Главная > Лекция

ЛЕКЦИЯ №3

ДИАГРАММЫ ПОТОКОВ ДАННЫХ Диаграммы потоков данных (DFD) являются основным средством моделирования функциональных требований проектируемой системы. С их помощью эти требования разбиваются на функциональные компоненты (процессы) и представляются в виде сети, связанной потоками данных. Главная цель таких средств - продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами. Диаграммы потоков данных известны очень давно. Приведу следующий пример использования DFD для реорганизации переполненного клерками офиса, относящийся к 20-м годам. Осуществлявший реорганизацию консультант обозначил кружком каждого клерка, а стрелкой - каждый документ, передаваемый между ними. Используя такую диаграмму, он предложил схему реорганизации, в соответствии с которой двое клерков, обменивающиеся множеством документов, были посажены рядом, а клерки с малым взаимодействием были посажены на большом расстоянии. Так родилась первая модель, представляющая собой потоковую диаграмму - предвестника DFD. Для изображения DFD традиционно используются две различные нотации: Йодана (Yourdon) и Гейна-Сарсона (Gane-Sarson). Мы будем при построении примеров использовать нотации Йодана.

Основные символы

Основные символы DFD изображены на рис.1.

Р
ис.1 Основные компоненты диаграммы потоков данных

Опишем их назначение. На диаграммах функциональные требования представляются с помощью процессов и хранилищ, связанных потоками данных. ПОТОКИ ДАННЫХ являются механизмами, использующимися для моделирования передачи информации (или даже физических компонент) из одной части системы в другую. Важность этого объекта очевидна: он дает название целому инструменту. Потоки на диаграммах обычно изображаются именованными стрелками, ориентация которых указывает направление движения информации. Иногда информация может двигаться в одном направлении, обрабатываться и возвращаться назад в ее источник. Такая ситуация может моделироваться либо двумя различными потоками, либо одним - двунаправленным. Назначение ПРОЦЕССА состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Это имя должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, ВЫЧИСЛИТЬ МАКСИМАЛЬНУЮ ВЫСОТУ). Кроме того, каждый процесс должен иметь уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы. Этот номер может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели. ХРАНИЛИЩЕ (НАКОПИТЕЛЬ) ДАННЫХ позволяет на определенных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет "срезы" потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее определения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно идентифицировать его содержимое и быть существительным. В случае, когда поток данных входит или выходит в/из хранилища, и его структура соответствует структуре хранилища, он должен иметь то же самое имя, которое нет необходимости отражать на диаграмме. ВНЕШНЯЯ СУЩНОСТЬ (или ТЕРМИНАТОР) представляет сущность вне контекста системы, являющуюся источником или приемником системных данных. Ее имя должно содержать существительное, например, СКЛАД ТОВАРОВ, Предполагается, что объекты, представленные такими узлами, не должны участвовать ни в какой обработке. Контекстная диаграмма и детализация процессов Декомпозиция DFD осуществляется на основе процессов: каждый процесс может раскрываться с помощью DFD нижнего Уровня. Важную специфическую роль в модели играет специальный вид DFD - контекстная диаграмма, моделирующая систему наиболее общим образом. Контекстная диаграмма отражает интерфейс системы с внешним миром, а именно, информационные потоки между системой и внешними сущностями, с которыми она должна быть связана. Она идентифицирует эти внешние сущности, а также, как правило, единственный процесс, отражающий главную цель или природу системы насколько это возможно. И хотя контекстная диаграмма выглядит тривиальной, несомненная ее полезность заключается в том, что она устанавливает границы анализируемой системы. Каждый проект должен иметь ровно одну контекстную диаграмму, при этом нет необходимости в нумерации единственного ее процесса. DFD первого уровня строится как декомпозиция процесса, который присутствует на контекстной диаграмме. Построенная диаграмма первого уровня также имеет множество процессов, которые в свою очередь могут быть декомпозированы в DFD нижнего уровня. Таким образом строится иерархия DFD с контекстной диаграммой в корне дерева. Этот процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока процессы могут быть эффективно описаны с помощью коротких (до одной страницы) миниспецификаций обработки (спецификаций процессов). При таком построении иерархии DFD каждый процесс более низкого уровня необходимо соотнести с процессом верхнего уровня. Обычно для этой цели используются структурированные номера процессов. Так, например, если мы детализируем процесс номер 2 на диаграмме первого уровня, раскрывая его с помощью DFD, содержащей три процесса, то их номера будут иметь следующий вид: 2.1, 2.2 и 2.3. При необходимости можно перейти на следующий уровень, т.е. для процесса 2.2 получим 2.2.1, 2.2.2. и т.д. Проиллюстрируем контекстную диаграмму на примере. П

ример . Рассмотрим процесс СДАЧА ЭКЗАМЕНА. У нас есть две сущности СТУДЕНТ и ПРЕПОДАВАТЕЛЬ. Опишем потоки данных, которыми обменивается наша проектируемая система с внешними объектами.

Со стороны сущности СТУДЕНТ опишем информационные потоки. Для сдачи экзамена необходимо, чтобы у СТУДЕНТА была ЗАЧЕТКА, а также чтобы он имел ДОПУСК К ЭКЗАМЕНУ. Результатом сдачи экзамена, т.е. выходными потоками будут ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН и ЗАЧЕТКА, в которую будет проставлена ОЦЕНКА. Со стороны сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ информационные потоки следующие. ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ ВЕДОМОСТЬ согласно которой будет известно, что СТУДЕНТ допущен до экзамена, а также официальна бумага, куда будет занесен результат экзамена, т.е. ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН, ПРОСТАВЛЕННАЯ В ВЕДОМОСТЬ. Теперь детализируем процесс 1.СДАЧА ЭКЗАМЕНА. Этот процесс будет содержать следующие процессы:

Вытянуть билет Подготовиться к ответу Ответы на билет Проставление оценки

Декомпозиция данных и соответствующие расширения диаграмм потоков данных

Индивидуальные данные в системе часто являются независимыми. Однако иногда необходимо иметь дело с несколькими независимыми данными одновременно. Например, в системе имеются потоки ЯБЛОКИ, АПЕЛЬСИНЫ и ГРУШИ. Эти потоки могут быть сгруппированы с помощью введения нового потока ФРУКТЫ. Для этого необходимо определить формально поток ФРУКТЫ как состоящий из нескольких элементов-потомков. Такое определение задается с помощью формы Бэкуса-Наура (БНФ) в словаре данных (эту форму мы рассмотрим на след. лекции). В свою очередь поток ФРУКТЫ сам может содержаться в потоке-предке ЕДА вместе с потоками ОВОЩИ, МЯСО и др. Такие потоки, объединяющие несколько потоков, получили название групповых. Обратная операция, расщепление потоков на подпотоки, осуществляется с использованием группового узла (рис. 3), позволяющего расщепить поток на любое число подпотоков.

Р

ис. 3

При расщеплении также необходимо формально определить подпотоки в словаре данных (с помощью БНФ). Аналогичным образом осуществляется и декомпозиция потоков через границы диаграмм, позволяющая упростить детализирующую DFD. Пусть имеется поток ФРУКТЫ, входящий в детализируемый процесс. На детализирующей этот процесс диаграмме потока ФРУКТЫ может не быть вовсе, но вместо него могут быть потоки ЯБЛОКИ и АПЕЛЬСИНЫ (как будто бы они переданы из детализируемого процесса). В этом случае должно существовать БНФ-определение потока ФРУКТЫ, состоящего из подпотоков ЯБЛОКИ и АПЕЛЬСИНЫ, для целей балансирования. Применение этих операций над данными позволяет обеспечить структуризацию данных, увеличивает наглядность и читабельность диаграмм. Для обеспечения декомпозиции данных и некоторых других сервисных возможностей к DFD добавляются следующие типы объектов: 1) ГРУППОВОЙ УЗЕЛ. Предназначен для расщепления и объединения потоков. В некоторых случаях может отсутствовать (т.е. фактически вырождаться в точку слияния/расщепления потоков на диаграмме). 2) УЗЕЛ-ПРЕДОК . Позволяет увязывать входящие и выходящие потоки между детализируемым процессом и детализирующей DFD. 3) НЕИСПОЛЬЗУЕМЫЙ УЗЕЛ . Применяется в ситуации, когда декомпозиция данных производится в групповом узле, при этом требуются не все элементы входящего в узел потока. 4) УЗЕЛ ИЗМЕНЕНИЯ ИМЕНИ . Позволяет неоднозначно именовать потоки, при этом их содержимое эквивалентно. Например, если при проектировании разных частей системы один и тот же фрагмент данных получил различные имена, то эквивалентность соответствующих потоков данных обеспечивается узлом изменения имени. При этом один из потоков
данных является входным для данного узла, а другой - выходным.

Текст в свободном формате в любом месте диаграммы.

Возможный способ изображения этих узлов приведен на рис. 3.

Построение модели

Главная цель построения иерархического множества DFD заключается в том, чтобы сделать требования ясными и понятными на каждом уровне детализации, а также разбить эти требования на части с точно определенными отношениями между ними. Для достижения этого целесообразно пользоваться следующими рекомендациями:

Размещать на каждой диаграмме от 3 до 6-7 процессов. Верхняя граница соответствует человеческим возможностям одновременного восприятия и понимания структуры сложной системы с множеством внутренних связей, нижняя граница выбрана по соображениям здравого смысла: нет необходимости детализировать процесс диаграммой, содержащей всего один или два процесса. Не загромождать диаграммы несущественными на данном уровне деталями. Декомпозицию потоков данных осуществлять параллельно с декомпозицией процессов; эти две работы должны выполняться одновременно, а не одна после завершения другой. Выбирать ясные, отражающие суть дела, имена процессов и потоков для улучшения понимаемости диаграмм, при этом стараться не использовать аббревиатуры. Однократно определять функционально идентичные процессы на самом верхнем уровне, где такой процесс необходим, и ссылаться к нему на нижних уровнях. Пользоваться простейшими диаграммными техниками: если что-либо возможно описать с помощью DFD, то это и необходимо делать, а не использовать для описания более сложные объекты. Отделять управляющие структуры от обрабатывающих структур (т.е. процессов), локализовать управляющие структуры.

В соответствии с этими рекомендациями процесс построения модели разбивается на следующие этапы:

Расчленение множества требований и организация их в основные функциональные группы.

Идентификация внешних объектов, с которыми система должна быть связана.

Идентификация основных видов информации, циркулирующей между системой и внешними объектами. Предварительная разработка контекстной диаграммы, на которой основные функциональные группы представляются процессами, внешние объекты - внешними сущностями, основные виды информации - потоками данных между процессами и внешними сущностями. Изучение предварительной контекстной диаграммы и внесение
в нее изменений по результатам ответов на возникающие при этом
изучении вопросы по всем ее частям. Построение контекстной диаграммы путем объединения всех
процессов предварительной диаграммы в один процесс, а также
группирования потоков. Формирование DFD первого уровня на базе процессов предварительной контекстной диаграммы. Проверка основных требований по DFD первого уровня. Декомпозиция каждого процесса текущей DFD с помощью детализирующей диаграммы или спецификации процесса. Проверка основных требований по DFD соответствующего уровня. Добавление определений новых потоков в словарь данных при каждом их появлении на диаграммах. Параллельное (с процессом декомпозиции) изучение требований (в том числе и вновь поступающих), разбиение их на элементарные и идентификация процессов или спецификаций процессов, соответствующих этим требованиям. После построения двух-трех уровней проведение ревизии с целью проверки корректности и улучшения понимаемости модели. Построение спецификации процесса (а не простейшей диаграммы) в случае, если некоторую функцию сложно или невозможно выразить комбинацией процессов.

Расширения реального времени

Р

асширения реального времени используются для дополнения модели функционирования данных (иерархии DFD) средствами описания управляющих аспектов в системах реального времени. Для этих целей применяются следующие символы (рис. 4):

1) УПРАВЛЯЮЩИЙ ПРОЦЕСС. Представляет собой интерфейс между DFD и спецификациями управления, собственно моделирующими и документирующими аспекты реального времени. Его имя указывает на тип управляющей деятельности, вырабатываемой спецификацией. Фактически управляющий процесс представляет собой преобразователь входных управляющих потоков в выходные управляющие потоки; при этом точное описание этого преобразования должно задаваться в спецификации управления. 2) УПРАВЛЯЮЩЕЕ ХРАНИЛИЩЕ. Представляет "срез управляющего потока во времени. Содержащаяся в нем управляющая информация может использоваться в любое время после ее занесения в хранилище, при этом соответствующие данные могут быть использованы в произвольном порядке. Имя управляющего хранилища должно идентифицировать его содержимое и быть существительным. Управляющее хранилище отличается от традиционного тем, что может содержать только управляющие потоки; все другие их характеристики идентичны. 3) УПРАВЛЯЮЩИЙ ПОТОК. Представляет собой "трубопровод", через который проходит управляющая информация. Его имя не должно содержать глаголов, а только существительные и прилагательные. Обычно управляющий поток имеет дискретное, а не непрерывное значение. Это может быть, например, сигнал, представляющий состояние или вид операции. Логически управляющий процесс есть некий командный пункт, реагирующий на изменения внешних условий, передаваемые ему с помощью управляющих потоков, и продуцирующий в соответствии со своей внутренней логикой выполняемые процессами команды. При этом режим выполнения процесса зависит от типа управляющего потока. Имеются следующие типы управляющих потоков: а) Т-поток (trigger flow ). Является потоком управления процессом, который может вызывать выполнение процесса. При этом процесс как бы включается одной короткой операцией. Это - аналог выключателя света, единственным нажатием которого запускается" процесс горения лампы. б) А-поток (activator flow) . Является потоком управления процессом, который может изменять выполнение отдельного процесса. Используется для обеспечения непрерывности выполнения процесса до тех пор, пока поток "включен" (т.е. течет непрерывно), с "выключением" потока выполнение процесса завершается. Это - аналог переключателя лампы, которая может быть как включена, так и выключена. в) E/D -поток (enable/disable flow) . Является потоком управления процессом, который может переключать выполнение отдельного процесса. Течение по Е-линии вызывает выполнение процесса, которое продолжается до тех пор, пока не возбуждается течение по D-линии. Это - аналог выключателя с двумя кнопками: одной - для включения света, другой - для его выключения. Отметим, что можно использовать 3 типа таких потоков: Е-поток, D-поток, E/D-поток. Иногда возникает необходимость в представлении одного и того же фрагмента данных потоками различных типов. Например, поток данных СКОРОСТЬ МАШИНЫ в отдельных случаях может использоваться как управляющий для контроля критического значения. Для обеспечения этого используется УЗЕЛ ИЗМЕНЕНИЯ ТИПА (рис. 5): поток данных является входным для этого узла, а управляющий поток - выходным.

Рис. 5. Узел изменения типа

DFD ), обеспечивающей правильное описание выходов (отклика системы в виде данных) при заданном воздействии на вход системы (подаче сигналов через внешние интерфейсы). Диаграммы потоков данных являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе.

При создании диаграммы потоков данных используются четыре основных понятия: потоки данных, процессы (работы) преобразования входных потоков данных в выходные, внешние сущности, накопители данных (хранилища) .

Потоки данных являются абстракциями, использующимися для моделирования передачи информации (или физических компонент) из одной части системы в другую. Потоки на диаграммах изображаются именованными стрелками, ориентация которых указывает направление движения информации.

Назначение процесса (работы) состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Имя процесса должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, "получить документы по отгрузке продукции"). Каждый процесс имеет уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы, который может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели.

Хранилище (накопитель) данных позволяет на указанных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет "срезы" потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее получения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно определять его содержимое и быть существительным.

Внешняя сущность представляет собой материальный объект вне контекста системы, являющейся источником или приемником системных данных. Ее имя должно содержать существительное, например, "склад товаров". Предполагается, что объекты, представленные как внешние сущности , не должны участвовать ни в какой обработке.

Кроме основных элементов, в состав DFD входят словари данных и миниспецификации.

Словари данных являются каталогами всех элементов данных, присутствующих в DFD , включая групповые и индивидуальные потоки данных, хранилища и процессы, а также все их атрибуты.

Миниспецификации обработки - описывают DFD -процессы нижнего уровня. Фактически миниспецификации представляют собой алгоритмы описания задач, выполняемых процессами: множество всех миниспецификаций является полной спецификацией системы.

Процесс построения DFD начинается с создания так называемой основной диаграммы типа "звезда", на которой представлен моделируемый процесс и все внешние сущности , с которыми он взаимодействует. В случае сложного основного процесса он сразу представляется в виде декомпозиции на ряд взаимодействующих процессов. Критериями сложности в данном случае являются: наличие большого числа внешних сущностей , многофункциональность системы, ее распределенный характер. Внешние сущности выделяются по отношению к основному процессу. Для их определения необходимо выделить поставщиков и потребителей основного процесса, т.е. все объекты, которые взаимодействуют с основным процессом. На этом этапе описание взаимодействия заключается в выборе глагола, дающего представление о том, как внешняя сущность использует основной процесс или используется им. Например, основной процесс – "учет обращений граждан", внешняя сущность – "граждане", описание взаимодействия – "подает заявления и получает ответы". Этот этап является принципиально важным, поскольку именно он определяет границы моделируемой системы.

Для всех внешних сущностей строится таблица событий , описывающая их взаимодействие с основным потоком. Таблица событий включает в себя наименование внешней сущности, событие, его тип (типичный для системы или исключительный, реализующийся при определенных условиях) и реакцию системы.

На следующем шаге происходит декомпозиция основного процесса на набор взаимосвязанных процессов, обменивающихся потоками данных. Сами потоки не конкретизируются, определяется лишь характер взаимодействия. Декомпозиция завершается, когда процесс становится простым, т.е.:

1. процесс имеет два-три входных и выходных потока;
2. процесс может быть описан в виде преобразования входных данных в выходные;
3. процесс может быть описан в виде последовательного алгоритма .

Для простых процессов строится миниспецификация – формальное описание алгоритма преобразования входных данных в выходные.

Миниспецификация удовлетворяет следующим требованиям: для каждого процесса строится одна спецификация; спецификация однозначно определяет входные и выходные потоки для данного процесса; спецификация не определяет способ преобразования входных потоков в выходные; спецификация ссылается на имеющиеся элементы, не вводя новые; спецификация по возможности использует стандартные подходы и операции .

После декомпозиции основного процесса для каждого подпроцесса строится аналогичная таблица внутренних событий .

Следующим шагом после определения полной таблицы событий выделяются потоки данных , которыми обмениваются процессы и внешние сущности . Простейший способ их выделения заключается в анализе таблиц событий. События преобразуются в потоки данных от инициатора события к запрашиваемому процессу, а реакции – в обратный поток событий. После построения входных и выходных потоков аналогичным образом строятся внутренние потоки. Для их выделения для каждого из внутренних процессов выделяются поставщики и потребители информации. Если поставщик или потребитель информации представляет процесс сохранения или запроса информации, то вводится хранилище данных, для которого данный процесс является интерфейсом.

После построения потоков данных диаграмма должна быть проверена на полноту и непротиворечивость. Полнота диаграммы обеспечивается, если в системе нет "повисших" процессов, не используемых в процессе преобразования входных потоков в выходные. Непротиворечивость системы обеспечивается выполнением наборов формальных правил о возможных типах процессов: на диаграмме не может быть потока, связывающего две внешние сущности – это взаимодействие удаляется из рассмотрения; ни одна сущность не может непосредственно получать или отдавать информацию в хранилище данных – хранилище данных является пассивным элементом, управляемым с помощью интерфейсного процесса; два хранилища данных не могут непосредственно обмениваться информацией – эти хранилища должны быть объединены.

К преимуществам методики DFD ничем не отличаются от обычных; отсутствие понятия времени, т.е. отсутствие анализа временных промежутков при преобразовании данных (все ограничения по времени должны быть введены в спецификациях процессов).

Материал из ПИЭ.Wiki

DFD (Data Flow Diagramming) - это стандарт моделирования, в котором система представляется в виде сети работ, соединенных между собой объектами, взаимодействующими с результатами данных работ. Сфера применения DFD находится в области моделирования информационных потоков организации. В этой нотации моделируется не последовательность работ, а именно потоки информации (данных) между работами и объектами, которые используют, хранят или "рождают" эти данные.

В соответствии с DFD (Data Flow Diagram) методологией, модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных, описывающих процессы преобразования информации от момента ее ввода в систему до выдачи конечному пользователю. Диаграммы верхних уровней иерархии - контекстные диаграммы, задают границы модели, определяя её окружение (внешние входы и выходы) и основные рассматриваемые процессы. Контекстные диаграммы детализируются при помощи диаграмм следующих уровней.

Основными элементами диаграмм потоков данных являются :

внешние сущности;

процессы;

накопители данных;

потоки данных.

Внешние сущности

Под внешней сущностью (External Entity) понимается материальный объект, являющийся источником или приемником информации. В качестве внешней сущности на DFD диаграмме могут выступать заказчики, поставщики, клиенты, склад, банк и другие. К сожалению, DFD методология не оформлена как стандарт. По этой причине в диаграммах потоков данных используются различные условные обозначения. На рисунке 1 показаны символы внешних сущностей, используемые в нотациях «Yourdon and Coad Process Notation» и «Gane and Sarson Process Notation».

Определение некоторого объекта в качестве внешней сущности указывает на то, что он находится за пределами границ анализируемой информационной системы.

Процессы

Процессы представляют собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом. В реальной жизни процесс может выполняться некоторым подразделением организации, выполняющим обработку входных документов и выпуск отчетов, отдельным сотрудником, программой, установленной на компьютере, специальным логическим устройством и тому подобное.

Накопители данных

Накопители данных предназначены для изображения неких абстрактных устройств для хранения информации, которую можно туда в любой момент времени поместить или извлечь, безотносительно к их конкретной физической реализации.

Накопители данных являются неким прообразом базы данных информационной системы организации.

Внутри символа указывается его уникальное в рамках данной модели имя, наиболее точно, с точки зрения аналитика, отражающее информационную сущность содержимого, например, «Поставщики», «Заказчики», «Счета-фактуры», «Накладные». Символы накопителей данных в качестве дополнительных элементов идентификации могут содержать порядковые номера.

Потоки данных

Поток данных определяет информацию, передаваемую через некоторое соединение (кабель, почтовая связь, курьер) от источника к приемнику. На DFD диаграммах потоки данных изображаются линиями со стрелками, показывающими их направление. Каждому потоку данных присваивается имя, отражающее его содержание.

В DFD используются следующие типы объектов: · работа (activity) - синоним работе в IDEF0 и IDEF3; · внешняя сущность (external entity) - объекты - источники/получатели информации/данных, изменяемых или используемых в данной функции. · стрелка (data flow) - обозначение потока информации (данных); · data store (хранилище данных) - любой механизм или абстракция (например, запись в базе данных), в которой хранятся данные. Потоки данных между работами в DFD возможны не только опосредованно, через хранилища данных, но и непосредственно между работами, если данные не поступают сначала в хранилище. Нотации IDEF0, IDEF3 и DFD могут быть последовательно использованы при все более и более глубокой проработке модели организации, завершающим этапом которой может быть детальное описание бизнес-процессов и информационной системы организации

Построение иерархии диаграмм потоков данных

Первым шагом при построении иерархии ДПД является построение контекстных диаграмм. Обычно при проектировании относительно простых ИС строится единственная контекстная диаграмма со звездообразной топологией, в центре которой находится так называемый главный процесс, соединенный с приемниками и источниками информации, посредством которых с системой взаимодействуют пользователи и другие внешние системы.

Если же для сложной системы ограничиться единственной контекстной диаграммой, то она будет содержать слишком большое количество источников и приемников информации, которые трудно расположить на листе бумаги нормального формата, и кроме того, единственный главный процесс не раскрывает структуры распределенной системы. Признаками сложности (в смысле контекста) могут быть: наличие большого количества внешних сущностей (десять и более); распределенная природа системы; многофункциональность системы с уже сложившейся или выявленной группировкой функций в отдельные подсистемы.

Для сложных ИС строится иерархия контекстных диаграмм. При этом контекстная диаграмма верхнего уровня содержит не единственный главный процесс, а набор подсистем, соединенных потоками данных. Контекстные диаграммы следующего уровня детализируют контекст и структуру подсистем.

Иерархия контекстных диаграмм определяет взаимодействие основных функциональных подсистем проектируемой ИС как между собой, так и с внешними входными и выходными потоками данных и внешними объектами (источниками и приемниками информации), с которыми взаимодействует ИС.

Разработка контекстных диаграмм решает проблему строгого определения функциональной структуры ИС на самой ранней стадии ее проектирования, что особенно важно для сложных многофункциональных систем, в разработке которых участвуют разные организации и коллективы разработчиков.

После построения контекстных диаграмм полученную модель следует проверить на полноту исходных данных об объектах системы и изолированность объектов (отсутствие информационных связей с другими объектами).

Для каждой подсистемы, присутствующей на контекстных диаграммах, выполняется ее детализация при помощи ДПД. Каждый процесс на ДПД, в свою очередь, может быть детализирован при помощи ДПД или миниспецификации. При детализации должны выполняться следующие правила: правило балансировки - означает, что при детализации подсистемы или процесса детализирующая диаграмма в качестве внешних источников/приемников данных может иметь только те компоненты (подсистемы, процессы, внешние сущности, накопители данных), с которыми имеет информационную связь детализируемая подсистема или процесс на родительской диаграмме; правило нумерации - означает, что при детализации процессов должна поддерживаться их иерархическая нумерация. Например, процессы, детализирующие процесс с номером 12, получают номера 12.1, 12.2, 12.3 и т.д.

Миниспецификация (описание логики процесса) должна формулировать его основные функции таким образом, чтобы в дальнейшем специалист, выполняющий реализацию проекта, смог выполнить их или разработать соответствующую программу.

Миниспецификация является конечной вершиной иерархии ДПД. Решение о завершении детализации процесса и использовании миниспецификации принимается аналитиком исходя из следующих критериев: наличия у процесса относительно небольшого количества входных и выходных потоков данных (2-3 потока); возможности описания преобразования данных процессом в виде последовательного алгоритма; выполнения процессом единственной логической функции преобразования входной информации в выходную; возможности описания логики процесса при помощи миниспецификации небольшого объема (не более 20-30 строк).

При построении иерархии ДПД переходить к детализации процессов следует только после определения содержания всех потоков и накопителей данных, которое описывается при помощи структур данных. Структуры данных конструируются из элементов данных и могут содержать альтернативы, условные вхождения и итерации. Условное вхождение означает, что данный компонент может отсутствовать в структуре. Альтернатива означает, что в структуру может входить один из перечисленных элементов. Итерация означает вхождение любого числа элементов в указанном диапазоне. Для каждого элемента данных может указываться его тип (непрерывные или дискретные данные). Для непрерывных данных может указываться единица измерения (кг, см и т.п.), диапазон значений, точность представления и форма физического кодирования. Для дискретных данных может указываться таблица допустимых значений.

После построения законченной модели системы ее необходимо верифицировать (проверить на полноту и согласованность). В полной модели все ее объекты (подсистемы, процессы, потоки данных) должны быть подробно описаны и детализированы. Выявленные недетализированные объекты следует детализировать, вернувшись на предыдущие шаги разработки. В согласованной модели для всех потоков данных и накопителей данных должно выполняться правило сохранения информации: все поступающие куда-либо данные должны быть считаны, а все считываемые данные должны быть записаны.

При построении функциональной модели системы альтернативой методологии () является методология диаграмм потоков данных (Data Flow Diagrams, DFD). В отличие от , предназначенной для проектирования систем вообще, DFD предназначена для проектирования информационных систем. Ориентированность этой методологии на проектирование автоматизированных систем делает ее удобным и более выгодным инструментом при построении функциональной модели TO-BE.

При построении диаграмм различают элементы графической нотации, представленные в табл. 6.1.

Таблица 6.1. Элементы графической нотации DFD

Наименование	Нотация Йордана	Нотация Гейна-Сарсона
Поток данных
Процесс (система, подсистема)
Накопитель данных
Внешняя сущность

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

Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание. Направление стрелки показывает направление потока данных. Иногда информация может двигаться в одном направлении, обрабатываться и возвращаться назад в ее источник. Такая ситуация может моделироваться либо двумя различными потоками, либо одним – двунаправленным.

Определение некоторого объекта, субъекта или системы в качестве внешней сущности указывает на то, что она находится за пределами границ проектируемой информационной системы. В связи с этим внешние сущности, как правило, отображаются только на контекстной диаграмме DFD. В процессе анализа и проектирования некоторые внешние сущности могут быть перенесены на диаграммы декомпозиции, если это необходимо, или, наоборот, часть процессов (подсистем) может быть представлена как внешняя сущность.

Построение функциональной модели DFD начинается как и в IDEF0 с разработки контекстной диаграммы. На ней отображается основной процесс (сама система в целом) и ее связи с внешней средой (внешними сущностями). Это взаимодействие показывается через потоки данных. Допускается на контекстной диаграмме отображать сразу несколько основных процессов или подсистем. Пример контекстной диаграммы для рассматриваемой задачи приведен на следующем рисунке.

Рис. 6.23. Контекстная диаграмма системы определения допускаемых скоростей (методология DFD)

На этой диаграмме видно, что в качестве источника исходных данных для работы системы могут использоваться базы данных АРМ-П (АРМ службы пути) или СБД-П (Сводная БД – Путейский фрагмент), содержащие практически всю необходимую информацию по участкам дороги.

В то же время в системе оставлена возможность ее ручного ввода и корректировки. Несмотря на то, что БД АРМ-П или СБД-П по отношению к системе являются внешними сущностями, они, в целях лучшего восприятия, показаны в виде накопителя данных.

Дальнейший процесс проектирования состоит в построении диаграмм декомпозиции, которые строятся (показывают устройство) только для процессов или подсистем (систем) .

Диаграмма декомпозиции первого уровня проектируемой системы приведена на следующем рисунке.

Рис. 6.24. Диаграмма декомпозиции первого уровня (методология DFD)

На этом рисунке у некоторых потоков данных, связанных с накопителями, отсутствуют имена. Это позволяет устранить дублирование надписей и, как следствие, уменьшить насыщенность диаграммы.

При построении диаграммы декомпозиции блоки системы в одних случаях показаны как процессы (имя начинается с глагола), в других – как подсистемы (имя начинается со слова «подсистема»). Это сделано в целях иллюстрации правил именования блоков. В то же время декомпозицию системы можно было бы представить, либо используя только процессы, либо только подсистемы.

Контекстная диаграмма и диаграмма декомпозиции выполнены с использованием BPwin 4.0.

Решение о завершении детализации процесса и использовании миниспецификации принимается проектировщиком исходя из следующих критериев:

Наличия у процесса относительно небольшого количества входных и выходных потоков данных (2–3 потока);

Возможности описания процессов в виде простого алгоритма;

Возможности описания логики процесса при помощи миниспецификации небольшого объема (не более 20–30 строк).

Модель DFD, помимо описания функционального аспекта системы, содержит также сведения об информационном и компонентном аспектах. Совокупность накопителей данных является прообразом будущей БД, т.е. определяет состав и структуру информации. Построение диаграмм с использованием в качестве блоков подсистем показывает состав и связи компонентов будущей системы.

6.12. Расширения DFD для систем реального времени

Системы реального времени построены, как правило, на взаимодействии средств вычислительной техники и различных физических устройств съема информации (датчиков, камер, микрофонов и т. д.). Первые являются дискретными преобразователями информации, вторые в основном – аналоговыми, т.е. генерирующими информацию в виде непрерывного потока. Другой особенностью таких систем является значительный уклон в сторону управления объектами. Для моделирования особенностей поведения систем реального времени П. Вард и С. Меллор предложили использовать на DFD дополнительные элементы.

Тема 8. Моделирование потоков данных

Общие положения. 1

Модель DFD.. 3

Виды DFD нотаций.. 3

Структура DFD модели.. 4

Основные элементы DFD и их назначение. 6

Выводы: 11

Общие положения

Существует легенда о том, как появились DFD.

В 20-х годах прошлого века один консультант, осуществлявший реорганизацию офиса, обозначил кружком каждого клерка, а стрелкой - каждый документ, передаваемый между ними. Используя такую диаграмму, он предложил схему реорганизации, в соответствии с которой двое клерков, обменивающиеся множеством документов, были посажены рядом, а клерки с малым взаимодействием были посажены на большом расстоянии. Так родилась первая модель, представляющая собой потоковую диаграмму - предвестника DFD. С тех пор прошло много времени. К кружкам и стрелочкам добавились новые обозначения, которые повысили выразительную мощность нотации. Появились наработки по способам применения DFD для решения задач, связных с проектированием и разработкой сложных программных систем. Все это привело к тому, что DFD стала одной из весьма популярных нотаций структурного подхода.

Пример DFD диаграммы показан на схеме (Рис. 87).

Рис. 87. Пример DFD диаграммы

Перед началом рассмотрения синтаксиса DFD следует отдельно отметить, что в отличие от SADT (IDEF0) DFD методологией не является. Другими словами DFD – это всего лишь набор общепринятых обозначений без жестких ограничений к способам моделирования и применения полученных моделей.

При проведении проекта создания ИС нотация DFD может использоваться в качестве основной нотации функционального моделирования, однако, часто она применяется как дополнительная по отношению к IDEF0 (Рис. 88).

Информационные сети" href="/text/category/informatcionnie_seti/" rel="bookmark">обработки информации . В отличие от IDEF0, где система рассматривается как взаимосвязанные функциональные блоки, а дуги представляют собой жесткие взаимосвязи, стрелки в DFD показывают лишь то, как объекты (включая данные) движутся от одной работы к другой. DFD отражает функциональные зависимости значений, вычисляемых в системе, включая входные значения, выходные значения и внутренние хранилища данных.

Другими словами, DFD - это граф, на котором показано движение значений данных от их источников через преобразующие их процессы к их потребителям в других объектах.

DFD содержит процессы, которые преобразуют данные, потоки данных, которые переносят данные, активные объекты, которые производят и потребляют данные, и хранилища данных, которые пассивно хранят данные.

Если говорить о выразительной силе нотации и сравнивать DFD с IDEF0, можно сказать, что отсутствие таких понятий как управление и механизм резко сокращают потенциал DFD при анализе модели, выявлении «узких мест», поиске путей усовершенствования и т. д. Все это привело к тому, что DFD достаточно редко применяется как базовая нотация в проектах реинжиниринга бизнес-процессов, построения системы менеджмента качества и т. д.

Модель DFD

Виды DFD нотаций

ОПР .: В DFD (Data Flow Diagram), модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных, описывающих процессы преобразования информации от момента ее ввода в систему до выдачи конечному пользователю. Диаграммы верхних уровней иерархии - контекстные диаграммы, задают границы модели, определяя её окружение (внешние входы и выходы) и основные рассматриваемые процессы. Контекстные диаграммы детализируются при помощи диаграмм следующих уровней.

Так как DFD не является стандартом, на настоящее время нет единой нотации со своими однозначно определенными примитивами. Для представления моделей применяются ряд различных нотаций DFD. Наибольшее распространение среди них получили нотации Гейна-Сарсона и Йодана/де Марко (Рис. 89). Помимо этих нотаций имеются и другие. Например, нотация применяемая в CA BPwin имеет свои особенности.

Рис. 89. Наиболее распространенные нотации DFD

Несмотря на существование нескольких разных нотаций DFD все они отличаются только тем набором графических примитивов, которые используются для построения функциональных моделей.

Структура DFD модели

Иерархия DF диаграмм показана на схеме (Рис. 90).

Колл" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">коллективы разработчиков.

После построения контекстных диаграмм полученную модель следует проверить на полноту исходных данных об объектах системы и изолированность объектов (отсутствие информационных связей с другими объектами).

Для каждой подсистемы, присутствующей на контекстных диаграммах, выполняется ее детализация при помощи DFD. Каждый процесс на DFD, в свою очередь, может быть детализирован при помощи DFD или миниспецификации. При детализации должно выполняться правило балансировки. Суть этого правила сводится к тому, что при детализации подсистемы или процесса детализирующая диаграмма в качестве внешних источников/приемников данных может иметь только те компоненты (подсистемы, процессы, внешние сущности, накопители данных), с которыми имеет информационную связь детализируемая подсистема или процесс на родительской диаграмме;

Миниспецификация (описание логики процесса) должна формулировать его основные функции таким образом, чтобы в дальнейшем специалист, выполняющий реализацию проекта, смог выполнить их или разработать соответствующую программу.

Миниспецификация является конечной вершиной иерархии DFD. Решение о завершении детализации процесса и использовании миниспецификации принимается аналитиком исходя из следующих критериев:

– наличия у процесса относительно небольшого количества входных и выходных потоков данных (2-3 потока);

– возможности описания преобразования данных процессом в виде последовательного алгоритма;

– выполнения процессом единственной логической функции преобразования входной информации в выходную;

– возможности описания логики процесса при помощи миниспецификации небольшого объема (не более 20-30 строк).

При построении иерархии DFD переходить к детализации процессов следует только после определения содержания всех потоков и накопителей данных, которое описывается при помощи структур данных. Структуры данных конструируются из элементов данных и могут содержать альтернативы, условные вхождения и итерации. Условное вхождение означает, что данный компонент может отсутствовать в структуре. Альтернатива означает, что в структуру может входить один из перечисленных элементов. Итерация означает вхождение любого числа элементов в указанном диапазоне. Для каждого элемента данных может указываться его тип (непрерывные или дискретные данные). Для непрерывных данных может указываться единица измерения (кг, см и т. п.), диапазон значений, точность представления и форма физического кодирования. Для дискретных данных может указываться таблица допустимых значений.

После построения законченной модели системы ее необходимо верифицировать (проверить на полноту и согласованность). В полной модели все ее объекты (подсистемы, процессы, потоки данных) должны быть подробно описаны и детализированы. Выявленные недетализированные объекты следует детализировать, вернувшись на предыдущие шаги разработки. В согласованной модели для всех потоков данных и накопителей данных должно выполняться правило сохранения информации: все поступающие куда-либо данные должны быть считаны, а все считываемые данные должны быть записаны.

Основные элементы DFD и их назначение

Синтаксис DFD включает четыре основных элемента:

– поток данных;

– процесс;

– хранилище;

– внешняя сущность.

Рассмотрим эти элементы подробнее.

Поток данных

ОПР .: Поток данных соединяет выход объекта (или процесса) с входом другого объекта (или процесса). Он представляет промежуточные данные вычислений. Поток данных изображается в виде стрелки между производителем и потребителем данных, помеченной именами соответствующих данных. Упрощенно можно считать, что потоки данных являются механизмами, использующимися для моделирования передачи информации (или физических компонент) из одной части системы в другую.

Потоки на диаграммах изображаются стрелками (обычно именованными), ориентация которых указывает направление движения информации (Рис. 91).

Рис. 91. Поток данных

В отличие от дуг в IDEF0 потоки данных в DFD могут быть не только однонаправленными, но и двунаправленными.

Процесс

ОПР .: Процесс преобразует значения данных.

Процессы представляют собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом. В реальной жизни процесс может выполняться некоторым подразделением организации, выполняющим обработку входных документов и выпуск отчетов, отдельным сотрудником, программой, установленной на компьютере, специальным логическим устройством и тому подобное.

Назначение процесса состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Это имя должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, «выдать пропуск»). Кроме того, каждый процесс должен иметь уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы. Этот номер может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели.

Как уже говорилось ранее из-за отсутствия единого стандарта, объекты DFD могут иметь разное обозначение (Рис. 92).

Особо следует подчеркнуть, что в отличие от SADT, в DFD все стороны блока равнозначны (это очевидно, если посмотреть на обозначение процесса в нотации Йодана/де Марко). Другими словами, в отличие от IDEF0 диаграмм, в DFD диаграммах не используются стрелки управления для обозначения правил выполнения действия и стрелки механизмов для обозначения требуемых ресурсов.

Базы данных" href="/text/category/bazi_dannih/" rel="bookmark">базы данных информационной системы организации.

ОПР . 2: ХРАНИЛИЩЕ (НАКОПИТЕЛЬ) ДАННЫХ позволяет на определенных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет "срезы" потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее определения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно идентифицировать его содержимое и быть существительным. В случае, когда поток данных входит или выходит в/из хранилища, и его структура соответствует структуре хранилища, он должен иметь то же самое имя, которое нет необходимости отражать на диаграмме.

На диаграмме хранилище обозначаются как показано на схеме (Рис. 93).

https://pandia.ru/text/80/146/images/image009_14.gif" width="555" height="183 src=">

Рис. 94. Обозначение внешней сущности в разных нотациях DFD

Пример использования внешних сущностей на контекстной диаграмме приведен ниже (Рис. 95). При декомпозиции внешние сущности должны переноситься на дочернюю диаграмму. В CA BPwin возможности автоматически переносить внешние сущности на дочернюю диаграмму не предусмотрено, поэтому эта операция должна выполняться вручную.

https://pandia.ru/text/80/146/images/image011_14.gif" width="567" height="394 src=">

Рис. 96. Пример DFD диаграммы

Выводы:

Как было показано в начале темы, DFD может рассматриваться в качестве основной нотации функционального моделирования при проектировании ИС. Учитывая то, что IDEF0 также является нотацией, обеспечивающей описание организационно-экономических и производственно-технологических систем, возникает проблема выбора нотации при проведении конкретного проекта автоматизации. Попробуем ответить на вопрос о том, в каком случае предпочтительным окажется DFD, а в каком IDEF0?

Как следует из проведенного краткого обзора сравниваемых нотаций, DFD имеет преимущество над IDEF0 в части представления на модели структур данных. Фактически, эта нотация позволяет уже на стадии функционального моделирования проектировать базу данных.

Серьезными недостатками DFD является то, что:

– во-первых, выразительная сила нотации DFD оказывается недостаточной при анализе модели, выявлении «узких мест», поиске путей усовершенствования и т. д.;

– во-вторых, DFD методологией не является, что приводит к возможности неоднозначной трактовки результатов моделирования.

Все это позволяет говорить о том, что применение DFD в качестве базовой нотации функционального моделирования оправдано в случае, когда речь идет о разработке самописной программной системы и предполагается автоматизация существующих бизнес-процессов без их оптимизации, то есть, когда речь идет о лоскутной автоматизации.

В случае комплексной автоматизации, когда основное значение приобретает не программирование, а поиск решений оптимизации бизнеса нотация DFD не выдерживает конкуренции с IDEF0 и может рассматриваться лишь как дополнительная.

Учитывая то, что тенденции IT-ранка однозначно показывают тупиковость пути «лоскутной автоматизации» и необходимость отхода от самописных систем, становится очевидным, почему в деятельности консалтинговых компаний резко сокращается применение нотации DFD и, наоборот, резко возрастает популярность IDEF0.