Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagrams - DFD) представляют собой иерархию функциональных процессов, связанных потоками данных. Цель такого представления - продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.

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

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

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.

Состав диаграмм потоков данных

Основными компонентами диаграмм потоков данных являются: внешние сущности; системы и подсистемы; процессы; накопители данных; потоки данных.

Внешняя сущность представляет собой материальный объект или физическое лицо, являющиеся источником или приемником 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 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 квадратом (Рис. 1), расположенным над диаграммой и бросающим на нее тень для того, чтобы можно было выделить этот символ среди других обозначений.

Рисунок 1. Графическое изображение внешней сущности

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. Подсистема (или система) на контекстной диаграмме изображается так, как она представлена на Рис. 2.

Рисунок 2. Подсистема по работе с физическими лицами (ГНИ - Государственная налоговая инспекция)

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. 3.

Рисунок 3. Графическое изображение процесса

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 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 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 Рис. 4.

Рисунок 4. Графическое изображение накопителя данных

Накопитель данных 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. 5).

Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание.

Рисунок 5. Поток данных

Построение иерархии диаграмм потоков данных

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:

Размещать на каждой диаграмме от 3 до 6-7 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.

Не загромождать диаграммы несущественными на данном уровне деталями.

Декомпозицию потоков данных осуществлять параллельно с декомпозицией процессов. Эти две работы должны выполняться одновременно, а не одна после завершения другой.

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

Первым шагом при построении иерархии DFD является 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 события (внешние сущности), оказывающие влияние на функционирование системы. Количество потоков на контекстной диаграмме должно быть по возможности небольшим, поскольку каждый из них может быть в дальнейшем разбит на несколько потоков на следующих уровнях диаграммы.

Для проверки контекстной диаграммы можно составить список событий. 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.

Для сложных систем (признаками сложности могут быть наличие большого количества внешних сущностей (десять и более), распределенная природа системы или ее многофункциональность) 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. Для каждой подсистемы, присутствующей на контекстных диаграммах, выполняется ее детализация 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 ссылки на другие процессы для описания связей между этим процессом и его окружением. Затем все построенные диаграммы сводятся в одну диаграмму нулевого уровня.

Каждый процесс на DFD, в свою очередь, может быть детализирован при помощи DFD или (если процесс элементарный) спецификации. Спецификация процесса должна формулировать его основные функции таким образом, чтобы в дальнейшем специалист, выполняющий реализацию проекта, смог выполнить их или разработать соответствующую программу.

Спецификация является конечной вершиной иерархии DFD. Решение о завершении детализации процесса и использовании спецификации принимается аналитиком исходя из следующих критериев:

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

Возможности описания преобразования данных процессов в виде последовательного алгоритма;

Выполнения процессом единственной логической функции преобразования входной информации в выходную;

Возможности 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:

Логика процесса выражается в виде комбинации последовательных конструкций, конструкций выбора и итераций;

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

Логика процесса должна быть выражена четко и недвусмысленно.

При построении иерархии DFD переходить к детализации процессов следует только после определения содержания всех потоков и накопителей данных, которое описывается при помощи структур 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.

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 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.

При моделировании бизнес-процессов диаграммы потоков данных (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".

Ниже перечислены основные виды и последовательность работ при построении бизнес-моделей с использованием методики Йордона:

1. Описание контекста процессов и построение начальной контекстной диаграммы.

Начальная контекстная диаграмма потоков данных должна содержать нулевой процесс с именем, отражающим деятельность организации, внешние сущности, соединенные с нулевым процессом посредством потоков данных. Потоки данных соответствуют документам, запросам или сообщениям, которыми внешние сущности обмениваются с организацией.

2. Спецификация структур данных.

Определяется состав потоков данных и готовится исходная информация для построения концептуальной модели данных в виде структур данных. Выделяются все структуры и элементы данных типа "итерация", "условное вхождение" и "альтернатива". Простые структуры и элементы данных объединяются в более крупные структуры. В результате для каждого потока данных должна быть сформирована иерархическая (древовидная) структура, конечные элементы (листья) которой являются элементами данных, узлы дерева являются структурами данных, а верхний узел дерева соответствует потоку данных в целом.

3. Построение начального варианта концептуальной модели данных. Для каждого класса объектов предметной области выделяется сущность. Устанавливаются связи между сущностями и определяются их характеристики. Строится диаграмма "сущность-связь" (без атрибутов сущностей).

4. Построение диаграмм потоков данных нулевого и последующих уровней.

Для завершения анализа функционального аспекта деятельности организации детализируется (декомпозируется) начальная контекстная диаграмма.

При этом можно построить диаграмму для каждого события, поставив ему в соответствие процесс и описав входные и выходные потоки, накопители данных, внешние сущности и ссылки на другие процессы для описания связей между этим процессом и его окружением. После этого все построенные диаграммы сводятся в одну диаграмму нулевого уровня.

Процессы разделяются на группы, которые имеют много общего (работают с одинаковыми данными и/или имеют сходные функции). Они изображаются вместе на диаграмме более низкого (первого) уровня, а на диаграмме нулевого уровня объединяются в один процесс. Выделяются накопители данных, используемые процессами из одной группы.

Декомпозируются сложные процессы и проверяется соответствие различных уровней модели процессов.

Накопители данных описываются посредством структур данных, а процессы нижнего уровня - посредством спецификаций.

5. Уточнение концептуальной модели данных.

Определяются атрибуты сущностей. Выделяются атрибуты-идентификаторы. Проверяются связи, выделяются (при необходимости) связи "супертип-подтип". Проверяется соответствие между описанием структур данных и концептуальной моделью (все элементы данных должны присутствовать на диаграмме в качестве атрибутов).

IT-стандарты

В комментариях к одной из моих прошлых статей, посвященной IDEF0, один из пользователей высказал просьбу рассказать подробнее о том, что такое DFD. Понятие это несколько запутанное, многие мои клиенты также задают вопросы о потоках данных и стандартах построения диаграмм. А потому я решил эту статью посвятить DFD.

DFD - общепринятое сокращение от англ. data flow diagrams - диаграммы потоков данных. Так называется методология графического структурного анализа, описывающая внешние по отношению к системе источники и адресаты данных, логические функции, потоки данных и хранилища данных, к которым осуществляется доступ. Диаграмма потоков данных (data flow diagram, DFD) - один из основных инструментов структурного анализа и проектирования информационных систем, существовавших до широкого распространения UML. Википедия

По моему мнению, определение из русскоязычной Википедии, несколько перегружено информацией и, в результате, излишне сложно для понимания. Кроме того, лично я считаю, что DFD и UML - это разные инструменты, а потому некорректно утверждать, что DFD - это просто предшественник UML.

Для себя я вывел следующую формулировку:

DFD – это нотация, предназначенная для моделирования информационный систем с точки зрения хранения, обработки и передачи данных.

Зачем нужна нотация DFD?

Исторически синтаксис этой нотации применяется в двух вариантах - Йордана (Yourdon) и Гейна-Сарсона (Gane-Sarson). Различия между ними – в таблице ниже:

Сам я пользуюсь только одним из вариантов, по Гейну и Сарсону. Но когда я изучал материал перед написанием этой статьи, я увидел эту таблицу сравнения. Считаю, что она важна не столько для выбора варианта синтаксиса, он будет зависеть, скорее от выбора программного обеспечения для создания нотаций и ваших личных предпочтений, сколько как наглядная иллюстрация того факта, что в DFD нет жесткого синтаксиса, как, например, в BPMN. Здесь можно использовать разные варианты, главное, чтобы они были понятны вам и вашим клиентам. Нотации DFD - удобный инструмент для создания нерегламентированных диаграмм, которые можно сделать быстро и с максимумом свободы.

Применяется этот вид нотации в случае, когда требуется описание системы как хранилища данных. Т.е. нотация должна наглядно ответить на вопросы:

• Из чего состоит информационная система?
• Что нужно, чтобы обработать информацию?

Непосредственно DFD нотация состоит из следующих элементов:

• Процесс (англ. Process) , т.е. функция или последовательность действий, которые нужно предпринять, чтобы данные были обработаны. Это может быть создание заказа, регистрация клиента и т.д. В названиях процессов принято использовать глаголы, т.е. «Создать клиента» (а не «создание клиента») или «обработать заказ» (а не «проведение заказа»). Здесь нет строгой системы требований, как, например, в IDEF0 или BPMN, где нотации имеют жестко определенный синтаксис, так как они могут быть исполняемыми. Но все же определенных правил стоит придерживаться, чтобы не вносить путаницу при чтении DFD другими людьми.
• Внешние сущности (англ. External Entity). Это любые объекты, которые не входят в саму систему, но являются для нее источником информации либо получателями какой-либо информации из системы после обработки данных. Это может быть человек, внешняя система, какие-либо носители информации и хранилища данных.
• Хранилище данных (англ. Data store) . Внутреннее хранилище данных для процессов в системе. Поступившие данные перед обработкой и результат после обработки, а также промежуточные значения должны где-то храниться. Это и есть базы данных, таблицы или любой другой вариант организации и хранения данных. Здесь будут храниться данные о клиентах, заявки клиентов, расходные накладные и любые другие данные, которые поступили в систему или являются результатом обработки процессов.
• Поток данных (англ. Data flow) . В нотации отображается в виде стрелок, которые показывают, какая информация входит, а какая исходит из того или иного блока на диаграмме.

Нотация DFD может описывать любые действия, в том числе, процесс продажи или отгрузки товара, работу с заявками от клиентов или закупки материалов, с точки зрения описания системы. Эта нотация помогает понять, из чего должна состоять система, что нужно для автоматизации бизнес-процесса. Но DFD не является описанием непосредственно бизнес-процесса. Здесь, например, нет такого важного параметра, как время. Также в этой нотации не предусмотрены условия и «развилки». В DFD мы рассматриваем откуда появляются данные, какие данные нужны, их обработку и куда результаты отправить. Т.е. в этой нотации описывается не столько непосредственно процесс, сколько движение потоков данных. Для работы с процессами я рекомендую использовать BPMN или IDEF3 (о ней я расскажу в другой раз).

Как создавать нотации DFD

Давайте для примера рассмотрим нотацию автоматизации продаж. Допустим, у нас есть клиент, который делает заявку через сайт или по телефону. Есть менеджер, который регистрирует эту заявку. Таким образом, в системе появляются данные – клиент и его заказ. Работник склада должен это увидеть и произвести отгрузку товара с оформлением всех необходимых документов и передать документы клиенту.

Последовательность получается такая:

1. Клиент предоставляет свои данные и заявку.
2. Менеджер проверяет и вносит полученные данные в систему.
3. Работник склада формирует документы, например, расходную накладную, и отгружает товар.
4. Клиент получает товар и пакет документов к нему.

Эту последовательность действий нам необходимо увидеть с точки зрения хранения данных и работы с ними в IT-системе.

С точки зрения DFD у нас имеются:

• Покупатель – это внешняя сущность, которая является источником данных и получением результата.
• Процесс обработки заказа (подтверждение и проводка данных в системе менеджером).
• Сбор заказа на складе (после получения заявки).
• Оформление отгрузки (создание необходимых документов).

Какие правила необходимо знать, чтобы создать DFD диаграмму:

• Каждый процесс должен иметь хотя бы один вход и один выход. Смысл процессов здесь заключается в обработке данных, а потому процесс должен получить данные (входящая стрелка) и отдать куда-то после обработки (исходящая стрелка);
• Процесс обработки данных должен иметь внешнюю входящую стрелку (данные от внешней сущности). Для того, чтобы любой подобный процесс начал работать, мало использовать данные из хранилища, должна поступить новая информация для последующей обработки;
• Стрелки не могут связывать напрямую хранилища данных, все связи идут через процессы. Нет смысла просто перемещать данные из одного места в другое, а именно так читается прямая связь двух хранилищ стрелкой. Данные поступают для того, чтобы производились какие-то действия, в нашем примере – осуществлялся процесс продажи. А это возможно только посредством обработки (процесса);
• Все процессы должны быть связаны либо с другими процессами, либо с другими хранилищами данных. Процессы не существуют сами по себе, а потому результат должен куда-то передаваться;
• Декомпозиция. В DFD-диаграммах предусмотрена возможность создавать крупные процессы и декомпозировать их на подпроцессы с подробным описанием действий. Например, мы можем создать процесс «создание заявки», который потом декомпозировать на последовательность действий, например, на получение заявки, отдельно – проверку и получение данных клиента, если товар в интернет-магазине продается под заказ, то также при формировании заявки потребуется получить данные от поставщика о наличии нужных наименований и т.д. И тогда на верхней диаграмме у нас будет блок «обработка заявки», а при декомпозировании мы получим диаграмму с подробной последовательностью действий на этом этапе. При этом ни на одном этапе у нас не будет условий и ветвления. Будет процесс и его декомпозиция глубиной до 3-4 уровней.

Как будет выглядеть диаграмма (без декомпозиции, верхний уровень):

И декомпозиция основного элемента нашей диаграммы:

Где используются DFD нотации

DFD-диаграммы активно применяются при разработке программного обеспечения. При этом:

• хранилища данных – это электронные таблицы и базы данных,
• внешние сущности – клиенты или другие базы данных, в том числе, из других программ (интеграция и обмен данными),
• процессы – это выполняемые функции и модули в системе.

Также DFD нотации удобны при анализе, когда система рассматривается с точки зрения документооборота. При этом можно наглядно увидеть, где хранятся данные, каким образом производится обмен документацией, где в этом процессе допущены ошибки организации бизнес-процессов и пр. Но здесь применение DFD диаграмм требует особой осторожности. Все же это не описание бизнес-процесса как такового, а, скорее, диаграмма перемещения данных при реализации бизнес-процессов. Но как вспомогательный вариант, в том числе, для наглядной демонстрации клиенту существующих проблем и методов оптимизации работы, этот вид нотаций вполне подойдет.

Например, для выявления проблем документооборота, дублирования документов или, наоборот, недостающей документации или электронных данных в системе, очень удобно создать отдельно – описание бизнес-процесса, а потом к нему – DFD-нотацию. Либо наоборот, предварительно для понимания основ работы бизнеса и особенностей реализации документооборота создается DFD-нотация. Она помогает выявить, например, отсутствие в системе автоматизации важных документов, которые на самом деле создаются (на бумаге), но в системе никак не отображаются. А потом уже строится оптимизированный бизнес-процесс с учетом выявленных нюансов документооборота.

DFD нотации – это просто!

Я считаю, что DFD нотации – это действительно много проще, чем это кажется на первый взгляд. Главное, четко понимать ограничения построения этого типа диаграмм (отсутствие условий, времени и т.д.) и применять их там, где именно такой подход окажется удобнее. Возможно, вы найдете собственные варианты применения DFD, которые я выше не описал. В моем перечне присутствуют только те варианты, которые я использую на практике.

Что в DFD-нотациях особенно удобно, здесь не обязательно придерживаться строгих правил и синтаксиса, как, например, в BPMN. Эти нотации не будут исполнимыми, они нужны для понимания особенностей документооборота, структуры и последующей работы с данными. А потому, если ваша диаграмма понятна и вам, и заказчику, какие-то отступления от стандартов DFD вполне допустимы.

Рисовать диаграммы DFD можно, в принципе, где и как вам удобнее. Но если вы хотите работать с декомпозицией, выстраивать систему на разных уровнях детализации, то «рисовалки» (Visio, Paint и тому подобные) придется забыть. Вам потребуются специализированные программы для моделирования.

Лично я пользуюсь программой ERwin и всем ее рекомендую. Одна из причин моего выбора – это особенности декомпозиции. В ERwin, как и в некоторых других подобных системах, существует возможность декомпозирования DFD-процессов в формате IDEF3, т.е. основная диаграмма будет в формате DFD, и на самом общем уровне вы будете видеть основные потоки данных и «узлы» их обработки. А при декомпозиции вы сможете использовать уже процессный подход, что также бывает очень удобно для разработки крупных систем или работе с разными подразделениями бизнеса.

Вопросы и ответы

В чем разница между DFD и UML?

Существует язык создания нотаций UML, который также позиционирует себя как нотации, основанные на работе с данными. Но при этом UML - это уже язык программирования, здесь есть жесткий синтаксис, требования, но и возможностей для описания различных функций также много больше. DFD - это нотации, которые применяются более свободно, подходят, скорее, для планирования, изучения возможных вариантов решения, обсуждения с заказчиком и т.д.

Если вы - разработчик, и знаете UML, волне возможно, что даже какие-то предварительные решения вам будет удобнее создавать в этой нотации. А для бизнес-консультанта DFD всегда будет удобнее в качестве инструмента, так как бизнес-консультанту не требуется подробное описание функций с точки зрения автоматизации, это - задача технических специалистов. Зато время и силы DFD значительно экономит.

При этом не стоит рассматривать DFD как упрощенный вариант UML. Не смотря на схожесть в подходе, это - разные инструменты, предназначенные для разных целей.

Какое количество элементов может использоваться в DFD?

В отличие от систем с жестким синтаксисом и регламентом, в DFD нет ограничения по количеству элементов, которые могут находиться на одной диаграмме. Для сравнения: в IDEF0 количество таких элементов, дальше - только детализация (декомпозиция) или разные нотации.
С одной стороны, это большой плюс, так как отсутствие ограничений дает максимум свободы и комфорта при составлении нотации. С другой стороны, этой свободой злоупотреблять не рекомендуется. Помните, чем больше элементов у вас на диаграмме, тем сложнее ее читать.

Можно ли использовать нотации DFD для работы с клиентами?

В принципе, запретить это делать никто не может. Более того, в ограниченных количествах как иллюстрацию к каким-то вашим пояснениям такие нотации прекрасно подойдут и при обсуждении особенностей проекта с клиентом. Но все же, клиенты обычно слабо разбираются в вопросах автоматизации, структуре хранения данных, возможностях обработки и т.д. Это все находится в компетенции разработчиков. А нотации DFD строятся с учетом особенностей работы с данными, потому я все же рекомендую применять их преимущественно при обсуждении проекта специалистами, при создании технического описания и задания разработчикам, для повышения понимания именно разработчиками сути и особенностей проекта. Неподготовленному заказчику даже объяснить особенности DFD-нотаций может быть сложно.

Основными компонентами диаграмм потоков данных являются:

Внешние сущности (External Reference);

Системы/подсистемы;

Процессы;

Накопители данных (Data store);

Потоки данных.

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

Внешняя сущность — это материальный предмет, физическое лицо или другая система, представляющие собой источник и/или приемник информации .

Имя сущности должно содержать существительное , например , "ОС", "Файловая система", "Пользователь", "Внешний накопитель", "Поставщик(и)", "Клиент(ы)", "Склад".

Определение некоторых объектов или систем в качестве внешних сущностей указывает на то, что они находятся за пределами границ проектируемой системы, они не должны участвовать ни в какой обработке .

Поэтому это не могут быть механизмы из модели в нотации IDEF0. Особый случай составляют механизмы модели в нотации IDEF0 такие, как "Пользователь".

Пользователь может быть представлен и как механизм, так как он участвует в процессе обработки посредством ввода данных, выбора пунктов меню и т.п. В этом случае он выступает в роли оператора. И в то же время пользователь является внешней сущностью в модели в нотации DFD, так как он дает данные для обработки, он же и получает результат работы проектируемой системы, в частности ПО.

Внешняя сущность обозначается прямоугольником (рис. 10.1), расположенным как бы "над" диаграммой и бросающим на нее тень, как раз, чтобы показать, что внешняя сущность находится вне контекста моделируемой системы.

Обычно внешние сущности располагают по краям диаграммы . Одна внешняя сущность может быть использована многократно на одной или нескольких диаграммах. Такой прием используют, чтобы не рисовать слишком длинных и запутанных стрелок-связей.

Каждая внешняя сущность идентифицируется буквой "E" и произвольным числом (одним и тем же на разных копиях сущности). Каждой внешней сущности дается текстовое описание .

Примеры сущностей с возможными текстовыми описаниями приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Примеры внешних сущностей

Название сущности	Описание
Пользователь	Человек, использующий данную систему (данное ПО)
	Операционная система (MS Windows), предоставляет: настройки интерфейса ОС, такие как параметры принтера, размер, стиль, цвет шрифта, цвет фона и т.д.; разрешения на действия с файлом; текущие дату и время
Логические и/или физические диски	Предоставляют (предоставляет) пользователю список файлов и папок, хранящихся на компьютере, а также дают (дает) возможность для записи и хранения новых данных
Файловая система
	Внешнее хранилище, позволяющее сохранять в себе произвольную информацию с возможностью последующего ее извлечения
Внешний накопитель	Жесткий диск, дискета, CD-ROM, сетевой диск и т.д.

Система и подсистема

При построении модели сложной системы она представляется в самом общем виде на контекстной диаграмме как единое целое . Затем она декомпозируется на ряд подсистем .

В качестве имени системы, подсистемы используется предложение с подлежащим и соответствующими определениями и дополнениями, например , "Система обработки информации", "Подсистема работы с файлами", "Подсистема работы с изображением", "Подсистема работы с документом", "Подсистема настройки шрифта".

Процесс, действие (или работа)

Процесс (или работа) представляет собой функцию системы, подсистемы. Преобразует входные потоки 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.

В качестве имени процесса используется предложение с активным недвус­мы­сленным глаголом в неопределенной форме (вычислить, рассчитать, проверить, определить, создать, получить), за которым следует существительное в винительном падеже, например , "Изменить масштаб изображения", "Печатать документ", "Открыть документ", "Рисовать линию", "Перерисовать изображение".

Использование таких глаголов, как "обработать", "модернизировать" или "отредактировать" означает, как правило, недостаточно глубокое понимание данного процесса и требует дальнейшего анализа.

Системы, подсистемы, процессы, действия (или работы) изображаются одинаково: прямоугольниками со скругленными углами — функциональными блоками (рис. 10.2).

В общем случае смысл их совпадает со смыслом действий в нотациях IDEF0 и IDEF3. Идентифицируются на диаграммах аналогично функциональным блокам в нотации IDEF0 (префикс, номер диаграммы, номер объекта). Так же как действия в IDEF3, они имеют входы и выходы, но не поддерживают управления и механизмы, как функциональные блоки в IDEF0.

Каждому функциональному блоку дается текстовое описание .

В "Техническом задании", в разделе "Требования к системе" при перечислении работ, которые можно выполнять с помощью разрабатываемого ПО, обязательно указываются их подробные определения (описания).

Поток данных (стрелка)

Поток данных описывает движение объекта из одной части системы в другую.

В качестве источников и приемников данных для потоков могут выступать внешние сущности, процессы и накопители.

Физически 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.

Ориентация стрелки показывает направление потока. Могут применяться двунаправленные стрелки для описания диалогов типа "команда-ответ". В каждом конкретном случае аналитик решает, что удобнее изобразить: двунаправленный поток или два различных потока в противоположных направлениях.

Поскольку в DFD каждая сторона функционального блока не имеет четкого назначения, как в IDEF0, стрелки могут подходить и выходить из любой грани блока.

Каждый поток данных имеет имя , отражающее его содержание. В имени должно использоваться существительное . Каждому потоку данных дается текстовое описание .

В приложении к "Техническому заданию" приводятся имена и текстовые описания потоков данных в виде словаря данных.

В DFD стрелки могут сливаться и раз­ветвляться, что позволяет описать декомпозицию стрелок (потоков данных) . Каждый новый сегмент (подпоток) сливающейся или разветвляющейся стрелки может иметь собственное имя.

При декомпозиции потоков необходимо строго определить потоки и подпотоки в словаре данных , т.е. четко определить структуру данных.

Структура данных — поименованная, логически связанная группа элементов и подструктур данных, хранящаяся в накопителе или передаваемая в информационном потоке. Средство для задания состава и взаимосвязи отдельных элементов данных.

Для увеличения наглядности и читабельности диаграмм осуществляют декомпозицию потоков через границы диаграмм .

Например, в детализируемую работу входит поток "Данные", на детализирующей диаграмме этот поток удаляют, а вместо него вводят потоки "Данные для работы с изображением", "Данные о параметрах интерфейса", "Данные об атрибутах изображения", как будто бы они переданы из детализируемой работы.

Но для целей балансировки обязательно должно существовать строгое определение структуры потока "Данные": поток "Данные" состоит из подпотоков "Данные для работы с изображением", "Данные о параметрах интерфейса", "Данные об атрибутах изображения" и больше никаких других элементов данных .

Накопитель (хранилище) данных

Накопитель данных представляет собой абстрактное устройство для хранения информации, обладающее возможностью записи и извлечения данных. Способы доступа (помещения и извлечения) и хранения данных в накопителях могут быть любыми и в ходе анализа не уточняются.

Накопитель изображает объект в покое в отличие от потока данных, описывающего объект в движении.

Физически накопитель данных может быть реализован в виде ящика в картотеке, таблицы в оперативной памяти, файла на магнитном носителе и т.д.

При разработке ПО накопители данных являются прообразами файлов или баз данных . Поэтому описание хранящихся в них данных должно быть увязано с информационной моделью .

Имя накопителя должно быть существительным и выбирается из соображения наибольшей информативности для проектировщика. В случае, когда поток данных входит или выходит в/из накопителя, и его структура соответствует структуре накопителя, он должен иметь то же самое имя.

Накопитель данных изображается, как показано на рис. 10.3. Один накопитель может быть использован многократно на одной или нескольких диаграммах. Идентифицируется накопитель данных порядковым номером (одним и тем же на разных копиях накопителя).

Каждому накопителю дается текстовое описание : "используется при выполнении такого-то процесса (действия, работы)", "предназначен для хранения таких-то данных". Примеры накопителей с возможными текстовыми описаниями приведены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Примеры накопителей

Название накопителя	Описание
Изображение в памяти	Накопитель предназначен для хранения информации о наборе пикселей, составляющих изображение
Открытый документ в ОП	Предназначен для хранения в ОП содержимого текстового документа и его полное имя (включая путь)
Параметры интерфейса в памяти	Используется для хранения информации о размере рабочего окна и состоянии вспомогательных окон
Атрибуты изображения в памяти	Используется для хранения ширины, высоты изображения, единиц измерения, вида палитры

Данные, которые хранятся в накопителе — это объекты предметной области и при построении модели данных они будут моделироваться в виде "сущностей" (не путать с сущностями нотации DFD).

Для каждого накопителя данных составляется таблица, в которой перечисляется состав данных в накопителях .

Табл. 10.3 — 10.5 являются примерами таких таблиц для модели "Графический редактор (Paint)" в нотации DFD, показанной на рис. 10.4 – 10.7.

Таблица 10.3

Содержимое накопителя данных "Изображение в памяти"

Название поля			Описание
Имя файла	Текстовый
Кодировка цвета	Числовой, целый		Код кодировки
Содержимое	Текстовый		Содержимое графического файла — информация о наборе пикселей, составляющих изображение Размер изображения в памяти зависит от ширины и высоты рисунка. Максимальный размер изображения: 99999*99999 пикселей

Таблица 10.4

Содержимое накопителя данных "Атрибуты изображения в памяти"

Название полей			Описание
Ширина картинки	Числовой, целый		Поле хранит ширину картинки в пикселях (max 99999)
Высота картинки	Числовой, целый		Поле хранит высоту картинки в пикселях (max 99999)
Вид палитры	Логический		Цветная или черно-белая (1/0)
Единицы измерения	Логический		Сантиметр, дюйм, точка

Таблица 10.5

Содержимое накопителя данных "Параметры интерфейса в памяти"

Название полей			Описание
Ширина рабочего окна	Числовой, целый		Поле хранит ширину рабочего окна в пикселях (max 1600)
Высота рабочего окна	Числовой, целый		Поле хранит высоту рабочего окна в пикселях (max 1200)
Набор инструментов	Логический		Показать/Скрыть (1/0)
	Логический		Показать/Скрыть (1/0)
Строка состояния	Логический		Показать/Скрыть (1/0)
Панель атрибутов текста	Логический		Показать/Скрыть (1/0)

Для ПО "Текстовый редактор (Блокнот из группы Стандартные ОС Windows)", в котором ведется работа с текстовым файлом и в ОП хранится содержимое текстового файла, содержимое накопителя "Открытый документ в ОП" может быть таким, как показано в табл. 10.6.

Таблица 10.6

Содержимое накопителя данных "Открытый документ в ОП"

Название поля			Описание
Имя файла	Текстовый		Полное имя файла (включая путь)
Кодировка	Текстовый		Название кодировки (список поддерживаемых кодировок зависит от ОС)
Содержимое	Текстовый		Содержимое документа — информация о наборе символов, составляющих текстовый документ

Если используется накопитель данных для хранения значений текущего формата отображения, то содержимое такого накопителя может быть таким, как показано в табл. 10.7.

Таблица 10.7

Содержимое накопителя данных "Текущий формат отображения"

Название поля			Описание
Название шрифта	Текстовый		Название одного из возможных шрифтов, например, Times New Roman
Начертание шрифта	Текстовый		Название одного из возможных начертаний, например, курсив, полужирный
Размер шрифта	Числовой, целый		Значение, соответствующее одному из возможных размеров шрифта
Перенос текста	Логический		1 — перенос включен, 0 — отключен

Если для работы ПО используются возможные варианты параметров (например, варианты параметров настройки программы; варианты возможных шрифтов; варианты возможных размеров шрифта), из которых пользователь выбирает текущие значения, то содержимое накопителя данных с вариантами по каждому параметру может быть таким, как показано в табл. 10.8.

Таблица 10.8

Содержимое накопителя данных "Варианты параметров настройки программы"

Название полей			Описание
Название параметра	Текстовый		Поле хранит название параметра
Список возможных значений этого параметра	Массив числовой, целый (или Массив логический, или Массив строк)	4 байта (или 1 бит, или размер одной строки) * кол-во вариантов значений	Поле хранит список значений параметра
И так по каждому параметру, хранимому в накопителе данных

Главная > Лекция

ЛЕКЦИЯ №3

ДИАГРАММЫ ПОТОКОВ ДАННЫХ Диаграммы потоков данных (DFD) являются основным средством моделирования функциональных требований проектируемой системы. С их помощью эти требования разбиваются на функциональные компоненты (процессы) и представляются в виде сети, связанной потоками данных. Главная цель таких средств - продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами. Диаграммы потоков данных известны очень давно. Приведу следующий пример использования DFD для реорганизации переполненного клерками офиса, относящийся к 20-м годам. Осуществлявший реорганизацию консультант обозначил кружком каждого клерка, а стрелкой - каждый документ, передаваемый между ними. Используя такую диаграмму, он предложил схему реорганизации, в соответствии с которой двое клерков, обменивающиеся множеством документов, были посажены рядом, а клерки с малым взаимодействием были посажены на большом расстоянии. Так родилась первая модель, представляющая собой потоковую диаграмму - предвестника DFD. Для изображения DFD традиционно используются две различные нотации: Йодана (Yourdon) и Гейна-Сарсона (Gane-Sarson). Мы будем при построении примеров использовать нотации Йодана.

Основные символы

Основные символы DFD изображены на рис.1.

Р
ис.1 Основные компоненты диаграммы потоков данных

Опишем их назначение. На диаграммах функциональные требования представляются с помощью процессов и хранилищ, связанных потоками данных. ПОТОКИ ДАННЫХ являются механизмами, использующимися для моделирования передачи информации (или даже физических компонент) из одной части системы в другую. Важность этого объекта очевидна: он дает название целому инструменту. Потоки на диаграммах обычно изображаются именованными стрелками, ориентация которых указывает направление движения информации. Иногда информация может двигаться в одном направлении, обрабатываться и возвращаться назад в ее источник. Такая ситуация может моделироваться либо двумя различными потоками, либо одним - двунаправленным. Назначение ПРОЦЕССА состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Это имя должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, ВЫЧИСЛИТЬ МАКСИМАЛЬНУЮ ВЫСОТУ). Кроме того, каждый процесс должен иметь уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы. Этот номер может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели. ХРАНИЛИЩЕ (НАКОПИТЕЛЬ) ДАННЫХ позволяет на определенных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет "срезы" потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее определения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно идентифицировать его содержимое и быть существительным. В случае, когда поток данных входит или выходит в/из хранилища, и его структура соответствует структуре хранилища, он должен иметь то же самое имя, которое нет необходимости отражать на диаграмме. ВНЕШНЯЯ СУЩНОСТЬ (или ТЕРМИНАТОР) представляет сущность вне контекста системы, являющуюся источником или приемником системных данных. Ее имя должно содержать существительное, например, СКЛАД ТОВАРОВ, Предполагается, что объекты, представленные такими узлами, не должны участвовать ни в какой обработке. Контекстная диаграмма и детализация процессов Декомпозиция DFD осуществляется на основе процессов: каждый процесс может раскрываться с помощью DFD нижнего Уровня. Важную специфическую роль в модели играет специальный вид DFD - контекстная диаграмма, моделирующая систему наиболее общим образом. Контекстная диаграмма отражает интерфейс системы с внешним миром, а именно, информационные потоки между системой и внешними сущностями, с которыми она должна быть связана. Она идентифицирует эти внешние сущности, а также, как правило, единственный процесс, отражающий главную цель или природу системы насколько это возможно. И хотя контекстная диаграмма выглядит тривиальной, несомненная ее полезность заключается в том, что она устанавливает границы анализируемой системы. Каждый проект должен иметь ровно одну контекстную диаграмму, при этом нет необходимости в нумерации единственного ее процесса. DFD первого уровня строится как декомпозиция процесса, который присутствует на контекстной диаграмме. Построенная диаграмма первого уровня также имеет множество процессов, которые в свою очередь могут быть декомпозированы в DFD нижнего уровня. Таким образом строится иерархия DFD с контекстной диаграммой в корне дерева. Этот процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока процессы могут быть эффективно описаны с помощью коротких (до одной страницы) миниспецификаций обработки (спецификаций процессов). При таком построении иерархии DFD каждый процесс более низкого уровня необходимо соотнести с процессом верхнего уровня. Обычно для этой цели используются структурированные номера процессов. Так, например, если мы детализируем процесс номер 2 на диаграмме первого уровня, раскрывая его с помощью DFD, содержащей три процесса, то их номера будут иметь следующий вид: 2.1, 2.2 и 2.3. При необходимости можно перейти на следующий уровень, т.е. для процесса 2.2 получим 2.2.1, 2.2.2. и т.д. Проиллюстрируем контекстную диаграмму на примере. П

ример . Рассмотрим процесс СДАЧА ЭКЗАМЕНА. У нас есть две сущности СТУДЕНТ и ПРЕПОДАВАТЕЛЬ. Опишем потоки данных, которыми обменивается наша проектируемая система с внешними объектами.

Со стороны сущности СТУДЕНТ опишем информационные потоки. Для сдачи экзамена необходимо, чтобы у СТУДЕНТА была ЗАЧЕТКА, а также чтобы он имел ДОПУСК К ЭКЗАМЕНУ. Результатом сдачи экзамена, т.е. выходными потоками будут ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН и ЗАЧЕТКА, в которую будет проставлена ОЦЕНКА. Со стороны сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ информационные потоки следующие. ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ ВЕДОМОСТЬ согласно которой будет известно, что СТУДЕНТ допущен до экзамена, а также официальна бумага, куда будет занесен результат экзамена, т.е. ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН, ПРОСТАВЛЕННАЯ В ВЕДОМОСТЬ. Теперь детализируем процесс 1.СДАЧА ЭКЗАМЕНА. Этот процесс будет содержать следующие процессы:

Вытянуть билет Подготовиться к ответу Ответы на билет Проставление оценки

Декомпозиция данных и соответствующие расширения диаграмм потоков данных

Индивидуальные данные в системе часто являются независимыми. Однако иногда необходимо иметь дело с несколькими независимыми данными одновременно. Например, в системе имеются потоки ЯБЛОКИ, АПЕЛЬСИНЫ и ГРУШИ. Эти потоки могут быть сгруппированы с помощью введения нового потока ФРУКТЫ. Для этого необходимо определить формально поток ФРУКТЫ как состоящий из нескольких элементов-потомков. Такое определение задается с помощью формы Бэкуса-Наура (БНФ) в словаре данных (эту форму мы рассмотрим на след. лекции). В свою очередь поток ФРУКТЫ сам может содержаться в потоке-предке ЕДА вместе с потоками ОВОЩИ, МЯСО и др. Такие потоки, объединяющие несколько потоков, получили название групповых. Обратная операция, расщепление потоков на подпотоки, осуществляется с использованием группового узла (рис. 3), позволяющего расщепить поток на любое число подпотоков.

Р

ис. 3

При расщеплении также необходимо формально определить подпотоки в словаре данных (с помощью БНФ). Аналогичным образом осуществляется и декомпозиция потоков через границы диаграмм, позволяющая упростить детализирующую DFD. Пусть имеется поток ФРУКТЫ, входящий в детализируемый процесс. На детализирующей этот процесс диаграмме потока ФРУКТЫ может не быть вовсе, но вместо него могут быть потоки ЯБЛОКИ и АПЕЛЬСИНЫ (как будто бы они переданы из детализируемого процесса). В этом случае должно существовать БНФ-определение потока ФРУКТЫ, состоящего из подпотоков ЯБЛОКИ и АПЕЛЬСИНЫ, для целей балансирования. Применение этих операций над данными позволяет обеспечить структуризацию данных, увеличивает наглядность и читабельность диаграмм. Для обеспечения декомпозиции данных и некоторых других сервисных возможностей к DFD добавляются следующие типы объектов: 1) ГРУППОВОЙ УЗЕЛ. Предназначен для расщепления и объединения потоков. В некоторых случаях может отсутствовать (т.е. фактически вырождаться в точку слияния/расщепления потоков на диаграмме). 2) УЗЕЛ-ПРЕДОК . Позволяет увязывать входящие и выходящие потоки между детализируемым процессом и детализирующей DFD. 3) НЕИСПОЛЬЗУЕМЫЙ УЗЕЛ . Применяется в ситуации, когда декомпозиция данных производится в групповом узле, при этом требуются не все элементы входящего в узел потока. 4) УЗЕЛ ИЗМЕНЕНИЯ ИМЕНИ . Позволяет неоднозначно именовать потоки, при этом их содержимое эквивалентно. Например, если при проектировании разных частей системы один и тот же фрагмент данных получил различные имена, то эквивалентность соответствующих потоков данных обеспечивается узлом изменения имени. При этом один из потоков
данных является входным для данного узла, а другой - выходным.

Текст в свободном формате в любом месте диаграммы.

Возможный способ изображения этих узлов приведен на рис. 3.

Построение модели

Главная цель построения иерархического множества DFD заключается в том, чтобы сделать требования ясными и понятными на каждом уровне детализации, а также разбить эти требования на части с точно определенными отношениями между ними. Для достижения этого целесообразно пользоваться следующими рекомендациями:

Размещать на каждой диаграмме от 3 до 6-7 процессов. 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. Не загромождать диаграммы несущественными на данном уровне деталями. Декомпозицию потоков данных осуществлять параллельно с декомпозицией процессов; эти две работы должны выполняться одновременно, а не одна после завершения другой. Выбирать ясные, отражающие суть дела, имена процессов и потоков для улучшения понимаемости диаграмм, при этом стараться не использовать аббревиатуры. Однократно определять функционально идентичные процессы на самом верхнем уровне, где такой процесс необходим, и ссылаться к нему на нижних уровнях. Пользоваться простейшими диаграммными техниками: если что-либо возможно описать с помощью DFD, то это и необходимо делать, а не использовать для описания более сложные объекты. Отделять управляющие структуры от обрабатывающих структур (т.е. процессов), локализовать управляющие структуры.

В соответствии с этими рекомендациями процесс построения модели разбивается на следующие этапы:

Расчленение множества требований и организация их в основные функциональные группы.

Идентификация внешних объектов, с которыми система должна быть связана.

Идентификация основных видов информации, циркулирующей между системой и внешними объектами. Предварительная разработка контекстной диаграммы, на которой основные функциональные группы представляются процессами, внешние объекты - внешними сущностями, основные виды информации - потоками данных между процессами и внешними сущностями. Изучение предварительной контекстной диаграммы и внесение
в нее изменений по результатам ответов на возникающие при этом
изучении вопросы по всем ее частям. Построение контекстной диаграммы путем объединения всех
процессов предварительной диаграммы в один процесс, а также
группирования потоков. Формирование DFD первого уровня на базе процессов предварительной контекстной диаграммы. Проверка основных требований по DFD первого уровня. Декомпозиция каждого процесса текущей DFD с помощью детализирующей диаграммы или спецификации процесса. Проверка основных требований по DFD соответствующего уровня. Добавление определений новых потоков в словарь данных при каждом их появлении на диаграммах. Параллельное (с процессом декомпозиции) изучение требований (в том числе и вновь поступающих), разбиение их на элементарные и идентификация процессов или спецификаций процессов, соответствующих этим требованиям. После построения двух-трех уровней проведение ревизии с целью проверки корректности и улучшения понимаемости модели. Построение спецификации процесса (а не простейшей диаграммы) в случае, если некоторую функцию сложно или невозможно выразить комбинацией процессов.

Расширения реального времени

Р

асширения реального времени используются для дополнения модели функционирования данных (иерархии DFD) средствами описания управляющих аспектов в системах реального времени. Для этих целей применяются следующие символы (рис. 4):

1) УПРАВЛЯЮЩИЙ ПРОЦЕСС. Представляет собой интерфейс между DFD и спецификациями управления, собственно моделирующими и документирующими аспекты реального времени. Его имя указывает на тип управляющей деятельности, вырабатываемой спецификацией. Фактически управляющий процесс представляет собой преобразователь входных управляющих потоков в выходные управляющие потоки; при этом точное описание этого преобразования должно задаваться в спецификации управления. 2) УПРАВЛЯЮЩЕЕ ХРАНИЛИЩЕ. Представляет "срез управляющего потока во времени. Содержащаяся в нем управляющая информация может использоваться в любое время после ее занесения в хранилище, при этом соответствующие данные могут быть использованы в произвольном порядке. Имя управляющего хранилища должно идентифицировать его содержимое и быть существительным. Управляющее хранилище отличается от традиционного тем, что может содержать только управляющие потоки; все другие их характеристики идентичны. 3) УПРАВЛЯЮЩИЙ ПОТОК. Представляет собой "трубопровод", через который проходит управляющая информация. Его имя не должно содержать глаголов, а только существительные и прилагательные. Обычно управляющий поток имеет дискретное, а не непрерывное значение. Это может быть, например, сигнал, представляющий состояние или вид операции. Логически управляющий процесс есть некий командный пункт, реагирующий на изменения внешних условий, передаваемые ему с помощью управляющих потоков, и продуцирующий в соответствии со своей внутренней логикой выполняемые процессами команды. При этом режим выполнения процесса зависит от типа управляющего потока. Имеются следующие типы управляющих потоков: а) Т-поток (trigger flow ). Является потоком управления процессом, который может вызывать выполнение процесса. При этом процесс как бы включается одной короткой операцией. Это - аналог выключателя света, единственным нажатием которого запускается" процесс горения лампы. б) А-поток (activator flow) . Является потоком управления процессом, который может изменять выполнение отдельного процесса. Используется для обеспечения непрерывности выполнения процесса до тех пор, пока поток "включен" (т.е. течет непрерывно), с "выключением" потока выполнение процесса завершается. Это - аналог переключателя лампы, которая может быть как включена, так и выключена. в) E/D -поток (enable/disable flow) . Является потоком управления процессом, который может переключать выполнение отдельного процесса. Течение по Е-линии вызывает выполнение процесса, которое продолжается до тех пор, пока не возбуждается течение по D-линии. Это - аналог выключателя с двумя кнопками: одной - для включения света, другой - для его выключения. Отметим, что можно использовать 3 типа таких потоков: Е-поток, D-поток, E/D-поток. Иногда возникает необходимость в представлении одного и того же фрагмента данных потоками различных типов. Например, поток данных СКОРОСТЬ МАШИНЫ в отдельных случаях может использоваться как управляющий для контроля критического значения. Для обеспечения этого используется УЗЕЛ ИЗМЕНЕНИЯ ТИПА (рис. 5): поток данных является входным для этого узла, а управляющий поток - выходным.

Рис. 5. Узел изменения типа

DFD ), обеспечивающей правильное описание выходов (отклика системы в виде данных) при заданном воздействии на вход системы (подаче сигналов через внешние интерфейсы). Диаграммы потоков данных являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе.

При создании диаграммы потоков данных используются четыре основных понятия: потоки данных, процессы (работы) преобразования входных потоков данных в выходные, внешние сущности, накопители данных (хранилища) .

Потоки данных являются абстракциями, использующимися для моделирования передачи информации (или физических компонент) из одной части системы в другую. Потоки на диаграммах изображаются именованными стрелками, ориентация которых указывает направление движения информации.

Назначение процесса (работы) состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Имя процесса должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением (например, "получить документы по отгрузке продукции"). Каждый процесс имеет уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы, который может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели.

Хранилище (накопитель) данных позволяет на указанных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет "срезы" потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее получения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно определять его содержимое и быть существительным.

Внешняя сущность представляет собой материальный объект вне контекста системы, являющейся источником или приемником системных данных. Ее имя должно содержать существительное, например, "склад товаров". Предполагается, что объекты, представленные как внешние сущности , не должны участвовать ни в какой обработке.

Кроме основных элементов, в состав DFD входят словари данных и миниспецификации.

Словари данных являются каталогами всех элементов данных, присутствующих в DFD , включая групповые и индивидуальные потоки данных, хранилища и процессы, а также все их атрибуты.

Миниспецификации обработки - описывают DFD -процессы нижнего уровня. Фактически миниспецификации представляют собой алгоритмы описания задач, выполняемых процессами: множество всех миниспецификаций является полной спецификацией системы.

Процесс построения DFD начинается с создания так называемой основной диаграммы типа "звезда", на которой представлен моделируемый процесс и все внешние сущности , с которыми он взаимодействует. В случае сложного основного процесса он сразу представляется в виде декомпозиции на ряд взаимодействующих процессов. Критериями сложности в данном случае являются: наличие большого числа внешних сущностей , многофункциональность системы, ее распределенный характер. Внешние сущности выделяются по отношению к основному процессу. Для их определения необходимо выделить поставщиков и потребителей основного процесса, т.е. все объекты, которые взаимодействуют с основным процессом. На этом этапе описание взаимодействия заключается в выборе глагола, дающего представление о том, как внешняя сущность использует основной процесс или используется им. Например, основной процесс – "учет обращений граждан", внешняя сущность – "граждане", описание взаимодействия – "подает заявления и получает ответы". Этот этап является принципиально важным, поскольку именно он определяет границы моделируемой системы.

Для всех внешних сущностей строится таблица событий , описывающая их взаимодействие с основным потоком. Таблица событий включает в себя наименование внешней сущности, событие, его тип (типичный для системы или исключительный, реализующийся при определенных условиях) и реакцию системы.

На следующем шаге происходит декомпозиция основного процесса на набор взаимосвязанных процессов, обменивающихся потоками данных. Сами потоки не конкретизируются, определяется лишь характер взаимодействия. Декомпозиция завершается, когда процесс становится простым, т.е.:

1. процесс имеет два-три входных и выходных потока;
2. процесс может быть описан в виде преобразования входных данных в выходные;
3. процесс может быть описан в виде последовательного алгоритма .

Для простых процессов строится миниспецификация – формальное описание алгоритма преобразования входных данных в выходные.

Миниспецификация удовлетворяет следующим требованиям: для каждого процесса строится одна спецификация; спецификация однозначно определяет входные и выходные потоки для данного процесса; спецификация не определяет способ преобразования входных потоков в выходные; спецификация ссылается на имеющиеся элементы, не вводя новые; спецификация по возможности использует стандартные подходы и операции .

После декомпозиции основного процесса для каждого подпроцесса строится аналогичная таблица внутренних событий .

Следующим шагом после определения полной таблицы событий выделяются потоки данных , которыми обмениваются процессы и внешние сущности . Простейший способ их выделения заключается в анализе таблиц событий. События преобразуются в потоки данных от инициатора события к запрашиваемому процессу, а реакции – в обратный поток событий. После построения входных и выходных потоков аналогичным образом строятся внутренние потоки. Для их выделения для каждого из внутренних процессов выделяются поставщики и потребители информации. Если поставщик или потребитель информации представляет процесс сохранения или запроса информации, то вводится хранилище данных, для которого данный процесс является интерфейсом.

После построения потоков данных диаграмма должна быть проверена на полноту и непротиворечивость. Полнота диаграммы обеспечивается, если в системе нет "повисших" процессов, не используемых в процессе преобразования входных потоков в выходные. Непротиворечивость системы обеспечивается выполнением наборов формальных правил о возможных типах процессов: на диаграмме не может быть потока, связывающего две внешние сущности – это взаимодействие удаляется из рассмотрения; ни одна сущность не может непосредственно получать или отдавать информацию в хранилище данных – хранилище данных является пассивным элементом, управляемым с помощью интерфейсного процесса; два хранилища данных не могут непосредственно обмениваться информацией – эти хранилища должны быть объединены.

К преимуществам методики DFD ничем не отличаются от обычных; отсутствие понятия времени, т.е. отсутствие анализа временных промежутков при преобразовании данных (все ограничения по времени должны быть введены в спецификациях процессов).