MODERNÍ METODY ANALÝZY A TVORBY INFORMAČNÍCH SYSTÉMŮ

V. Merunka

Katedra informatiky PEF VŠZ.

Anotace

V článku je diskutován přínos myšlenek objektově orientovaného přístupu do oblasti softwarového inženýrství a tvorby informačních systémů.

Summary

The object-oriented paradigm is described from view of its benefits for the software engineering and information systems development.

Klíčová slova

softwarové inženýrství, CASE, objektově orientovaná analýza a design, Smalltalk, objektové databázové systémy.

Key words

software engineering, CASE, object-oriented analysis and design, Smalltalk, object-oriented database systems.

Dnešní doba klade na informační systémy minimálně stejně přísné požadavky, jako na jiné produkty inženýrství, například na domy, mosty nebo stroje. Tvorba softwaru i software sám však mnohdy tyto požadavky nesplňuje. Statistiky velkých firem z USA ukazují, že pouze okolo 10% z celkově vynaloženého množství prostředků se vydá na věci, které se pak opravdu používají. Ostatní se vyhazuje nebo ani nedokončuje. Problém je v tom, že o programech a o jejich tvorbě víme zatím stále mnohem méně než např. o statice či o betonu. Most nemůže vyprodukovat a postavit patnáctiletý kluk, ale v našem oboru dělají mladí kluci někdy opravdu hodnotné věci. Nic proti nim, ale je vidět, že není něco v pořádku.

Principiální odpovědi jsou již přibližně od 70. let známé. Jsou spojeny se zaostávající hardwarovou architekturou počítačů, která do značné míry implikuje dnešní podobu klasického software. Nové metody jsou tedy určeny hlavně pro počítačové architektury budoucnosti, ale již dnes se v mnoha případech ukazuje, že lze s jejich pomocí dosáhnout lepších výsledků, což se projevuje především ve výrazné úspoře programátorské práce, zvýšení spolehlivosti a vyšší užitné hodnotě.

Softwarové inženýrství

Diskutované metody patří do okruhu softwarového inženýrství jako významného teoretického prostředku, který slouží již řadu let v oblasti tvorby informačních systémů. Zavedení disciplíny do programování a přijetí pravidel vede k významnému zvýšení spolehlivosti a efektivity. Za posledních dvacet let bylo vyvinuto mnoho metod, z nichž uveďme například Jackson Software Development nebo Yourdon Structure Method, které jsou součástí nejrůznějších metodologií (SSADM, SDM, MERISE, 4FRONT, LBMS). Právě spojení myšlenek softwarového inženýrství s moderními softwarovými přístupy napomáhá řešit v úvodu naznačené problémy.

Objektově orientovaný přístup

Objektově orientovaný přístup (OOP) je jedním z nejviditelnějších výsledků dlouhotrvajících výzkumů nových architektur počítačů probíhajících již od počátku 70. let. V současné době se stává velmi populární díky praktickému využití v řadě programových produktů. Jeho nejviditelnějším projevem jsou grafická uživatelská rozhraní s překryvnými okny, menu, ikonami a obrázky. Princip OOP však spočívá v něčem jiném. Jedná se totiž o jiný, nový způsob uložení informace v počítači, který s sebou nese i výrazně odlišný způsob návrhu, vývoje a udržování programových produktů.

Základní myšlenka OOP spočívá v tom, že data a procedury jsou společně reprezentovány ve strukturách nazývaných objekt. OOP tedy slučuje do jediného modelu datový a procesní model, jenž jsou součástí klasických (neobjektových) metod analýzy a designu. Objektový model v nezvyklé míře podporuje mnoho velmi prospěšných (i pro organizaci týmové práce a etapizaci projektu) vlastností, jakými je například polymorfnost kódu, programovatelnost a laditelnost za chodu, portabilita mezi různými HW platformami, znovupoužitelnost kódu apod. Typickým představitelem výpočetního systému založeného na 100% využití objektového přístupu je systém Smalltalk, který využíváme i na naší katedře.

Klasická a objektově orientovaná analýza a design

Analýza je proces, při kterém formálně popisujeme a modelujeme požadované zadání. Použité nástroje jsou sice do značné míry nezávislé na použitém programovacím prostředí, ale již v této etapě se projevují odlišnosti výpočetních modelů, což nezanedbatelně ovlivňuje především výrazové prostředky analýzy.

Klasická analýza spočívá v postavení dvou modelů. První, datový model, popisuje statickou stránku budoucího systému, souvislosti mezi daty. Nejznámějším nástrojem datového modelování je entity-relationship diagram (ERD). Druhý, funkční model, popisuje dynamickou stránku budoucího systému, vztahy mezi procesy. Nejznámějším nástrojem je data-flow diagram (DFD).

Design je proces, který rozpracovává výsledky analýzy do takové míry, která již umožňuje implementovat model v nějakém programovacím prostředí. Většinou spočívá v návrhu programové struktury metodou postupné dekompozice funkcí, které byly naznačeny v DFD. Nejznámějším nástrojem je Structure-chart diagram (SCH). Podrobně rozpracovaný ERD, DFD a SCH potom slouží ke generování zdrojového kódu programu.

Metod objektové analýzy je dnes již vyvinuto několik, ale je pro ně společné, že pracují jen s jedním modelem, který jednotně popisuje jak statické, tak i dynamické vlastnosti. Objektový model dokonce dovoluje lépe vyjádřit některé důležité vztahy vyplývající ze zadání, než klasické modely. Námi používaný a také vyvinutý nástroj je Object-relationship diagram (ORD).

Objektový design stejně jako klasický dále rozpracovává analytický model. Na rozdíl od klasických metod však není třeba vytvářet další pomocné modely typu SCH, neboť se pracuje stále s ORD, který pomáhá postupně rozpracovávat model do nejjemnějších podrobností. Psaní kódu programu v konečné fázi tvorby je tedy možno považovat za ukončení designu na nejnižší úrovni granularity.

Objektové databáze a objektové informační systémy

Výše naznačený přístup se prakticky projevuje v návrhu databází nové generace, které bývají nazývány databázovými systémy založenými na objektovém datovém modelu. Ve srovnání s dnes již klasickými relačními databázovými systémy se jedná o dost podstatnou změnu v možnostech a fukčnosti. Objektový datový model na rozdíl od relačního umožňuje využití široké škály různě strukturovaných údajů, využití obrazové a zvukové informace v objektech, nehomogenní entitní množiny, uživatelská rozhraní řízená vnějšími událostmi, klient-server architektury a distribuované systémy. Vyšší funkčnost se projevuje nejvíce v těch případech, kdy se pracuje s komplexní informací, která by se v případě relačního modelu rozpadala do velkého množství složitě propojených tabulek. Typickými představiteli jsou geografické informační systémy, CAD systémy, systémy pro podporu rozhodování a expertní systémy. Kromě tzv. čistých objektových databází (Versant, Gemstone, Ontos, ArtBase) se dnes objevují i tzv. hybridní systémy, které pro uložení objektů používají relační tabulky (Sybase, Paradox).

Závěr

Nové metody umožňují výrazné usnadnění a zkvalitnění práce. Používá se jednodušších a kratších výrazů, modelování více odpovídá reálnému světu a také dovoluje snáze implementovat nejrůznější požadavky. Oproti tomu je však vyjadřování abstraktnější a matematičtější. Namísto desítek řádků instrukcí je použit třeba jen jeden jednoduchý, ale vysoce abstraktní výraz.

Tyto skutečnosti se dnes již začínají týkat každého informatika. Vývoj v našem oboru má velký vliv i na spotřebitele, takže je i v jejich zájmu se starat o kvalitu toho, co nakupují. Zahraniční zkušenosti jasně ukazují, že použití kvalitnějšího software vede i ke kvalitnějším výrobkům.

Literatura

Coad P., Yourdon E., OBJECT-ORIENTED ANALYSIS, Prentice Hall 1991.

Booch G., OBJECT-ORIENTED DESIGN WITH APPLICATIONS, Prentice Hall 1990.

Wasserman A.I., Pitcher P.A., Muller R.J., OBJECT-ORIENTED STRUCTURE DESIGN, IEEE Computer, 23(3), 50-63, 1990

Gorman K., Choobineh J., AN OWERVIEW OF THE OBJECT-ORIENTED ER MODEL, at 23th Hawaii International Conference on System Science, 1991.

Rumbaugh J. et al., OBJECT-ORIENTED MODELING AND DESIGN, Prentice Hall, 1991.

Date C.J., AN INTRODUCTION TO DATABASE SYSTEMS, Addison Wesley, 1990.

Cox B.J., OBJECT ORIENTED PROGRAMMING, Addison Wesley 1986.

LaLonde W.R., Pugh J.R., INSIDE SMALLTALK, Prentice Hall, 1991.

Journal of Object-oriented programming, SCOOP New York, 1991-1992

Merunka V., Polák J., PROGRAMOVÁNÍ V SYSTÉMU SMALLTALK, Softwarové noviny, leden-září 1993.

Polák J., Merunka V., OOP, Softwarové noviny, leden-září 1993