Лекция 3 Методология и технология разработки информационных систем.
Методология создания информационных систем заключается в организации процесса построения информационной системы и обеспечении управления этим процессом для того, чтобы гарантировать выполнение требований как к самой системе, так и к характеристикам процесса разработки.
Основными задачами, решение которых должна обеспечивать методология создания корпоративных информационных систем (с помощью соответствующего набора инструментальных средств), являются следующие:
обеспечение создания информационных систем, отвечающих целям и задачам предприятия и соответствующих предъявляемым к ним требованиям по автоматизации деловых процессов;
- гарантия создания системы с заданными параметрами в течение заданного времени в рамках оговоренного заранее бюджета;
- простота сопровождения, модификации и расширения системы с целью обеспечения ее соответствия изменяющимся условиям работы предприятия;
- обеспечение создания корпоративных информационных систем, отвечающих требованиям открытости, переносимости и масштабируемости;
- возможность использования в создаваемой системе разработанных ранее и применяемых на предприятии средств информационных технологий (программного обеспечения, баз данных, средств вычислительной техники, телекоммуникаций).
-Методологии, технологии и инструментальные средства проектирования (CASE-средства) составляют основу проекта любой информационной системы. Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов жизненного цикла информационных систем.
Основное содержание технологии проектирования составляют технологические инструкции, состоящие из описания последовательности технологических операций, условий, в зависимости от которых выполняется та или иная операция, и описаний самих операций.
Технология проектирования может быть представлена как совокупность трех составляющих:
- заданной последовательности выполнения технологических операций проектирования;
- критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;
- графических и текстовых средств (нотаций), используемых для описания проектируемой системы.
Каждая технологическая операция должна обеспечиваться следующими материальными и информационными ресурсами:
- данными, полученными на предыдущей операции (или исходными данными), представленными в стандартном виде;
- методическими материалами, инструкциями, нормативами и стандартами; -
программными и техническими средствами;
- исполнителями.
Результаты выполнения операции должны представляться в некотором стандартном виде, обеспечивающем их адекватное восприятие при выполнении следующей технологической операции (на которой они будут использоваться в качестве исходных данных).
Можно сформулировать следующий ряд общих требований, которым должна удовлетворять технология проектирования, разработки и сопровождения информационных систем:
поддерживать полный жизненный цикл информационной системы; -
обеспечивать гарантированное достижение целей разработки системы с заданным качеством и в установленное время; -
- обеспечивать возможность разделения крупных проектов на ряд подсистем - декомпозицию проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности, с последующей интеграцией составных частей.
Декомпозиция проекта позволяет повысить эффективность работ. Подсистемы, на которые разбивается проект, должны быть слабо связанны по данным и функциям.
Каждая подсистема разрабатывается отдельной группой разработчиков. При этом необходимо обеспечить координацию работ и исключить дублирование результатов, получаемых каждой проектной группой. технология должна обеспечивать возможность ведения работ по проектированию отдельных подсистем небольшими группами (3-7 человек). Это обусловлено принципами управляемости коллектива и повышения производительности за счет минимизации числа внешних связей; -
обеспечивать минимальное время получения работоспособной системы. Здесь имеется в виду не реализация информационной системы в целом, а разработка ее отдельных подсистем. Как правило, даже при наличии полностью завершенного проекта внедрение разработанной системы проводится последовательно, по отдельным подсистемам. Реализация же всей системы в сжатые сроки может потребовать привлечения большого числа разработчиков, при этом эффект может оказаться ниже, чем при реализации отдельных подсистем в более короткие сроки меньшим числом разработчиков.-
предусматривать возможность управления конфигурацией проекта, ведения версий проекта и его составляющих, возможность автоматического выпуска проектной документации и синхронизацию ее версий с версиями проекта; -
обеспечивать независимость выполняемых проектных решений от средств реализации системы — системы управления базами данных, операционной системы, языка и системы программирования.-
Методология RAD — Rapid Application Development
На начальном этапе существования компьютерных информационных систем их разработка велась на традиционных языках программирования. Однако по мере возрастания сложности разрабатываемых систем и увеличения запросов пользователей (чему в значительной степени способствовал прогресс в области вычислительной техники, а также появление удобного графического интерфейса пользователя в системном программном обеспечении) потребовались новые средства, обеспечивающие значительное сокращение сроков разработки. Это послужило предпосылкой к созданию целого направления в области программного обеспечения — инструментальных средств для быстрой разработки приложений. Развитие этого направления привело к появлению на рынке программного обеспечения средств автоматизации практически всех этапов жизненного цикла информационных систем.
Основные особенности методологии RAD
Методология разработки информационных систем, основанная на использовании средств быстрой разработки приложений, получила в последнее время широкое распространение и приобрела название методологии быстрой разработки приложений — RAD (Rapid Application Development). Данная методология охватывает все этапы жизненного цикла современных информационных систем.
RAD — это комплекс специальных инструментальных средств быстрой разработки прикладных информационных систем, которые позволяют оперировать с определенным набором графических объектов и функционально отображают отдельные информационные компоненты приложений.
Под методологией быстрой разработки приложений обычно понимается процесс разработки информационных систем, основанный на трех основных элементах:
небольшой команде программистов (обычно от 2 до 10 человек); -
тщательно проработанный производственный график работ, рассчитанный на сравнительно короткий срок разработки (от 2 до 6 мес); -
итерационная модель разработки, основанная на тесном взаимодействии с заказчиком — по мере выполнения проекта разработчики уточняют и реализуют в продукте требования, выдвигаемые заказчиком.-
При использовании методологии RAD большое значение имеют опыт и профессионализм разработчиков. Группа разработчиков должна состоять из профессионалов, имеющих опыт в анализе, проектировании, программировании и тестировании программного обеспечения.
Основные принципы методологии RAD можно свести к следующему:
используется итерационная (спиральная) модель разработки; -
полное завершение работ на каждом из этапов жизненного цикла не обязательно; -
в процессе разработки информационной системы необходимо тесное взаимодействие с заказчиком и будущими пользователями; -
необходимо применение CASE-средств и средств быстрой разработки приложений; -
необходимо применение средств управления конфигурацией, облегчающих внесение изменений в проект и сопровождение готовой системы; -
необходимо использование прототипов, позволяющее полнее выяснить и реализовать потребности конечного пользователя; -
тестирование и развитие проекта осуществляются одновременно с разработкой; -
разработка ведется немногочисленной и хорошо управляемой командой профессионалов; -
необходимы грамотное руководство разработкой системы, четкое планирование и контроль выполнения работ.-
3. Объектно-ориентированный подход
Средства RAD дали возможность реализовывать совершенно иную по сравнению с традиционной технологию создания приложений. Информационные объекты формируются как некие действующие модели (прототипы), чье функционирование согласовывается с пользователем, а затем разработчик может переходить непосредственно к формированию законченных приложений, не теряя из виду общей картины проектируемой системы.
Возможность использования подобного подхода в значительной степени является результатом применения принципов объектно-ориентированного проектирования. Применение объектно-ориентированных методов позволяет преодолеть одну из главных трудностей, возникающих при разработке сложных систем — колоссальный разрыв между реальным миром (предметной областью описываемой проблемы) и имитирующей средой.
Использование объектно-ориентированных методов позволяет создать описание (модель) предметной области в виде совокупности объектов — сущностей, объединяющих данные и методы обработки этих данных (процедуры). Каждый объект обладает своим собственным поведением и моделирует некоторый объект реального мира. С этой точки зрения объект является вполне осязаемой вещью, которая демонстрирует определенное поведение.
В объектном подходе акцент переносится на конкретные характеристики физической или абстрактной системы, являющейся предметом программного моделирования. Объекты обладают целостностью, которая не может быть нарушена. Таким образом, свойства, характеризующие объект и его поведение, остаются неизменными. Объект может только менять состояние, управляться или становиться в определенное отношение к другим объектам.
Широкую известность объектно-ориентированное программирование получило с появлением визуальных средств проектирования, когда было обеспечено слияние (инкапсуляция) данных с процедурами, описывающими поведение реальных объектов, в объекты программ, которые могут быть отображены определенным образом в графической пользовательской среде.
Это позволило приступить к созданию программных систем, максимально похожих на реальные, и добиваться наивысшего уровня абстракции. В свою очередь, объектно-ориентированное программирование позволяет создавать более надежные коды, так как у объектов программ существует точно определенный и жестко контролируемый интерфейс.
При разработке приложений с помощью инструментов RAD используется множество готовых объектов, сохраняемых в общедоступном хранилище. Однако обеспечивается и возможность разработки новых объектов. При этом новые объекты могут разрабатываться как на основе существующих, так и «с нуля».
Инструментальные средства RAD обладают удобным графическим интерфейсом пользователя и позволяют на основе стандартных объектов формировать простые приложения без написания кода программы. Это является большим преимуществом RAD, так как в значительной степени сокращает рутинную работу по разработке интерфейсов пользователя (при использовании обычных средств разработка интерфейсов представляет собой достаточно трудоемкую задачу, отнимающую много времени). Высокая скорость разработки интерфейсной части приложений позволяет быстро создавать прототипы и упрощает взаимодействие с конечными пользователями.
Таким образом, инструменты RAD позволяют разработчикам сконцентрировать усилия на сущности реальных деловых процессов предприятия, для которого создается информационная система. В итоге это приводит к повышению качества разрабатываемой системы.
4. Визуальное программирование
Применение принципов объектно-ориентированного программирования позволило создать принципиально новые средства проектирования приложений, называемые средствами визуального программирования. Визуальные инструменты RAD позволяют создавать сложные графические интерфейсы пользователя вообще без написания кода программы. При этом разработчик может на любом этапе наблюдать то, что закладывается в основу принимаемых решений.
Визуальные средства разработки оперируют в первую очередь со стандартными интерфейсными объектами — окнами, списками, текстами, которые легко можно связать с данными из базы данных и отобразить на экране монитора. Другая группа объектов представляет собой стандартные элементы управления — кнопки, переключатели, флажки, меню и т. п., с помощью которых осуществляется управление отображаемыми данными. Все эти объекты могут быть стандартным образом описаны средствами языка, а сами описания сохранены для дальнейшего повторного использования.
В настоящее время существует довольно много различных визуальных средств разработки приложений. Но все они могут быть разделены на две группы — универсальные и специализированные.
Среди универсальных систем визуального программирования сейчас наиболее распространены такие, как Borland Delphi и Visual Basic. Универсальными мы их называем потому, что они не ориентированы на разработку только приложений баз данных — с их помощью могут быть разработаны приложения почти любого типа, в том числе и информационные приложения. Причем программы, разрабатываемые с помощью универсальных систем, могут взаимодействовать практически с любыми системами управления базами данных. Это обеспечивается как использованием драйверов ODBC или OLE DB, так и применением специализированных средств (компонентов).
Специализированные средства разработки ориентированы только на создание приложений баз данных. Причем, как правило, они привязаны к вполне определенным системам управления базами данных. В качестве примера таких систем можно привести Power Builder фирмы Sybase (естественно, предназначенный для работы с СУБД Sybase Anywhere Server) и Visual FoxPro фирмы Microsoft.
Поскольку задачи создания прототипов и разработки пользовательского интерфейса, по существу, слились, программист получил непрерывную обратную связь с конечными пользователями, которые могут не только наблюдать за созданием приложения, но и активно участвовать в нем, корректировать результаты и свои требования. Это также способствует сокращению сроков разработки и является важным психологическим аспектом, который привлекает к RAD все большее число пользователей.
Визуальные инструменты RAD позволяют максимально сблизить этапы создания информационных систем: анализ исходных условий, проектирование системы, разработка прототипов и окончательное формирование приложений становятся сходными, так как на каждом этапе разработчики оперируют визуальными объектами.
5. Событийное программирование
Логика приложения, построенного с помощью RAD, является событийно-ориентированной. Это означает следующее: каждый объект, входящий в состав приложения, может генерировать события и реагировать на события, генерируемые другими объектами.
Примерами событий могут быть: открытие и закрытие окон, нажатие кнопки, нажатие клавиши клавиатуры, движение мыши, изменение данных в базе данных и т. п.
Разработчик реализует логику приложения путем определения обработчика каждого события — процедуры, выполняемой объектом при наступлении соответствующего события. Например, обработчик события «нажатие кнопки» может открыть диалоговое окно. Таким образом, управление объектами осуществляется с помощью событий.
Обработчики событий, связанных с управлением базой данных (DELETE, INSERT, UPDATE), могут реализовываться в виде триггеров на клиентском или серверном узле. Такие обработчики позволяют обеспечить ссылочную целостность базы данных при операциях удаления, вставки и обновления, а также автоматическую генерацию первичных ключей.
6. Фазы жизненного цикла в рамках методологии RAD
При использовании методологии быстрой разработки приложений жизненный цикл информационной системы состоит из четырех фаз:
-фаза анализа и планирования требований;
- фаза проектирования;
- фаза построения;
- фаза внедрения.
6.1 Фаза анализа и планирования требований
На данной фазе выполняются следующие работы:
определяются функции, которые должна выполнять разрабатываемая информационная система; -
определяются наиболее приоритетные функции, требующие разработки в первую очередь; -
проводится описание информационных потребностей; -
ограничивается масштаб проекта; -
определяются временные рамки для каждой из последующих фаз; -
в заключение, определяется сама возможность реализации данного проекта в установленных рамках финансирования, на имеющихся аппаратных и программных средствах. -
Если реализация проекта принципиально возможна, то результатом фазы анализа и планирования требований будет список функций разрабатываемой информационной системы с указанием их приоритетов и предварительные функциональные и информационные модели системы.
6.1 Фаза проектирования
На фазе проектирования необходимым инструментом являются CASE-средства, используемые для быстрого получения работающих прототипов приложений.
Термин CASE (Computer Aided Software/System Engineering) используется в настоящее время в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE ограничивалось лишь вопросами автоматизации разработки программного обеспечения. Однако в дальнейшем значение этого термина расширилось и приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки сложных информационных систем в целом.
Теперь под термином «CASE-средства» понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения информационных систем, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного программного обеспечения и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы.
Прототипы, созданные с помощью CASE-средств, анализируются пользователями, которые уточняют и дополняют те требования к системе, которые не были выявлены на предыдущей фазе. Таким образом, на данной фазе также необходимо участие будущих пользователей в техническом проектировании системы.
Для построения всех моделей и прототипов должны быть использованы именно те CASE-средства, которые будут затем применяться при построении системы. Данное требование связано с тем, что при передаче информации о проекте с этапа на этап может произойти фактически неконтролируемое искажение данных. Применение единой среды хранения информации о проекте позволяет избежать этой опасности.
Далее на этой фазе проводится анализ и при необходимости корректировка функциональной модели системы. Детально рассматривается каждый процесс системы.
При необходимости для каждого элементарного процесса создается частичный прототип: экран, диалог или отчет (это позволяет устранить неясности или неоднозначности). Затем определяются требования разграничения доступа к данным.
После детального рассмотрения процессов определяется количество функциональных элементов разрабатываемой системы.
Это позволяет разделить информационную систему на ряд подсистем, каждая из которых реализуется одной командой разработчиков за приемлемое для RAD-проектов время (порядка полутора месяцев). С использованием CASE-средств проект распределяется между различными командами — делится функциональная модель.
На этой же фазе происходит определение набора необходимой документации.
Результатами данной фазы являются:
общая информационная модель системы; -
функциональные модели системы в целом и подсистем, реализуемых отдельными командами разработчиков; -
точно определенные с помощью CASE-средства интерфейсы между автономно разрабатываемыми подсистемами; -
построенные прототипы экранов, диалогов и отчетов.-
Одной из особенностей применения методологии RAD на данной фазе является то, что каждый созданный прототип развивается в часть будущей системы. Таким образом, на следующую фазу передается более полная и полезная информация. (При традиционном подходе использовались средства прототипирования, не предназначенные для построения реальных приложений, поэтому разработанные прототипы не могли быть использованы на последующих фазах и просто «выбрасывались» после того, как выполняли задачу устранения неясностей в проекте.)
6.3 Фаза построения
На фазе построения выполняется собственно быстрая разработка приложения. На данной фазе разработчики производят итеративное построение реальной системы на основе полученных ранее моделей, а также требований нефункционального характера. Разработка приложения ведется с использованием визуальных средств программирования. Формирование программного кода частично выполняется с помощью автоматических генераторов кода, входящих в состав CASE-средств. Код генерируется на основе разработанных моделей.
На фазе построения также требуется участие пользователей системы, которые оценивают получаемые результаты и вносят коррективы, если в процессе разработки система перестает удовлетворять определенным ранее требованиям. Тестирование системы осуществляется непосредственно в процессе разработки.
После окончания работ каждой отдельной команды разработчиков производится постепенная интеграция данной части системы с остальными, формируется полный программный код, выполняется тестирование совместной работы данной части приложения с остальными, а затем тестирование системы в целом.
Завершается физическое проектирование системы, а именно:
определяется необходимость распределения данных; -
производится анализ использования данных; -
производится физическое проектирование базы данных; -
определяются требования к аппаратным ресурсам; -
определяются способы увеличения производительности; -
завершается разработка документации проекта.-
Результатом данной фазы является готовая информационная система, удовлетворяющая всем требованиям пользователей.
6.4 Фаза внедрения
Фаза внедрения в основном сводится к обучению пользователей разработанной информационной системы. Так как фаза построения достаточно непродолжительна, планирование и подготовка к внедрению должны начинаться заранее, еще на этапе проектирования системы.
Приведенная схема разработки информационной системы не является универсальной. Вполне возможны различные отклонения от нее. Это связано с зависимостью схемы выполнения проекта от начальных условий, при которых начинается разработка (например, разрабатывается совершенно новая система или на предприятии уже существует некоторая информационная система). Во втором случае существующая система может либо использоваться в качестве прототипа новой системы, либо интегрироваться в новую разработку в качестве одной из подсистем.
7. Ограничения методологии RAD
Несмотря на все свои достоинства, методология RAD тем не менее (как, впрочем, и любая другая методология) не может претендовать на универсальность. Ее применение наиболее эффективно при выполнении сравнительно небольших систем, разрабатываемых для вполне определенного предприятия.
При разработке же типовых систем, не являющихся законченным продуктом, а представляющих собой совокупность типовых элементов информационной системы, большое значение имеют такие показатели проекта, как управляемость и качество, которые могут войти в противоречие с простотой и скоростью разработки. Это связано с тем, что типовые системы обычно централизованно сопровождаются и могут быть адаптированы к различным программно-аппаратным платформам, системам управления базами данных, коммуникационным средствам, а также интегрироваться с существующими разработками. Поэтому для такого рода проектов необходим высокий уровень планирования и жесткая дисциплина проектирования, строгое следование заранее разработанным протоколам и интерфейсам, что снижает скорость разработки.
Методология RAD неприменима не только для создания типовых информационных систем, но и для построения сложных расчетных программ, операционных систем или программ управления сложными инженерно-техническими объектами — программ, требующих написания большого объема уникального кода.
Методология RAD не может быть использована для разработки приложений, в которых интерфейс пользователя является вторичным, то есть отсутствует наглядное определение логики работы системы. Примерами таких приложений могут служить приложения реального времени, драйверы или службы.
Совершенно неприемлема методология RAD для разработки систем, от которых зависит безопасность людей, — например, систем управления транспортом или атомных электростанций. Это обусловлено тем, что итеративный подход, являющийся одной из основ RAD, предполагает, что первые версии системы не будут полностью работоспособны, что в данном случае может привести к серьезнейшим катастрофам.
