На данной фазе разработчики производят итеративное построение реальной системы на основе полученных в предыдущей фазе моделей, а также требований нефункционального характера. Программный код частично формируется при помощи автоматических генераторов, получающих информацию непосредственно из репозитория CASE-средств. Конечные пользователи на этой фазе оценивают получаемые результаты и вносят коррективы, если в процессе разработки система перестает удовлетворять определенным ранее требованиям. Тестирование системы осуществляется непосредственно в процессе разработки.

После окончания работ каждой отдельной команды разработчиков производится постепенная интеграция данной части системы с остальными, формируется полный программный код, выполняется тестирование совместной работы данной части приложения с остальными, а затем тестирование системы в целом. Завершается физическое проектирование системы:

· определяется необходимость распределения данных;

· производится анализ использования данных;

· производится физическое проектирование базы данных;

· определяются требования к аппаратным ресурсам;

· определяются способы увеличения производительности;

· завершается разработка документации проекта.

Результатом фазы является готовая система, удовлетворяющая всем согласованным требованиям.

На фазе внедрения производится обучение пользователей, организационные изменения и параллельно с внедрением новой системы осуществляется работа с существующей системой (до полного внедрения новой). Так как фаза построения достаточно непродолжительна, планирование и подготовка к внедрению должны начинаться заранее, как правило, на этапе проектирования системы. Приведенная схема разработки ИС не является абсолютной. Возможны различные варианты, зависящие, например, от начальных условий, в которых ведется разработка: разрабатывается совершенно новая система; уже было проведено обследование предприятия и существует модель его деятельности; на предприятии уже существует некоторая ИС, которая может быть использована в качестве начального прототипа или должна быть интегрирована с разрабатываемой.

Следует, однако, отметить, что методология RAD, как и любая другая, не может претендовать на универсальность, она хороша в первую очередь для относительно небольших проектов, разрабатываемых для конкретного заказчика. Если же разрабатывается типовая система, которая не является законченным продуктом, а представляет собой комплекс типовых компонент, централизованно сопровождаемых, адаптируемых к программно-техническим платформам, СУБД, средствам телекоммуникации, организационно-экономическим особенностям объектов внедрения и интегрируемых с существующими разработками, на первый план выступают такие показатели проекта, как управляемость и качество, которые могут войти в противоречие с простотой и скоростью разработки. Для таких проектов необходимы высокий уровень планирования и жесткая дисциплина проектирования, строгое следование заранее разработанным протоколам и интерфейсам, что снижает скорость разработки.

Методология RAD неприменима для построения сложных расчетных программ, операционных систем или программ управления космическими кораблями, т.е. программ, требующих написания большого объема (сотни тысяч строк) уникального кода.

Не подходят для разработки по методологии RAD приложения, в которых отсутствует ярко выраженная интерфейсная часть, наглядно определяющая логику работы системы (например, приложения реального времени) и приложения, от которых зависит безопасность людей (например, управление самолетом или атомной электростанцией), так как итеративный подход предполагает, что первые несколько версий наверняка не будут полностью работоспособны, что в данном случае исключается.

Оценка размера приложений производится на основе так называемых функциональных элементов (экраны, сообщения, отчеты, файлы и т.п.) Подобная метрика не зависит от языка программирования, на котором ведется разработка. Размер приложения, которое может быть выполнено по методологии RAD, для хорошо отлаженной среды разработки ИС с максимальным повторным использованием программных компонентов, определяется следующим образом:

В качестве итога перечислим основные принципы методологии RAD:

· разработка приложений итерациями;

· необязательность полного завершения работ на каждом из этапов жизненного цикла;

· обязательное вовлечение пользователей в процесс разработки ИС;

· необходимое применение CASE-средств, обеспечивающих целостность проекта;

· применение средств управления конфигурацией, облегчающих внесение изменений в проект и сопровождение готовой системы;

· необходимое использование генераторов кода;

· использование прототипирования, позволяющее полнее выяснить и удовлетворить потребности конечного пользователя;

· тестирование и развитие проекта, осуществляемые одновременно с разработкой;

· ведение разработки немногочисленной хорошо управляемой командой профессионалов;

· грамотное руководство разработкой системы, четкое планирование и контроль выполнения работ.

Структурный подход

Сущность структурного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов.

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.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:

· 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.

В структурном анализе используются в основном две группы средств, иллюстрирующих функции, выполняемые системой и отношения между данными. Каждой группе средств 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 ИС 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 ИС независимо от того, является ли она существующей или вновь разрабатываемой. Состав диаграмм в каждом конкретном случае зависит от необходимой полноты описания системы.

Лекция 8. Case средства разработки информационных систем

Значительно лучше соответствуют большой размерности задачи ие­рархические CASE-модели. Аббревиатура CASE (Computer-Aided Software/System Engineering) означает проектирование программного обеспечения или системы на основе компьютерной поддержки.

CASE-технология - актуальное и интенсивно развивающееся напра­вление создания САПР в области программных продуктов и систем об­работки информации. Практически ни один крупный зарубежный про­граммный продукт не создается в настоящее время без использования CASE-средств.

Среди отечественных систем, созданных с использованием CASE-средств, следует отметить систему БОСС-КОРПОРАЦИЯ фир­мы АйТи. На всех стадиях создания этой системы использовались сред­ства разработки, относящиеся к семейству Oracle 2000 (Designer/2000, Developer/200, Programmer/2000).

Область применения CASE-технологий относится к созданию, пре­жде всего, экономических информационных систем, что объясняется массовостью этих систем.

Следует отметить, что CASE-технологий применяются не только для создания автоматизированных систем управления, но и для разработки моделей систем, помогающих в принятии решений в области страте­гического планирования, управления финансами фирмы, обучения пер­сонала и т.д. Это направление применения CASE-технологий получило свое собственное название - бизнес-анализ.

CASE-технологий применяются также там, где проблематика пред­метной области отличается большой сложностью, например, в разработ­ке системного программного обеспечения.

Рассмотрим методологические основы CASE-технологий.

Основой CASE-методологии является моделирование. CASE-технология - это модельный метод автоматизации проектирования системы.

CASE-технология основана на парадигме: методология - метод - нотации - средства

Методология определяет общие подходы к оценке и выбору вариан­та системы, последовательность стадий и этапов проектирования, под­ходы к выбору методов.

Метод конкретизирует порядок проектирования отдельных компо­нентов системы (например, известны методы проектирования потоков данных в системе, задания спецификаций (описаний) процессов, пред­ставления структур данных в хранилище и т.д.).

Нотации - это графические средства обозначения и правила, пред­назначенные для описания структуры системы, этапов обработки инфор­мации, структуры данных и т. д. Нотации включают графы, диаграммы, таблицы, блок-схемы, формальные и естественные языки.

Наконец, средства - это инструментарии, средства автоматизации проектирования в виде программных продуктов для обеспечения интер­активного режима проектирования (создание и редактирование графи­ческого проекта информационной системы) и кодогенерацни программ (автоматического создания кодов программ системы).

Методология проектирования на основе компьютерной поддержки, очевидно, требует построения формализованного описания ин­формационной системы в виде информационной модели. Построение CASE-модели системы предусматривает декомпозицию системы и ие­рархическое упорядочивание декомпозированных подсистем.

Модель системы должна отражать:

Функциональную часть системы;

Отношения между данными;

Переходы состояний системы при работе в реальном времени. Для моделирования информационной системы в трех указанных аспектах используются три разновидности графических средств с опре­деленными нотациями.

1. Диаграммы потоков данных - DFD (Data Flow Diagrams). Они используются совместно со словарями данных и спецификациями процессов.

2. Диаграммы „сущность-связь" - ERD (Entity Relationship Dia­grams), показывающие отношения между данными.

3. Диаграммы переходов состояний - STD (State Transitign Dia­grams) для отражения зависящего от времени поведения системы (в режиме реального времени).

Ведущая роль в моделировании принадлежит DFD.

DFD предназначена для отражения взаимосвязей источников и при­емников данных (так называемых внешних сущностей по отношению к информационной системе), потоков данных, процессов обработки (вы­числительных процессов, соответствующих функциям системы), храни­лищ данных (накопителей).

Графическое представление диаграммы потоков данных на экране дисплея обеспечивает наглядность моделирования и удобство корректи­ровки основных компонентов модели в интерактивном режиме.

Поскольку графического представления недостаточно для точно­го определения компонентов DFD, используются текстовые описания и другие средства конкретизации процессов обработки и структуры данных.

Так, потоки данных конкретизируются в части их структуры в сло­варях данных. Каждый процесс (функция системы) может быть де­тализирована с помощью DFD нижнего уровня, где он разделяет­ся на несколько процессов с одновременной детализацией потоков данных.

Детализация процессов заканчивается, когда описание каждого де­тализированного процесса может быть сделано с помощью выбранного метода написания алгоритма процесса. Спецификация процесса содер­жит номер и имя процесса, списки имен входных и выходных данных из словаря данных и алгоритм процесса, трансформирующий входные по­токи данных во входные. В CASE-технологии используются такие методы задания алгоритмов процессов, как:

Текстовое описание;

Естественный структурированный язык;

Таблицы решений;

Деревья решений;

Визуальные языки;

Языки программирования.

Языки программирования (С, Cobol и др.) вызывают затруднения в написании алгоритмов применительно к DFD, поскольку требуют использования, помимо потоков данных, словарей данных, и требуют синхронной корректировки спецификаций процессов при корректиров­ке DFD.

Структурированный естественный язык легко понимается не только проектировщиками и программистами, но и конечными пользователями. В этом его достоинство. Однако он не обеспечивает автоматической кодогенерации из-за наличия неоднозначностей.

Таблицы и деревья решений, наглядно отражая связь комбинации условий с необходимыми действиями, не обладают процедурными воз­можностями для кодогенерации программ.

Визуальные языки обеспечивают автоматическую кодогенерацию, но представленные с их помощью спецификации процессов сложно коррек­тировать.

Содержимое каждого хранилища данных, представленного на диа­грамме потока данных, описывается словарем данных и моделью дан­ных ERD. В случае работы системы в реальном времени DFD дополня­ется STD.

Иерархическая структура CASE-модели представлена на рис. 11.9.

Важным методологическим принципом CASE-технологии создания информационной системы является четкое разделение процесса созда­ния системы на 4 стадии:

Предпроектную (стадию анализа, прототипирования, и построения модели требовании к системе);

Проектную, предполагающую логическое проектирование системы (без программирования);

Стадию программирования (включая проектирование физической базы данных);

Послепроектную, включающую в себя ввод в действие, эксплуата­цию и сопровождение системы.

На предпроектной стадии строится модель требований к системе, т. е. подробное описание того, что она должна делать, без указания путей реализации требований.

На проектной стадии происходит уточнение модели требований (раз­работка подробной иерархической модели на основе DFD и специфика­ций процессов) и расширение ее до модели реализации на логическом уровне. В заключение этой стадии происходит тщательный контроль проекта на уровне логической модели реализации.

На следующей стадии (программирования) осуществляется физиче­ское проектирование системы. Эта стадия предусматривает автоматиче­скую кодогенерацию по спецификациям процессов программного обес­печения системы и физическое проектирование базы данных.

Заключительная послепроектная стадия начинается с приемо­сдаточных испытаний. Далее следуют ввод в постоянную эксплуатацию, сопровождение и развитие системы.

Последовательность операций создания информационной системы на основе CASE-технологии представлена на рис. 11.10.

Рассмотрим факторы эффективности CASE-технологии.

1. Следует отметить, что CASE-технология создает возможность и предусматривает перенос центра тяжести в трудоемкости создания системы на предпроектную и проектную стадии. Тщательная проработка этих стадий в интерактивном режиме с компьютер­ной поддержкой уменьшает число возможных ошибок в проекти­ровании, исправлять которые на последующих стадиях затруд­нительно.

2. Доступная для понимания пользователей-непрограммистов графи­ческая форма представления модели позволяет осуществить прин­цип пользовательского проектирования, предусматривающий уча­стие пользователей в создании системы. CASE-модель позволяет достичь взаимопонимания между всеми участниками создания системы (заказчиками, пользователями, проектировщиками, про­граммистами).

3. Наличие формализованной модели системы на предпроектной ста­дии создает возможность для многовариантного анализа с прототипированием и ориентировочной оценкой эффективности вариан­тов. Анализ прототипа системы позволяет скорректировать буду­щую систему до того, как она будет реализована физически. Этот подход ускоряет и удешевляет создание системы.

4. Закрепление в формализированном виде требований к системе из­бавляет проектировщиков от необходимости многочисленных кор­ректировок по новым требованиям пользователей.

5. Отделение проектирования системы от программирования созда­ет устойчивость проектных решений для реализации на разных программно-технических платформах.

6. Наличие формализованной модели реализации системы и соот­ветствующих средств автоматизации позволяет осуществить авто­матическую кодогенерацию программного обеспечения системы и создать рациональную структуру базы данных.

7. На стадии эксплуатации системы появляется возможность вне­сения изменений на уровне модели, не обращаясь к текстам программ, возможно, силами специалистов отдела автоматизации фирмы.

8. Модель системы может использоваться не только как основа ее создания, но и в целях автоматизированного обучения персонала с использованием диаграмм.

9. На основе модели действующей системы может выполняться бизнес-анализ для поддержки управленческих решений и бизнес-реинжиниринг при изменении направления деятельности фирмы.

Рассмотрим программные средства, обеспечивающие CASE-техно-логию. В зависимости от функционального назначения они подразделя­ются на следующие классификационные группировки, обеспечивающие:

Анализ и проектирование информационной системы;

Проектирование баз данных;

Программирование;

Сопровождение и реинжиниринг;

Управление процессом проектирования.

Средства анализа и проектирования служат для построения CASE-модели как действующей, так и реализуемой системы управления. Они поддерживают графическое построение и контроль иерархической модели диаграмм потоков данных и описание ее компонентов. Эти сред­ства позволяют аналитикам и проектировщикам получить доступ к базе данных проектируемой системы (репозитарию).

К таким средствам относятся: отечественный пакет CASE. Аналитик, Design/IDEF (Meta Software), The Developer (ASYST Technologies) и др.

Для согласования требований пользователей создаются прототи­пы пользовательских интерфейсов, включающих в себя меню, экран­ные формы и отчеты в виде таблиц или графиков. Примером про­граммного средства создания пользовательского интерфейса является Developer/2000 (Oracle).

Средства проектирования баз данных обеспечивают логическое мо­делирование данных, автоматическое преобразование моделей данных в третью нормальную форму и генерацию схем баз данных. Примера­ми таких средств является Designer/2000 фирмы Oracle, ERWin (Logic Works) и др.

Средства программирования поддерживают автоматическую кодогенерацию из спецификаций процессов, тестирование и документирование программы. К их числу относятся Programmer/2000 (Oracle), DECASE (DEC), APS (Sage Software) и др.

Средства сопровождения и реижиниринга позволяют вносить изме­нения в систему на уровне моделей при меняющихся условиях бизнеса (Adpac CASE Tools фирмы Adpac и др.).

Средства управления процессом проектирования поддерживают пла­нирование и контроль выполнения комплекса проектных работ, а так­же взаимодействие аналитиков, проектировщиков и программистов на основе общей базы данных проекта (например, Project Workbench фирмы Applied Business Technology). Очевидна актуальность созда­ния интегрированного пакета инструментальных средств поддержки CASE-технологии на всех этапах жизненного цикла информационной системы.

Характеристики современных операционных систем

Год за годом происходит эволюция структуры и возможностей операцион­ных систем. В последнее время в состав новых операционных систем и новых версий уже существующих операционных систем вошли некоторые структурные элементы, которые внесли большие изменения в природу этих систем. Совре­менные операционные системы отвечают требованиям постоянно развивающего­ся аппаратного и программного обеспечения. Они способны управлять работой многопроцессорных систем, работающих быстрее обычных машин, высокоскоро­стных сетевых приспособлений и разнообразных запоминающих устройств, чис­ло которых постоянно увеличивается. Из приложений, оказавших влияние на устройство операционных систем, следует отметить мультимедийные приложе­ния, средства доступа к Internet, а также модель клиент/сервер.

Неуклонный рост требований к операционным системам приводит не только к улучшению их архитектуры, но и к возникновению новых способов их органи­зации. В экспериментальных и коммерческих операционных системах были оп­робованы самые разнообразные подходы и структурные элементы, большинство из которых можно объединить в следующие категории.

· Архитектура микроядра.

· Многопоточность.

· Симметричная многопроцессорность.

· Распределенные операционные системы.

· Объектно-ориентированный дизайн.

Отличительной особенностью большинства операционных систем на сего­дняшний день является большое монолитное ядро. Ядро операционной системы обеспечивает большинство ее возможностей, включая планирование, работу с файловой системой, сетевые функции, работу драйверов различных устройств, управление памятью и многие другие. Обычно монолитное ядро реализуется как единый процесс, все элементы которого используют одно и то же адресное про­странство. В архитектуре микроядра ядру отводится лишь несколько самых важных функций, в число которых входят работа с адресными пространствами, обеспечение взаимодействия между процессами (interprocess communication - IPC) и основное планирование. Работу других сервисов операционной системы обеспечивают процессы, которые иногда называют серверами. Эти процессы за­пускаются в пользовательском режиме и микроядро работает с ними так же, как и с другими приложениями. Такой подход позволяет разделить задачу разработ­ки операционной системы на разработку ядра и разработку сервера. Серверы можно настраивать для требований конкретных приложений или среды. Выде­ление в структуре системы микроядра упрощает реализацию системы, обеспечи­вает ее гибкость, а также хорошо вписывается в распределенную среду. Факти­чески микроядро взаимодействует с локальным и удаленным сервером по одной и той же схеме, что упрощает построение распределенных систем.

Многопоточность (multithreading) - это технология, при которой процесс, выполняющий приложение, разделяется на несколько одновременно выполняе­мых потоков. Ниже приведены основные различия между потоком и процессом.

· Поток. Диспетчеризуемая единица работы, включающая контекст процессо­ра (куда входит содержимое программного счетчика и указателя вершины стека), а также свою собственную область стека (для организации вызова подпрограмм и хранения локальных данных). Команды потока выполняют­ ся последовательно; поток может быть прерван при переключении процес­сора на обработку другого потока 4 .Процесс. Набор из одного или нескольких потоков, а также связанных с этими потоками системных ресурсов (таких, как область памяти, в которую входят код и данные, открытые файлы, различные устройства). Эта кон­цепция очень близка концепции выполняющейся программы. Разбивая приложение на несколько потоков, программист получает все преимущества модульности приложения и возможность управления связанными с прило­жением временными событиями.

Многопоточность оказывается весьма полезной для приложений, выпол­няющих несколько независимых заданий, которые не требуют последовательного исполнения. В качестве примера такого приложения можно привести сервер ба­зы данных, который одновременно принимает и обрабатывает несколько запро­сов клиентов. Если в пределах одного и того же процесса обрабатываются не­сколько потоков, то при переключении между различными потоками непроизво­дительный расход ресурсов процессора меньше, чем при переключении между разными процессами. Кроме того, потоки полезны при описанном в последующих главах структурировании процессов, которые являются частью ядра опера­ционной системы.

До недавнего времени все персональные компьютеры, рассчитанные на одного пользователя, и рабочие станции содержали один виртуальный микропро­цессор общего назначения. В результате постоянного повышения требований к производительности и понижения стоимости микропроцессоров производители перешли к выпуску компьютеров с несколькими процессорами. Для повышения эффективности и надежности используется технология симметричной многопро­цессорности (symmetric multiprocessing - SMP). Этот термин относится к архи­тектуре аппаратного обеспечения компьютера, а также к образу действий опера­ционной системы, соответствующему этой архитектурной особенности. Симмет­ричную многопроцессорность можно определить как автономную компьютерную систему со следующими характеристиками.

1. В системе имеется несколько процессоров.

2. Эти процессоры, соединенные между собой коммуникационной шиной или какой-нибудь другой схемой, совместно используют одну и ту же основную память и одни и те же устройства ввода-вывода.

3. Все процессоры могут выполнять одни и те же функции (отсюда название симметричная обработка).

Операционная система, работающая в системе с симметричной многопро­цессорностью, распределяет процессы или потоки между всеми процессорами. У многопроцессорных систем есть несколько потенциальных преимуществ по срав­нению с однопроцессорными, в число которых входят следующие.

· Производительность . Если задание, которое должен выполнить компьютер, можно организовать так, что какие-то части этого задания будут выпол­няться параллельно, это приведет к повышению производительности по сравнению с однопроцессорной системой с процессором того же типа. Сформулированное выше положение проиллюстрировано на рис. 2.12. В много­ задачном режиме в один и тот же момент времени может выполняться только один процесс, тогда как остальные процессы вынуждены ожидать своей очереди. В многопроцессорной системе могут выполняться одновременно несколько процессов, причем каждый из них будет работать на от­ дельном процессоре.

· Надежность. При симметричной мультипроцессорной обработке отказ одного из процессоров не приведет к остановке машины, потому что все процессоры могут выполнять одни и те же функции. После такого сбоя система продолжит свою работу, хотя производительность ее несколько снизится.

· Наращивание . Добавляя в систему дополнительные процессоры, пользователь может повысить ее производительность.

· Масштабируемость. Производители могут предлагать свои продукты в раз­личных, различающихся ценой и производительностью, конфигурациях, предназначенных для работы с разным количеством процессоров.

Важно отметить, что перечисленные выше преимущества являются скорее потенциальными, чем гарантированными. Чтобы надлежащим образом реализо­вать потенциал, заключенный в многопроцессорных вычислительных системах, операционная система должна предоставлять адекватный набор инструментов и возможностей

Рис. 2.12. Многозадачность и многопроцессорность

Часто можно встретить совместное обсуждение многопоточности и многопроцессорности, однако эти два понятия являются независимыми. Многопоточность - полезная концепция для структурирования процессов приложений и ядра даже на машине с одним процессором. С другой стороны, многопроцессор­ная система может обладать преимуществами по сравнению с однопроцессорной, даже если процессы не разделены на несколько потоков, потому что в такой сис­теме можно запустить несколько процессов одновременно. Однако обе эти воз­можности хорошо согласуются между собой, а их совместное использование мо­жет дать заметный эффект.

Заманчивой особенностью многопроцессорных систем является то, что наличие нескольких процессоров прозрачно для пользователя -за распреде­ление потоков между процессорами и за синхронизацию разных процессов отвечает операционная система. В этой книге рассматриваются механизмы планирования и синхронизации, которые используются, чтобы все процессы и процессоры были видны пользователю в виде единой системы. Другая за­дача более высокого уровня - представление в виде единой системы класте­ра из нескольких отдельных компьютеров. В этом случае мы имеем дело с набором компьютеров, каждый из которых обладает своей собственной ос­новной и вторичной памятью и своими модулями ввода-вывода. Распреде­ленная операционная система создает видимость единого пространства ос­новной и вторичной памяти, а также единой файловой системы. Хотя попу­лярность кластеров неуклонно возрастает и на рынке появляется все больше кластерных продуктов, современные распределенные операционные системы все еще отстают в развитии от одно- и многопроцессорных систем. С подоб­ными системами вы познакомитесь в шестой части книги.

Одним из последних новшеств в устройстве операционных систем стало использование объектно-ориентированных технологий. Объектно-ориентированный дизайн помогает навести порядок в процессе добавления к основному небольшому ядру дополнительных модулей. На уровне операционной системы объектно-ориентированная структура позволяет программистам настраивать операционную систему, не нарушая ее целостности. Кроме того, этот подход облегчает разработку распределенных инст­рументов и полноценных распределенных операционных систем.

Что такое CASE-СРЕДСТВАCASE-средства (от англ.Computer-Aided Software
Engineering) -– это инструментальные средства
автоматизации проектирования ИС.
CASE-СРЕДСТВА это методы программной инженерии для
проектирования программного обеспечения, которые
позволяют обеспечить высокое качество программ,
отсутствие ошибок и простоту в обслуживании
программных продуктов.
Также под CASE понимают совокупность средств
проектирования информационных систем с
использованием CASE-инструментов.

Case средства

К Case средствам относят любое ПО, которое
автоматизирует различные этапы Жизненного цикла
ПО и обладает следующими характеристиками:
1. Имеется мощное графическое средство для
описания ИС, которое обеспечивает удобство работы
пользователя,
2. Присутствует интеграция отдельных компонентов
Case- средства,
3. Используется централизованное хранилище
проектных данных Репозиторий.

Функции проектирования, которые наиболее часто автоматизируемые в рамках CASE-средств:

-
анализ и формулировка требований к ИС;
проектирование баз данных и приложений;
генерация программного кода;
тестирование;
обеспечение качества ПО;
управление конфигурацией ИС;
управление проектом и др.

Результат применения CASE-средств:

оптимизация структуры ИС;
снижение расходов на разработку;
повышение эффективности ИС;
снижение вероятности ошибок при
проектировании ИС.

Архитектура типового Case-средства

Репозиторий

Ядром любой системы проектирования ПО является репозиторий.
Репозиторий представляет собой специализированную БД,
которая используется для отображения состояния системы в любой момент
времени и содержит информацию о всех объектах проектной ИС:
Имена проектировщиков и их права доступа,
Организованные структуры,
Компоненты диаграмм и диаграммы в целом,
Структуры данных,
Взаимосвязи между диаграммами,
Программные модули, процедуры и библиотеки модулей.

Классификация Современных Case средств:

1. Классификация Case средств по
поддерживаемым методологиям:
-
функциональные или структурно-ориентированные;
-
объектно-ориентированные;
-
комплексно-ориентированные.

2. Классификация Современных Case средств по типам:

Отражает функциональную ориентацию средств на
процессы жизненного цикла разработки программного
обеспечения:
средства анализа - предназначены для построения и
анализа модели предметной области;
средства проектирования баз данных;
средства разработки приложений;
Средства реинжиниринга процессов;
средства планирования и управления проектом;
средства тестирования;
средства документирования.

Примеры Case-средств различных типов:

Средства анализа (Design, BpWin);
Средства анализа и проектирования (Designer - Oracle);
Средства проектирования БД (ErWin, Designer - Oracle);
Средства разработки приложений (Developer – Oracle,
Delphi);
Средства реинженеринга (ErWin, Rational Rose).

3. Классификация Современных Case средств по категориям:

Определяет выполняемые инструментами функции и включает:
отдельные локальные средства, решающие небольшие автономные
задачи, набор частично интегрированных средств, охватывающих
большинство этапов жизненного цикла и полностью интегрированные
средства, охватывающие весь жизненный цикл информационной
системы и связанные общим репозиторием.
Типичными CASE-инструментами являются:
инструменты управления конфигурацией;
инструменты моделирования данных;
инструменты анализа и проектирования;
инструменты преобразования моделей;
инструменты редактирования программного кода;
генераторы кода;
инструменты для построения UML-диаграмм.

Другие виды классификации Case-средств:

4.
Классификация Case-средств по поддерживаем
графическим нотациям;
5.
Классификация Case-средств по степени
интегрированности отдельных инструментов;
6.
Классификация Case-средств по типу и архитектуре
используемой вычислительной техники;
7.
Классификация Case-средств по типу коллективной
разработки;
8.
Классификация Case-средств по типу используемой
операционной среды.

При выборе Case средств необходимо учитывать следующие аспекты:

Наличие БД, архива или словаря;
Наличие интерфейсов с другими Case системами;
Возможности экспорта и импорта информации;
Открытая архитектура;
Наличие необходимых методологий;
Наличие графических средств поддержки проекта;
Возможность автоматической генерации кода программ;
Возможность планирование и управление проектом.

Case-средство Универсальный язык моделирования UML

Создание языка UML преследовало следующие цели:
предоставить разработчикам единый язык визуального
моделирования;
предусмотреть механизмы расширения и специализации языка;
обеспечить независимость языка от языков программирования и
процессов разработки.

Взаимосвязь диаграмм UML

Диаграмма вариантов
использования
Диаграмма
последовательности
Диаграмма
классов
Диаграмма
кооперации
Диаграмма
компонентов
Диаграмма
состояний
Диаграмма
развертывания
Диаграмма
видов деятельности

Case-средство IBM Rational Rose

Rational Rose - современное и мощное средство анализа,
моделирования и разработки программных систем,
охватывающее весь Жизненный цикл ПО
от анализа бизнес-процессов до кодогенерации на
заданном языке программирования.
Такой арсенал позволяет не только проектировать новую
информационную систему, но и доработать старую,
произведя процесс обратного проектирования.

Основные возможности пакета Rational Rose:

прямое и обратное проектирование на языках: ADA,
Java, С, C++, Basic;
поддержка технологий COM, DDL, XML;
возможность генерации схем БД Oracle и SQL.

Версии продукта Rational Rose:

Версия Rational Rose Modeler позволяет проводить анализ бизнес-процессов и
проектировать систему. Но не поддерживает кодогенерацию.
Версия Rational Rose Professional В зависимости от выбранного языка программирования
позволяет выполнять прямое и обратное проектирование. Заказывается только в
определенной конфигурации (например, Rose Professional С++ или Rose Professional С++
DataModeler). Не создает 100 % исполняемого кода. На выходе разработчик получает
каркасный код информационной системы на определенном (заказанном) языке
программирования, который впоследствии нужно еще дорабатывать.
Версия Rational Rose RealTime создана специально для получения 100 % исполняемого
кода в реальном масштабе времени, позволяет проводить прямое и обратное
проектирование на языках С или С++. На выходе модель автоматически компилируется
и собирается в исполняемый файл.
Версия Rational Rose Enterprise эта версия продукта покрывает весь спектр задач по
проектированию, анализу и кодогенерации. Поддерживаются все функции других
редакций, за исключением возможности 100 % кодогенерации.
Версия Rational Rose DataModeler вариант продукта по проектированию баз данных.
Функции DataModeler входят в состав Rose Enterprise или Professional.
В пакет MS Visual Studio 6.0 встроен Visual Modeler - усеченный вариант Rational Rose 98.

Дополнительная информация по пакету Rational Rose:

Бесплатной версии продукта Rational Rose не
существует;
для образовательных учреждений все программное
обеспечение IBM доступно бесплатно;
бесплатное использованиея в учебных целях возможно
в рамках программы IBM Academic Initiative.