Характеристики иерархической структуры программной системы
Иерархическая структура программной системы — основной результат предварительного проектирования. Она определяет состав модулей ПС и управляющие отношения между модулями. В этой структуре модуль более высокого уровня (начальник) управляет модулем нижнего уровня (подчиненным).
Иерархическая структура не отражает процедурные особенности программной системы, то есть последовательность операций, их повторение, ветвления и т. д. Рассмотрим основные характеристики иерархической структуры, представленной на рис. 4.17.
Рис. 4.17. Иерархическая структура программной системы
Первичными характеристиками являются количество вершин (модулей) и количество ребер (связей между модулями). К ним добавляются две глобальные характеристики — высота и ширина:
q высота— количество уровней управления;
q ширина— максимальное из количеств модулей, размещенных на уровнях управления.
В нашем примере высота = 4, ширина = 6.
Локальными характеристиками модулей структуры являются коэффициент объединения по входу и коэффициент разветвления по выходу.
Коэффициент объединения по входу Fan_in(i) — это количество модулей, которые прямо управляют i-м модулем.
В примере для модуля n: Fan_in(n)=4.
Коэффициент разветвления по выходу Fan_out(i) — это количество модулей, которыми прямо управляет i-й модуль.
В примере для модуля m: Fan_out(m)=3.
Возникает вопрос: как оценить качество структуры? Из практики проектирования известно, что лучшее решение обеспечивается иерархической структурой в виде дерева.
Степень отличия реальной проектной структуры от дерева характеризуется невязкой структуры. Как определить невязку?
Вспомним, что полный граф (complete graph) с п вершинами имеет количество ребер
ес=n(n-1)/2,
а дерево (tree) с таким же количеством вершин — существенно меньшее количество ребер
et=n-l.
Тогда формулу невязки можно построить, сравнивая количество ребер полного графа, реального графа и дерева.
Для проектной структуры с п вершинами и е ребрами невязка определяется по выражению
.
Значение невязки лежит в диапазоне от 0 до 1. Если Nev = 0, то проектная структура является деревом, если Nev = 1, то проектная структура — полный граф.
Ясно, что невязка дает грубую оценку структуры. Для увеличения точности оценки следует применить характеристики связности и сцепления.
Хорошая структура должна иметь низкое сцепление и высокую связность.
Л. Констентайн и Э. Йордан (1979) предложили оценивать структуру с помощью коэффициентов Fan_in(i) и Fan_out(i) модулей [77].
Большое значение Fan_in(i) — свидетельство высокого сцепления, так как является мерой зависимости модуля. Большое значение Fan_out(i) говорит о высокой сложности вызывающего модуля. Причиной является то, что для координации подчиненных модулей требуется сложная логика управления.
Основной недостаток коэффициентов Fan_in(i) и Fan_out(i) состоит в игнорировании веса связи. Здесь рассматриваются только управляющие потоки (вызовы модулей). В то же время информационные потоки, нагружающие ребра структуры, могут существенно изменяться, поэтому нужна мера, которая учитывает не только количество ребер, но и количество информации, проходящей через них.
С. Генри и Д. Кафура (1981) ввели информационные коэффициенты ifan_in(i) и ifan_out(j) [35]. Они учитывают количество элементов и структур данных, из которых i-й модуль берет информацию и которые обновляются j-м модулем соответственно.
Информационные коэффициенты суммируются со структурными коэффициентами sfan_in(i) и sfan_out( j),которые учитывают только вызовы модулей.
В результате формируются полные значения коэффициентов:
Fan_in (i) = sfan_in (i) + ifan_in (i),
Fan_out (j) = sfan_out (j) + ifan_out (j).
На основе полных коэффициентов модулей вычисляется метрика общей сложности структуры:
S = 
length(i) x (Fan_in(i) + Fan_out(i))2,
где length(i) — оценка размера i-го модуля (в виде LOC- или FP-оценки).
Контрольные вопросы
1. Какова цель синтеза программной системы? Перечислите этапы синтеза.
2.Дайте определение разработки данных, разработки архитектуры и процедурной разработки.
3. Какие особенности имеет этап проектирования?
4. Решение каких задач обеспечивает предварительное проектирование?
5. Какие модели системного структурирования вы знаете?
6. Чем отличается модель клиент-сервер от трехуровневой модели?
7. Какие типы моделей управления вы знаете?
8. Какие существуют разновидности моделей централизованного управления?
9. Поясните разновидности моделей событийного управления.
10. Поясните понятия модуля и модульности. Зачем используют модули?
11. В чем состоит принцип информационной закрытости? Какие достоинства он имеет?
12. Что такое связность модуля?
13. Какие существуют типы связности?
14. Дайте характеристику функциональной связности.
15. Дайте характеристику информационной связности.
16. Охарактеризуйте коммуникативную связность.
17. Охарактеризуйте процедурную связность.
18. Дайте характеристику временной связности.
19. Дайте характеристику логической связности.
20. Охарактеризуйте связность по совпадению.
21. Что значит «улучшать связность» ?
22. Что такое сцепление модуля?
23. Какие существуют типы сцепления?
24. Дайте характеристику сцепления по данным.
25. Дайте характеристику сцепления по образцу.
26. Охарактеризуйте сцепление по управлению.
27. Охарактеризуйте сцепление по внешним ссылкам.
28. Дайте характеристику сцепления по общей области.
29. Дайте характеристику сцепления по содержанию.
30. Что значит «улучшать сцепление»?
31. Какие подходы к оценке сложности системы вы знаете?
32. Что определяет иерархическая структура программной системы?
33. Поясните первичные характеристики иерархической структуры.
34. Поясните понятия коэффициента объединения по входу и коэффициента раз ветвления по выходу.
35. Что определяет невязка структуры?
36. Поясните информационные коэффициенты объединения и разветвления.