Рыбанов А.А. Инструментальные средства автоматизированного проектирования баз данных

Подождите немного. Документ загружается.

А. А. Рыбанов

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ

Федеральное агентство по образованию

Волгоградский государственный технический университет

Волжский политехнический институт (филиал)

А. А. Рыбанов

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ

учебное пособие по дисциплине

«Базы данных»

для студентов направления

552800 «Информатика и вычислительная техника»

РПК «Политехник»

Волгоград

2007

УДК 681.3.016

Рецензенты:

Волжский институт строительства и технологий (филиал) Волгоградского

архитектурно-строительного университета, профессор кафедры «Модели-

рование, информатика и графика», канд. техн. наук. Назаренко В.А.

Филиал ГОУВПО «Московский энергетический институт (технический

университет)» в г.Волжском, зав. кафедры «Автоматизация технологиче-

ских процессов и производств», профессор, доктор техн. наук. Шевчук В.П.

Рыбанов А.А.

Инструментальные средства автоматизированного проектирования баз

данных: Учебное пособие и варианты заданий к лабораторным работам по

дисциплине «Базы данных» / ВолгГТУ, Волгоград, 2007. – 96 с.

ISBN 5-230-

Даны характеристики современных CASE-средств, используемых для

проектирования баз данных информационных систем. Рассмотрены основ-

ные методологии, методы и средства, используемые для проектирования

баз данных в современных условиях. Представлены примеры построения

отдельных процессов информационных систем. Приводится описание и

лабораторный практикум на базе СASE средства Design/IDEF.

Ил. 37. Табл. 10. Библиогр.: 6 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоград-

ского государственного технического университета.

ISBN 5-230-

технический университет, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование баз данных для информационных систем (ИС) – логи-

чески сложная, трудоемкая и длительная работа, требующая высокой ква-

лификации участвующих в ней специалистов. В процессе создания и

функционирования ИС информационные потребности пользователей по-

стоянно изменяются или уточняются, что еще более усложняет разработку

и сопровождение таких систем.

Во многих аспектах системный анализ

является наиболее трудной ча-

стью разработки. Проблемы, с которыми сталкивается системный анали-

тик, взаимосвязаны (и это является одной из главных причин их трудно-

разрешимости):

- аналитику сложно получить исчерпывающую информацию для оцен-

ки требований к системе с точки зрения заказчика;

- заказчик, в свою очередь, не имеет достаточной информации о про-

блеме обработки данных, чтобы судить, что является выполнимым, а что -

нет;

- аналитик сталкивается с чрезмерным количеством подробных сведе-

ний о предметной области и о новой системе;

- спецификация системы из-за объема и технических терминов часто

непонятна для заказчика;

- в случае понятности спецификации для заказчика, она будет являться

недостаточной для

проектировщиков и программистов, создающих систе-

му.

Эти проблемы могут быть существенно облегчены за счет применения

современных структурных методов, среди которых центральное место за-

нимают методологии структурного анализа.

1. CASE-ТЕХНОЛОГИИ

1.1. Понятие CASE-технологии

CASE-технология (Computer-Aided Software/System Engineering) пред-

ставляет собой совокупность методологий анализа, проектирования, раз-

работки и сопровождения сложных систем и поддерживается комплексом

взаимоувязанных средств автоматизации. CASE-технология – это инстру-

ментарий для системных аналитиков, разработчиков и программистов, за-

меняющий бумагу и карандаш компьютером, автоматизируя процесс про-

ектирования и разработки ПО.

При

использовании методологий структурного анализа появился ряд

ограничений (сложность понимания, большая трудоемкость и стоимость

использования, неудобство внесения изменений в проектные специфика-

ции и т.д.) С самого начала CASE-технологии и развивались с целью пре-

одоления этих ограничений путем автоматизации процессов анализа и ин-

теграции поддерживающих средств. Они обладают достоинствами и

воз-

можностями, перечисленными ниже.

Единый графический язык. CASE-технологии обеспечивают всех участ-

ников проекта, включая заказчиков, единым строгим, наглядным и интуи-

тивно понятным графическим языком, позволяющим получать обозримые

компоненты с простой и ясной структурой. При этом программы представ-

ляются двумерными схемами (которые проще в использовании, чем мно-

гостраничные описания), позволяющими заказчику

участвовать в процессе

разработки, а разработчикам – общаться с экспертами предметной области,

разделять деятельность системных аналитиков, проектировщиков и про-

граммистов, облегчая им защиту проекта перед руководством, а также

обеспечивая легкость сопровождения и внесения изменений в систему.

Единая БД проекта. Основа CASE-технологии – использование базы

данных проекта (репозитория) для хранения всей информации

о проекте,

которая может разделяться между разработчиками в соответствии с их

правами доступа. Содержимое репозитория включает не только информа-

ционные объекты различных типов, но и отношения между их компонен-

тами, а также правила использования или обработки этих компонентов.

Репозиторий может хранить свыше 100 типов объектов: структурные диа-

граммы, определения экранов и меню, проекты отчетов, описания данных,

логика обработки, модели данных, их организации и

обработки, исходные

коды, элементы данных и т. п.

Интеграция средств. На основе репозитория осуществляется интегра-

ция CASE-средств и разделение системной информации между разработ-

чиками. При этом возможности репозитория обеспечивают несколько

уровней интеграции: общий пользовательский интерфейс по всем средст-

вам, передачу данных между средствами, интеграцию этапов разработки

через единую систему

представления фаз жизненного цикла, передачу

данных и средств между различными платформами.

Поддержка коллективной разработки и управления проектом. CASE-

технология поддерживает групповую работу над проектом, обеспечивая

возможность работы в сети, экспорт-импорт любых фрагментов проекта

для их развития и/или модификации, а также планирование, контроль, ру-

ководство и взаимодействие, т. е

. функции, необходимые в процессе раз-

работки и сопровождения проектов. Эти функции также реализуются на

основе репозитория. В частности, через репозиторий может осуществлять-

ся контроль безопасности (ограничения и привилегии доступа), контроль

версий и изменений и др.

Макетирование. CASE-технология дает возможность быстро строить

макеты (прототипы) будущей системы, что позволяет заказчику на

ранних

этапах разработки оценить, насколько она приемлема для будущих пользо-

вателей и устраивает его.

Генерация документации. Вся документация по проекту генерируется

автоматически на базе репозитория. Несомненное достоинство CASE-

технологии заключается в том, что документация всегда отвечает текуще-

му состоянию дел, поскольку любые изменения в проекте автоматически

отражаются в репозитории (известно, что при традиционных подходах к

разработке ПО документация в лучшем случае запаздывает, а ряд модифи-

каций вообще не находит в ней отражения).

Верификация проекта. CASE-технология обеспечивает автоматическую

верификацию и контроль проекта на полноту и состоятельность на ранних

этапах разработки, что влияет на успех разработки в целом – по статисти-

ческим данным анализа пяти крупных проектов фирмы TRW (США)

ошибки проектирования и кодирования составляют соответственно 64% и

32% от общего числа ошибок, а ошибки проектирования в 100 раз труднее

обнаружить на этапе сопровождения

ПО, чем на этапе анализа требований.

Автоматическая генерация объектного кода. Генерация программ в

машинном коде осуществляется на основе репозитория и позволяет авто-

матически построить до 85-90% объектного кода или текстов на языках

высокого уровня.

Сопровождение и реинжиниринг. Сопровождение системы в рамках

CASE-технологии характеризуется сопровождением проекта, а не про-

граммных кодов

. Средства реинжиниринга и обратного инжиниринга по-

зволяют создавать модель системы из ее кодов и интегрировать получен-

ные модели в проект, автоматически обновлять документацию при изме-

нении кодов и т. п.

Таблица 1

Изменения жизненного цикла ИС

Традиционная технология разработки

Разработка с помощью CASE-

технологий

Основные усилия - на кодирование и тести-

рование

Основные усилия - на анализ и проектиро-

вание

«Бумажные» спецификации Быстрое итеративное макетирование

Ручное кодирование Автоматическая генерация машинного кода

Тестирование ПО Автоматический контроль проекта

Сопровождение программного кода Сопровождение проекта

При использовании CASE-технологий изменяются все фазы жизненного

цикла ИС, причем наибольшие изменения касаются фаз анализа и проек-

тирования. В таблице 1 приведены основные изменения жизненного цикла

ИС при использовании CASE-технологий по сравнению с традиционной

технологией разработки.

В таблице 2 приведены оценки трудозатрат по фазам жизненного цикла

программного обеспечения (ПО).

Таблица 2

Трудозатраты по фазам жизненного цикла ПО

Технология разработки ПО

Анализ

Проектирование

Программирование

Тестирование

Традиционная технология 20% 15% 20% 45%

Структурная методология (вручную) 30% 30% 15% 25%

CASE-технология 40% 40% 5% 15%

1.2. CASE-средства. Общая характеристика и классификация

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддерж-

ки многочисленных технологий проектирования ИС: от простых средств

анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации,

покрывающих весь жизненный цикл ПО.

Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа

и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают каче-

ство

принимаемых технических решений и подготовку проектной доку-

ментации. При этом большую роль играют методы визуального представ-

ления информации. Это предполагает построение структурных или иных

диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной

цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графиче-

ские средства моделирования предметной области позволяют разработчи-

кам в наглядном виде изучать существующую ИС, перестраивать ее в со-

ответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями.

В разряд CASE-средств попадают как относительно дешевые системы

для персональных компьютеров с весьма ограниченными возможностями,

так и дорогостоящие системы для неоднородных вычислительных плат-

форм и

операционных сред. Так, современный рынок программных

средств насчитывает около 300 различных CASE-средств, наиболее мощ-

ные из которых так или иначе используются практически всеми ведущими

западными фирмами.

Все современные CASE-средства могут быть классифицированы в ос-

новном по типам и категориям. Классификация по типам отражает функ-

циональную ориентацию CASE-средств на

те или иные процессы ЖЦ.

Классификация по категориям определяет степень интегрированности по

выполняемым функциям и включает отдельные локальные средства, ре-

шающие небольшие автономные задачи (tools), набор частично интегриро-

ванных средств, охватывающих большинство этапов жизненного цикла ИС

(toolkit) и полностью интегрированные средства, поддерживающие весь

ЖЦ ИС и связанные общим репозиторием. Помимо

этого, CASE-средства

можно классифицировать по следующим признакам:

– применяемым методологиям и моделям систем и БД;

– степени интегрированности с СУБД;

– доступным платформам.

Классификация по типам в основном совпадает с компонентным соста-

вом CASE-средств и включает следующие основные типы:

– средства анализа (Upper CASE), предназначенные для построения и

анализа моделей предметной области

(Design/IDEF (Meta Software), BPwin

(Logic Works));

– средства анализа и проектирования (Middle CASE), поддерживающие

наиболее распространенные методологии проектирования и использую-

щиеся для создания проектных спецификаций (Vantage Team Builder

(Cayenne), Designer/2000 (ORACLE), Silverrun (CSA), PRO-IV (McDonnell

Douglas), CASE.Аналитик (МакроПроджект)). Выходом таких средств яв-

ляются спецификации компонентов и интерфейсов системы, архитектуры

системы, алгоритмов и структур данных;

– средства проектирования баз данных, обеспечивающие

моделирова-

ние данных и генерацию схем баз данных (как правило, на языке SQL) для

наиболее распространенных СУБД. К ним относятся ERwin (Logic Works),

S-Designor (SDP) и DataBase Designer (ORACLE). Средства проектирова-

ния баз данных имеются также в составе CASE-средств Design/IDEF, Van-

tage Team Builder, Designer/2000, Silverrun и PRO-IV;

– средства разработки приложений. К ним относятся

средства 4GL (Uni-

face (Compuware), JAM (JYACC), PowerBuilder (Sybase), Developer/2000

(ORACLE), New Era (Informix), SQL Windows (Gupta), Delphi (Borland) и

др.) и генераторы кодов, входящие в состав Vantage Team Builder, PRO-IV

и частично - в Silverrun;

– средства реинжиниринга, обеспечивающие анализ программных ко-

дов и схем баз данных и формирование на их основе различных моделей и

проектных спецификаций. Средства анализа схем БД и формирования ERD

входят в состав Vantage Team Builder, Design/IDEF, PRO-IV, Silverrun,

Designer/2000, ERwin и S-Designor. В области анализа программных кодов

наибольшее распространение получают объектно-ориентированные CASE-

средства, обеспечивающие реинжиниринг программ на языке С++

(Rational Rose (Rational Software), Object Team (Cayenne)).

Вспомогательные типы включают:

– средства планирования и управления

проектом (SE Companion,

Microsoft Project и др.);