Структурний аналіз

2.5. Структурний аналіз.

2.5.1. Традиційні методології розробки.

На зорі програмування існувало небагато методологій. Відсутність методологій приводило до створення складних, негнучких, ненадійних систем, супровід яких було майже неможливим. У 70-их з'явилися методології, що включають ряд методів або технік для виконання основних функцій розробки проекту. Таблиця 1 демонструє важливість використання методологій розробки.

 

Таблиця 1. Відсутність і використання методології розробки

Етап розробки	Відсутність методології	Традиційні методології
Системний аналіз	Специфікації користувача формуються в неформальних обговореннях і супроводжуються непослідовними коментарями	Формальний і структурований процес формування ясних і точних специфікацій
Програмування	Мистецтво Програми неструктуровані, написані на складному і заплутаному коді (спагеті коді) Спагеті код (Spaghetti code) - неструктурований, незрозумілий програмний код із заплутаною логікою, що метафорично нагадує горщик звареної спагеті.	Технологія створення програм Якісні, структуровані, написані на зрозумілому коді програми
Супровід	Негнучкі системи, супровід яких практично неможливо	Прості для розуміння і підтримки системи

Концепція традиційних методологій розробки

Традиційні методології виходять з парадигми: інформаційна система містить два типи сутностей:

·          деякий аналог програми - операційні сутності, що виконують деяку обробку;

·          дані - пасивні сутності, що зберігають інформацію, доступну для пошуку, читання і заміни.

В основі традиційних методологій лежить структурний підхід, відповідно до якого при розробці системи виконується функціональна (алгоритмічна) декомпозиція по методу «зверху вниз» – системи розбиваються на складові частини, кожна з яких розглядається окремо від інших, декомпозиція виконується доти поки не буде досягнутий необхідний рівень деталізації.

Основні характеристики традиційних методологій розробки

Основні характеристики традиційних методологій представлені в таблиці 2.

Таблиця 2.

Характеристики традиційних методологій розробки

Характеристика	Опис
Структурні	Методи є інструкціями, що ретельно складений, часто крок за кроком, причому кожен крок формується на підставі попередніх.
Підхід «зверху вниз»	Рухаються в напрямку від самого найбільш високого абстрактного рівня до найнижчого рівня деталізації.
Орієнтація на процес	Більше орієнтовані на процес, чим на дані. Центр методологій – обробка даних, а не самі дані. Опису даних - частина методів
Лінійність	Кожна фаза повинна бути закінчена перш, ніж буде почата наступна.
Багаторічне використання	Використовувалися для розробки великого числа систем у плині декількох десятиліть. Багато існуючих систем були розроблені з їх використанням.
Домінування	Незважаючи на зростаючий інтерес до інших методологій, сьогодні вони залишаються домінуючим методологічним підходом.

Методологія структурної розробки або структурний підхід виділяють у традиційних методологіях:

·          Структурний аналіз.

·          Структурне проектування.

·          Структурне програмування.

2.5.2. Структурний аналіз

Структурний аналіз (Structured analysis) - метод визначення введень, процесів і висновків системи і розподіли систем на підсистеми або модулі, що показують логічну графічну модель потоку інформації.

Структурний аналіз - широко використовуваний метод визначення введень, процесів і висновків системи і розчленовування систем на підсистеми. Структурний аналіз надзвичайно наочний метод, що покладається головним чином на діаграми, а не на описовий текст. Його основний інструмент – діаграми, що формують графічне представлення складених процесів системи й інтерфейсів між ними.

Структурний аналіз пропонує логічну графічну модель потоку інформації, поділяючи системи на модулі, що показують рівні, що піддаються керуванню, деталізації.

Особливості структурного аналізу представлені в таблиці 3.

 

Таблиця 3.

Структурний аналіз

Поняття	Опис
Задачі	Аналіз системи зверху вниз. Визначення інтерфейсів між модулями. Точний опис процесів або перетворень, що відбуваються усередині кожного модуля.
Елементи	Діаграми системи: IDEF0 – діаграми бізнесу-процесу; IDEF3 (Workflow diagramming) – діаграми потоку робіт; DFD (Data flow diagramming, DFD) - діаграми потоку даних; ER (Entity-relation diagramming) –– діаграми сутність відношення. Словник даних Специфікації процесів таблиця рішень; дерево рішень; псевдокод.
Застосування	Системний аналіз Визначення специфікацій Проектування Відправна крапка структурного проектування.
Результат	Документ структурної специфікації: Діаграми системи Словники даних потоків даних і сховищ даних Специфікацій процесу Вхідні і вихідні документи Вимоги захисту, контролю, перетворення і продуктивності.

  2.5.3. Діаграми структурного аналізу

Діаграми структурного аналізу представлені в таблиці 4.

 

Таблиця 4.

Діаграми структурного аналізу

Діаграма	Опис	Елементи
Бізнес-процес	Методологія IDEF0: існуюча модель бізнесу (AS-IS); оцінка моделі бізнесу; ідеальна моделі бізнесу (TO-BE)	Роботи - процеси, функції або задачі, що відбуваються в плині визначеного часу і мають розпізнавані результати. Входи – матеріали або інформація, що використовуються або перетворяться роботою для одержання результату (виходу). Виходи – матеріали або інформація, що виробляються роботою. Механізми – ресурси, що виконують роботу, наприклад персонал організації, верстати, пристрої і т.д. Керування – правила, стратегії, процедури або стандарти, якими керується робота.
Потік даних	Діаграма потоку даних (Data flow diagram (DFD)): рух даних у, з, і усередині інформаційної системи; процеси перетворення і збереження даних.	Потоки даних - рух даних між процесами, зовнішніми сутностями і сховищами. Процеси - представлення перетворення потоків вхідних даних у потоки вихідних даних. Сховища даних - ручні або автоматизовані сховища даних. Зовнішні сутності (зовнішні інтерфейси) - зовнішні джерела або одержувачі інформації за межами системи.

 

IDEF0 діаграма бізнесу-процесу являє собою сукупність ієрархічно вибудованих діаграм, кожна з яких є описом якого-небудь процесу. Побудова моделі починається з опису функціональності моделируемой системи в цілому (контекстна діаграма).

Взаємодія з навколишнім світом описується в термінах входу (дані або об'єкти, споживані або змінювані процесом), виходу (основний результат діяльності процесу, кінцевий продукт), керування (стратегії і процедури, якими керується процес) і механізмів (ресурси, необхідні для процесу) (див. мал. 1.).

Рис. 1. Елемент IDEF0-діаграми

 

Діаграма потоку даних (Data flow diagram (DFD)) - основний інструмент структурного аналізу, що графічно ілюструє складені процеси системи і потік даних між ними.

Діаграми потоку даних створюються за допомогою використання чотирьох базових позначень, показаних на мал. 3.

Основні елементи діаграми потоку даних

Рис. 3. Позначення діаграми потоку даних

Діаграми можуть використовуватися, щоб представляти процеси високого рівня також, як деталі нижчого рівня. За допомогою розділених на рівні діаграм потоку даних, складний процес може бути розбитий на проміжні рівні деталізації. Повна система може бути розділена на підсистеми з діаграмою потоку даних високого рівня. Кожна підсистема, у свою чергу, може бути розділена в додаткові підсистеми з діаграмами потоку даних нижчого рівня, а підсистеми нижчого рівня можуть бути розбиті знову, поки не буде досягнутий найнижчий рівень деталізації.

Контекстна діаграма - діаграма потоку даних загального представлення, що зображує повну систему як єдиний процес з його головними введеннями і висновками.

На мал. 4. представлено контекстну діаграму системи ведення обліку пенсій і виплат. Ця діаграма надає короткий огляд повної системи ведення обліку пенсійних посібників і виплат, показуючи її головні введення і висновки. Контекстна діаграма зображує повну систему як єдиний процес, що може бути розбитий на більш детальні діаграми потоку даних більш низького рівня. Потік даних до і від цієї системи ведення обліку пенсійних посібників і виплат. Зовнішні сутності – відділ виплат, статистик страхового суспільства і службовець.

Рис. 5. представляє діаграму потоку даних нульового рівня для системи ведення обліку пенсійних посібників і виплат. Ця діаграма потоку даних розбиває контекстну діаграму в більш детальне представлення систем ведення обліку пенсійних посібників і виплат. Вона показує, що система складається з п'яти головних процесів, що можуть, у свою чергу, бути розбиті на більш детальні діаграми потоку даних.

Рис. 4. Контекстна діаграма системи ведення обліку пенсій і виплат

.

Рис. 5. Діаграма потоку даних нульового рівня для системи ведення обліку пенсійних посібників і виплат

  2.5.4. Засоби документування структурного аналізу

Засобу документування структурного аналізу представлені в таблиці 5.

 

Таблиця 5.

Засобу документування структурного аналізу

Засіб	Опис	Елементи
Словник даних	Опис даних, що містить інформацію щодо індивідуальних частин даних і угруповань даних усередині системи	Елемент Формат Значення Частота Обсяг Користувачі Захист Процеси.
Специфікації процесу	Опис логіки процесів, що відбуваються в кружках найнижчого рівня діаграми декомпозиції і документування правил прийняття рішень.	Таблиця рішень - представлення у формі таблиці умов, що впливають на рішення. Дерево рішень – представлення умов, яки впливають на рішення у виді послідовної деревоподібної діаграми. Псевдокод - метод вираження логіки програми, що використовує прості вираження звичайної мови, а не графічні символи

Словник даних, використовуваний у структурному аналізі, може бути розширений і використовуватися протягом процесу розробки систем, щоб допомогти системним розроблювачам стежити за всіма деталями відносно даних, функцій і процесів, що накопичуються для кожної системи.

Наприклад, вхід словника даних для потоку даних "Вихідна допомога":

Вихідні допомога = Сума звичайної вихідної допомоги

+ Дата звичайної оплати

+ Передчасна вихідна допомога

+ Дата передчасної оплати

+ Опція з нагоди втрати годувальника

Таблиця рішень представляє рішення графічно в таблиці, що виражає ряд умов. Коли деякі умови виконуються (так, немає), рішення робляться відповідно до зазначених правил. Таблиця повинна визначити всі можливі умови, що впливають на рішення.

Формат таблиці рішень

·          Заголовок, що ідентифікує таблицю.

·          Стовпчики умов із входами для кожної можливої умови.

·          Інструкції дії з входами для кожної можливої дії, що могло бути прийняте. Такі дії будуть визначені представленими умовами і правилами прийняття рішень, що керують процесом прийняття рішень.

На мал. 6. представлено таблицю рішень для щомісячних виписок рахунка грошового ринку. Таблиця рішень на цьому малюнку документує логікові обробки для посилки щомісячних виписок по рахунку. Вона зображує умови – баланс рахунка і рівень активності рахунка, що визначають, чи дійсно інвестиційний фонд грошового ринку посилає щомісячні виписки по балансі рахунка з попередженнями інвесторам.

Рис. 6. Таблиця рішень для щомісячних виписок рахунка грошового ринку

 

Дерево рішень нагадує галузі дерева. Різні альтернативи відгалужуються від початкової крапки прийняття рішень. Початкове рішення - корінь дерева. Галузі відображаються ліворуч праворуч. Вузли дерева показують умови. Наступний шлях, що буде обраний, залежить від результату визначення, щодо якого умова існує. Праворуч від дерева - дії, що можуть бути прийняті, у залежності від послідовності умов і альтернатив, що випливають. Як галузі розвиваються, залежить від природи зробленого рішення - умов і альтернатив.

Рис. 7. ілюструє дерево рішень для щомісячних виписок рахунка грошового ринку.

Рис. 7. Дерево рішень для щомісячних виписок рахунка грошового ринку

 

Таблиця 7.

Застосування дерева рішень і таблиці рішень

Дерево рішень	Таблиця рішень
Проста система Висвітлювання шляхів рішення і послідовності рішень	Складна система: численні послідовності кроків і комбінацій умов Представлення критеріїв вибору даного шляху

Псевдокод використовує оповідальні вираження, а не графічні символи типу дерев або таблиць, щоб описати процедуру. Перевага псевдокоду в тім, що системні розроблювачі, можу сконцентруватися на розробці логіки обробки, незалежно від синтаксичних вимог (правил формулювання команд) будь-якої мови програмування. Якщо логіка стійка, псевдокод може бути легко отрансльований у мову програмування. Структурна звичайна мова подібна псевдокодові, у якому він використовує логічні конструкції псевдокоду, але його термінологія більш зрозуміла кінцевими користувачами, чим псевдокод.

Псевдокод використовує ті ж самі логічні моделі як основні керуючі структури структурного програмування (див. мал. 8.):

·          Послідовна структура - послідовні окремі кроки або дії в логіку програми, що не залежать від існування будь-якої умови.

·          Структура вибору - логічна модель у програмуванні, де сформульоване умова визначає, яке з двох або більш дій може бути обране в залежності від того, чому сформульована умова задовольняє.

·          Ітеративна структура - логічна модель у програмуванні, де деякі дії повторюються, поки зазначена умова виконується або поки деяка умова не виконається.

Рис. 8. Керуючі структури псевдокоду

Рис. 9. показує, як правила прийняття рішень для щомісячних виписок по рахунку інвестиційного фонду грошового ринку виражаються в псевдокоді.

Рис. 9. Псевдокод для щомісячної виписки по рахунку грошового ринку

2.6. Структурне проектування і програмування 2.6.1. Структурне проектування

Структурний аналіз формує документ структурних специфікацій, що є вихідним для процесу структурного проектування.

Структурне проектування - дисципліна проектування програмного забезпечення, що узагальнює звід проектних правил і технік для проектування системи зверху вниз ієрархічним способом.

Основне правило структурного проектування - система повинна розроблятися зверху вниз ієрархічним способом, і уточняться за допомогою збільшення рівнів деталізації.

Проект повинний спочатку розглянути основну функцію програми або системи, потім розбити цю функцію на підфункції і декомпозувати кожну підфункцію, поки не буде досягнутий самий нижній рівень деталізації.

Структурне проектування сприяє ясності і простоті програми, у такий спосіб зменшуючи час і роботи, необхідні для кодування, налагодження і супроводи. Завдяки структурному проектуванню, уся логіка високого рівня і модель проекту розробляються перш, ніж буде написаний детальний код програми.

Структурна діаграма

Як тільки проект сформульований, він документується в структурній діаграмі.

Структурна діаграма - системна документація, що показує кожен рівень проекту, залежність між рівнями, і загальне місце в структурі проекту; може документувати одну програму, одну систему або частину однієї програми.

Рис. 1. показує структурну діаграму верхнього рівня системи платіжної відомості.

Ця структурна діаграма показує найвищий або більш абстрактний рівень проекту системи платіжної відомості, надаючи короткий огляд повної системи.

Рис. 1. Структурна діаграма верхнього рівня системи платіжної відомості

 

Рис. 2. показує детальну структурну діаграму системи платіжної відомості. Ця детальна структурна діаграма показує функції, задані для обчислення зарплати до відрахувань у системі платіжної відомості. Ця діаграма показує проміжний рівень проекту. Більш детальна структурна діаграма потрібно, щоб показати самі нижні рівні проекту для обчислення зарплати до відрахувань.

Рис. 2. Детальна структурна діаграма системи платіжної відомості

  2.6.2. Структурне програмування

Структурне програмування розширює керуючі принципи структурного проектування до написання програм.

Структурне програмування - дисципліна організації і кодування програм, що спрощує способи контролю для того, щоб програми могли бути легкі для розуміння і зміни.

Основне правило структурного програмування – спадна розробка програми і розбивка її на модулі.

Структурне програмування використовує основні керуючі структури і модулі, що мають тільки одну крапку входу й одну крапку виходу. Вимоги до модулів програми представлені в таблиці 1.

 

Таблиця 1.

Вимоги до модулів програми

Вимога	Опис
Одна функція	Модуль - логічний елемент, що виконує одну або мале число функцій.
Незалежність	Незалежність модулів друг від друга. Один вхід і вихід з батьківських модулів. Мінімізація спільного використання.
Чіткість зв'язків	Відсутність неясних зв'язків з іншими модулями. Виключення "хвильового ефекту" - зміна в одному модулі не повинне викликати непередбачені зміни в інших модулях. Мінімізація зв'язків між модулями - зменшення помилок, що можуть поширюватися на інші частини системи.
Керований розмір	Читабельність коду модуля програми Легкість простежування його функцій. Команди програми не повинні блукати і повинні виконаються спадним способом.

Основні керуючі конструкції

Структурне програмування довело, що будь-яка програма може бути написана, за допомогою трьох основних керуючий конструкцій:

·          конструкція послідовності - виконання інструкцій у порядку, у якому вони з'являються, з керуванням, безумовно, що переходить від однієї інструкції до наступної.

·          конструкція вибору - перевірка умови і виконання однієї з двох альтернативних команд, заснованих на результатах перевірки.

·          ітеративна конструкція - повторення сегмента коду, поки перевірка умови не поверне істину.

Керуючі конструкції представлені на мал. 3.

Рис. 3. Основні керуючі конструкції

Будь-яка комбінація керуючих структур може містити будь-як вид логіки обробки, необхідною програмою. Існує один вхід і вихід для кожної структури. Керуючі структури можуть випливати одна за інший або бути вкладеними, як показано на мал. 4. Керуючі структури структурного програмування можуть використовуватися в будь-якій мові програмування.

Рис. 4. Вкладені керуючі конструкції

  2.6.3. Блок-схеми

Складання блок-схеми - старий інструмент проектування, що усе ще використовується. Системні блок-схеми деталізують потік даних через всю інформаційну систему. Блок-схеми програми описують процеси, що мають місце в межах індивідуальної програми в системі й у послідовності, у якій вони повинні бути виконані. Складання блок-схеми більше не рекомендується для розробки програми, тому що це не забезпечує модульну структуру зверху вниз так ефективно як інші методи.

Системні блок-схеми можуть використовуватися для документування фізичних специфікацій проекту, тому що вони можуть показувати усі введення, головні файли, обробку і висновки системи, і вони можуть документувати ручні процедури.

Блок-схеми системи

Блок-схема системи - інструмент графічного проектування, що зображує фізичні носії і послідовність кроків обробки, використовувані у всій інформаційній системі.

За допомогою спеціалізованих символів і лінії зв'язку, блок-схема системи показує всі процеси, що мають місце; дані, що діють на кожнім кроці; і залежності між процесами.

Задачі блок-схеми системи

·          Представлення загальної структури системи.

·          Відображення потік інформації і робіт.

·          Представлення фізичних носіїв, на яких уводяться, виводяться і зберігаються дані.

·          Виділення ключової обробки і крапок прийняття рішень.

Рис. 5. показує основні символи блок-схеми системи.

Рис. 5. Основні символи блок-схеми системи

 

Рівні деталізації

Блок-схеми системи можуть охоплювати різні рівні деталізації. Рис. 6. показує блок-схему системи для системи платіжної відомості. Це блок-схема системи високого рівня для пакетної системи платіжної відомості. Ілюструються тільки найбільш важливі процеси і файли. Дані вводяться з двох джерел: карти контролю часу і зв'язані з оплатою дані (збільшення платні і т.д.), передані із системи людських ресурсів. Дані спочатку редагуються і перевіряються на підставі існуючий майстер файлу платіжної відомості перш, ніж модифікується майстер файл платіжної відомості. Процес модифікації робить обновлений майстер файл платіжної відомості, різні звіти платіжної відомості (типу регістра платіжної відомості і регістра годин), чеки, стрічку прямого депозиту і файл дані оплати, що повинний бути переданий у систему фінансового обліку організації. Стрічка прямого депозиту посилається в автоматизовану клірингову палату, що обслуговує банки, що пропонують послуги прямого депозиту службовцем.

Рис. 6. Блок-схема системи для системи платіжної відомості

Рис. 7. представляє детальна блок-схема системи платіжної відомості. Ця блок-схема - детальний вид частини системи платіжної відомості, що зосереджується на редагуванні і перевірці правильності трансакції. Трансакції завантажуються при введенні, сортуються, редагуються і перевіряються на підставі майстер файлу платіжної відомості. Окремі файли створюються, щоб відокремити неправильні трансакції від правильних трансакцій. Правильні трансакції передаються для подальшої обробки. Неправильні трансакції виправляються і повторно представляються. Виробляються звіти, що перелічують правильні і неправильні трансакції.

Рис. 7. Детальна блок-схема системи платіжної відомості

  2.6.4. Обмеження традиційних методів

Традиційний структурний підхід добре служив професіоналам інформаційних систем і їхньому співтовариству користувачів. Проте, він має свої недоліки. Більшість критиків думає, що структурні методології будуть повільному і байдужними до швидко змінюється діловому світові. Основні проблеми традиційних методів представлені в таблиці 3.

Були розроблені нові структурні методи, щоб вирішити багато хто з цих проблем.

Нові структурні підходи до розробки

·          Спільний прикладний проект (Join application design (JAD)) - метод проектування, що збирає користувачів і професіоналів разом в одній кімнаті для інтерактивного проектування системи. Належним образом підготовленої і забезпечені, сесії JAD можуть значно прискорити фазу проектування при включенні користувачів у проект, на рівні попередньо не можливому.

·          Макетування. Макетування прискорює проект при більшому залученні користувачів і збільшує гнучкість усього процесу.

 

Таблиця 3.

Обмеження традиційних методів

Обмеження	Опис
Процес дуже лінійний	Процес повинний виконаються в строгій послідовності : структурний аналіз; структурне проектування; структурне програмування. Повільність великий проект розробки системи буде тривати від одного до двох років. Збільшення витрат, у той час, коли скорочення витрат поміщено в центр уваги.
Не гнучкість	Специфікації, що формуються на початку, обмежують зміни, який необхідно робити при зміні ділових потреб. Зміна в специфікаціях вимагає, щоб документи аналізу і потім документи проекту змінилися перш, ніж програми можуть бути змінені, щоб відбити нова вимога.
Функціональна орієнтація	Зосереджуються на процесах, що перетворюють дані. Збереження даних описується як придаток до цих процесів. Дані є більш постійними, чим процеси, що використовують або перетворюють них. Системи, що зосереджуються на процесах, часто великі і негнучкі. Системи, що зосереджуються на даних, можуть бути меншими і набагато більш гнучкими, роблячи їх легенями для зміни і більш чуттєвими до зміни ділових потреб.
Відсутність багаторазового використання коду - критична проблема продуктивності	Необхідність написання окремої процедури програмування, щораз, коли повинне бути виконана дія над визначеною частиною даних. Модуляризація програми не може вирішити проблему багаторазового використання.
Необхідність гарної підготовки і великого досвіду	Структурні методології розраховані на професіоналів інформаційних систем. Недолік розуміння бізнесу професіоналами ІС Повільна реакція відділів інформаційних систем на зміни потреб організації.

ТЕМА 8. УПРАВЛІННЯ ПРОЦЕСАМИ ПРОЕКТУВАННЯ ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ

1.         Інформаційна система, яка за планове організаційна зміна.

2.         Перепроектування бізнес-процесів.

3.         Учасники розробки систем.

4.         Управління процесом розробки.

5.         Проектний менеджмент.

6.         Концепція методів планування, організації та контролю проектів.

1. Інформаційні системи як запланована організаційна зміна

Інформаційна система - социотехнический об'єкт, сукупність технічних і соціальних елементів.

Уведення нової інформаційної системи включає набагато більше, ніж нові апаратні засоби і програмне забезпечення. Воно також включає зміни в роботах, уміннях, керуванні й організації. Коли ми розробляємо нову інформаційну систему, ми перепроектуємо організацію.

Один з найбільш важливих моментів, якому потрібно знати при створенні нової інформаційної систем - те, що цей процес є одним видом запланованої організаційної зміни.