Види потоків в системах. Діаграми потоків даних

Зв'язок(потік) – це важливий з точки зору розгляду системи обмін речовиною, енергією, інформацією між елементами та зовнішнім середовищем і елементами системи.

Функції системи реалізуються через потоки енергії, людей, матеріальні та інформаційні. Структуру можна розглядати також як множину обмежень на потоки в просторі та часі. Структура ініціює потоки, спрямовуючи їх вздовж певних шляхів (каналів), перетворює їх з певною затримкою в часі (час перетворення), в певних випадках припускає регулювання та обернений зв'язок. Структура може змінюватися в часі самостійно, а також під впливом потоків, впливає на потоки і є системою в межах системи. Потоки, які є необхідними для збереження первісної структури, називаються підтримуючими, а ті, що є результатами дії системи та її структури – потоками продукції.

Найважливішими потоками у складних системах є інформаційні, оскільки вони супроводжують усі інші потоки і окрім цього достатньо часто є домінуючими. Процесами збирання перетворення, зберігання та представлення інформаційних потоків із використанням комп’ютерної техніки займається інформатика, яка для кількісного оцінювання розмірів інформації розглядає її у вигляді деякого коду (двійкового). Однак з точки зору користувача такий підхід не завжди є прийнятним, наприклад частіше користувач визначає об’єм потоків інформації за кількістю повідомлень, знаків, файлів, розкриває їх внутрішню структуру і оцінює кількість елементів (атрибутів).

Відображення структури системи, у якій зв’язками є інформаційні потоки, можна здійснити за допомогою діаграм потоків даних DFD (data flow diagrams). Ці діаграми використовують для аналізу та моделювання інформаційних систем з метою мінімізації потоків даних та зменшення їх об'єму, виявлення як дублювання інформації, так і дублювання шляхів її передавання. DFD відображають джерела та споживачів інформації, вид та напрямок передачі інформації, елементи накопичення та процеси перетворення, при цьому використовуються різні засоби відображення елементів (нотації).

Аналіз систем на основі DFD Метод був запропонований De Marco (1978), а також доповнений Gane та Sarson (1979p) в структурній системній методології. В нотаціях запропонованих De Marko використовується чотири типи елементів:

· процеси перетворення інформації (див. рис 2.3 а);

· елементи накопичення даних (див. рис.2.3 б);

· потоки даних (див. рис. 2.3 в);

· елементи зовнішнього середовища – джерела та споживачі інформації (див. рис. 2.3 г).

		Замовник

а) б) в) г)

Рис 2.3

Процеси відображають функції системи, тобто, “що система і/або як виконує”. Кожен процес має один або декілька входів та виходів. Процес має назву та номер. Основними властивостями процесів є: простота назв та “консервування” даних.

Назви процесів повинні вказувати на дії, відповідати назвам функцій, які виконує система, та по можливості бути короткими – одним словом чи словосполученням. Не слід вживати назви процесів без змісту, тобто, які не розкривають функцій системи, наприклад, “Виконання стандартних операцій”, “Опрацювання даних” і т.п. Якщо у процесі об’єднано декілька функцій одного рівня ієрархії, то назви цих функцій повинні відображатися в назві процесу, наприклад, “Реєстрація замовлення та аналіз можливості його виконання”.

“Консервування” даних стосовно процесу означає, що процеси не вводять нових елементів в структуру інформації, тобто: у вихідних потоках з процесу не може бути інформації, якої не було у вхідних потоках.

При побудові діаграм слід розрізняти фізичні та логічні процеси. Фізичні процеси окрім розкриття дії, тобто “що система виконує”, вказують на засоби , тобто “як, яким чином” вона виконує функції. Наприклад, логічному процесу “перевірка замовлення” може відповідати такий фізичний процес: “введення замовлення оператором”.

Елементи накопичення даних відображають факт накопичення даних однотипної структури і їх запису на фізичні носії: паперові (довідники, реєстраційні журнали) бази даних, тощо. Фактично вони є часовими розрізами потоків даних. Елементи накопичення обов’язково повинні бути зв'язані з процесами за допомогою потоків даних (інформація не може записуватися чи зчитуватися самостійно без процесу). Назви елементів накопичення повинні бути простими і відповідати однорідному об’єкту. Наприклад, неправильною є назва елементу накопичення: “Заяви та розклад роботи устаткування”, оскільки інформація про об’єкт “Заяви” абсолютно відрізняється від інформації про об’єкт “Устаткування”. Властивість “консервування” даних стосовно елементу накопичення означає, що у вихідних потоках з елементу накопичення може бути тільки та інформація, яка була у вхідних потоках в цей елемент. Зазвичай вхідні та вихідні потоки для елементів накопичення мають бути ідентичними.

Зовнішні елементи є поза системою і відображають джерела та споживачів інформації. Якщо моделюють одну частину системи (підсистему), то інша може бути зовнішнім елементом.

Потоки даних відображають зв'язки між компонентами системи. мають напрямок і назву даних, що передаються. Назви потоків повинні бути простими, одним словом і відображати назви документів або назви його частин, показників, файлів. Якщо один і той самий потік проходить опрацювання у декількох процесах, то в його назві повинна відображатися назва виконаної дії. Наприклад, потік “Замовлення” після процесу “Підтвердження замовлення” матиме назву “Підтверджене замовлення”. Потоки можуть бути:

· між двома процесами;

· між процесом і елементом накопичення;

· між зовнішнім елементом і процесом.

При побудові діаграм потоків даних слід мати на увазі, що простота та ясність їх побудови повинна бути настільки високою, що не вимагатиме ніяких додаткових змістовних пояснень.

Особливістю DFD є принципова їх відмінність від блок-схем опису алгоритмів розв’язування задач. Основними відмінностями DFD по відношенню до блок-схем є:

· відсутність потоків, що розщеплюються без участі процесів;

· відсутність на діаграмі ліній потоків, що перетинаються;

· відсутність елементів розв’язування (порівняння із визначенням напрямків передачі інформації), контролюючих елементів (процесів), та потоків, які запускають на виконання проце ;

· відсутність на діаграмі циклів та детального опису процесів.

За основу процедур побудови DFD покладено метод рівнів, а також фізичнета логічне моделювання.

Діаграми рівнів потоків даних відображають дерево функцій і мають такі властивості та правила побудови.

1) Метод рівнів реалізується з функцій верхнього рівня з поступовою їх деталізацією і напрямлений на побудову структури системи у вигляді ієрархії процесів та потоків даних.

2) Кожен рівень включає деяке число процесів (емпірично 2-7), які в свою чергу деталізуються на нижніх рівнях. Першою при побудові діаграм рівнів є контекст-діаграма, яка є одним процесом без номера і повинна включати усі зовнішні елементи та вхідні і вихідні потоки системи зі сторони зовнішнього середовища. Наступною є діаграма верхнього рівня, на якій також відображені усі зовнішні елементи, а процеси мають прості номера 1, 2, 3 ... (див. рис. 2.4) Наступними є діаграми 1-го (див. рис. 2.5), 2-го,..., і-го рівнів.

3) Кожен рівень деталізує деякий процес вищого рівня. При цьому зберігається баланс потоків даних, тобто всі потоки, які входять або виходять з процесу вищого рівня, повинні входити або виходити з рівня його деталізації, відповідно.

4) Номер процесу на діаграмі рівнів є складним (за виключенням контекст-діаграми та діаграми верхнього рівня) і включає номер процесу, для якого будується рівень та номер процесу в межах рівня. Наприклад, номер процесу 2 в межах рівня, який деталізує процес діаграми верхнього рівня номер 3, на діаграмі буде мати номер: 3.2.

5) Рівні також можуть включати локальні елементи накопичення даних тобто ті яких не було на верхніх рівнях.

6) На діаграмах рівнів можуть деталізуватись потоки даних.

7) Кількість рівнів, тобто ступінь деталізації процесів визначається можливістю побудови формалізованого опису процесів на нижніх рівнях.

Рис.2.4 DFD верхнього рівня

Як правило, на початкових стадіях DFD включає і логічні, і фізичні процеси, оскільки для її побудови використовується реально існуюча система чи технологія, тобто реалізована фізично. Тому актуальною є процедура трансформації однієї DFD в іншу (логічної в фізичну, або з фізичної в логічну). Для трансформації фізичної DFD в логічну необхідно:

· вилучити усі процеси, які відносяться виключно до фізичних;

· розширити фізичні функції та потоки до логічних шляхом переходу з DFD верхніх рівнів на більш деталізовані;

· провести аналіз процесів на нижніх рівнях розширеної фізичної DFD з метою їх пере комбінування: – вилучення фізичних процесів та об'єднання логічних для переходу на вищий рівень вже логічної DFD.

Рис.2.5. DFD 1-го рівня для процесу 1.

Після побудови DFD для повнішого відображення структури слід перейти до її детального опису. Детальний опис включає: відображення структури потоків даних та елементів накопичення, опис процесів.

Важливим питанням, яке розглядається при структурному аналізі є визначення потужності зв’язків. Потужність речовинних і енергетичних зв'язків оцінюється порівняно просто за інтенсивністю потоку речовини або енергії. Для інформаційних зв'язків оцінкою потенційної потужності може служити її пропускна спроможність, а реальної потужності – дійсна величина потоку інформації. Проте в загальному випадку при оцінці потужності інформаційних зв'язків необхідно враховувати якісні характеристики переданої інформації (цінність, корисність, вірність і т. п.).