Визуальное моделирование: метод функционального моделирования SADT (IDEF0), метод моделирования процессов IDEF3, моделирование потоков данных (DFD)
Работа добавлена: 2016-06-22





18 Визуальное моделирование: метод функционального моделирования SADT (IDEF0), метод моделирования процессов IDEF3, моделирование потоков данных (DFD), модель "сущность – связь" (ERM), унифицированный язык моделирования (UML).

Подмоделью ИС в общем случае понимается формализованное описание системы на определённом уровне абстракции. Каждая модель определяет конкретный аспект системы, использует набор диаграмм и документов заданного формата, а также отражает точки зрения различных людей с конкретными интересами, ролями или задачами.

Модель должна давать полное, точное и адекватное описание системы, имеющее конкретное назначение. Формальное определение модели:

М есть модель системыS, еслиМ может быть использована для получения ответов на вопросы относительноS с точностьюА.

Под термином "моделирование" понимается процесс создания формализованного описания системы в виде совокупности моделей.

Модели строятся для того, чтобы понять и осмыслить структуру и поведение будущей системы, облегчить управление процессом её создания и уменьшить возможный риск, а также документировать принимаемые проектные решения.

Визуальное моделирование – это способ восприятия проблем с помощью зримых абстракций, воспроизводящих понятия и объекты реального мира. Моделирование способствует более полному усвоению требований, улучшению качества системы и повышению степени её управляемости.

С помощью модели можно упростить проблему, отбросив несущественные детали и сосредоточить внимание на главном. Способность к абстрагированию – это фундаментальное свойство человеческого интеллекта, помогающее справиться со сложностью.

К моделированию сложных систем приходится прибегать ввиду того, что мы не в состоянии постичь их единовременно во всей полноте. Способность человека к восприятию сложных вещей имеет свои естественные границы.

Графические (визуальные) модели представляют собой средства для визуализации, описания, проектирования и документирования архитектуры системы.

Подархитектурой понимается набор основных правил, определяющих организацию системы:

Архитектурное представление – это упрощённое описание (абстракция) системы с конкретной точки зрения, охватывающее определённый круг интересов и опускающее объекты, несущественные с данной точки зрения. Архитектурные представления концентрируют внимание только на элементах, значимых с точки зрения архитектуры.Архитектурно значимый элемент – это элемент, имеющий значительное влияние на структуру системы, её производительность, надёжность и возможность развития. Это элемент, важный для понимания системы. Например, в состав архитектурно значимых элементов объектно-ориентированной архитектуры входят основные классы предметной области, подсистемы и их интерфейсы, основные процессы и потоки управления.

Разработка модели архитектуры ИС промышленного характера на стадии, предшествующей её реализации или обновлению, в такой же мере необходима, как и наличие проекта для строительства большого здания.

Метод функционального моделирования SADT (IDEF0)

МетодSADT представляет собой совокупность правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модельSADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями.

Результатом применения методаSADT является модель, которая состоит из диаграмм, фрагментов текстов и глоссария, имеющих ссылки друг на друга. Диаграммы – главные компоненты модели, на них все функции и интерфейсы системы представлены как блоки и дуги соответственно. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса. Управляющая информация входит в блок сверху, в то время как входная информация, которая подвергается обработке, показана с левой стороны блока, а результаты (выход) показаны с правой стороны. Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет операцию, представляется дугой, входящей в блок снизу (рис. 4.1).

Одной из наиболее важных особенностей методаSADT является постепенное введение всё больших уровней детализации по мере создания диаграмм, отображающих модель.

ПостроениеSADT-модели заключается в выполнении следующих действий:

Одним из важных моментов при проектировании ИС с помощью методологииSADT является точная согласованность типов связей между функциями. Различают семь типов связностей:

  1. случайная – возникает, когда конкретная связь между функциями мала или полностью отсутствует. Это относится к ситуации, когда имена данных наSADT-дугах в одной диаграмме имеют малую связь друг с другом;
  2. логическая – происходит тогда, когда данные и функции собираются вместе вследствие того, что они попадают в общий класс или набор элементов, но необходимых функциональных отношений между ними не обнаруживается;
  3. временная – возникает, когда данные используются одновременно или функции включаются параллельно, а не последовательно;
  4. процедурная – появляется вследствие того, что сгруппированные элементы выполняются в течение одной и той же части цикла или процесса (рис. 4.5 а);
  5. коммуникационная – возникает, когда блоки группируются вследствие того, что они используют одни и те же входные данные и/или производят одни и те же выходные данные (рис. 4.5 б);
  6. последовательная – возникает, когда выход одной функции служит входными данными для следующей функции (рис. 4.5 в);
  7. функциональная – отражает полную функциональную связность, при наличии полной зависимости одной функции от другой. Диаграмма, которая является чисто функциональной, не содержит чужеродных элементов, относящихся к последовательному или более слабому типу связности. Одним из способов определения функционально-связанных диаграмм является рассмотрение двух блоков, связанных через управляющие дуги (рис. 4.5 г).

Метод моделирования процессов IDEF3

Метод моделированияIDEF3, являющийся частью семейства стандартовIDEF, был разработан в конце 1980-х годов для закрытого проекта ВВС США. Этот метод предназначен для таких моделей процессов, в которых важно понять последовательность выполнения действий и взаимозависимости между ними. ХотяIDEF3 и не достиг статуса федерального стандарта США, он приобрел широкое распространение среди системных аналитиков как дополнение к методу функционального моделированияIDEF0. Основой моделиIDEF3 служит сценарий процесса, который выделяет последовательность действий и подпроцессов анализируемой системы.

Как и в методеIDEF0, основной единицей моделиIDEF3 является диаграмма. Другой важный компонент модели – действие, или в терминахIDEF3 "единица работы" (Unit of WorkUOW). ДиаграммыIDEF3 отображают действие в виде прямоугольника. Действия именуются с использованием глаголов или отглагольных существительных, каждому из действий присваивается уникальный идентификационный номер. В диаграммахIDEF3 номер действия обычно предваряется номером его родителя

Существенные взаимоотношения между действиями изображаются с помощью связей. Используются три типа связей:

Моделирование потоков данных

Диаграммы потоков данных (DataFlow Diagrams – DFD) представляют собой иерархию функциональных процессов, связанных потоками данных. Цель такого представления продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.

Для построенияDFD традиционно используются две различные нотации, соответствующие методам Йордона-ДеМарко и Гейна-Сэрсона. Эти нотации незначительно отличаются друг от друга графическим изображением символов. Далее в примерах будет использоваться нотация Гейна-Сэрсона.

В соответствии с данным методом модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных, описывающих асинхронный процесс преобразования информации от её ввода в систему до выдачи потребителю. Источники информации (внешние сущности) порождают информационные потоки (потоки данных), переносящие информацию к подсистемам или процессам. Те, в свою очередь, преобразуют информацию и порождают новые потоки, которые переносят информацию к другим процессам или подсистемам, накопителям данных или внешним сущностям – потребителям информации.

Диаграммы верхних уровней иерархии (контекстные диаграммы) определяют основные процессы или подсистемы с внешними входами и выходами. Они детализируются при помощи диаграмм нижнего уровня. Такая декомпозиция продолжается, создавая многоуровневую иерархию диаграмм, до тех пор, пока не будет достигнут уровень декомпозиции, на котором детализировать процессы далее не имеет смысла.

Основными компонентами диаграмм потоков данных являются:

Внешняя сущность представляет собой материальный объект или физическое лицо, представляющее собой источник или приёмник информации. Определение некоторого объекта или системы в качестве внешней сущности указывает на то, что она находится за пределами границ анализируемой системы. Обозначается внешняя сущность квадратом (рис. 4.9), расположенным как бы над диаграммой и бросающим на неё тень.

Рисунок 4.9 – Графическое изображение внешней сущности

Подсистема (или система) на контекстной диаграмме изображается, как показано на рис. 4.10.

Номер

Имя

подсистемы (системы)

Физическая реализация

Рисунок 4.10 – Графическое изображение подсистемы (системы)

Номер подсистемы служит для её идентификации. В поле имени вводится наименование подсистемы в виде предложения с подлежащим и соответствующими определениями и дополнениями.

Процесс представляет собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определённым алгоритмом. Физически процесс может быть реализован различными способами: это может быть подразделение организации (отдел), выполняющее обработку входных документов и выпуск отчётов; программа; аппаратно реализованное логическое устройство и т.д. На диаграмме процесс потоков данных изображается аналогично подсистеме.

Накопитель данных – это абстрактное устройство для хранения информации, которую можно в любой момент поместить в накопитель и через некоторое время извлечь, причём способы помещения и извлечения могут быть любыми.

Накопитель данных может быть реализован физически в виде ящика в картотеке, таблицы, файла на магнитном носителе и т.д. На диаграмме потоков данных он изображается, как показано на рис. 4.11.

D1

Имя накопителя

Рисунок 4.11 – Графическое изображение накопителя данных

Накопитель данных идентифицируется буквой "D" и произвольным числом. Имя его выбирается из соображения наибольшей информативности для проектировщика.

Накопитель данных в общем случае является прообразом будущей базы данных, и описание хранящихся в нём данных должно соответствовать информационной модели (ERM).

Поток данных определяет информацию, передаваемую через некоторое соединение от источника к приёмнику. Реальный поток данных может быть информацией, передаваемой по кабелю между двумя устройствами, пересылаемыми по почте письмами, дискетами или дисками, переносимыми с одного компьютера на другой, и т.д.

На диаграмме поток данных изображается линией, оканчивающейся стрелкой, которая показывает направление потока (рис. 4.12). Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание.

Рисунок 4.12 – Пример изображения потока данных

Моделирование данных

Цель моделирования данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой БД в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных.

Наиболее распространенным средством моделирования данных (предметной области) является модель "сущность-связь" (ERM). С их помощью определяются важные для предметной области объекты (сущности), их свойства (атрибуты) и отношения друг с другом (связи).

МодельERD была впервые введена Питером Ченом в 1976 году и получила дальнейшее развитие в работах Баркера. Базовыми понятиямиERM являются сущность, связь и атрибут.

Сущность – это реальный или воображаемый объект, имеющий существенное значение для рассматриваемой предметной области.

Каждая сущность должна обладать уникальным именем, выраженное существительным в единственном числе (например, "Сотрудник"). В модели сущность изображается в виде прямоугольника с наименованием (рис. 4.13).

Сотрудник

Рисунок 4.13 – Графическое представление сущности

Конкретного представителя сущности называютэкземпляром сущности. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Например, экземпляром сущности "Сотрудник" может быть "Сотрудник Иванов".

Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности.

Атрибут – это любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Атрибуты представляют характеристики и свойства, ассоциированные с объектов. Определённая характеристика отдельного элемента называетсяэкземпляром атрибута. Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и её значением, называемымзначением атрибута. ВERM атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определённым значением для ассоциированного атрибута.

Атрибут может быть обязательным или необязательным. Обязательность означает, что атрибут не может принимать неопределенных значений.

Наименование атрибута должно быть выражено существительным в единственном числе (например, атрибутами сущности "Сотрудник" могут быть такие атрибуты, как "Табельный номер", "Фамилия", "Имя", "Отчество", "Должность", "Зарплата" и т.п.). Атрибуты изображаются в пределах прямоугольника, определяющего сущность (рис. 4.14).

Сотрудник

Уникальный идентификатор

Табельный номер

Фамилия

Имя

Отчество

Номер отдела

Должность

Зарплата

Рисунок 4.14 – Сущность с атрибутами

Каждая сущность должна обладать уникальным идентификатором.Уникальным идентификатором называется неизбыточный набор атрибутов, значения которых в совокупности являются уникальными для каждого экземпляра сущности. Неизбыточность заключается в том, что удаление любого атрибута из уникального идентификатора нарушает его уникальность. Уникальный идентификатор является аналогом ключевого поля таблицы БД.

Сущность может иметь несколько различных уникальных идентификаторов, они изображаются на диаграмме подчеркиванием.

Каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели.Связь – это поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области.

Связи может даваться имя, выражаемое грамматическим оборотом глагола и помещаемое возле линии связи. Имя каждой связи между двумя данными сущностями должно быть уникальным, но имена связей в модели не обязаны быть уникальными.

Каждая связь имеет степень, которая определяет количество сущностей, участвующих в данной связи. Связь степени 2 называется бинарной, степениNN-арной. Связь, в которой одна и та же сущность участвует в разных ролях, называется рекурсивной, или унарной. Один из возможных вариантов графического изображения связи показан на рис. 4.15.

Сотрудник

1,1

Работает в

0,N

Отдел

Табельный номер

Фамилия

Имя

Отчество

Номер отдела

Должность

Зарплата

Номер отдела

Начальник

Рисунок 4.15 – Обозначение сущностей и связи

Также каждая связь имеет две важные характеристики (на диаграмме обозначаются числами): класс принадлежности и мощность.

Класс принадлежности характеризует обязательность участия экземпляра сущности в связи. Она может принимать значение 0 (необязательное участие – экземпляр одной сущности может быть связан с одним или несколькими экземплярами другой сущности, а может быть и не связан ни с одним экземпляром) или 1 (обязательное участие – экземпляр одной сущности должен быть связан не менее чем с одним экземпляром другой сущности). Классы принадлежности на рис. 4.15 означают: каждый сотрудник обязательно работает в каком-либо отделе, а в некоторых отделах может и не быть сотрудников.

Мощностью связиназывается максимальное число экземпляров сущности, которое может быть связано с одним экземпляром данной сущности. Она может быть равна 1,N (любое число) или может быть конкретным числом. Мощности связи на рис. 4.15 означают: каждый сотрудник может работать не более чем в одном отделе, а в каждом отделе может работать любое число сотрудников.

В зависимости от значения мощности связь может иметь один из следующих трех типов:

Как и сущности, связи могут иметь атрибуты (рис. 3.16).

Сотрудник

1,1

Работает в

0,N

Отдел

Табельный номер

Фамилия

Имя

Отчество

Номер отдела

Должность

Зарплата

Ставка

Номер отдела

Начальник

Рисунок 4.16 – Связь с атрибутами

Унифицированный язык моделирования

Унифицированный язык моделирования (UML – Unified Modeling Language) стал промышленным стандартом для разработки и проектирования программного обеспечения. БлагодаряUML разработчики получают мощный базис для успешного взаимодействия друг с другом и своими заказчиками, а также документирования разрабатываемого программного обеспечения.

UML пригоден для моделирования любых систем: от информационных систем масштаба предприятия до распределенныхWeb-приложений и даже встроенных систем реального времени. Это очень выразительный язык, позволяющий рассмотреть систему со всех точек зрения, имеющих отношение к её разработке и последующему развертыванию. Несмотря на обилие выразительных возможностей, этот язык прост для понимания и использования.




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. Метод обратной функции моделирования непрерывной СВ

2. Языки моделирования. Имитационное моделирование информационных систем и сетей

3. Метод обратной функции моделирования непрерывной случайной величины

4. Моделирование информационных управляющих систем» «Моделирование технологических процессов

5. Моделирование систем РВ Проблема моделирования сетей при случайном доступе. Применение модели реального времени. Модель реального Мира

6. Универсальный язык моделирования UML и средство моделирования Rational Rose – первое знакомство

7. Моделирование миграционных потоков между регионами РФ

8. Моделирование финансовых потоков в системе Project Expert 6

9. Моделирование переходных процессов в трансформаторе

10. Методы моделирования систем. Формализованные и неформализованные методы моделирования и анализа систем