Казаринов Л.С., Попова О.В., Барбасова Т.А. Автоматизированные информационно-управляющие системы (часть 2)

Подождите немного. Документ загружается.

Атрибуты могут классифицироваться по принадлежности к одному из

трёх различных типов:

1. Описательные – представляют факты, внутренне присущие

каждому экземпляру объекта; если значение описательного атрибута

изменяется, то это говорит о том, что некоторый аспект объекта изменился,

но сам объект остался прежним;

2. Указывающие – используются для дачи имени или обозначения

экземпляров; часто (но не всегда) используется как идентификатор или его

часть; если значение указывающего атрибута изменяется, то это говорит о

том, что новое имя даётся тому же самому экземпляру;

3. Вспомогательные – используются для связи экземпляра одного

объекта с экземпляром другого (Например: Кошка. Имя хозяина обозначает

человека, которому принадлежит эта кошка.); если значение

вспомогательного атрибута изменится, то это говорит о том, что теперь

другие экземпляры связаны между собой.

Каждый атрибут требует описания, из которого становится ясным,

какую характеристику содержит атрибут. Также должен быть описан домен

каждого атрибута. Эти описания составляются по-разному в зависимости от

типа атрибута.

Описательные атрибуты. Описание атрибута должно устанавливать

реальную характеристику, абстрагируемую как атрибут. Оно может

объяснять, как определяется характеристика и почему она уместна для

определения объекта.

Описание домена можно давать:

– перечислением всех возможных значений, которые атрибут может

принимать;

– ссылкой на документ, приводящий возможные значения;

– формулировкой правила, определяющего, какие значения допустимы;

– приведением диапазона возможных значений.

Указывающие атрибуты. Описание для указывающего атрибута

устанавливает форму указания, организацию, которая назначает указание и

степень, в которой имя может использоваться как часть идентификатора.

Кроме того, домен указательного атрибута может определяться

перечислением или ссылкой;

Вспомогательные атрибуты. Описание должно указывать реальное

отношение, сберегаемое атрибутом. Значение, которое вспомогательный

атрибут может принимать, будет всегда таким же, как и значение атрибута,

действующего как идентификатор для соотносимого объекта.

Связи

Отношения существуют между различными видами предметов в

реальном мире.

Связь – это абстракция набора отношений, которые систематически

возникают между различными видами предметов в реальном мире.

Реальные предметы, которые участвуют в отношении, должны быть

сами абстрагированы как объекты.

Каждой связи присваивается уникальный идентификатор вида R1, R2 и

т.п.

Связь представляется графически линией между соотносимыми

объектами. Линии обозначаются идентификатором связи. Названия связи

помещаются на каждом конце линии связи.

Существует три фундаментальных вида связи. Эти виды называются

безусловными формами потому, что для участи в связи требуется каждый

экземпляр обоих объектов:

1. Связь один-к-одному существует, когда один экземпляр одного

объекта связан с единственным экземпляром другого;

2. Связь один-ко-многим существует, когда один экземпляр некоторого

объекта связан с одним или более экземпляром другого и каждый экземпляр

второго объекта связан только с одним экземпляром первого;

3. Связь многие-ко-многим существует, когда один экземпляр некоторого

объекта связан с одним или большим количеством экземпляров другого, и

каждый экземпляр второго объекта связан с одним или более экземпляром

первого.

Термины один-к-одному, один-ко-многим многие-ко-многм являются

формулировками множественности связи. Множественность обозначается

графически: одна стрелка на конце обозначает один экземпляр, а двойная –

один или более экземпляр.

В условной связи могут существовать экземпляры объектов, которые не

принимают участия в связи. Графически это обозначается помещением

буквы «У» вблизи фразы связи, которая иногда является истинной.

Если связь условная с обеих сторон – имеется в виду, что могут

существовать экземпляры обоих объектов, которые не участвуют в связи, -

она называется биусловной.

Все связи требуют описания. Описание должно обеспечивать:

- идентификатор связи;

- формулировку имён связи с точки зрения каждого участвующего

объекта;

- вид связи (её множественность и условность);

- формулировку обоснования абстракции;

- формулировку того, как связь была формализована.

Формализация связи

Цель связи состоит в том, чтобы позволить нам установить связь

экземпляра одного объекта с экземпляром другого. Это выполняется

размещением дополнительных атрибутов в соответствующих объектах на

модели. Когда это выполнено, говорят, что связь формализована в данных.

Для формализации связи один-к-одному вспомогательные атрибуты

могут быть добавлены к любому объекту (но не к обоим). Вспомогательные

идентификаторы снабжаются ярлычком идентификатора связи.

Для формализации связи один-ко-многим вспомогательные атрибуты

должны быть добавлены к объекту на стороне «много», поскольку

размещение на стороне «один» будет нарушать третье правило атрибутов.

Для формализации связи многие-ко-многим создают ассоциативный

объект – отдельный объект, который содержит ссылки на идентификаторы

каждого из участвующих экземпляров.

Тогда ассоциативный объект обрабатывается как объект с собственными

правами, именем, номером, ключевым литералом, описанием. Подобно

любому другому, ассоциативный объект может иметь дополнительные

атрибуты и участвовать в связях с другими объектами.

Ассоциативный объект может использоваться для формализации не

только связи многие-ко-многим, но и любой другой связи.

Композиция связей

Некоторые связи образуются как неизбежное следствие существования

других связей. Это будет показано на примере.

Рассмотрим случай Университета А. В этом заведении каждому

студенту необходимо определить одну основную тему исследований,

представляемую некоторым факультетом, специализирующемся на этой

теме. Каждый факультет имеет в своём штате профессоров.

В Университете А студент выбирает профессора, который в ходе

обучения будет его руководителем. Профессор может быть с любого

факультета, так что студент, специализирующийся на математике, может

иметь руководителем профессора физики. Информационная модель для

Университета А показана на рис. 5.4.

1. ФАКУЛЬТЕТ (Ф)

* Название факультета

- Почтовое отделение

офиса факультета

2. СТУДЕНТ (С)

* ID студента

- Имя студента

- Платёжеспособность

- Профессор-руководитель (R2)

- Ведущий факультет (R3)

3. ПРОФЕССОР (П)

* ID профессора

- Имя профессора

- Номер офиса

- Факультет,

предоставивший

работу

Специализируется

в изучении

Обучает

Курирует

Консультируется

Работает на

Предоставляет

работу

Рис. 5.4

Теперь рассмотрим Университет В. Правила здесь такие же, как в случае

с университетом А, за исключением того, что студент должен выбирать

профессора на факультете специализации. Информационная модель в

университете В немного отличается (Рис. 5.5), поскольку связь R3 –

логическое следствие связей R1 и R2: если студентом руководит профессор,

студент должен обязательно специализироваться в обучении на факультете

профессора.

1. ФАКУЛЬТЕТ (Ф)

* Название факультета

- Почтовое отделение

офиса факультета

2. СТУДЕНТ (С)

* ID студента

- Имя студента

- Платёжеспособность

- Профессор-руководитель (R2)

3. ПРОФЕССОР (П)

* ID профессора

- Имя профессора

- Номер офиса

- Факультет,

предоставивший

работу

Специализируется

в изучении

R3=R1+R2

Обучает

Курирует

Консультируется

Работает на

Предоставляет

работу

Рис. 5.5

Говорят, что такая связь образована композицией (как композиция

функций в математике).Связь, образованная композицией, не может быть

формализована во вспомогательных атрибутах, потому что отношение между

экземплярами (студенты и факультеты) уже задано связями между

студентами и профессорами и далее между профессорами и их факультетами.

R3 является логическим следствием R1 и R2, что показано на рисунке 3.

Подтипы и супертипы

Во многих задачах встречаются отчётливые специализированные

объекты, которые имеют определённые общие атрибуты. В этом случае мы

можем абстрагировать более общий объект для представления

характеристик, совместно используемых специализированными объектами

(Рис. 5.6). Эти объекты связаны через связь супертип-подтип, которая

графически показывается чертой поперёк линии связи вблизи более общего

объекта – супертипа.

10. БАК (Т)

* ID бака

- Ёмкость

- Дата изготовления (R10)

4. БАК ДЛЯ ХРАНЕНИЯ (S)

* ID бака (R100)

6. БАК C ПОДОГРЕВОМ (H)

* ID бака (R100)

- ID калорифера (R36)

5. БАК ДЛЯ CМЕШИВАНИЯ (М)

* ID бака (R100)

- Cмеситель вкл/выкл

R100 Является

Объект супертипа

Объект подтипа

Рис. 5.6

Атрибуты, которые являются общими для всех объектов подтипов,

находятся в объекте супертипа. Объекты подтипа будут также иметь

дополнительные атрибуты, чтобы обеспечивать более специализированные

абстракции, представляемые каждым подтипом.

В конструкции подтип-супертип один реальный экземпляр

представляется комбинацией экземпляра супертипа и экземпляра только

одного подтипа. В отличие от некоторых объектно-ориентированных языков

программирования, ООА не разрешает создание экземпляра супертипа без

создания экземпляра одного подтипа и наоборот.

Рабочие продукты

Для информационной модели подсистемы разрабатываются три рабочих

продукта:

1. Диаграмма информационной структуры – это графическое

представление информационной модели;

2. Описание объектов и атрибутов – документирует списки всех

объектов и атрибутов в модели и обеспечивает организованную

совокупность описаний объектов, атрибутов и доменов;

3. Описание связей – документирует перечни каждой связи модели

вместе с описанием связи.

5.4.2. Жизненные циклы объектов

Модели поведений в реальном мире

Если обратиться к рассмотрению динамического поведения предметов в

реальном мире, то можно заметить, что предметы в мире обычно имеют срок

жизни. Часто что-нибудь создаётся или появляется, эволюционирует через

определённые стадии своего существования и потом умирает или исчезает.

Рассмотрим некоторые общие наблюдения относительно моделей

поведения для различных предметов в реальном мире:

1. Многие предметы на протяжении их срока жизни проходят через

различные стадии.

2. Порядок эволюционирования предмета через стадии именно и

формирует характерную черту поведения отличительного признака этого

предмета.

3. Реальный предмет находится в одной-единственной стадии

модели поведения в любое данное время.

4. Предметы эволюционируют от одной стадии к другой

скачкообразно, частично это зависит от выбора определения или восприятия

стадий.

5. В схеме поведения разрешены не все эволюции между стадиями.

Некоторые эволюции запрещаются законами физики, некоторые уставами и

т.д.

6. В реальном мире существуют инциденты, которые заставляют

предметы эволюционировать (или указывают, что они эволюционировали)

между стадиями.

Жизненные циклы и диаграмма перехода в состояния

В анализе главным образом используются два вида моделей состояний, в

ООА используется форма Мура. Модель состояний Мура состоит из:

 множества состояний. Каждое состояние представляет стадию в

жизненном цикле типичного экземпляра объекта;

 множества событий. Каждое событие представляет инцидент или

указание на то, что происходит эволюционирование;

 правил перехода (или переходов, для краткости). Правило

перехода определяет, какое новое состояние достигается, когда с

экземпляром в данном состоянии происходит некоторое событие;

 действий. Действие – деятельность или операция, которые должны

быть выполнены, когда экземпляр достигает состояния. Одно действие

связывается с каждым состоянием.

Модель состояний может представляться в диаграммной форме,

известной как диаграмма переходов в состояния.

Жизненные циклы различных объектов часто скоординированы один с

другим.

Хотя все экземпляры объекта совместно используют ту же модель

состояний, иногда необходимо различать модель состояний, выполняемую

одним экземпляром, и другим. Используется термин конечный автомат, для

того чтобы обращаться к выполнению модели состояний частным

экземпляром. Можно рассматривать конечный автомат как некоторый

образец модели состояний, выполняющейся одним экземпляром.

Состояния

Состояние – это положение объекта, в котором применяется

определённый набор правил, линий поведения, предписаний и физических

законов.

Графически состояния показываются рамками (Рис. 5.7).

Каждому состоянию даётся имя, являющееся уникальным в рамках этой

модели состояния. Каждому состоянию присваивается номер, тоже

уникальный в пределах модели состояний. Прежде всего, номера

используются в табличном представлении модели состояний и не

обязательно предписывают порядок, в котором экземпляр будет находиться в

состояниях. Номера состояний приводятся на схемах (Рис. 5.7).

Некоторые модели состояния имеют одно или более состояние, где

экземпляр появляется впервые. Такие состояния известны под названием

состояния создания. Состояние создания показано на схеме в виде рамки,

нарисованной обычным способом, однако переход в состояние создания

изображается иначе.

В некоторых моделях состояний одно (или, возможно, несколько)

состояние является концом жизненного цикла экземпляра. Такие состояния

известны как заключительные состояния. Заключительное состояние может

представлять одну из двух ситуаций:

1. Экземпляр становится неподвижным. Экземпляр продолжает

существовать, но не имеет последующего интересующего динамического

поведения. Нет специального обозначения состояния, в котором экземпляр

остаётся неподвижным.

2. Экземпляр прекращает существование. Как только экземпляр

достигает этого состояния, он тут же исчезает и, следовательно, то же самое

происходит с его жизненным циклом. Такое состояние обозначается

графически рамкой, нарисованной штриховой линией.

Рассмотрим на примере банковского счёта: рис. 5.7.

1. Создание счёта

6. Рассмотрение

чека

5. Рассмотрение

изъятия

4. Закрывается

3. В хорошем

состоянии

2. Приём вклада

7. Исчерпывание

Создать новый счёт

с новым ID счёта.

Счёт ID клиента = ID клиента.

и счёт.Сальдо=0

Порождает А2: Осуществляется

вклад (ID счёта, сумма)

А1: Открывается счёт (ID клиента, сумма)

Счёт

А3: Счёт в порядке (ID счёта) А99: Закрывается счёт (ID счёта)

А2: Осуществляется вклад

(ID счёта, сумма)

А2:

Осуществляется

вклад

(ID счёта, сумма)

А2: Осуществляется вклад

(ID счёта, сумма)

Добавляется сумма к Счёт.Сальдо

Если Счёт.Сальдо<0,

Пораждает А6: Исчерпывается

(ID счёта)

иначе

Порождает А3: Счёт в порядке

(ID счёта)

А6: Исчерпывается

(ID счёта)

А6

А3: Счёт в порядке

(ID счёта)

А5: Представляется на

рассмотрение чек

(ID счёта, сумма)

Выплатить Сальдо

Если это последний счёт

этого клиента, то

Пораждает А99:

Последний счёт

закрыавется

(ID клиента)

А4: Рассматривается

изъятие (ID счёта,

сумма)

А3: Счёт в порядке

(ID счёта)

Если сумма>Сальдо, то

отменить изъятие

иначе уменьшить сальдо на сумму и

выплатить сумму

Порождает А3: Счёт в порядке

(ID счёта)

Если сумма<Сальдо, то

оплатить чек и уменьшить

сальдо на сумму

иначе вернуть чек и уменьшить

сальдо оплатой чека,

возвращённого банком реминенту

Если Счёт.сальдо<0, то

Порождает А6: Исчерпывается

(ID счёта)

иначе Пораждает А3:

Счёт в порядке

Рис. 5.7

В любой конкретный момент различные экземпляры могут находиться в

различных состояниях. Состояние, в котором находится экземпляр, известно

как текущее состояние (статус). Это описательный атрибут, его домен

задаётся перечислением состояний объектной модели состояний.

События

Событие – это абстракция инцидента или сигнала в реальном мире,

который сообщает нам о перемещении чего-либо в новое состояние. В

абстрагировании события определяются четыре аспекта события:

- значение;

- предназначение;

- метка;

- данные события.

Значение события заключается в короткой фразе, которая сообщает, что

происходит в реальном мире.

Предназначение события – модель состояний (не автомат), которая

принимает события. Может быть один-единственный такой приёмник для

данного события.

Уникальная метка должна обеспечиваться для каждого события. Метки

требуются для того, чтобы отличать события одно от другого, особенно если

имеют дело с отдельными событиями сходного значения.

Чтобы делать короткие метки, обычно используется комбинация буква-

номер. Большинство аналитиков находят полезным использовать некоторый

вид соглашения для обозначения меток события. Например, вида

приемлемых для этого схем:

1. Обозначение, основанное на предназначении. Определите метки

события так, чтобы все события, которые принимаются объектом,

начинались с ключевого литерала этого объекта;

2. Обозначение «внутренний - внешний». Используйте особый символ

(обычно Е от слова external, т.е. внешний,) для обозначения события,

происходящего между двумя объектами. Для событий, которые порождаются

объектом и которые к нему же направлены, используйте ключевой литерал

этого объекта.

Событие следует рассматривать как сигнал управления, который может

(и, как правило, это делает) переносить данные. Эти данные приводятся для

действия при достижении объектом определённого состояния. Для

различных типов данных – идентифицирующие и дополнительные – могут

переноситься событием.

Идентифицирующие данные – это множество из одного или более

атрибутов, включающих привилегированный идентификатор объекта-

предназначения. Идентифицирующие данные определяют экземпляр и,

следовательно, конечный автомат, который собирается принимать событие.

Дополнительные данные – состоят из одного или более атрибутов,

которые переносятся событием помимо идентифицирующих данных.

Дополнительные данные могут приводить атрибуты не только объекта-

предназначения, но и любого другого объекта.

Существует ряд правил, связывающих данные события с состояниями,

которые могут быть достигнуты как результат получения события:

1. Правило тех же данных. Все события, которые вызывают переход в

определённое состояние, должны нести одни и те же данные события.

2. Правило состояния несоздания. Если событие может вызывать переход

в состояние, которое не является состоянием создания, то идентификатор

экземпляра, к которому событие применяется, должно переноситься как

данные.

3. Правило состояния создания. Событие, которое вызывает переход в

состояние создания, не несёт идентификатора, если получаемая модель

состояния создаёт идентификатор в действии состояния создания.

Следует отметить, что один инцидент в реальном мире может быть

абстрагирован в более чем одно событие.

Когда появляется событие (V1: кнопка нажата), оно представляет собой

понятие типичного, но неопределённого инцидента. Это понятие должно

отличаться от частного происшествия V1: кнопка печи 5 нажата в 15 часов.

Формально оба понятия рассматриваются как событие, их значение обычно

ясно из контекста. Однако, когда необходимо их различать посредством

терминологии, мы используем понятие спецификация события по отношению

к типичному неопределённому происшествию и экземпляр события по

отношению к определённому происшествию.

Действия

Действие – это деятельность или операция, которая должна быть

выполнена экземпляром, когда он достигает состояния. Одно действие

связывается с каждым состоянием.

Поскольку экземпляры объекта совместно используют одну и ту же

модель состояний, действия должны быть определены таким образом, чтобы

они могли быть выполнены любым экземпляром.

Действие обычно читает и записывает атрибуты того экземпляра, для

которого оно выполняется. Действие также может:

1. Выполнять любое вычисление;

2. Порождать событие для любого экземпляра любого объекта;

3. Порождать событие для чего-либо вне области анализа:

оператора, аппаратного устройства или объекта в другой подсистеме;

4. Создавать, удалять, устанавливать, сбрасывать или считывать

таймер;

5. Читать и записывать атрибуты других экземпляров собственного

объекта;

6. Читать и записывать атрибуты экземпляров других объектов.

Чтобы гарантировать непротиворечивость моделей состояний как

единого целого, на действия должны быть наложены определённые

обязательства:

1. Сохранение экземпляра непротиворечивым. Действие должно

оставлять данные, описывающие собственный экземпляр,

непротиворечивыми. Если действие модифицирует атрибут собственного

экземпляра, оно должно модифицировать все атрибуты, которые являются в

вычислительном отношении зависимыми от первого атрибута;

2. Гарантирование непротиворечивости связей. Если действие создаёт

или удаляет экземпляры собственного объекта, оно должно гарантировать,

что любые связи, включающие эти экземпляры, не противоречат правилам,

установленным на информационные модели;

3. Сохранение подтипов и супертипов непротиворечивыми. Если

действие создаёт экземпляр объекта супертипа, оно должно создавать и

экземпляр одного из объектов подтипа. Если удаляет экземпляр подтипа,

оно должно и удалять соответствующий экземпляр супертипа;

4. Модификация атрибутов текущего состояния. Действие должно

модифицировать атрибут текущего состояния, чтобы соответствовать