Тема 4: Проектирование ис
В теории принятия решений процесс проектирования ИС – это процесс принятия проектно-конструкторских решений, направленных на получение описания системы (проекта ИС), удовлетворяющего требованиям заказчика. Под проектом ИС будем понимать проектно-конструкторскую и технологическую документацию, в которой представлено описание проектных решений по созданию и эксплуатации ИС в конкретной программно-технической среде.
Целью проектирования является подбор технического и формирование информационного, математического, программного и организационно-правового обеспечения.
Для создания ИС используются различные ИТ. К ним относится CASE-технологии – системы автоматизации проектных работ (САПР), применяемых для создания программно-информационных технологий ИС.
Как результат CASE-технологии выдают инфологическую структуру ПО или проект ИС в целом графическом виде (дерево или сеть).
Жизненный цикл ИС (ЖЦ ИС) – это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о создании системы и заканчивается в момент полного изъятия системы из эксплуатации.
планирование и анализ требований (предпроектная стадия) – системный анализ. Исследование и анализ существующей ИС, определение требований к создаваемой ИС, оформление технико-экономического обоснования (ТЭО) и тех. задания на разработку ИС.
проектирование (техническое проектирование, логическое проектирование). Разработка в соответствии с заявленными требованиями состава автоматизируемых функций (функциональная архитектура) и состава обеспечивающих подсистем (системная архитектура), оформление технического проекта ИС.
реализация (рабочее проектирование, физическое проектирование, программирование). Разработка и настройка программ, наполнение баз данных, создание рабочих инструкций для персонала, оформление рабочего проекта.
внедрение (тестирование, опытная эксплуатация). Комплексная отладка подсистем ИС, обучения персонала, поэтапное внедрение ИС в эксплуатацию по подразделениям экономического объекта, оформление акта о приемо-сдаточных испытаниях ИС.
эксплуатация ИС (сопровождение, модернизация). Сбор рекламаций и статистики о функционировании ИС, исправление ошибок и недоработок, оформление требований к модернизации ИС и ее выполнение (повторение стадий 2-5).
Основные особенности ЖЦ
отсутствие чётко детерминированных границ между соседними состояниями системы (начало и конец каждого этапа ЖЦ накладываются и не могут быть точно определены во времени)
статичность системы (ЖЦ представляет собой некое застывшее отображение реального процесса, задающее в явном виде только перечень и логическую последовательность этапов).
Структура ЖЦ ПО ИС по стандарту ISO/ IEC 12207 (ISO – International Orga nization of Standardization – Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical commission – Международная комиссия по электротехники) базируется на трех группах процессов:
основные процессы (приобретение, постановка, разработка, эксплуатация, сопровождение);
вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификации, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);
организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры, прокта, обучение).
Под моделью ЖЦ обычно понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении ЖЦ.
Каскадная модель ЖЦ
Для нее характерна автоматизация отдельных несвязанных задач, не требующая выполнения информационной интеграции и совместимости, программного, технического и организационного сопряжения. Т.е. характерно что ИС является однородной и ее ПО определяется как единой (с ней) целое.
Достоинства каскадной модели ЖЦ ИС:
- на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации. На заключительном этапе разрабатывается пользовательская документация, охватывающая все виды обеспечения ИС: организационное, методическое, информационное, программное, аппаратное.
- выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения и соответствующие затраты
Недостатками каскадной модели ЖЦ ИС, ограничивающими применение ее при разработке ИС являются:
существенная задержка получения результатов;
ошибки, недоработки допущенные на любом из этапов выясняются на последующих этапах, что приводит к возврату на предыдущие стадии
(скрытый) конфликт в коллективе разработчиков обусловлен возвратом части проекта на предыдущую стадию и поиском причин и виновных
сложность распараллеливания работ по проекту
сложность управления проектом
высокий уровень риска, ненадежность инвестиций
Спиральная модель ЖЦ ИС
Позволяет сначала разрабатывать такие общесистемные вопросы как организация интегрирования баз данных, технология сбора, передачи и накопления информации, а затем технология решения конкретных задач.
Спиральная модель позволяет начать работу над следующим этапом, не дожидаясь завершения предыдущего. Целью является как можно раньше ознакомить пользователей с работоспособным продуктом, корректирую при необходимости требования к разрабатываемому продукту и каждый «виток» спирали означает создание фрагмента или версии.
Преимуществами спиральной модели являются:
- процесс разработки и процесс управления более гибкий
- упрощается процесс внесения изменений в проект при изменении требований
- отдельные элементы ИС интегрируются в единое целое постепенно;
- система более надежна и устойчива, т.к. ошибки обнаруживаются и исправляются на каждой итерации (Итерация в программировании — организация обработки данных, при которой действия повторяются многократно, не приводя при этом к вызовам самих себя (не путать с рекурсией).
Основная проблема спирального цикла – определение момента перехода на следующий этап. Возможным ее решением является принудительное ограничение во времени каждого цикла. Полезно следовать принципу «лучшее – враг хорошего». Наиболее полно достоинства такой модели проявляются при обслуживании программных средств.
Сравнивая эти модели, можно сказать что каскадная модель более универсальна, спиральная же модель более ориентирована именно на ИС, особенно на ПП.
Системы управления базами данных (БД)
База данных – совокупность структурированных данных относящихся к определенной предметной области и допускающей их оптимальное использование для одного или нескольких приложений.
Система управления БД – комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания БД, поддержание их в актуальном состоянии, обеспечения доступа пользователям к ним и организации поиска в них необходимой информации.
Банк данных (хранилище данных) – предметно-ориентированный, интегрированный, неизменчивый, поддерживающий хронологию набор данных, организованный для целей поддержки управления.
Банк данных система специально организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.
Модели баз данных
БД предполагает централизованное управление данными, что обеспечивает ряд преимуществ:
- сокращение избыточности хранимых данных благодаря однократному хранению каждого сообщения в БД;
- совместное использование хранимых данных всеми пользователями ИС;
- стандартизацию представления данных, упрощающую проблему эксплуатации БД и обмена данных между ИС;
- обеспечение процедур проверки достоверности информации и процедур ограничения доступа к ним;
- совмещение требований к использованию БД со стороны различных пользователей ИС.
Модель данных предст. собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными.
Иерархическая модель БД
Иерархическая структура представляет собой совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево).
Сетевая модель БД
В сетевой БД при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом. Сетевая БД характерна внутренними ссылками между структурами данных. Если от элемента В имеется ссылка на элемент А, возможен выбор элемента данных А.
Реляционная модель БД
БД, организованная в виде набора отношений ее компонентов. Реляционные БД предст. связанную между собой совокупность таблиц БД (ТБД). Связь между таблицами может находить свое отражение в структуре данных, а может только подразумеваться, то есть присутствовать на неформализованном уровне.
Каждая таблица БД представляется как совокупность строк и столбцов, где строки соответствуют экземпляру объекта, конкретному событию или явлению, а столбцы атрибутам (признакам, характеристикам, параметрам) объекта, события, явления.
Связи (отношения) между таблицами
Под первичным ключом понимается поле или набор полей, однозначно идентифицирующий запись. Значение первичного ключа в таблице БД должно быть уникальным, то в таблице не должно существовать двух или более записей с одинаковым значением первичного ключа.
Связь 1:1 (связь один к одному) обозначает такой тип связи между объектами А и В, когда каждому экземпляру объекта А соответствует один и только один экземпляр объекта В.
Связь 1:М (связь один ко многим) обозначает такой тип связи между двумя объектами, когда одному экземпляру объекта А может соответствовать 0, 1 или несколько экземпляров объекта В. Но каждому экземпляру объекта В соответствует только один экземпляр объекта А.
Связь М:1 (связь многие ко одному) является обратной связью 1:М.
Связь M:N (связь многие ко многим) обозначает такой тип связи между двумя объектами, когда каждому экземпляру объекта А может соответствовать 0, 1 или несколько экземпляров объекта В и наоборот.
Нормализация отношений – формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных.
Однако, у нормализованной БД есть и недостатки, прежде всего практического характера.
чем шире число сущностей, охватываемых предметной областью, тем из большего числа таблиц будет состоять нормализованная БД
другим недостатком нормализованной БД является необходимость считывать из таблицы связанные данные для выполнения запросов к нескольким таблицам БД. Операции поиска могут выполняться достаточно медленно, особенно когда одна из таблиц имеет большой объем , данные в базе данных и на диске фрагментированы, и т.д.
Достоинства Реляционной БД:
- простота. В Реляционной модели всего одна информационная конструкция, которая формализует табличное представление данных, привычное для пользователей-экономистов.
- теоретическое обоснование. Наличие теоретического обоснованных методов нормализации отношений и проверки ацикличности структуры позволяет получать БД с заданными характеристиками.
- независимость данных. Когда необходимо изменить структуру реляционной БД, это, как правило, приводит к минимальным изменениям в прикладных программах.
Недостатки Реляционной БД:
низкая скорость при выполнении операций соединения
большой расход памяти для представления Реляционной БД. Хотя проектирование в «третьей нормальной форме» рассчитано на минимальную избыточность (каждый факт представляется в БД один раз), другие модели данных обеспечивают меньший расход памяти для представления тех же фактов. Например, длина адреса связи обычно намного меньше, чем длина значения атрибута.
Организация доступа к данным в БД
Архитектура «файл-сервер»
Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одного из компьютеров сети в качестве главного, который называется файловым сервером (файл-сервер). На такой машине хранятся совместно используемые файлы и централизованная БД. Емкость дисковой памяти такого сервера больше, чем на обычном компьютере. Файловый сервер используется при этом только как хранилище, а собственно обработка осуществляется на компьютере пользователя. Все другие компьютеры сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной БД. Файлы БД в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится обработка. При большой интенсивности доступа к одни и тем же данным производительность ИС падает.
Архитектура «клиент-сервер»
В концепции клиент-сервер подразумевается, что, помимо хранения централизованной БД, главный компьютер (сервер БД) должен обеспечивать выполнение основного объема обработки данных. Программные системы архитектуры «клиент-сервер» состоят из 2 частей: ПО сервера и ПО пользователя-клиента. Работа этих систем организуется следующим образом – программы-клиенты выполняются на компьютере пользователя и формируют запрос, посылаемый к программе-серверу, которая работает на компьютере общего доступа. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Основная обработка данных производится мощным сервером, а на компьютер пользователя посылаются только результаты выполнения запроса. Извлеченные данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры «клиент-сервер» является использование языка запросов SQL. Сервер баз данных используется в мощных СУБД, таких как Microsoft SQL Server,Oracle и др., работающих с распределенными БД.
