52
функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый
фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются диаграммами
декомпозиции. После декомпозиции контекстной диаграммы проводится
декомпозиция каждого большого фрагмента системы на более мелкие и так
далее, до достижения нужного уровня подробности описания. После каждого
сеанса декомпозиции проводятся сеансы экспертизы - эксперты предметной
области указывают на соответствие реальных бизнес-процессов созданным
диаграммам. Найденные несоответствия исправляются, и только после
прохождения экспертизы без замечаний можно приступать к следующему
сеансу декомпозиции. Так достигается соответствие модели реальным
бизнес-процессам на любом и каждом уровне модели. Синтаксис описания
системы в целом и каждого ее фрагмента одинаков во всей модели.
Диаграмма дерева узлов показывает иерархическую зависимость работ,
но не взаимосвязи между работами. Диаграмм деревьев узлов может быть в
модели сколь угодно много, поскольку дерево может быть построено на
произвольную глубину и не обязательно с корня.
Диаграммы для экспозиции (FEO) строятся для иллюстрации
отдельных фрагментов модели, для иллюстрации альтернативной точки
зрения, либо для специальных целей.
3.3 UML
Унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language -
UML) - это язык для специфицирования, визуализации, конструирования и
документирования на основе объектно-ориентированный подхода разные
виды систем: программных, аппаратных, программно-аппаратных,
смешанных, явно включающие деятельность людей и т. д.
Помимо прочего, язык UML применяется для проектирования
реляционных БД. Для этого используется небольшая часть языка (диаграммы
классов), да и то не в полном объеме. С точки зрения проектирования
53
реляционных БД модельные возможности не слишком отличаются от
возможностей ER-диаграмм.
Диаграммой классов в терминологии UML называется диаграмма, на
которой показан набор классов (и некоторых других сущностей), не
имеющих явного отношения к проектированию БД), а также связей между
этими классами. Ограничения могут неформально задаваться на
естественном языке или формулироваться на языке объектных ограничений
OCL (Object Constraints Language).
Классом называется именованное описание совокупности объектов с
общими атрибутами, операциями, связями и семантикой. Графически класс
изображается в виде прямоугольника. Имя (текстовая строка), служит для
идентификации класса.
Атрибутом класса называется именованное свойство класса,
описывающее множество значений, которые могут принимать экземпляры
этого свойства. класс может иметь любое число атрибутов (в частности, не
иметь ни одного атрибута).
Операцией класса называется именованная услуга, которую можно
запросить у любого объекта этого класса. Операция - это абстракция того,
что можно делать с объектом. Класс может содержать любое число операций
(в частности, не содержать ни одной операции). Набор операций класса
является общим для всех объектов данного класса.
Рис. 9. Диаграмма классов
54
В диаграмме классов могут участвовать связи трех разных категорий:
зависимость (dependency), обобщение (generalization) и ассоциация
(association).
Зависимостью называют связь по применению, когда изменение в
спецификации одного класса может повлиять на поведение другого класса,
использующего первый класс. Если интерфейс второго класса изменяется,
это влияет на поведение объектов первого класса. Зависимость показывается
прерывистой линией со стрелкой, направленной к классу, от которого
имеется зависимость.
Рис. 10. Диаграмма зависимость
Связью-обобщением называется связь между общей сущностью,
называемой суперклассом, или родителем, и более специализированной
разновидностью этой сущности, называемой подклассом, или потомком.
Обобщения иногда называют связями "is a", имея в виду, что класс-потомок
является частным случаем класса-предка. класс-потомок наследует все
атрибуты и операции класса-предка, но в нем могут быть определены
дополнительные атрибуты и операции.
Одиночное наследование, когда у каждого подкласса имеется только
один суперкласс) является достаточным в большинстве случаев применения
связи-обобщения. Однако в UML допускается и множественное
наследование, когда один подкласс определяется на основе нескольких
суперклассов.
55
3.4 DFD
Диаграммы потоков данных используются для описания движения
документов и обработки информации как дополнение к IDEF0. В отличие от
IDEF0, где система рассматривается как взаимосвязанные работы и стрелки
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. 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.
Процессы. Процесс преобразует значения данных. Процессы самого
нижнего уровня представляют собой функции без побочных эффектов
(примерами таких функций являются вычисление суммы двух чисел,
вычисление комиссионного сбора за выполнение проводки с помощью
банковской карточки и т.п.). весь граф потока данных тоже представляет
собой процесс (высокого уровня). Процесс может иметь побочные эффекты,
если он содержит нефункциональные компоненты, такие как хранилища
данных или внешние объекты. На DFD процесс изображается в виде эллипса,
внутри которого помещается имя процесса; каждый процесс имеет
фиксированное число входных и выходных данных, изображаемых
стрелками.
56
Рис. 11. Граф потока данных
Потоки данных. 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. Дуги могут разветвляться или сливаться, что
означает, соответственно, разделение потока данных на части, либо слияние
объектов.
Активные объекты. Активным называется объект, который
обеспечивает движение данных, поставляя или потребляя их. Активные
объекты обычно бывают присоединены к входам и выходам DFD.
Рис. 12. Активные объекты
Хранилища данных. Хранилище данных - это пассивный объект в
составе DFD, в котором данные сохраняются для последующего доступа.
Хранилище данных допускает доступ к хранимым в нем данным в порядке,
отличном от того, в котором они были туда помещены. Агрегатные
хранилища данных, как, например, списки и таблицы, обеспечивают доступ к
57
данным в порядке их поступления, либо по ключам.
Рис. 13. Хранилища данных
Потоки управления. DFD показывает все пути вычисления значений, но
не показывает в каком порядке значения вычисляются. Решения о порядке
вычислений связаны с управлением программой, которое отражается в
динамической модели. Эти решения, вырабатываемые специальными
функциями, или предикатами, определяют, будет ли выполнен тот или иной
процесс, но при этом не передают процессу никаких данных, так что их
включение в функциональную модель необязательно. Тем не менее, иногда
бывает полезно включать указанные предикаты в функциональную модель,
чтобы в ней были отражены условия выполнения соответствующего
процесса. Функция, принимающая решение о запуске процесса, будучи
включенной в DFD, порождает в DFD поток управления и изображается
пунктирной стрелкой.
Рис. 14. Потоки управления.
58
Первым шагом при построении иерархии DFD является построение
контекстных диаграмм. Обычно при проектировании относительно простых
информационных систем 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, главный единственный
процесс не раскрывает структуры распределенной системы.
Для сложных информационных систем строится иерархия контекстных
диаграмм. При этом контекстная диаграмма верхнего уровня содержит не
главный единственный процесс, а набор подсистем, соединенных потоками
данных. Контекстные диаграммы следующего уровня детализируют контекст
и структуру подсистем.
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
59
допустимых значений.
3.5 ER-Модель «Сущность - связь»
В реальном проектировании структуры базы данных применяются
метод - так называемое, семантическое моделирование. Семантическое
моделирование представляет собой моделирование структуры данных,
опираясь на смысл этих данных. в качестве инструмента семантического
моделирования используются различные варианты диаграмм сущность-связь
(ER - Entity-Relationship).
Первый вариант модели сущность-связь был предложен в 1976 г.
Питером Пин-Шэн Ченом. В дальнейшем многими авторами были
разработаны свои варианты подобных моделей (нотация Мартина, нотация
IDEF1X, нотация Баркера и др.). кроме того, различные программные
средства, реализующие одну и ту же нотацию, могут отличаться своими
возможностями. По сути, все варианты диаграмм сущность-связь исходят из
одной идеи - рисунок всегда нагляднее текстового описания. все такие
диаграммы используют графическое изображение сущностей предметной
области, их свойств (атрибутов), и взаимосвязей между сущностями.
Мы опишем работу с ER-диаграммами близко к нотации Баркера, как
довольно легкой в понимании основных идей. Данная глава является скорее
иллюстрацией методов семантического моделирования, чем полноценным
введением в эту область.
Основные понятия ER-диаграмм:
Определение 1. Сущность - это класс однотипных объектов,
информация о которых должна быть учтена в модели. Каждая сущность
должна иметь наименование, выраженное существительным в единственном
числе. Примерами сущностей могут быть такие классы объектов как
"Поставщик", "Сотрудник", "Накладная". Каждая сущность в модели
изображается в виде прямоугольника с наименованием:
60
Рис. 15. Прямоугольник с наименованием.
Определение 2. Экземпляр сущности - это конкретный представитель
данной сущности. Например, представителем сущности "Сотрудник" может
быть "Сотрудник Иванов". Экземпляры сущностей должны быть различимы,
т.е. сущности должны иметь некоторые свойства, уникальные для каждого
экземпляра этой сущности.
Определение 3. Атрибут сущности - это именованная характеристика,
являющаяся некоторым свойством сущности. Наименование атрибута
должно быть выражено существительным в единственном числе (возможно,
с характеризующими прилагательными). Примерами атрибутов сущности
"Сотрудник" могут быть такие атрибуты как "Табельный номер", "Фамилия",
"Имя", "Отчество", "Должность", "Зарплата" и т.п. Атрибуты изображаются в
пределах прямоугольника, определяющего сущность:
Рис. 15.1. Пример атрибутов.
Определение 4. ключ сущности - это не избыточный набор атрибутов,
значения которых в совокупности являются уникальными для каждого
экземпляра сущности. Не избыточность заключается в том, что удаление
любого атрибута из ключа нарушается его уникальность Сущность может
иметь несколько различных ключей. Ключевые атрибуты изображаются на
диаграмме подчеркиванием:
61
Рис. 16. Ключевые атрибуции.
Определение 5. Связь - это некоторая ассоциация между двумя
сущностями. Одна сущность может быть связана с другой сущностью или
сама с собою. Связи позволяют по одной сущности находить другие
сущности, связанные с нею. Например, связи между сущностями могут
выражаться следующими фразами - "СОТРУДНИК может иметь несколько
ДЕТЕЙ", "каждый СОТРУДНИК обязан числиться ровно в одном ОТДЕЛЕ".
Графически связь изображается линией, соединяющей две сущности:
Рис. 17. Связь между сущностями.
Каждая связь имеет два конца и одно или два наименования.
Наименование обычно выражается в неопределенной глагольной форме:
"иметь", "принадлежать" и т.п. каждое из наименований относится к своему
концу связи. Иногда наименования не пишутся ввиду их очевидности.
Каждая связь может иметь один из следующих типов связи: