Файл: ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.pdf

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, почти во всех сферах человеческой деятельности существуют электронные хранилища данных, и информация, хранимая и обрабатываемая в них требует специальных средств и программных продуктов.

Информационные системы характеризуются сложной организацией, огромными объемами хранимых данных и возможностью работы множества пользователей одновременно.

Актуальность темы заключается в том, что практически все разработчики современных приложений используют при проектировании объектно-ориентированный подход и унифицированный язык проектирования UML, а также различные программные продукты для визуализации проектных диаграмм.

Предмет исследования – применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы.

Объект исследования – проектирование информационных систем.

Цель работы – рассмотреть базовые понятия информационных систем и особенности применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить базовые понятия информационных систем.

2. Описать основные принципы проектирования информационных систем. Рассмотреть модели, используемые при проектировании информационных систем.

3. Описать основные понятия объектно-ориентированного подхода при проектировании.

4. Сравнить программные продукты, которые применяются при объектно-ориентированном подходе для проектирования информационных систем.

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Информация – это сведенья о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от их представления.

Данные – информация, которая представлена в форме, пригодной для обработки с помощью автоматических средств, компьютера [1].

Информационная система – это совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией.

1.1 Этапы проектирования информационных систем

Процесс проектирования информационной системы представляет собой процесс создания приложений реального размера и практической значимости, которые удовлетворяют требованиям пользователей и заказчика.

---

Классической моделью процесса [6] разработки информационной системы считается водопадная (каскадная) модель, которая представляет последовательность этапов анализа требований, проектирования, реализации, интеграции и тестирования (рисунок 1).

Анализ требований представляет этап сбора требований к информационной системе, в результате которого генерируется техническое задание на разработку или спецификация [7].

На этапе проектирования следует описать внутреннюю структуру продукта в виде диаграмм и текстов.

На этапе разработки информационной системы происходит физическая реализация поставленных задач. Результатом этапа является программный код всех уровней.

Интеграция – это процесс сборки информационной системы из отдельных частей в один готовый продукт, который дальше будет передан заказчику.

Рисунок 1. Каскадная модель процесса разработки информационной системы

Как видно разработка модели любой информационной системы всегда предшествует ее созданию или обновлению. Продуманные модели необходимы для взаимопонимания с заказчиком и взаимодействием команды разработчиков.

Для успешной реализации информационной системы необходимо четко ясно формировать требования на разработку системы и определить функциональные задачи системы.

1.2 Основные принципы проектирования информационных систем

Переход от технического задания к описанию информационной системы называется проектированием.

Общие принципы анализа и проектирования информационных систем состоят в следующем: [14].

1. Принцип «разделяй и властвуй» – суть данного принципа в решении сложных задач путем разделения их на несколько небольших самостоятельных задач, которые легко понять и решить.

2. Принцип иерархического упорядочения – принцип организации части задачи в виде иерархической древовидной структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне. При разработке программного обеспечения с использованием объектно-ориентированного подхода, этот принцип называется "наследование".

3. Принцип концептуальной общности на всех этапах жизненного цикла.

4. Принцип абстракции. Использование данного принципа требует, включать в модель только те элементы проектируемой системы, которые непосредственно связаны с реализацией и с ее функциями.

5. Принцип формализации. Необходимо предоставлять описание системы на формальном языке, который подходит для анализа, проектирования и разработки, а также для автоматического создания кода и создания базы данных.

---

6. Принцип объединения требует единого представления одного и того же элемента в разных моделях.

7. Принцип независимости предлагает сосредоточиться на логическом представлении конструкции информационной системы, чтобы обеспечить независимость ее физической реализации.

8 Принцип многомерности заключается в утверждении, что ни одна модель не может адекватно описать различные аспекты сложной системы.

9. Принцип согласованности – данный принцип проектирования информационных систем предлагает согласовывать модели друг с другом.

10. Принцип инкапсуляция. Требует обмена информацией между элементами системы только в минимальном объеме, а также ограничение доступа к операциям и данным каждого из них.

11. Принцип полиморфизма – предполагает, что элементы модели могут принимать различные внешние формы или функциональность (поведение), в зависимости от обстоятельств.

1.3 Классификация моделей информационной системы

При проектировании информационных систем необходимо построить полную модель. Под моделью понимается совокупность взаимосвязанных абстрактных элементов с возможным указанием их свойств, поведения и отношений между ними.

Классифицировать модели информационных систем можно по следующим характерным признакам:

1. Характеристика моделей информационных систем по строгости их описания делится на:

- Неформальные модели, которые представляются в неструктурированной форме и не подходят для обработки и анализа с помощью автоматических средств;

- Формальные модели подходят для автоматизированной обработки и их значительно больше:

• описательные модели – в них информация представлена с помощью специальных электронных документов определенной структуры;

• графические модели – в них информация представлена в виде схем, рисунков, графиков, диаграмм и т.д. (широко используется в CASE-средствах);

• математические модели – в них информация представлена в терминах математических отношений в виде алгебраических или дифференциальных уравнений, логические выражения и т.д

2. Характеристика моделей информационных систем с точки зрения физической реализации делится на:

- Логическая модель информационной системы, которая описывает состав, структуру, состояние или поведение элементов системы без привязки к конкретным языкам или средам разработки, баз данных, аппаратных средств и т.д.

- Физическая модель информационной системы, которая описывает элементы системы в соответствии с физической реализацией этих элементов.

---

3. Характеристика моделей информационных систем с точки зрения отображения динамики процессов делится на:

- Статическую модель, с помощью которой описывается состав и структура системы;

- Динамическую модель, с помощью которой описывается поведение системы и / или отдельных его элементов.

4. Характеристика моделей информационных систем по отображаемому аспекту делится на:

- Функциональные модели информационных систем – описывают функции системы, варианты использования, объекты и субъекты, взаимодействующие с системой;

- Информационные модели – описывают состав и структуру данных (реляционных баз данных, классы и т.д.);

- Поведенческая модель информационной системы – описывает состояние системы и / или ее отдельных элементов и переходы между ними, взаимодействие элементов алгоритмов обработки информации;

- Компонентная модель информационной системы – описывает состав и структуру программного обеспечения и аппаратных средств.

На этапах требований и анализа изначально начинают с построения неформальных моделей (осмысленное описание предметной области), постепенно переходя к формальным. Аналогичным образом, этап проектирования начинается с создания формальных логических моделей переходя к физической.

1.4 CASE-технологии анализа и проектирования

Значительно упростить и формализовать процессы формирования требований и проектирования системы позволяет современные CASE-средства.

CASE-технология представляет собой методологию проектирования информационных систем, совокупность методов, нотаций и инструментов, которые позволяют визуализировать модели в проблемной области, проанализировать модель системы на всех этапах разработки и сопровождения системы и разрабатывать приложения в соответствии с информационными потребностями пользователей [14].

Архитектура CASE-средства состоит из 6 компонентов:

1. Репозитория данных
2. Графического редактора диаграмм
3. Верификатора диаграмм
4. Документатора проекта
5. Администратора проекта
6. Сервиса

Рисунок 2. Архитектура CASE-средств

Основными функциями технических средств, используемых CASE-инструментов являются:

1. Централизованное хранение в единой базе данных проекта информации о информационной системе в течение всего жизненного цикла.
2. При прямом проектирование информационных систем следует придерживаться следующего порядка использования CASE-средства:

---

• Вначале необходимо создать логическую модель системы;
• Далее следует выбрать базу данных для построения физической модели;
• завершить создание физической модели;
• сгенерировать структуру базы данных на диске.

1. При обратном проектировании или другими словами реинжиниринге информационной системы CASE-средства используются в обратном порядке, т.е. из физической базы данных получают логическую модель.
2. Система синхронизации модели с ее физической реализацией.
3. Автоматическое обеспечение качества и тестирования моделей на наличие ошибок (например, ошибки нормализации баз данных), полнота и последовательность.
4. Автоматическая генерация документации. Вся разрабатываемая проектная документация автоматически генерируется в соответствии с действующими стандартами.

Основной целью использования CASE-технологий заключается в максимизации автоматизации этапов анализа и проектирования информационной системы для построения формальной модели системы.

Большинство современных CASE-инструментов поддерживает методологию структурного и / или объектно-ориентированного анализа и проектирования информационных систем.

Выбор подхода зависит от конкретной задачи. Как правило, структурированный подход используется для автоматизации задач, которые работают на больших объемах «пассивных» данных и сосредоточены на использовании реляционных баз данных (например, бухгалтерский учет, сбор статистики, математические и инженерные расчеты, анализ данных). Объектно-ориентированный подход в основном направлен на решение задач, в которых части системы взаимодействуют друг с другом (например, моделирование, управление техническими объектами или технологическими процессами).

1.5 Основные понятия, используемые в объектно-ориентированном подходе

В объектно-ориентированном подходе основными являются следующие механизмы:

• наследование,
• полиморфизм,
• инкапсуляция.

1. Абстракция – выбор абстракции в предметной области. Абстракция – набор основных характеристик конкретного объекта, который отличается от всех других видов объектов и, следовательно, четко определяет характеристики объекта с точки зрения дизайна и анализа. Абстракция одного объекта зависит от характера решаемой задачи. На сегодняшний день под уровнем абстракции предполагается объединение всех свойств, связанных с состоянием анализируемого объекта и определяющим его поведение, в одну программу блока абстрактного типа (класса).

---