Моделирование потоков данных

Диаграмма потоков данных (Data Flow Diagrams – DFD) DFD - это граф, на котором показано движение значений данных от их источников через преобразующие их процессы к их потребителям в других объектах. Цель DFD – продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.

В IDEF0 система рассматривается как взаимосвязанные работы (процессы или функции) и стрелки представляют собой жесткие взаимосвязи. В DFD стрелки 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 используются для описания движения документов и обработки информации, как дополнение к IDEF0.

Для построения DFD традиционно используются две различные нотации, соответствующие методам Йордона-ДеМарко и Гейна-Сэрсона, отличающиеся друг от друга графическим изображением символов (далее в примерах используется нотация Гейна-Сэрсона).

В соответствии с DFD-методом модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных, описывающих асинхронный процесс преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи потребителю.

Основными компонентами диаграмм потоков данных являются:

• внешние сущности;

• системы и подсистемы;

• процессы;

• накопители данных;

• потоки данных.

Внешняя сущность – это материальный объект или физическое лицо, являющиеся источником или приемником информации (заказчики, персонал, поставщики, клиенты, склад). Внешние сущности находятся за пределами границ анализируемой системы. В процессе анализа некоторые внешние сущности могут быть перенесены внутрь диаграммы анализируемой системы, если это необходимо, или, наоборот, часть процессов может быть вынесена за пределы диаграммы и представлена как внешняя сущность.

Внешняя сущность обозначается прямоугольником (рис. 7), расположенным над диаграммой и бросающим на нее тень для того, чтобы можно было выделить этот символ среди других обозначений.

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

При построении модели сложной системы она может быть представлена в самом общем виде на так называемой контекстной диаграмме в виде одной системы как единого целого, либо может быть декомпозирована на ряд подсистем.

Диаграммы верхних уровней иерархии ( контекстные диаграммы) определяют основные процессы или подсистемы с внешними входами и выходами. Они детализируются при помощи диаграмм нижнего уровня. Такая декомпозиция продолжается, создавая многоуровневую иерархию диаграмм, до тех пор, пока не будет достигнут уровень декомпозиции, на котором детализировать процессы далее не имеет смысла.

Подсистема (или система) на контекстной диаграмме изображается так, как она представлена на рис. 8.

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

Процесс представляет собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом. Физически процесс может быть реализован различными способами: это может быть подразделение организации (отдел), выполняющее обработку входных документов и выпуск отчетов, программа, аппаратно реализованное логическое устройство и т.д.

Процесс на диаграмме потоков данных изображается, как показано на рис. 9.

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 налогоплательщиках», «Выдать информацию о текущих расходах», «Проверить поступление денег».

Информация в поле физической реализации (внизу) показывает, какое подразделение организации, программа или аппаратное устройство выполняет данный процесс.

Накопитель данных – это 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 любыми способами. Накопитель данных на диаграмме потоков данных изображается, как показано на рис. 10 и идентифицируется буквой «D» и произвольным числом. Имя накопителя выбирается из соображения наибольшей информативности для проектировщика.

Накопитель данных в общем случае является прообразом будущей базы данных, и описание хранящихся в нем данных должно соответствовать модели данных.

Поток данных определяет информацию, передаваемую через некоторое соединение от источника к приемнику. Реальный поток данных может быть информацией, передаваемой по кабелю между двумя устройствами, пересылаемыми по почте письмами, магнитными лентами или дискетами, переносимыми с одного компьютера на другой и т.д.

Поток данных на диаграмме изображается линией, оканчивающейся стрелкой, которая показывает направление потока (рис. 11). Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание.

Построение иерархии диаграмм потоков данных, DFD.

Главная цель построения иерархии DFD заключается в том, чтобы сделать описание системы ясным и понятным на каждом уровне детализации, а также разбить его на части с точно определенными отношениями между ними. Для достижения этого целесообразно пользоваться следующими рекомендациями:

1. Размещать на каждой диаграмме от 3 до 7 процессов (аналогично SADT). Верхняя граница соответствует человеческим возможностям одновременного восприятия и понимания структуры сложной системы с множеством внутренних связей, нижняя граница выбрана по соображениям здравого смысла: нет необходимости детализировать процесс диаграммой, содержащей всего один или два процесса.

2. Не загромождать диаграммы несущественными на данном уровне деталями.

3. Декомпозицию потоков данных осуществлять параллельно с декомпозицией процессов.

4. Выбирать ясные, отражающие суть дела имена процессов и потоков, при этом стараться не использовать аббревиатуры.

Порядок построения DFD.

1. Построение контекстных диаграмм. Обычно при проектировании относительно простых 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. Перед построением контекстной DFD необходимо проанализировать внешние сущности, оказывающие влияние на функционирование системы.

2. Определение количества контекстных диаграмм. Для сложных систем строится иерархия контекстных диаграмм. При этом контекстная диаграмма верхнего уровня содержит не единственный главный процесс, а набор подсистем, соединенных потоками данных. Контекстные диаграммы следующего уровня детализируют контекст и структуру подсистем.

Признаки сложности системы: наличие большого количества внешних сущностей (десять и более); распределенная природа системы; многофункциональность системы.

3. Проверка контекстной диаграммы. Путем составления списка событий. Событие – это действие внешней сущности. Список событий должен состоять из описаний действий внешних сущностей (событий) и соответствующих реакций системы на события. Каждое событие должно соответствовать одному или более потокам данных: входные потоки интерпретируются как воздействия, а выходные потоки – как реакции системы на входные потоки.

4. Детализация подсистем из контекстной диаграммы при помощи DFD. Это можно сделать путем построения диаграммы для каждого события. Каждое событие представляется в виде процесса с соответствующими входными и выходными потоками, накопителями данных, внешними сущностями и ссылками на другие процессы для описания связей между этим процессом и его окружением. Затем все построенные диаграммы сводятся в одну диаграмму нулевого уровня.

5. Детализация процессов на DFD. Детализация процессов проводится при помощи DFD или при помощи спецификации (если процесс элементарный). Спецификация процесса должна формулировать его основные функции таким образом, чтобы в дальнейшем специалист, выполняющий реализацию проекта, смог выполнить их или разработать соответствующую программу.

6. Верификация модели (проверка на полноту и согласованность). В полной модели все ее объекты (подсистемы, процессы, потоки данных) должны быть подробно описаны и детализированы. Выявленные недетализированные объекты следует детализировать, вернувшись на предыдущие шаги разработки. В согласованной модели для всех потоков данных и накопителей данных должно выполняться правило сохранения информации: все поступающие куда-либо данные должны быть считаны, а все считываемые данные должны быть записаны.

Спецификация является конечной вершиной иерархии DFD.

Решение о завершении детализации процесса и использовании спецификации принимается аналитиком.

Критерии для принятия решения о завершении детализации:

1. наличие у процесса относительно небольшого количества входных и выходных потоков данных (2-3 потока);

2. возможность описания преобразования данных процессов в виде последовательного алгоритма;

3. выполнение процессом единственной логической функции преобразования входной информации в выходную;

4. возможность описания логики процесса при помощи спецификации небольшого объема (не более 20-30 строк).

Спецификации представляют собой описания алгоритмов задач, выполняемых процессами. Они содержат номер и/или имя процесса, списки входных и выходных данных и тело (описание) процесса, являющееся спецификацией алгоритма или операции, трансформирующей входные потоки данных в выходные. Языки спецификаций могут варьироваться от структурированного естественного языка или псевдокода до визуальных языков моделирования.

Структурированный естественный язык применяется для понятного, достаточно строгого описания спецификаций процессов. При его использовании приняты следующие соглашения:

1. логика процесса выражается в виде комбинации последовательных конструкций, конструкций выбора и итераций;

2. глаголы должны быть активными, недвусмысленными и ориентированными на целевое действие (заполнить, вычислить, извлечь, а не модернизировать, обработать);

3. логика процесса должна быть выражена четко и недвусмысленно.

Переходить к детализации процессов следует только после определения содержания всех потоков и накопителей данных. Для каждого потока данных формируется список всех его элементов данных, затем элементы данных объединяются в структуры данных, соответствующие более крупным объектам данных (например, строкам документов или объектам предметной области).

Каждый объект должен состоять из элементов, являющихся его атрибутами. Структуры данных могут содержать альтернативы, условные вхождения и итерации. Условное вхождение означает, что данный компонент может отсутствовать в структуре (например, структура «данные о страховании» для объекта «служащий»). Альтернатива означает, что в структуру может входить один из перечисленных элементов. Итерация означает вхождение любого числа элементов в указанном диапазоне (например, элемент «имя ребенка» для объекта «служащий»). Для каждого элемента данных может указываться его тип (непрерывные или дискретные данные). Для непрерывных данных могут указываться единица измерения, диапазон значений, точность представления и форма физического кодирования. Для дискретных данных может указываться таблица допустимых значений.

При моделировании бизнес-процессов DFD используются для построения моделей «AS_IS» и «AS_TO_BE», отражая, таким образом, существующую и предлагаемую структуру бизнес-процессов организации и взаимодействие между ними. При этом описание используемых в организации данных на концептуальном уровне, независимом от средств реализации базы данных, выполняется с помощью модели «сущность-связь».