ГЛАВА 8

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРУКТУРНЫХ МЕТОДОЛОГИЙ

Методология структурного анализа и проектирования ПО определяет руководящие указания для оценки и выбора проекта разрабатываемого ПО, шаги работы, которые должны быть выполнены, их последовательность, правила распределения и назначения операций и методов.

В настоящее время успешно используются практически все известные методологии структурного анализа и проектирования, однако наибольшее распространение получили методологии SADT (Structured Analysis and Design Technique), структурного системного анализа Гейна-Сарсона (Gane-Sarson), структурного анализа и проектирования Йодана/Де Марко (Yourdon/De Marko), развития систем Джексона (Jackson), развития структурных систем Варнье-Орра (Warnier-Orr), анализа и проектирования систем реального времени Уорда-Меллора (Ward-Mellor) и Хатли (Hatley), информационного моделирования Мартина (Martin).

Перечисленные структурные методологии жестко регламентируют фазы анализа требований и проектирования спецификаций и отражают подход к разработке ПО с позиций рецептов "кулинарной книги". Спецификации требований включают особенности ПО и его прогнозируемые характеристики, проекты пользовательских интерфейсов (меню, экраны и формы), критерии работоспособности ПО, программное и аппаратное окружение. Полученный документ спецификаций требований в дальнейшем преобразуется в проект архитектуры, детализирующий предполагаемую реализацию ПО. Проект архитектуры идентифицирует главные модули, маршруты связи по данным и управлению между модулями, основные подпрограммы внутри каждого модуля, структуры данных, спецификации форматов входных и выходных файлов. Для ключевых процессов проектные спецификации часто включают детали алгоритмов на языке проектирования миниспецификаций. Обычно предлагается следующая последовательность шагов при проектировании спецификаций:

разделение проекта на 10-50 модулей;

организация иерархии модулей;

определение маршрутов данных между модулями;

определение форматов внешних файлов;

определение способов доступа к внешним файлам;

определение структур данных;

проектирование ключевых алгоритмов;

определение подпрограмм внутри каждого модуля.

Структурные методологии предлагают методику трансляции проектных спецификаций в модель реализации, в дальнейшем используемую при кодогенерации. Кодогенерация предполагает наличие кодовых стандартов, специфицирующих формат заголовков подпрограмм, ступенчатый вид вложенных блоков, номенклатуру для спецификации переменных и имен подпрограмм и т.п.

Несмотря на достаточно широкий спектр используемых методов и диаграммных техник, большинство методологий базируется на следующей "классической" совокупности:

диаграммы потоков данных в нотации Йодана/Де Марко или Гейна-Сарсона, обеспечивающие анализ требований и функциональное проектирование информационных систем;

расширения Хатли и Уорда-Меллора для проектирования систем реального времени, основанные на диаграммах переходов состояний, таблицах и деревьях решений, картах и схемах потоков управления;

диаграммы "сущность-связь" (в нотации Чена или Баркера) или скобочные диаграммы Варнье-Орра для проектирования структур данных, схем БД, форматов файлов как части всего проекта;

структурные карты Джексона и/или Константайна для проектирования межмодульных взаимодействий и внутренней структуры модулей, позволяющие развить модель анализа, построенную на базе вышеперечисленных средств, до модели реализации.

Современные структурные методологии анализа и проектирования классифицируются по следующим признакам:

по отношению к школам - Software Engineering (SE) и Information Engineering (IE);

по порядку построения модели - процедурно-ориентированные, ориентированные на данные и информационно-ориентированные;

по типу целевых систем - для систем реального времени (СРВ) и для информационных систем (ИС).

SE является нисходящим поэтапным подходом к разработке ПО, начинающейся с общего взгляда на его функционирование. Затем производится декомпозиция на подфункции, и процесс повторяется для подфункций до тех пор, пока они не станут достаточно малы для их реализации кодированием. В результате получается иерархическая, структурированная, модульная программа. SE является универсальной дисциплиной разработки ПО, успешно применяющейся как при разработке систем реального времени, так и при разработке информационных систем. IE - более новая дисциплина. С одной стороны, она имеет более широкую область применения, чем SE: IE является дисциплиной построения систем вообще, а не только систем ПО, и включает этапы более высокого уровня (например, стратегическое планирование), однако на этапе проектирования систем ПО эти дисциплины аналогичны. С другой стороны, IE - более узкая дисциплина, чем SE, т.к. IE используется только для построения информационных систем, а SE - для всех типов систем.

Разработка ПО основана на модели ВХОД-ОБРАБОТКА-ВЫХОД: данные входят в систему, обрабатываются или преобразуются и выходят из системы. Такая модель используется во всех структурных методологиях. При этом важен порядок построения модели. Традиционный процедурно-ориентированный подход регламентирует первичность проектирования функциональных компонент по отношению к проектированию структур данных: требования к данным раскрываются через функциональные требования. При подходе, ориентированном на данные, вход и выход являются наиболее важными - структуры данных определяются первыми, а процедурные компоненты являются производными от данных. Информационно-ориентированный подход, как часть IE-дисциплины, отличается от подхода, ориентированного на данные, тем, что позволяет работать с неиерархическими структурами данных.

Таблица 8.1

Основная особенность систем реального времени заключается в том, что они контролируют и контролируются внешними событиями; реагирование на эти события во времени - основная и первоочередная функция таких систем. Главные отличия информационных систем от систем реального времени приведены в таблице 8.1, средствами поддержки этих особенностей и различаются соответствующие структурные методологии.

Таблица 8.2

Таблица 8.2 классифицирует наиболее часто используемые методологии в соответствии с вышеперечисленными признаками (данные по частоте использования получены на основе анализа информации по 127 CASE-пакетам).

Во всех перечисленных методологиях проектирования информационных систем в различных комбинациях используются приведенные в таблице 8.3 техники структурных диаграмм.

Необходимо отметить, что для проектирования систем реального времени используются специальные типы структурных диаграмм: диаграммы потоков управления, диаграммы переходов состояний, контекстные графы, матрицы состояний/событий, таблицы решений и др.

Таблица 8.3

Однако многие из них являются вариациями структурных диаграмм для проектирования информационных систем. Более того, известные методологии проектирования систем реального времени (в частности, методологии Хатли и Уорда-Меллора) базируются на перечисленных методологиях проектирования информационных систем, расширяя их соответствующими диаграммными техниками.

Ниже рассматриваются основные принципы и особенности некоторых из наиболее часто используемых методологий анализа и проектирования.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРУКТУРНЫХ МЕТОДОЛОГИЙ

Методология структурного анализа и проектирования ПО определяет руководящие указания для оценки и выбора проекта разрабатываемого ПО, шаги работы, которые должны быть выполнены, их последовательность, правила распределения и назначения операций и методов.

В настоящее время успешно используются практически все известные методологии структурного анализа и проектирования, однако наибольшее распространение получили методологии SADT (Structured Analysis and Design Technique), структурного системного анализа Гейна-Сарсона (Gane-Sarson), структурного анализа и проектирования Йодана/Де Марко (Yourdon/De Marko), развития систем Джексона (Jackson), развития структурных систем Варнье-Орра (Warnier-Orr), анализа и проектирования систем реального времени Уорда-Меллора (Ward-Mellor) и Хатли (Hatley), информационного моделирования Мартина (Martin).

Перечисленные структурные методологии жестко регламентируют фазы анализа требований и проектирования спецификаций и отражают подход к разработке ПО с позиций рецептов "кулинарной книги". Спецификации требований включают особенности ПО и его прогнозируемые характеристики, проекты пользовательских интерфейсов (меню, экраны и формы), критерии работоспособности ПО, программное и аппаратное окружение. Полученный документ спецификаций требований в дальнейшем преобразуется в проект архитектуры, детализирующий предполагаемую реализацию ПО. Проект архитектуры идентифицирует главные модули, маршруты связи по данным и управлению между модулями, основные подпрограммы внутри каждого модуля, структуры данных, спецификации форматов входных и выходных файлов. Для ключевых процессов проектные спецификации часто включают детали алгоритмов на языке проектирования миниспецификаций. Обычно предлагается следующая последовательность шагов при проектировании спецификаций:

разделение проекта на 10-50 модулей;

организация иерархии модулей;

определение маршрутов данных между модулями;

определение форматов внешних файлов;

определение способов доступа к внешним файлам;

определение структур данных;

проектирование ключевых алгоритмов;

определение подпрограмм внутри каждого модуля.

Структурные методологии предлагают методику трансляции проектных спецификаций в модель реализации, в дальнейшем используемую при кодогенерации. Кодогенерация предполагает наличие кодовых стандартов, специфицирующих формат заголовков подпрограмм, ступенчатый вид вложенных блоков, номенклатуру для спецификации переменных и имен подпрограмм и т.п.

Несмотря на достаточно широкий спектр используемых методов и диаграммных техник, большинство методологий базируется на следующей "классической" совокупности:

диаграммы потоков данных в нотации Йодана/Де Марко или Гейна-Сарсона, обеспечивающие анализ требований и функциональное проектирование информационных систем;

расширения Хатли и Уорда-Меллора для проектирования систем реального времени, основанные на диаграммах переходов состояний, таблицах и деревьях решений, картах и схемах потоков управления;

диаграммы "сущность-связь" (в нотации Чена или Баркера) или скобочные диаграммы Варнье-Орра для проектирования структур данных, схем БД, форматов файлов как части всего проекта;

структурные карты Джексона и/или Константайна для проектирования межмодульных взаимодействий и внутренней структуры модулей, позволяющие развить модель анализа, построенную на базе вышеперечисленных средств, до модели реализации.

Современные структурные методологии анализа и проектирования классифицируются по следующим признакам:

по отношению к школам - Software Engineering (SE) и Information Engineering (IE);

по порядку построения модели - процедурно-ориентированные, ориентированные на данные и информационно-ориентированные;

по типу целевых систем - для систем реального времени (СРВ) и для информационных систем (ИС).

SE является нисходящим поэтапным подходом к разработке ПО, начинающейся с общего взгляда на его функционирование. Затем производится декомпозиция на подфункции, и процесс повторяется для подфункций до тех пор, пока они не станут достаточно малы для их реализации кодированием. В результате получается иерархическая, структурированная, модульная программа. SE является универсальной дисциплиной разработки ПО, успешно применяющейся как при разработке систем реального времени, так и при разработке информационных систем. IE - более новая дисциплина. С одной стороны, она имеет более широкую область применения, чем SE: IE является дисциплиной построения систем вообще, а не только систем ПО, и включает этапы более высокого уровня (например, стратегическое планирование), однако на этапе проектирования систем ПО эти дисциплины аналогичны. С другой стороны, IE - более узкая дисциплина, чем SE, т.к. IE используется только для построения информационных систем, а SE - для всех типов систем.

Разработка ПО основана на модели ВХОД-ОБРАБОТКА-ВЫХОД: данные входят в систему, обрабатываются или преобразуются и выходят из системы. Такая модель используется во всех структурных методологиях. При этом важен порядок построения модели. Традиционный процедурно-ориентированный подход регламентирует первичность проектирования функциональных компонент по отношению к проектированию структур данных: требования к данным раскрываются через функциональные требования. При подходе, ориентированном на данные, вход и выход являются наиболее важными - структуры данных определяются первыми, а процедурные компоненты являются производными от данных. Информационно-ориентированный подход, как часть IE-дисциплины, отличается от подхода, ориентированного на данные, тем, что позволяет работать с неиерархическими структурами данных.

Таблица 8.1

Основная особенность систем реального времени заключается в том, что они контролируют и контролируются внешними событиями; реагирование на эти события во времени - основная и первоочередная функция таких систем. Главные отличия информационных систем от систем реального времени приведены в таблице 8.1, средствами поддержки этих особенностей и различаются соответствующие структурные методологии.

Таблица 8.2

Таблица 8.2 классифицирует наиболее часто используемые методологии в соответствии с вышеперечисленными признаками (данные по частоте использования получены на основе анализа информации по 127 CASE-пакетам).

Во всех перечисленных методологиях проектирования информационных систем в различных комбинациях используются приведенные в таблице 8.3 техники структурных диаграмм.

Необходимо отметить, что для проектирования систем реального времени используются специальные типы структурных диаграмм: диаграммы потоков управления, диаграммы переходов состояний, контекстные графы, матрицы состояний/событий, таблицы решений и др.

Таблица 8.3

Однако многие из них являются вариациями структурных диаграмм для проектирования информационных систем. Более того, известные методологии проектирования систем реального времени (в частности, методологии Хатли и Уорда-Меллора) базируются на перечисленных методологиях проектирования информационных систем, расширяя их соответствующими диаграммными техниками.

Ниже рассматриваются основные принципы и особенности некоторых из наиболее часто используемых методологий анализа и проектирования.