Основные теоретические положения. Методические указания

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Методические указания

к выполнению курсовой работы для студентов заочной формы обучения специальности230200 – «Информационные системы и технологии».

Брянск 2008

УКД 004.239.056.

«Информационные системы и технологии»: методические указания к выполнению курсовой работы для студентов дневной формы обучения специальности 230200 - «Информационные системы и технологии». Брянск: БГТУ, 2008г.-36

Разработал:

Ю.М.Казаков, ктн. Доц.

Р.А. Филиппов, асс.

Научный редактор Ю.М. Казаков

Редактор издательства Л.И. Афонина

Компьютерный набор Р.А. Филиппов

Рекомендовано кафедрой «Компьютерные технологии и системы» БГТУ (протокол № 1 от 10.09.08)

Темплан 2008г., п. 164

Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,04 Уч. – изд. л. 1,04 Тираж 50 экз. Заказ . Бесплатно.

Издательство брянского государственного технического университета, 241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7, БГТУ. 54-90-49

Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Харьковская, 9

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития народного хозяйства Европы, Азии и Америки вводятся новые правила стандартизации производства и продукции. Для экспортирования какой-либо продукции из России в зарубежные страны теперь необходимо сертификация всего производства на основе стандартов ISO9000, ISO14000, ISO15000. Эти стандарты определяют порядок сертификации производства, выполнения определенных правил и требований к выпуску, эксплуатации и обслуживания изготовленной продукции. Требования и правила описания функционирования производства и систем, производственных процессов, распределения ресурсов строятся на использовании нотаций IDEF0, IDEF1x, IDEF3, DPD, IDEF5 на основе методологии структурного анализа SADT.

Использование структурного анализа к разработке функциональных моделей различных процессов и объектов позволяет более качественно не только оформить, но и воспринять декомпозицию системы. Декомпозиция системы заключается в ее разбивании на функциональные подсистемы, которые делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее до конкретных процедур или элементарных составляющих системы (функции). В описании этих моделей, процессов и объектов используют следующие методологии: IDEF0 (функциональное моделирование систем), IDEF1х (концептуальное моделирование баз данных), IDEF3х (построение систем оценки качества работы объекта; графическое описание потока процессов, взаимодействия процессов и объектов, которые изменяются этими процессами), которые в совокупности реализуют диаграммы SADT (модели и соответствующие функциональные диаграммы), DFD (диаграммы потоков данных), ERD (диаграммы «сущность-связь»).

Одним из этапов сертификации производства является разработка математических моделей технологических, технических или организационных процессов изготовления изделий. Необходимость постоянного сокращения сроков изготовления изделий и повышения их качества в общем цикле подготовки производства ставит задачу поиска путей решения рассматриваемой проблемы. Одним из таких путей является разработка и широкомасштабное использование CASE-технологий.

Курсовая работа позволит студентам более полно и качественно изучить дисциплину "Информационные технологии" и с особенностями построения систем на основе нотаций IDEF0, IDEF3, DPD.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение принципов разработки и формализации предметной области в виде комплексной модели (IDEF0, IDEF3, DFD) для построения информационных управляющих систем.

В курсовой работе студенты специальности «Информационные технологии и системы» на основе знаний по уже изученным дисциплинам должны построить комплексную модель функционирования системы на основе нотаций IDEF0, IDEF3, DPD.

Результаты, полученные при выполнении работы, могут быть использованы студентами в курсовом и дипломном проектировании.

Основные теоретические положения

Нотация IDEF0 (более известная как методология SADT-Structure Analysis and Design Technique) предназначена для представления функций системы и анализа требований к системам.

В терминах IDEF0 система представляется в виде комбинации блоков и дуг. Блоки используются для представления функций системы и сопровождаются текстами на естественном языке. Кроме функциональных блоков другим ключевым элементом методологии является дуга. Дуги представляют множества объектов (как физических, так и информационных) или действия, которые образуют связи между функциональными блоками. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса. Управляющие выполнением функции данные входят в блок сверху, в то время как информация, которая подвергается воздействию функции, показана с левой стороны блока; результаты выхода показаны с правой стороны. Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет функцию, представляется дугой, входящей в блок снизу (рис. 1).

Рис. 1. Функциональная модель процесса

В основе методологии IDEF0 лежат следующие правила:

· Функциональный блок (или Функция) преобразует Входы в Выходы (т.е. входную информацию в выходную), Управление определяет, когда и как это преобразование может или должно произойти Исполнители непосредственно осуществляют это преобразование.

· С дугами связаны надписи (или метки) на естественном языке, описывающие данные, которые они представляют.

· Дуги показывают, как функции между собой взаимосвязаны, как они обмениваются данными и осуществляют управление друг другом.

· Выходы одной функции могут быть Входами, Управлением или Исполнителями для другой.

· Дуги могут разветвляться и соединяться.

· Функциональный блок, который представляет систему в качестве единого модуля, детализируется на другой диаграмме с помощью нескольких блоков, соединенных между собой интерфейсными дугами.

· Эти блоки представляют основные подфункции (подмодули) единого исходного модуля.

· Данная декомпозиция выявляет полный набор подмодулей, каждый из которых представлен как блок, границы которого определены интерфейсными дугами.

· Каждый из этих подмодулей может быть декомпозирован подобным же образом для более детального представления.

Нотация DFD – моделирование потоков данных (процессов) – основа методологии Gane/Sarson, в соответствии с которой модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных (ДПД или DFD), описывающих асинхронный процесс преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи объекту или субъекту. Контекстные диаграммы иерархии определяют основные процессы или подсистемы системы с внешними входами и выходами. Они детализируются при помощи диаграмм-потомков. Декомпозиция ведется до тех пор, пока не будет достигнут такой уровень декомпозиции, на котором процессы становятся элементарными и детализировать их далее невозможно.

Источники информации (внешние сущности) порождают информационные потоки (потоки данных), переносящие информацию к подсистемам или процессам. Те в свою очередь преобразуют информацию и порождают новые потоки, которые переносят информацию к другим процессам или подсистемам, накопителям данных или внешним сущностям - потребителям информации.

Внешняя сущность представляет собой объект или субъект и является источником или приемником информации. Определение некоторого объекта или системы в качестве внешней сущности указывает на то, что она находится за пределами границ анализируемой системы. Внешняя сущность обозначается квадратом (рис. 2).

Рис. 2. Внешняя сущность

При построении модели системы она может быть представлена одной контекстной диаграммой в виде одной системы как единого целого, либо может быть декомпозирована на ряд подсистем. Подсистема (или система) изображается следующим образом (рис. 3).

Номер подсистемы служит для ее идентификации. В поле имени вводится наименование подсистемы в виде предложения с подлежащим и соответствующими определениями и дополнениями.

Рис. 3. Подсистема

Процесспредставляет собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом. Процесс на диаграмме потоков данных изображается, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Процесс

Номер процесса служит для его идентификации. В поле имени вводится наименование процесса в виде предложения с активным недвусмысленным глаголом в неопределенной форме (вычислить, рассчитать, проверить, определить, создать, получить), за которым следуют существительные в винительном падеже (например: ввести сведения о программе, выдать отчет о работе электронной сети, проверить работоспособность компьютера). Информация в поле физической реализации указывается, какой объект или субъект выполняет данный процесс.

Накопитель данных представляет собой абстрактное устройство для хранения информации, которую можно в любой момент поместить в накопитель и через некоторое время извлечь, причем способы помещения и извлечения могут быть любыми. Накопитель данных может быть реализован физически в виде ящика в картотеке, таблицы в оперативной памяти, файла на магнитном носителе и т.д. Накопитель данных на диаграмме потоков данных показан на рис.5.

Накопитель данных идентифицируется буквой "D" и/или произвольным числом. Описание хранящихся в нем данных должно быть увязано с информационной моделью.

Рис. 5. Накопитель данных

Поток данных определяет информацию, передаваемую через некоторое соединение от источника к приемнику. Поток данных на диаграмме изображается линией со стрелкой, которая показывает направление потока (рис. 6). Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание.

Рис. 6. Поток данных

Стандарт IDEF3 это методология описания процессов, рассматривающая последовательность выполнения и причинно-следственные связи между ситуациями и событиями для структурного представления знаний о системе, и описания изменения состояний объектов, являющихся составной частью описываемых процессов.

Нотация IDEF3 использует категорию Сценариев (Scenario) для упрощения структуры описаний сложного многоэтапного процесса. IDEF3 осуществляет реализацию информации о процессе:

· объекты, участвующие в описании операции;

· функции, которые выполняют эти объекты;

· взаимосвязь между процессами;

· состояния и изменения, которым подвергаются объекты;

· время выполнения и контрольные точки синхронизации работ;

· ресурсы, необходимые для выполнения работ.

Существует два типа диаграмм в стандарте IDEF3: диаграммы описания последовательности этапов процесса (PFDD), диаграммы состояния объекта и его изменений в процессе (OSTN).

На рис. 7 изображена диаграмма PFDD, показывающая процессы создания программного обеспечения. Прямоугольники на диаграмме PFDD называются функциональными элементами или элементами поведения (UOB) и обозначают событие, стадию процесса или принятие решения (рис. 8). Каждый UOB имеет конкретное имя (функция, процесс, действие, акт, событие, сценарий, процедура, операция, решение), отображаемое в глагольном наклонении и уникальный номер. В правом нижнем углу UOB элемента (рис. 8) располагается ссылка, которая используется на какие-либо элементы функциональной модели IDEF0 или на указания отделы, конкретных исполнителей, выполняющие конкретный процесс.

Рис. 7. PFDD диаграмма создания электронной программы

Рис. 8. Функциональный элемент (UOB)

Стрелки или линии являются отображением хода выполнения операций между UOB-блоками в ходе процесса (рис. 9).

а) б) в)

Рис. 9. Стрелки для отображения хода выполнения операции

Линии в нотации IDEF3 бывают следующих видов:

1. Старшая (precedence, рис. 9, а) - сплошная линия, связывающая UOB. Рисуется слева направо или сверху вниз.

2. Отношения (relational link, рис. 9, б)- пунктирная линия, использующаяся для изображения связей между UOB

3. Потоки объектов (object flow, рис. 9, в)- стрелка с двумя наконечниками используется для описания того факта, что объект (деталь) используется в двух или более единицах работы, например, когда объект порождается в одной работе и используется в другой.

Связи старшинства устанавливают временные отношения между элементами диаграммы. При этом первый элемент должен завершиться до того, как начнется выполняться следующий (рис. 10, а). Использование связи отношения (рис. 10, б) обозначает, что между взаимодействующими элементами диаграммы описания процесса существуют отношения неопределенного вида. Связи потоков объектов (рис. 10, в) указывают, что между UOB элементами происходит передача объекта (ов), при этом первый элемент UOB (А) должен завершиться перед выполнением операции следующим элементом (В).

а) б) в)

Рис. 10. Семантика связей

Объект, обозначенный J1 (рис. 7) - называется перекрестком (Junction) со своим определенным идентификационным номером. Перекрестки используются для представления логики взаимодействия стрелок (потоков) при слиянии и разветвлении или для отображения множества событий, которые могут или должны быть завершены перед началом следующей работы. Различают перекрестки для слияния (Fan-in Junction) и разветвления (Fan-out Junction) стрелок. Перекресток не может использоваться одновременно для слияния и для разветвления. При вводе перекрестка в диаграмму необходимо указать тип перекрестка. Типы перекрестков представлены в таблице.

Таблица

Обозначение	Наименование	Смысл для стрелок слияния	Смыл для стрелок разветвления
	Асинхронное И (asynchronous AND)	Все предшествующие процессы должны быть завершены	Все следующие процессы должны быть запущены
	Cинхронное И (synchronous AND)	Все предшествующие процессы завершены одновременно	Все следующие процессы запускаются одновременно
	Асинхронное ИЛИ (asynchronous OR)	Один или несколько предшествующих процессов должны быть завершены	Один или несколько следующих процессов должны быть запущены
	Синхронное ИЛИ (synchronous OR)	Один или несколько предшествующих процессов завершаются одновременно	Один или несколько следующих процессов запускаются одновременно
	Эксклюзивное ИЛИ (XOR, exclusive OR)	Только один предшествующий процесс завершен	Только один следующий процесс запускается

Сценарий, отображаемый на диаграмме (рис. 7), можно описать в следующем виде. Программный код, подготовленный к компиляции, компилируется в компиляторе программ. В процессе компиляции создается исполнительный файл программы. После этого, производится тестирование программы, после которой начинается этап проверки программного продукта. Если тест подтверждает недостаточное качество программы, то она заново пропускается через этап создания программного кода. Если программа успешно проходит контроль качества, то она отправляется пользователю.

Каждый функциональный блок UOB может иметь последовательность декомпозиций. Номера UOB дочерних диаграмм имеют сквозную нумерацию, т.е., если родительский UOB имеет номер "1", то блоки UOB на его декомпозиции будут соответственно иметь номера "1.1", "1.2" и т.д.

Если диаграммы PFDD технологический процесс "С точки зрения наблюдателя", то другой класс диаграмм IDEF3 OSTN позволяет рассматривать тот же самый процесс "С точки зрения объекта". На рис. 10 представлено отображение процесса окраски с точки зрения OSTN диаграммы. Состояния объекта (в нашем случае детали) и изменение состояния являются ключевыми понятиями OSTN диаграммы. Состояния объекта отображаются окружностями, а их изменения направленными линиями. Каждая линия имеет ссылку на соответствующий функциональный блок UOB, в результате которого произошло отображаемое ей изменение состояния объекта.

Рис. 11. Пример OSTN диаграммы

Тематика курсовой работы

Работа должна включать:

1) функциональную модель систему на основе нотации и стандарта IDEF0;

2) диаграмму потоков данных в системе;

3) описание потока процессов, взаимодействия процессов и объектов на основе нотации и стандарта IDEF3;

4) Комплексную модель функционирования системы.

Задание на курсовую работу выдается на бланке (прил. 2).

Варианты заданий на курсовую работу

	Комплексная модель работы аппаратуры системного блока
	Комплексная схема работы графической подсистемы компьютера
	Комплексная модель операционной системы
	Комплексная модель вычислительных алгоритмов
	Комплексная модель вычисления интеграла
	Комплексная модель нахождения производных функций
	Комплексная модель решения дифференциальных уравнений
	Комплексная модель решения экстремальных задач
	Комплексная модель практического применения векторной геометрии
	Комплексная модель процесса анализа сложности алгоритма
	Комплексная модель решения линейных уравнений
	Комплексная модель процесса выбора структуры данных для разработки алгоритма
	Комплексная модель процесса выбора языка программирования
	Комплексная модель современных CAD/CAM/САЕ систем
	Комплексная модель обеспечений автоматизированных систем
	Комплексная модель применения численных методов в автоматизированных расчетах
	Комплексная модель информации (количество, качество, измерение, энтропия)
	Комплексная модель видов обработки данных (обработка аналоговой и цифровой информации, устройства обработки данных и их характеристики, сетевые технологии обработки данных)
	Комплексная модель современных технических средств обмена данных и каналообразующей аппаратуры (типы и структуры данных, организация данных на устройствах с прямым и последовательным доступом, файлы данных, файловые структуры, носители информации и технические средства для хранения данных)
	Комплексная модель деятельности компьютерной фирмы, с учётом того, что фирма торгует компьютерами в собранном виде и комплектующими. Фирма работает как с производителями компьютерной техники, так и с клиентами. Фирма оказывает ряд дополнительных услуг: установка программного обеспечения, подключает к интернету клиентов, гарантийное обслуживание и т.д.
	Комплексная модель деятельности крупного автосалона, с учётом того, что автосалон оказывает услуги по гарантийному обслуживанию клиентов, имеет собственную автомастерскую, работает непосредственно с производителями машин, с клиентами, оказывает услуги по оформлению документов.
	Комплексная модель работы аэропорта, с учётом работы аэропорта с авиакомпаниями, клиентами, поставщиками и т.д. Учесть, всевозможные работы аэропорта по техническому обслуживанию самолетов, обслуживанию клиентов через кассы, работу диспетчерской службы аэропорта.
	Комплексная модель работы строительной фирмы. С описанием работы фирмы, как с поставщиками, так и с клиентами. Следует отметить, что в настоящее время строительные организации обеспечивают полный технологический процесс, начиная проведения исследований рынка, создания проекта, закупки материалов, непосредственного строительства и заканчивая продажей квартир.
	Комплексная модель деятельности бухгалтерии промышленного предприятия. Бухгалтерия обрабатывает счета–фактуры от поставщиков, клиентов, начисляет заработную плату сотрудникам, обрабатывает информацию по контрактам, работает с налоговыми органами и социальными фондами.
	Комплексная модель деятельности банка, учитывая что современные банки оказывают своим клиентам широкий спектр услуг, начиная от обслуживания счетов, принятия вкладов, кредитования и заканчивая работой на рынке ценных бумаг, работой с инвестициями, валютными операциями, и другие возможные направления деятельности.
	Комплексная модель деятельности библиотеки, учитывая работу библиотеки с клиентами и поставщиками книг. Следует отметить, что кроме выдачи книг современные библиотеки оказывают своим клиентам дополнительные услуги: выдают клиентам CD, видео и аудио кассеты, проводят конференции, делают копирование, ламинирование, позволяют работать с электронными каталогами и выходить в Интернет.
	Комплексная модель деятельности торговой фирмы по реализации продовольственной продукции, с учётом работы фирмы с клиентами, поставщиками, доставку продукции от поставщиков и по торговым точкам клиентов.
	Комплексная модель строительства дома, с учётом всех этапов предварительной подготовки (разработка сметы и т.д.) непосредственно строительства и продажи квартир.