Реферат: Методические указания, контрольные задания и указания на курсовой проект по дисциплине проектирование автоматизированных систем

Министерство образования РФ

Пермский государственный технический университет
Кафедра Автоматизированных систем управления


Методические указания, контрольные задания
и указания на курсовой проект

по дисциплине
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ
(для студентов- заочников 6 курса

специальности 220200)


Пермь, 2002
Методические указания и задание на курсовой проект
по дисциплине

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

^ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

( ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСОИУ)


Составитель: Низамутдинов О.Б., д.т.н., профессор


Приведены методические указания по самостоятельному изучению дисциплины “Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления” на 9 семестре, задание и методические указания по выполнению курсового проекта. Предназначено для студентов заочного отделения.


ВВЕДЕНИЕ

Студенты, обучающиеся по специальности 220200- Автоматизированные системы обработки информации и управления изучают на курсе дисциплину “Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления”.

Распределение объемов занятий и видов учебной работы в семестре дано в табл. I.


Таблица I.

Семестр
Занятия, ч
Выполнение курс. проекта
Контроль Лекции
Лабораторные работы

Практические занятия

Самостоятельная работа

11

10

-

6

84

1

экзамен


Основной формой изучения дисциплины является самостоятельная работа студента над рекомендованной литературой.

^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная

Мамиконов А.Г. Проектирование АСУ. -М.: ВШ.1987 г.

Артемов Н.И., Низамутдинов О.Б. Методическое руководство по проектированию Информационных систем CASE- средствами. -Пермь, ПГТУ, 1999 г.

Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. –М.:ФС, 2000 г.

Маклаков С.В. Bpwin, Erwin CASE- средство разработки информационных систем.- М.: МИФИ, 1999 г.



Дополнительная



Головач В.В. Дизайн пользовательского интерфейса

Дитрих Д., Лой Д., Швайнцер Г. LON- технология. Построение распределенных приложений, ред.Низамутдинов О.Б. –Пермь, Звезда, 1999 г.

Костров А.В. Основы информационного менеджмента. –М.: ФС, 2001 г.
^ КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ ИЗУЧЕНИЮ КУРСА

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСОИУ [1] , стр. (3-28), [3] , стр. (3-7). Современные информационные технологии предоставляют широкий набор способов реализации АСОИУ, выбор которых осуществляется на основе требований со стороны предполагаемых пользователей, которые, как правило, изменяются в процессе разработки. Для теории принятия решений процесс проектирования системы – это процесс принятия проектно-конструкторских решений, направленных на получение версии системы, удовлетворяющей требования заказчика.

Под проектом будем понимать проектно-конструкторскую и технологическую документацию, в которой представлено описание проектных решений по созданию и эксплуатации системы в конкретной программно-технической среде.

Под проектированием системы понимается процесс преобразования входной информации об объекте проектирования, о методах проектирования и об опыте проектирования объектов аналогичного назначения в соответствии с ГОСТом в проект АСОИУ. С этой точки зрения проектирование АСОИУ сводится к последовательной формализации проектных решений на различных стадиях жизненного цикла системы: предпроектного анализа требований, технического и рабочего проектирования, внедрения и эксплуатации АСОИУ.

Осуществление проектирования системы предполагает использование проектировщиками определенной технологии проектирования, соответствующей масштабу и особенностям разрабатываемого проекта.

^ Технология проектирования системы – это совокупность методологии и средств проектирования системы, а также методов и средств организации проектирования (управление процессом создания и модернизации проекта системы).

В основе технологии проектирования лежит технологический процесс, который определяет действия, их последовательность, состав исполнителей, средства и ресурсы, требуемые для выполнения этих действий. Технологический процесс проектирования системы в целом делится на совокупность последовательно-параллельных, связанных и соподчиненных цепочек действий, каждое из которых может иметь свой предмет.

Проектирование системы – трудоемкий, длительный и динамический процесс. Технологии проектирования, применяемые в настоящее время, предполагают поэтапную разработку системы. Этапы по общности могут разделятся в стадии. Совокупность стадий и этапов, которые проходит система в своем развитии о момента принятия решения о создании системы до момента прекращения функционирования системы, называется жизненным циклом системы.

Суть содержания жизненного цикла разработки системы в различных подходах одинакова и сводится к выполнению следующих стадий:

^ Планирование и анализ требований (предпроектная стадия) – системный анализ. Исследование и анализ существующей системы, определение требований к создаваемой системе, оформление технико-экономического обоснования и технического задания на разработку системы.

Проектирование (техническое проектирование, логическое проектирование). Разработка в соответствии со сформулированными требованиями состава автоматизируемых функций и состава обеспечивающих подсистем, оформление технического проекта системы.

^ Реализация проекта (рабочее проектирование, физическое проектирование, программирование). Разработка и настройка программ, наполнение баз данных, создание рабочих инструкций для персонала, оформление рабочего проекта.

Внедрение (тестирование, опытная эксплуатация). Комплексная отладка подсистем, обучение персонала, поэтапное внедрение системы в эксплуатацию, оформление акта о приемо-сдаточных испытаниях системы.

^ Эксплуатация системы (сопровождение, модернизация). Сбор рекламаций и статистики о функционировании системы, исправление ошибок и недоработок, оформление требований к модернизации системы и ее выполнение.

2. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ АСОИУ [1] , глава 2.

Предпроектная стадия, включающая проведение необходимых исследований, работ по формированию структуры АСОИУ и получении в конечном счете технического задания на проектирование может проходить по двум принципиально различным вариантам.

Первый – классический фундаментальный подход. Связан с проведением исследований по вскрытию законов, на основе которых функционирует исследуемая система обработки информации и управления. Далее, вследствие выявленных фундаментальных законов, строится формальная модель, связывающая входы, выходы системы, влияние внешних воздействий на нее. Таким образом получаем формально-математическое представление системы, которое и может в дальнейшем служить основой для функционального, инфологического и техно-рабочего проектирования АСОИУ.

Второй подход, достаточно часто применяемый при построении АСОИУ, включает в себя проведение информационного обследования объекта (предметной области), выявление основных информационных потоков, построения, как правило, имитационной модели функционирования объекта и далее выход также на инфлогическое и техно-рабочее проектирование.

Первый подход в большей степени гарантирует получение высококачественной разработки, но требует больших интеллектуальных и финансовых затрат. Второй подход обеспечивает, на первый взгляд, меньшие затраты, но вероятней всего за счет неудачных и малоэффективных решений, общие затраты при реализации работ по второму варианту могут быть и значительно больше, чем в первом случае.

Однако, выбор схемы решения всегда остается за разработчиком.

Далее приводятся некоторые моменты, связанные с использованием структурного анализа [4] стр. 5-40.

Структурным анализом SADT (Structured Analysis and Design Technique)[3], глава 2, принято называть метод исследования системы с помощью ее графического модельного представления, которое начинается с общего обзора и последующей детализации, в иерархическую структуру со все большим числом уровней. Для таких методов характерно: разбиение на уровни абстракции с ограничением числа элементов на каждом из уровней (обычно от 3 до 9); ограниченный контекст, включающий лишь существенные на каждом уровне детали; дуальность данных и операций над ними; использование строгих формальных правил записи; последовательное приближение к конечному результату.

Анализ является первым этапом создания АСОИУ, на котором требования заказчика уточняются, формализуются и документируются. Фактически на этом этапе дается ответ на вопрос: «Что должна делать будущая система?». Именно здесь лежит ключ к успеху всего проекта.

Структурный анализ начинается с исследования того, как организована система управления предприятием, с обследования функциональной и информационной структуры системы управления. По результатам обследования аналитик на первой стадии анализа строит обобщенную логическую модель исходной предметной области, отображающую ее функциональную структуру, особенности основной деятельности и информационное пространство, в котором эта деятельность осуществляется. Используя специальную терминологию, можно сказать, что аналитик строит модель «как есть».

Вторая стадия работы, к которой привлекаются заинтересованные представители заказчика, а при необходимости и независимые эксперты, состоит в анализе модели «как есть», выявлении ее недостатков и узких мест, определение путей совершенствования системы управления на основе выделенных критериев качества.

Третья стадия анализа, содержащая элементы проектирования, – создание усовершенствованной обобщенной логической модели, отображающей реорганизованную предметную область или ее часть, которая подлежит автоматизации. Эту модель можно назвать моделью «как надо», т.е. здесь происходит формализация системы.

На ряду со структурным подходом существует и более мощный подход называемый объектно-ориентированным ООП [3], глава 3. Эта методология создана для проектирования больших и сложных систем и имеет ряд преимуществ перед структурным подходом.

ООП базируется на создании объектной модели, которая описывает структуру объектов, составляющих систему, их атрибуты, операции, взаимосвязи с другими объектами. Цель разработки объектной модели – описать объекты, составляющие в совокупности проектируемую систему, а также выявить и указать различные зависимости между объектами. Декомпозиция проблемы на объекты – творческий, плохо формализуемый процесс.

В объектной модели должны быть отражены те понятия и объекты реального мира, которые важны для разрабатываемой системы. В объектной модели отражается прежде всего прагматика разрабатываемой системы, что выражается в использовании терминологии прикладной области, связанной с использованием разрабатываемой системы.

Объектная модель имеет четыре главных элемента: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархия.

Эти элементы являются главными в том смысле, что без любого из них модель не будет объектно-ориентированной. Кроме главных, имеются еще три дополнительных элемента: типизация, параллелизм, сохраняемость.

Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяет его концептуальные границы с точки зрения наблюдателя. Инкапсуляция – это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение; инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации. Модульность – это свойство системы, которая была разложена на внутренне связные, но слабо связанные между собой модули. Иерархия – это упорядочение абстракций, расположение их по уровням. Типизация – это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или по крайней мере управлять таким использованием. Параллелизм – это свойство, отличающее активные объекты от пассивных.

Сохраняемость – способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТАНДАРТЫ [1] глава 9, [3] стр. 4-14. Методы, которые используются для изучения предметной области и технологии получения от экспертов сведений о системе, подлежащей описанию, называются сбором данных, а в информатике она больше известна как опрос (интервьюирование) или извлечение знаний. Но как бы она не называлась, способность собрать необходимую информацию, основанную на знаниях экспертов, весьма существенна для построения точной и полезной модели. Поэтому технология сбора информации составляет важную часть структурной методологии SADT.

Опрос – это сбор сведений. Первый опрос служит точкой отсчета в процессе моделирования. Чтобы провести опрос, аналитик вначале выбирает наилучший источник информации (документ или конкретного человека), а затем организует его "опрос". Цель опроса – получение порции информации, необходимой для начала либо для продолжения построения определенной части модели. После первого опроса SADT – модель используется для определения той информации, которую необходимо получить в ходе следующего опроса. В соответствии с иерархией модели может быть проведена последовательность опросов для выяснения все более конкретных деталей рассматриваемой области.

Обычно источниками информации служат эксперты. Часто именно они являются наилучшими источниками, потому что им знакомы текущие нюансы и недокументированные аспекты системы. Самое важное – это то, что экспертам известны факты, которые не отражены в документах или которые трудно объяснить. Их можно получить только путем опроса экспертов. Чтобы подготовиться к такому опросу, нужно исследовать другие источники информации, например документы. Существует множество различных стратегий для извлечения информации из этих источников: чтение документов, наблюдение за выполняемыми операциями, анкетирование, использование собственных знаний, составление описания.

Документы – хороший источник информации, потому что они чаще всего доступны и их можно "опрашивать" в удобном для себя темпе. Чтение документов – прекрасный способ получить первоначальное представление о системе и сформулировать вопросы к экспертам.

Наблюдение за работой моделируемой системы – хорошая стратегия получения информации. Оно должно проводиться всегда, когда есть такая возможность. Через наблюдение, а возможно, и участие аналитики получают информацию о происходящих день за днем операциях из первых рук. Во время наблюдения за работой системы часто возникают вопросы, которые никогда бы не появились, если бы аналитик только читал документы или разговаривал с экспертами. Однако следует соблюдать осторожность. Слишком долгие наблюдения могут привести к избыточному привыканию к текущему состоянию дел. Из-за потери объективности можно не увидеть альтернативные пути описания функций системы.

Анкетирование проводится для того, чтобы опросить большие группы экспертов в сжатые сроки. Его можно использовать, например, когда необходимо быстро получить сведения о работе какой-либо определенной части системы с разных позиций. Анкетирование при опросе экспертов позволяет выявить, какие части системы более всего нуждаются в улучшении. На практике, однако, информация, полученная от экспертов с помощью анкет, оказывается недостаточно достоверной.

Еще одна полезная стратегия – придумать описание и дать его экспертам для корректировки. Придуманные описания могут дать альтернативные схемы функционирования системы – схемы, о которых эксперты никогда не думали. Однако для реализации таких схем нужна поддержка. Предварительно нужно изучить предметную область и найти хотя бы одну доброжелательно настроенную группу экспертов, прежде чем пытаться придумать описание. В этом. случае описание будет иметь шансы отразить реальность. Придуманные описания могут, однако, потерпеть неудачу, если эксперты не готовы воспринимать новые возможности. В идеале, прежде чем прибегать к этой стратегии, автор должен установить надежные контакты с несколькими экспертами.

Создание и внедрение автоматизированных систем различных классов и назначений ведется во многих отраслях промышленности по нормативно-технической документации, устанавливающей разнообразные организационно-методические и технические нормы, правила и положения, затрудняющие интеграцию систем и эффективное их совместное функционирование.

В период принятия Госстандартом РФ решения о совершенствовании межотраслевых комплексов стандартов действовали следующие комплексы и системы стандартов, устанавливающие требования к различным видам АСОИУ:

1) единая система стандартов автоматизированных систем управления, распространяющаяся на АСУ, АСУП, АСУ ТП и другие организационно-экономические системы;

2) комплекс стандартов, распространяющихся на системы автоматизированного проектирования;

3) четвертая группа стандартов, распространяющиеся на автоматизированные системы технологической подготовки производства.

Практика применения стандартов на АСУ, САПР. АСУ ТП, АСТПП показала, что в них применяется одинаковый понятийный аппарат, имеется много общих объектов стандартизации, однако требования стандартов не согласованы между собой, имеются различия по составу и содержанию работ, различия по обозначению, составу, содержанию и оформлению документов и пр.

На фоне отсутствия единой технической политики в области создания АСОИУ многообразие стандартов не обеспечивало широкой совместимости АСОИУ при их взаимодействии, не позволяло тиражировать системы, тормозило развитие перспективных направлений использования средств вычислительной техники.

В настоящее время осуществляется переход к созданию сложных автоматизированные системы (за рубежом системы CAD – САМ), включающих в свой состав АСУ технологическими процессами и производствами. САПР – конструктора, САПР – технолога, АСНИ и др. системы. Использование противоречивых правил при создании таких систем приводит к снижению качества, увеличению стоимости работ, затягиванию сроков ввода в действие.

Единый комплекс стандартов и руководящих документов должен распространяться на автоматизированные системы различного назначения: АСНИ, САПР, ОАСУ, АСУП, АСУТП, АСУГПС, АСК, АСТПП, включая их интеграцию.

При разработке межотраслевых документов следует учитывать следующие особенности автоматизированных систем как объектов стандартизации:

1) техническое задание является основным документом в соответствии с которым проводят создание АСОИУ и приемку его заказчиком,

2) АСОИУ, как правило, создают проектным путем с комплектацией изделиями серийного и единичного производства и проведением строительных, монтажных, наладочных и пусковых работ, необходимых для ввода в действие системы;

3) в общем случае АСОИУ состоит из программно-технических (ПТК), программно-методических комплексов (ПМК) и компонентов технического, программного и информационного обеспечения. Компоненты этих видов обеспечения, а также ПМК и ПТК должны изготовляться, и поставляется как продукция производственно-технического назначения. Компоненты могут входить в систему в качестве самостоятельных частей или могут быть объединены в комплексы;

4) создание АСОИУ в организациях (предприятиях) требует специальной подготовки пользователей и обслуживающего персонала системы;

5) функционирование АСОИУ и комплексов обеспечивается совокупностью организационно-методических документов, рассматриваемых в процессе создания как компоненты правового, методического, лингвистического, математического, организационного и др. видов обеспечения. Отдельные решения, получаемые в процессе разработки этого обеспечения, могут реализовываться в виде компонентов технического, программного или информационного обеспечения;

6) совместное функционирование и взаимодействие различных систем и комплексов осуществляется на базе локальных сетей ЭВМ.

Спецификации и соглашения, принятые для локальных сетей ЭВМ, обязательны для обеспечения совместимости систем, комплексов и компонентов.

Стандартизация в области АСОИУ является составной частью работ по обобщенной проблеме «Информационная технология».

Единый комплекс стандартов руководящих документов на автоматизированные системы совместно с другими системами и комплексами стандартов должен образовывать полное нормативно-техническое обеспечение процессов создания и функционирования систем.

ЕКС АСОИУ должен охватывать специфические для автоматизированных систем направления стандартизации и распространять традиционные направления стандартизации на программно-технические, программно-методические комплексы и автоматизированные системы в целом.

Направления и задачи стандартизации при нормативно-техническом обеспечении процессов создания и функционирования АСОИУ группируют следующим образом:

1) установление технических требований к продукции;

2) регламентация методов испытаний и правил аттестации и сертификации продукции;

3) регламентация правил и порядка разработки;

4) установление правил документирования;

5) обеспечение совместимости,

6) регламентация организационно-методических вопросов функционирования систем.

Направления 1-4 являются традиционными при разработке, изготовлении и поставке продукции. Направления 5, 6 являются специфичными и вытекают из особенностей, присущих АСОИУ.

Обеспеченность АСОИУ в целом и их составных частей нормативно-технической документацией в рамках принятых направлений и задач стандартизации различна.

Компоненты технического, программного и информационного обеспечения, как продукцию производственно-технического назначения, рассматривают, соответственно, как конструкторские, программные и информационные изделия. На эти изделия распространяются действующие комплексы стандартов ЕСКД, СРПП, ЕСПД, СГИП, УСД, классификаторы и кодификаторы технико-экономической информации, комплексы стандартов вида «ОТТ», «Методы испытаний», «ТУ», а также ОТТ заказчика.

Весь жизненный цикл конструкторских изделий полностью обеспечен нормативно-технической документацией, действующей в машиностроении и приборостроении.

Программные изделия обеспечены НТД, входящей в ЕСПД и ОТТ заказчика. Однако область распространения этих НТД должна быть расширена с целью отражения вопросов, связанных с разработкой, созданием, распространением и эксплуатацией программных изделий.

Информационные изделия в настоящее время не обеспечены НТД, хотя отдельные вопросы проработаны в рамках УСД, классификаторах и кодификаторах технико-экономической информации.

Программно-технические и программно-методические комплексы рассматриваются как сложные изделия, не имеющие аналогов в машиностроении. Учитывая статус ПТК и ПМК как продукции производственно-технического назначения, правила и порядок их разработки должен быть аналогичен требованиям, установленным стандартами системы разработки и постановки продукции на производство (СРПП).

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА [4] глава 1, [5], [7] глава 6. Проектирования интерфейса пользователя – сложная многофакторная и многовариантная задача, требующая системного подхода [5]. В настоящее время считается доказанным, что решение данной задачи заключается не в том, чтобы рационально «вписать» человека в контур управления, а в том, чтобы, исходя из задач управления объектом, разработать систему взаимодействия двух равноправных партнеров (человек-оператор и аппаратно-программный комплекс АСОИУ).

Цель создания эффективного эргономичного пользовательского интерфейса состоит в том, чтобы отобразить информацию настолько эффективно насколько это возможно для человеческого восприятия и структурировать отображение на дисплее таким образом, чтобы привлечь внимание к наиболее важным единицам информации.

Пользователь должен иметь возможность манипулировать объектами в среде приложения. Неплохо, если они (графические элементы) будут ему понятны и станут нести в себе информацию о том, что это такое и что произойдет, если выбрать или произвести действие над каким-то объектом. Иллюстрация этой идеи – панель быстрого доступа Word'a. Что еще, кроме как сохранение файла, можно ожидать от кнопки с изображением дискеты? Необходимо, чтобы пользователь имел наглядное средство отображения информации на различных этапах решения задач, он должен видеть, как его действия влияют на объекты, расположенные на экране.

Создание эффективного интерфейса заключается в быстром, насколько это возможно, развитии у пользователей простой концептуальной модели интерфейса. Концепция согласованности состоит в том, что при работе с компьютером у пользователя формируется система ожидания одинаковых реакций на одинаковые действия, что постоянно подкрепляет пользовательскую модель интерфейса.

Приложение должно проектироваться таким образом, чтобы пользователь в любой момент и на любом этапе работы мог получить помощь, контекстную справку или подсказку.

Безусловно, пользователю нужно дать возможность экспериментировать в приложении (нажатие любых кнопок, изменение настроек и т. д.). Но при этом необходимо избавить его от тупиковых ситуаций: все последствия экспериментов должны быть исправимы, а в лучшем случае еще и обратимы.

Интерфейс должен предоставлять информацию о том, что происходит в данный момент на компьютере. Нельзя допускать, чтобы пользователь долгое время ожидал реакции приложения на некоторое свое действие.

Цветовая гамма, компоновка элементов, пиктограммы, звуки, анимация – все должно помогать пользователю при выполнении задачи. Но здесь важно не переборщить, т.к. в этом случае внимание человека начнет рассеиваться, у него появится раздражение и, как следствие снизится эффективность работы.

Начальным этапом разработки пользовательского интерфейса являются создание его ассоциативной модели, после чего осуществляется проработка концептуального дизайна. Здесь необходимо разработать необходимый набор интерфейсных элементов, каждый из которых должен обладать определенным цветом, формой, надписью и т. п., и все вместе они должны составлять единую систему, вызывающую стойкую систему ассоциаций у пользователей.

Цвет – мощный визуальный инструмент, который необходимо использовать очень осторожно, чтобы не вызвать неадекватной реакции пользователя.

Целесообразно ограничить число цветов до 4 на экране и до 7 для последовательности экранов. Для неактивных элементов рекомендуется использовать бледные цвета. Необходимо использовать цвета согласно представлениям пользователя. Например, для картографа зеленый цвет – лес, желтый – пустыня, синий – вода. Если цвет используется для кодировки информации, необходимо удостовериться, что код адекватно воспринимается пользователем: красный – опасность/стоп, зеленый – нормально/продолжение работы, желтый – предостережение. Для привлечения внимания наиболее эффективны белый, желтый и красный цвета.

Меню необходимый элемент любой автоматизированной системы, позволяющий пользователю выполнять задачи внутри приложения и управлять процессом решения. Достоинство меню в том, что пользователи не должны помнить название элемента или действия, которое они хотят выполнить – они должны только распознать его среди пунктов меню.

Сообщения необходимы для направления пользователя в нужную сторону, подсказок и предупреждений для выполнения необходимых действий на пути решения задачи. Они также включают подтверждения действий со стороны пользователя и подтверждения, что задачи были выполнены системой успешно либо по каким-то причинам не выполнены. Сообщения могут быть обеспечены в форме диалога, экранных заставок и т.п.

6. ЗАДАЧИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ, СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИОННО- ЛОГИЧЕСКОГОЙ МОДЕЛИ АСОИУ [1] глава 4,[3] § 2,6, [4] глава 2. Логическая модель описывает понятия предметной области, их взаимосвязь, а также ограничения на данные, налагаемые предметной областью. Примеры понятий –"сотрудник", "отдел", "проект", "зарплата". Примеры взаимосвязей между понятиями –"сотрудник числится ровно в одном отделе", "сотрудник может выполнять несколько проектов", "над одним проектом может работать несколько сотрудников". Примеры ограничений – "возраст сотрудника не менее 16 и не более 60 лет".

Логическая модель данных является начальным прототипом будущей базы данных. Логическая модель строится в терминах информационных единиц, но без привязки к конкретной СУБД. Более того, логическая модель данных необязательно должна быть выражена средствами именно реляционной модели данных. Основным средством разработки логической модели данных в настоящий момент являются различные варианты ER-диаграмм (Entity-Relationship, диаграммы сущность-связь). Одну и ту же ER-модель можно преобразовать как в реляционную модель данных, так и в модель данных для иерархических и сетевых СУБД, или в постреляционную модель данных.

Решения, принятые на предыдущем уровне, при разработке модели предметной области, определяют некоторые границы, в пределах которых можно развивать логическую модель данных, в пределах же этих границ можно принимать различные решения. Например, модель предметной области складского учета содержит понятия "склад", "накладная", "товар". При разработке соответствующей реляционной модели эти термины обязательно должны быть использованы, но различных способов реализации тут много – можно создать одно отношение, в котором будут присутствовать в качестве атрибутов "склад", "накладная", "товар", а можно создать три отдельных отношения, по одному на каждое понятие.

При разработке логической модели данных возникают вопросы: хорошо ли спроектированы отношения? Правильно ли они отражают модель предметной области, а следовательно и саму предметную область?

Для того чтобы оценить качество принимаемых решений на уровне логической модели данных, необходимо сформулировать некоторые критерии качества в терминах физической модели и конкретной реализации и посмотреть, как различные решения, принятые в процессе логического моделирования, влияют на качество физической модели и на скорость работы базы данных.

Таких критериев может быть очень много и выбор их произволен. Некоторые из таких критериев являются важными с точки зрения получения качественной базы данных: адекватность базы данных предметной области, легкость разработки и сопровождения базы данных, скорость выполнения операций обновления данных (вставка, обновление, удаление кортежей), скорость выполнения операций выборки данных.

База данных должна адекватно отражать предметную область. Это означает, что должны выполняться следующие условия.

1. Состояние базы данных в каждый момент времени должно соответствовать состоянию предметной области.

2. Изменение состояния предметной области должно приводить к соответствующему изменению состояния базы данных.

3. Ограничения предметной области, отраженные в модели предметной области, должны некоторым образом отражаться и учитываться базе данных.

Практически любая база данных, за исключением совершенно элементарных, содержит некоторое количество программного кода в виде триггеров и хранимых процедур.

Хранимые процедуры – это процедуры и функции, хранящиеся непосредственно в базе данных в откомпилированном виде и которые могут запускаться пользователями или приложениями, работающими с базой данных. Основное назначение хранимых процедур –реализация бизнес-процессов предметной области.

Триггеры – это хранимые процедуры, связанные с некоторыми событиями, происходящими во время работы базы данных. В качестве таких событий выступают операции вставки, обновления и удаления строк таблиц. Если в базе данных определен некоторый триггер, то он запускается автоматически всегда при возникновении события, с которым этот триггер связан. Триггер срабатывает независимо от того, кто из пользователей и каким способом инициировал событие, вызвавшее запуск триггера. Таким образом, основное назначение триггеров – автоматическая поддержка целостности базы данных.

Очевидно, что чем больше программного кода в виде триггеров и хранимых процедур содержит база данных, тем сложнее ее разработка и дальнейшее сопровождение.

На уровне логического моделирования определяются реляционные отношения и атрибуты этих отношений. На этом уровне можно определять какие-либо физические структуры хранения (индексы, хеширование и т.п.). Единственное, чем можно управлять – это распределение атрибутов по различным отношениям. Можно описать немного отношений с большим количеством атрибутов, или сформировать большое количество отношений, каждое из которых содержит мало атрибутов. Таким образом, необходимо попытаться ответить на вопрос – влияет ли количество отношений и количество атрибутов в отношениях на скорость выполнения операций обновления данных. Такая постановка не является достаточно корректной, т.к. скорость выполнения операций с базой данных зависит от физической реализации базы данных. Тем не менее, целесообразно качественно оценить это влияние при одинаковых подходах к физическому моделированию.

Основными операциями, изменяющими состояние базы данных, являются операции вставки, обновления и удаления записей. В базах данных, требующих постоянных изменений (складской учет, системы продаж билетов и т.п.) производительность определяется скоростью выполнения большого количества небольших операций вставки, обновления и удаления.

Обычно, вставка записи производится в одну из свободных страниц памяти, выделенной для данной таблицы. СУБД постоянно хранит информацию о наличии и расположении свободных страниц. Если для таблицы не созданы индексы, то операция вставки выполняется фактически с одинаковой скоростью независимо от размера таблицы и от количества атрибутов в таблице. Если в таблице имеются индексы, то при выполнении операции вставки записи индексы должны быть перестроены. Таким образом, скорость выполнения операции вставки уменьшается при увеличении количества индексов у таблицы и мало зависит от числа строк в таблице.

Для операции обновления и удаления записей из таблицы, прежде, чем