Моделирование потоков данных информационных систем

Введение
В основе методологии моделирования потоков данных лежит построение модели - анализируемой информационной системы. Модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных, описывающих асинхронный процесс при образовании иерархии от ее ввода в систему до выдачи пользователю.
Диаграмма верхнего уровня иерархии определяет основные процессы внешними входами и выходами. Они детализируются при помощи диаграмм более низкого уровня. Декомпозиция продолжается до тех пор, пока не будет достигнут такой уровень детализации, на котором процесс становится элементарным. Результатом декомпозиции является многоуровневая иерархия диаграмм. Источники информации, которыми часто являются внешние сущности, порождают информационные потоки, которые переносят информацию к основным процессам или подсистемам. Процессы в свою очередь преобразуют информацию и порождают новые потоки, которые переносят информацию к другим процессам, к накопителям данных или к внешним сущностям потребителя информации.
1. Моделирование потоков данных (процессов)Поток данных в программировании - абстракция, используемая для чтения или записи файлов, сокетов и т. п. в единой манере.
Потоки являются удобным унифицированным программным интерфейсом для чтения или записи файлов (в том числе специальных и, в частности, связанных с устройствами), сокетов и передачи данных между процессами.
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.
Таким образом, основными компонентами диаграмм потоков данных являются:
внешние сущности;
системы/подсистемы;
процессы;
накопители данных;
потоки данных.
2. Внешние сущностиИнформационная система (ИС) - система, предназначенная для хранения, поиска и обработки информации, и соответствующие организационные ресурсы (человеческие, технические, финансовые и т. д.), которые обеспечивают и распространяют информацию.
Внешняя сущность - это объект объектной области не входящей в контекст предметной области информационной системы и являющейся источником или получателем данных, например, заказчики, поставщики, клиенты. Определение объекта предметной области в качестве внешней сущности указывает на то, что этот объект находятся за пределами границ информационной системы и в обработке не участвует. Имя внешней сущности должно быть существительным. В процессе анализа некоторые внешние сущности могут быть перенесены внутрь информационной системы или наоборот часть процессов информационной системы может быть вынесена за пределы диаграммы и представлена внешними сущностями.
Внешняя сущность представляет собой материальный предмет или физическое лицо, представляющее собой источник или приемник информации, например, заказчики, персонал, поставщики, клиенты, склад. Определение некоторого объекта или системы в качестве внешней сущности указывает на то, что она находится за пределами границ анализируемой ИС. В процессе анализа некоторые внешние сущности могут быть перенесены внутрь диаграммы анализируемой ИС, если это необходимо, или, наоборот, часть процессов ИС может быть вынесена за пределы диаграммы и представлена как внешняя сущность.
3. Системы и подсистемыПри построении модели сложной ИС 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. информационный подсистема накопитель данный
Подсистема (или система) на контекстной диаграмме изображается следующим образом (Рис. 1).

Рис 1. Подсистема
Номер подсистемы служит для ее идентификации. В поле имени вводится наименование подсистемы в виде предложения с подлежащим и соответствующими определениями и дополнениями.
4. ПроцессыПроцесс 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 выполняет преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с действием, которое определяется именем процесса. Имя процесса должно содержать глагол в неопределенной форме или отглагольное существительное и возможно дополнения, например, выдать информацию о текущих расходах, проверить кредитоспособность и т.д. Использование глаголов подобных обработать, отредактировать, организовать и т.д. означает, что данный процесс требует дальнейшего анализа. Физически, процесс может быть реализован программой, аппаратными средствами, некоторым подразделением организаций, выполняющих обработку информации и т.д. Каждый процесс на диаграмме имеет уникальный номер для ссылки на него внутри диаграммы. Номер процесса совместно с номером диаграммы образуют уникальный индекс процесса во всей модели.
Рис 2. Процесс
5. Накопители данныхХранилище (накопитель данных) определяет данные, которые сохраняются между процессами. Накопитель данных представляет собой абстрактное устройство для хранения информации. Информацию можно в любой момент поместить в накопитель и через некоторое время извлечь, причем в любом порядке. Физически, накопитель может быть реализован в виде картотеки, массива в оперативной памяти, файла на диске, базы данных и т.д. В общем случае, накопитель является прообразом базы данных информационной системы и служит для описания данных и их увязывания с информационной моделью. Имя хранилища идентифицирует его содержимое и должно быть существительным. Если поток данных входит и выходит из хранилища и его структура соответствует структуре хранилища, то поток данных должен иметь то же самое имя, что и хранилище.
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 микрофиши, ящика в картотеке, таблицы в оперативной памяти, файла на магнитном носителе и т.д. Накопитель данных на диаграмме потоков данных изображается, как показано на рисунке 3.
Рис 3. Накопитель данных
6. Потоки данныхПоток 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 используется для моделирования, передачи информации от источника к получателю. Ориентация стрелки указывает направление движения информации. В некоторых случаях информация передается в одном направлении, обрабатывается и возвращается к источнику. Такая ситуация может моделироваться двумя встречными потоками или одной двунаправленной стрелкой.
Поток данных на диаграмме изображается линией, оканчивающейся стрелкой, которая показывает направление потока (рисунок 4). Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание.
Рис. 4. Поток данных
7. Построение иерархии диаграмм потоков данныхПервым шагом при построении иерархии ДПД является построение контекстных диаграмм. Обычно при проектировании относительно простых ИС 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, единственный главный процесс не раскрывает структуры распределенной системы.
Для сложных ИС 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.
Разработка контекстных диаграмм решает проблему строгого определения функциональной структуры ИС на самой ранней стадии ее проектирования, что особенно важно для сложных многофункциональных систем, в разработке которых участвуют разные организации и коллективы разработчиков.
После построения контекстных диаграмм полученную модель следует проверить на полноту исходных данных об объектах системы и изолированность объектов (отсутствие информационных связей с другими объектами).
Для каждой подсистемы, присутствующей на контекстных диаграммах, выполняется ее детализация при помощи ДПД. Каждый процесс на ДПД, в свою очередь, может быть детализирован при помощи ДПД или мини-спецификации.
После построения законченной модели системы ее необходимо верифицировать (проверить на полноту и согласованность). В полной модели все ее объекты (подсистемы, процессы, потоки данных) должны быть подробно описаны и детализированы. Выявленные не детализированные 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.
ЗаключениеПроектирование информационной системы - это один из важнейших этапов ее существования то, с чего, собственно, должна начинаться её жизнь. Таким образом, прежде чем проектировать сеть, нужно понять, какие задачи будет решать сеть, какими будут основные потоки трафика, как физически будут расположены пользователи и ресурсы, нужно ли задание приоритетов видов трафика, как будут решаться вопросы защиты информации внутри сети, как сеть будет подключена к Интернет, как решить задачи управления правами доступа пользователей. Кроме того, в задачу предпроектного исследования входит изучение состояния зданий и сооружений в месте развертывания сети, анализ существующей инфраструктуры. Эта информация жизненно необходима как для постановки задачи проектирования, так и для самого проектирования.
Необходимость контролировать процесс создания ИС, гарантировать достижение целей разработки и соблюдение различных ограничений (бюджетных, временных и пр.) привело к широкому использованию в этой сфере методов и средств программной инженерии: структурного анализа, объектно-ориентированного моделирования, CASE-систем.
Список литературыАстапчук, В. А. Корпоративные информационные системы: требования при проектировании: учебное пособие для вузов / В. А. Астапчук, П. В. Терещенко. - Москва: Издательство Юрайт, 2020. - 113 с.
Горин, С. В. Применение CASE-средства Erwin 2.0 для информационного моделирования в системах обработки данных. «СУБД» / С. В. Горин, А.Ю. Тандоев, 2016. - №3. - 27 с.
Нетёсова, О. Ю. Информационные системы и технологии в экономике: учебное пособие для вузов / О. Ю. Нетёсова. - Москва: Издательство Юрайт, 2020. - 178 с.
Новоженов, Ю. В. Объектно-ориентированные технологии разработки сложных программных систем / Ю. В. Новоженов. - М.: Изд-во Альфа, 2016. - 114 с.
Панащук, С. А. Разработка информационных систем с использованием CASE-системы Silverrun / С. А. Панащук. - «СУБД», 2017. - №3. - 34 с.