Сопоставление и взаимосвязь структурного и объектно-ориентированного подходов к проектированию программного обеспечения распределенны

Наиболее важной частью объектно-ориентированного анализа является распределение обязанностей между классами (в виде операций классов). Оно выполняется с помощью диаграмм взаимодействия. При построении диаграмм взаимодействия возникают проблемы правильного распределения обязанностей между классами. Для их решения существует ряд образцов [14].

Атрибуты классов анализа определяются, исходя из знаний о предметной области и требований к системе. Связи между классами (ассоциации) определяются на основе анализа кооперативных диаграмм, затем анализируются и уточняются.

Целью объектно-ориентированного проектирования является адаптация предварительного системного проекта (набора классов «анализа»), составляющего стабильную основу архитектуры системы, к среде реализации с учетом всех нефункциональных требований.

Объектно-ориентированное проектирование включает два вида деятельности:

проектирование архитектуры системы;

проектирование элементов системы.

Проектирование архитектуры системы выполняется архитектором системы и включает в себя:

идентификацию архитектурных решений и механизмов, необходимых для проектирования системы;

анализ взаимодействий между классами анализа, выявление подсистем и интерфейсов;

формирование архитектурных уровней;

проектирование конфигурации системы.

Проектирование элементов системы включает в себя:

проектирование классов (детализация классов, уточнение операций и атрибутов, моделирование состояний, уточнение связей между классами);

проектирование баз данных (в зависимости от типа используемой для хранения данных СУБД - объектной или реляционной).

 

 

3 Структурное и объектно-ориентированное программирование в проектировании программного обеспечения распределенных информационных систем

3.1 Проектирование программного  обеспечения распределенных информационных  систем

Проектирование программного обеспечения информационных систем требует большой и трудоемкой работы. Современные крупные проекты информационных систем характеризуются, следующими особенностями:

сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;

наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования (например, традиционных приложений, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, и приложений аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема);

отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;

необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений;

функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах;

разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;

существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС.

Для успешной реализации проекта объект проектирования должен быть прежде всего адекватно описан, должны быть построены полные и непротиворечивые функциональные и информационные модели информационной системы. Однако до недавнего времени проектирование информационных систем выполнялось в основном на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования информационных систем. Кроме того, в процессе создания и функционирования информационных систем информационные потребности пользователей могут изменяться или уточняться, что еще более усложняет разработку и сопровождение таких систем.

Перечисленные факторы способствовали развитию исследований в области методологии программирования. Программирование обрело черты системного подхода с разработкой и внедрением языков высокого уровня, методов структурного и модульного программирования, языков проектирования и средств их поддержки, формальных и неформальных языков описаний системных требований и спецификаций и т.д.

Для целенаправленного выполнения проекта должен быть выполнен ряд работ, различных как по своему назначению, так и по квалификационным требованиям, предъявляемым к разработчикам. Иными словами, в ходе развития проекта командой разработчиков выполняются те или иные функции.

Функции, выполняемые разработчиками, — понятие неформализованное. В разных проектах оно может обретать свое содержание. Тем не менее типовые функции, которые предполагают практически все программные проекты, можно перечислить. Так, в любом программном проекте есть функции кодирования, т.е. записи программы на алгоритмическом языке по имеющимся спецификациям, анализа требований, т.е. выявления истинной потребности в создаваемой программе, тестирования и отладки. В рамках деятельности менеджера любого проекта необходимо организовать распределение функций проекта между исполнителями. Вполне естественно считать эти действия одной из функций менеджера. В результате ее выполнения члены команды, выполняющей проект, начинают играть соответствующие роли.

Состав и значимость ролей разработчиков и тех, кто с ними связан, различаются в зависимости от выполняемого проекта, от коллектива исполнителей, принятой технологии, от других факторов. Неоднозначность выбора ролей приводит к тому, что их список часто становится большим (иллюстрацией тому может служить первая редакция документации по Rational Unified Processing (RUP), в которой определено свыше 20 ролей; в последующих версиях документа это число сокращено до обозримого уровня [30]). Чрезмерное увеличение числа есть следствие отождествления роли и функции и, соответственно, игнорирования понятия родственности функций. В то же время, если ролей выбрано недостаточно, есть опасность, что не все нужные в проекте функции будут охвачены планированием и управлением.

Разработка современного программного комплекса представляет собой сложный и длительный процесс, который состоит из следующих этапов:

Предпроектные исследования, или анализ;

Проектирование и подготовка спецификаций;

Программирование, или кодирование;

Отладка;

Тестирование.

Во время предпроектного исследования собирается информация о предметной области, подбираются исходные данные и определяются функциональные требования к системе. Изучаются необходимые потребительские характеристики разрабатываемого программного обеспечения.

На этапе проектирования широко используется литература, стандарты и нормативные документы. Рассматриваются различные варианты реализации тех или иных функций и выбираются оптимальные. Здесь же разрабатывается архитектура, программный комплекс разбивается на подсистемы, определяются способы их взаимодействия. Результатом этого этапа является документация, с которой можно приступать к программированию, а именно: блок-схемы, SDL-диаграммы, функциональные схемы, описания алгоритмов.

На стадии программирования, или кодирования, происходит воплощение всех наработок, сделанных на предыдущем этапе в работающую систему. Все действия фиксируются как на уровне комментариев в исходных кодах программ, так и в проектной документации. Необходимо организовать процесс таким образом, чтобы в любой момент времени был возможен откат на несколько шагов назад.

Отладка тесно связана с программированием, эти этапы разделяются весьма условно. Отладка может производиться либо непосредственно на оборудовании, для которого предназначено разрабатываемое программное обеспечение, либо на различных эмуляторах. После программирования и отладки должна быть получена законченная рабочая система.

Тестирование представляет собой проверку всех функциональных возможностей разработанного программного обеспечения на том оборудовании, для которого оно разрабатывалось и в условиях, максимально приближенных к реальным. Важным моментом, обеспечивающим объективность, является необходимость проведения тестирования людьми, не участвовавшими в программировании.

На каждом этапе применяются специализированные средства разработки: во время разработки алгоритмов и архитектуры в основном используются различные редакторы; при программировании применяются компиляторы и линковщики, при отладке – отладчики, при тестировании может использоваться специальное тестовое оборудование. В самом простом случае, без какой-либо автоматизации, все перечисленные средства являются автономными и никак не связанны между собой.

Кроме чисто технических задач процесс разработки программного обеспечения, включает также функции планирования и управления, а в условиях распределённого проектирования эти функции становятся особенно актуальными. В рамках планирования производится определение временных параметров проектирования, распределение подсистем между коллективами разработчиков. Кроме того, в течение всего процесса разработки необходимо отслеживать текущее состояние проекта для осуществления контроля и оперативного управления, а также для обеспечения синхронизации проектных процедур.

Исходя из вышесказанного, схема процесса создания программного комплекса будет выглядеть следующим образом (Приложение Г).

 

3.2 Структурный подход к проектированию информационных систем

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

Структурный подход к программированию представляет собой методологию создания программ. Его внедрение обеспечивает:

повышение производительности труда программистов при написании и контроле программ;

получение программ, которые более пригодны для сопровождения, так как состоят из отдельных модулей;

создание программ коллективом разработчиков;

окончание создания программ в заданный срок.

В структурированных программах обычно легко прослеживается основной алгоритм, они удобнее в отладке и менее чувствительны к ошибкам программирования. Эти свойства являются следствием важной особенности подпрограмм, каждая из которых представляет собой во многом самостоятельный фрагмент программы, связанный с основной программой лишь с помощью нескольких параметров. Такая самостоятельность подпрограмм позволяет локализовать в них все детали программной реализации того или иного алгоритмического действия, и поэтому изменение этих деталей, например в процессе отладки, обычно не приводит к изменениям основной программы.

Все наиболее распространенные методологии структурного подхода [9,11,12,13] базируются на ряде общих принципов [3]. В качестве двух базовых используются следующие принципы:

1. принцип «разделяй и властвуй» - принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения;

2. принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

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

принцип абстрагирования - заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных аспектов;

принцип формализации - заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;

принцип непротиворечивости - заключается в обоснованности и согласованности элементов;

принцип структурирования данных - заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В структурном анализе используются в основном две группы средств, иллюстрирующих функции, выполняемые системой и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными среди которых, являются следующие:

SADT (Structured Analysis and Design Technique) модели  и соответствующие функциональные  диаграммы;

DFD (Data Flow Diagrams) диаграммы потоков  данных;

ERD (Entity-Relationship Diagrams) диаграммы «сущность-связь».

На стадии проектирования информационной системы модели расширяются, уточняются и дополняются диаграммами, отражающими структуру программного обеспечения: архитектуру программного обеспечения, структурные схемы программ и диаграммы экранных форм.

Перечисленные модели в совокупности дают полное описание информационных систем независимо от того, является ли она существующей или вновь разрабатываемой. Состав диаграмм в каждом конкретном случае зависит от необходимой полноты описания системы.

Структурное проектирование позволяет одновременно сосредотачиваться на меньшем количестве деталей.

Нисходящее проектирование хорошо работает , когда проблема имеет ясно выраженный иерархический характер.

 

3.3 Проектирование информационных систем на основе объектно-ориентированного подхода