Файл: Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы.pdf

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе будет рассмотрен объектно-ориентированный подход при проектировании информационной системы, а именно его применение. Также для наглядности будут приведены примеры программных продуктов, которые могут быть использованы для реализации данного подхода.

В настоящее время происходит интенсивное развитие в сфере IT. Все больше и больше появляется средств проектирования информационных систем (ИС). Количество языков программирования, систем управления базами данных (СУБД) и сред разработки составляет несколько тысяч и постоянно растет. Они предлагают разработчикам программного обеспечения средства проектирования в рамках различных моделей. Наиболее распространенной в языках общего назначения является объектно-ориентированная парадигма (ООП), использующаяся как надстройка над другими. Параллельно ООП интенсивно развиваются информационные модели СУБД. Современные информационные системы используют совместно ООП и СУБД. При этом происходит так называемое слияние каких-либо признаков и элементов в независимых друг от друга явлениях, то есть элементы ООП проникают в СУБД, другими словами - конвергенция парадигм. В объектно-ориентированных языках организация данных построена на основе классов объектов с различными видами наследования. Такая модель данных напоминает модифицированную иерархическую структуру и является удобной для понимания, хотя и не соответствует современным требованиям к организации данных. В базах данных (БД) применяются другие модели, подходящие для хранения структурированных множеств данных.

Актуальность темы заключается в том, что объектно-ориентированный подход из всех существующих считается наиболее эффективным к проектированию ИС в настоящее время, потому что использует абстракции реальных объектов и операций. Другими словами, помимо построения модели имеющейся предметной области или же выделения бизнес-процессов, строится и модель будущей информационной системы (ИС). Более того, одной из важнейших особенностей объектно-ориентированного подхода является унифицированность процесса разработки ИС, то есть наличие некого шаблона для построения процессов разработки программного обеспечения (ПО). Неотъемлемой частью такого процесса является унифицированный язык моделирования UML. Данная особенность обеспечивает упорядоченный подход к распределению задач и обязанностей при проектировании ИС, охватывающий весь ее жизненный цикл. Именно поэтому основы объектно-ориентированного подхода, а также принципы унифицированного моделирования широко используются при проектировании автоматизированных информационных систем. Объектом исследования данной работы является объектно-ориентированный подход к проектированию информационных систем. Предметом исследования является унифицированный язык моделирования.

---

Цель работы: ознакомиться с объектно-ориентированным подходом при проектировании информационной системы и описать случаи его применения.

Задачи:

1. Сформулировать точное определение объектно-ориентрованного подхода;
2. Пояснить основную суть подхода, выделив его преимущества и недостатки;
3. Сравнить с другими подходами;
4. Привести примеры;
5. Сделать вывод из проделанной работы.

Глава 1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1. Методы проектирования ИС

Методология построения информационных систем делится на три основных элемента:

• набор моделей для представления требований к ИС, проектных и программных решений. Каждая модель обычно имеет как определение конструкций, так и правила их использования, то есть нотацию и синтаксис;
• метод применения набора моделей для построения информационной системы. Обычно методом используется уже установленный набор моделей и определяется последовательность их построения для описания различных аспектов создаваемой системы;
• процесс организации проектных работ, содержит различные технологии, например, планирования, управления проектом и т.д.

Каждый проект можно рассматривать как реализацию конкретного процесса применения метода. В зависимости от разного рода ограничений, например, срок и стоимость, в конкретную реализацию могут быть включены лишь отдельные части полного метода и процесса. Кроме хронологии этапов методы проектирования отличаются объектами исследования и синтеза.

Методы проектирования информационных систем обычно бывают двух видов - структурными или объектными. Но из-за того, что существуют методы построения одних и тех же моделей с несовместимыми синтаксическими правилами, корректнее будет говорить о структурном и объектном наборах моделей. Для дальнейшего сохранения правильности терминологии, ниже будет использоваться термин «подход».

Структурный подход принято понимать как раздельное построение модели функций (чаще всего диаграммы потоков данных) и модели данных (чаще всего диаграммы «сущность - связь»).

Объектный подход состоит из набора моделей, связанных с понятием класса, объекта, объединяющего данные (состояние) и поведение.

---

Сами по себе наборы моделей ни в коей мере не должны навязывать принципов построения систем. Тем не менее, нередко такие принципы считаются неотъемлемой характеристикой самих моделей. Структурный и объектный подходы успешно применяются как в спиральном, так и в каскадном жизненном цикле. Существуют и другие подходы к определению методов проектирования ИС.

1. Подходы к определению методов проектирования ИС

Для начала рассмотрим подход, предложенный Клещевым Н.Т. и Романовым А.А., в котором методы сгруппированы как виртуальные, структурно-функциональные, функционально-технологические, объектные. Понятно, что таким образом выделенные группы сильно взаимосвязаны и существенно пересекаются по содержанию. Но не стоит забывать, что структурно-функциональный анализ является методологическим стержнем практически во всех методах проектирования ИС.

Виртуальные (универсальные) методы дают возможность описать абстрактный набор структур вычислительных процессов и каналов взаимодействия, которые отражают оргструктуру автоматизируемого объекта. Описание процессов определяет внутреннюю структуру систем на виртуальном уровне, но не учитывает программных и информационных взаимосвязей между процессами, реализуемыми ими задачами и объектами автоматизации. (Рисунок 1.)

Виртуальный уровень проектирования заработал широкое распространение для ИС, ориентированных на решение простых задач или на операции обработки типовых данных. Для ИС, реализующих постоянно изменяющиеся функции организационного управления, как сама совокупность решаемых задач, так и, особенно, их параметры в значительной степени характеризуются неопределенностью не только на начальной стадии проектирования, но и в процессе эксплуатации. В течение всего периода создания и развития таких ИС, а он достаточно долгий и может длиться десятки лет, как организационная структура самого объекта автоматизации, так и решаемые в ИС функционально-технологические задачи находятся в процессе развития.

Для более хорошего понимания, стоит дать определение абстракции. Абстракция – это такие важнные характеристики некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяет особенности данного объекта с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа [1].

Структурно-функциональные методы проектирования и разработки являются главным образом в декомпозиции, то есть, другими словами, разделения целого на части, структуры ИС на отдельные подсистемы и модули для анализа их технического, системного и прикладного состава и последующего синтеза структуры системы с целью реализации заданных потребительских функций. (Рисунок 2.)

---

Все эти методы широко используют уже отработанные алгоритмы и промоделированные задачи, а также хорошо себя зарекомендовали при проектировании разных универсальных и специализированных систем, отдельных машин и устройств. Если текущие изменения и возникновение новых функций незначительно отражаются на структуре этих устройств, машин и систем, то их приспособление и адаптация к новым условиям функционирования не вызывает слишком больших финансовых затрат [7].

Функционально-технологические методы проектирования ИС обеспечивают анализ непрерывно изменяющегося спектра организационных, управленческих функций и опережающих технологий их решения в целях синтеза системной архитектуры системы, удовлетворяющей ее функциональному назначению и заданным показателям качества. Функционально-технологические методы характеризуются пятью значимыми свойствами:

• целостным подходом к анализу и синтезу системной архитектуры ИС и осуществляемых в этой архитектуре организационных и управленческих задач;
• учетом динамики организационных и управленческих функций и обеспечивающих их программно-технических решений и системных архитектур;
• учетом взаимосвязей организационных и управленческих задач, а также предоставляющих их информационных технологий и системной архитектуры ИС при определяющей роли функций и технологий по отношению к структуре;
• учетом физических и информационных связей между элементами ИС;
• учетом взаимосвязей создаваемой ИС с внешней средой.

Существенным и очень серьезным достоинством функционально-технологических методов является образование и применение динамичных типовых конструкторских решений при создании ИС: типовых прикладных решений, типовых технологических подсистем и типовых операций по обработке информации, а также связанных с ними программно-технических решений. Формирование и использование типовых конструкторских решений в соответствии с функционально-технологическими методами гарантируют высокую динамику проработки технических решений для всех видов процессов и взаимосвязь их по всем уровням проектирования (это называется полииерархической моделью):

• концептуальному уровню (общесистемных проблем), на котором осуществляется анализ и синтез системных архитектур;
• уровню функционирующих объектов ИС, где создаются решения по производству и совершенствованию ИС;
• уровню элементов ИС - создание программно-технической инфраструктуры функционирующих объектов.

---

Информационные системы, которые решают аналитические и в особенности аналитико-логические задачи, часто пользуются неточной и неопределенной информацией. Такие задачи возникают, к примеру, на валютных рынках или на фондовых биржах, когда нам нужно оценить риск инвестиций, при прогнозах спроса и предложений на рынках ценных бумаг и так далее. Проектирование подобных систем настаивает на необходимости усиления функционально-технологических методов объектными методами.

Объектные методы делают возможной единую концепцию для предпроектного анализа (объектный анализ), проектирования, программирования функциональных задач (объектное программирование). (Рисунок 3.)

Главной характерной чертой объектных методов является ничто иное как использование базовых элементов, а именно: объектов, классов и свойств наследования. Абстрактный объект состоит только из трех частей: имени объекта, состояния (переменных состояния) и методов (операций). К состоянию объекта есть доступ только через методы, снаружи никакого доступа нет, именно поэтому интерфейс объекта с его окружением полностью определен методами [7].

Объекты с идентичными свойствами, то есть которые имеют одинаковые наборы переменных состояния и методов и образуют класс. Каждый класс назначается и задается своим описанием, которое, в свою очередь, в объектной системе может быть представлено в виде объекта. В описании класса могут храниться и содержаться также значения некоторых переменных состояний объектов. Это такие значения, которые обязательно будут равны для всех объектов одного класса. Соответствующие переменные образуют переменные класса. Объектный анализ представляет собой метод анализа предметной области, в основу которого легло преимущественное выявление объектов этой предметной области и установление взаимных связей между ними.

Объектное проектирование - метод проектирования, соединяющий в себе процесс объектного разделения на части, приемы представления моделей проектируемой ИС как на логическом и физическом уровнях, так и в статической и динамической формах. В целом концепция объектных методов основывается на декомпозиции объекта, декларативное описание объектов классами, а также пошаговое программирование с использованием механизма наследования.

Под объектным программированием обычно понимают метод программирования, который основан на представлении программы в виде комплекса объектов, каждый из них является реализацией определенного класса, а классы уже создают иерархию на основе принципов наследования. Типовые технологические подсистемы, образованные при помощи объектных методов, есть не что иное, как распределенные системы вычислений, так как память поделена между объектами и каждая операция выполняется только в памяти данного объекта. Именно поэтому естественным образом возникает возможность параллельных вычислений, путем одновременного выполнения операций разных объектов. Также это значит, что появляется возможность создания ИС на принципах воспроизведения естественных рассуждений человека.

---