Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Особенности информационного обеспечения САПР . і5
1.1. Анализ информационных средств САПР 15
1.2. Принципы построения АДЦ САПР. Пути повышения эффективности применения 23
1.3. Анализ общих вопросов проектирования ВД 30
1.4. Особенности постановки задачи проектирова-нияВДСАПР 35
1.4.1. Особенности информационной базы САПР 35
1.4.2. Основные требования средств автоматизированного проектирования к процессам обработки данных 37
1.4.3. Постановка задачи 40
Выводы к главе I 42
Глава II. Основные принципы разработки инструментальных средств проектирования САПР 44
2.1. Анализ методов и систем проектирования ДЦ 44
2.2. Разработка архитектуры средств проектиро -вания Щ САПР 53
2.3. Принципы информационно-логического моделирования ПО САПР 60
2.3.1. ЬМ-модель 61
2.3.2. Методика описания информационно-поисковых запросов. Построение частной информационно-логической модели ПО САПР 66
2.3.3. Построение обобщенной информационно-логической модели информационной базы САПР 77
2.3.4. Вывод реляционной схемы информационно- логической модели ПО САПР 85
Выводы к главе П 100
Глава III. Реализация проектирования Щ САПР в среде универсальной СУЩ 101
3.1. Основы концептуального проектирования Щ САПР.Функциональное моделирование информационно-поискового процесса в САПР 101
3.2. Разработка средств взаимодействия инженера-проектировщика САПР с системой проек -тирования Щ 108
3.3. Качественный выбор СУЩ 114
3.4. Разработка принципов интерпретации модельного описания ПО САПР в ЯОД СУВД 120
Выводы к главе Ш 123
Заключение 124
Библиография
- Анализ информационных средств САПР
- Анализ общих вопросов проектирования ВД
- Анализ методов и систем проектирования ДЦ
- Основы концептуального проектирования Щ САПР.Функциональное моделирование информационно-поискового процесса в САПР
Введение к работе
В материалах ХХУТ съезда КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" / ij ., как одно из важнейших направлений научных исследований определяется развитие работ по совершенствованию и эффективному применению в народном хозяйстве электронной вычислительной техники и систем автоматизированного проектирования (САПР).
В настоящее время область применения САПР охватывает большинство ведущих отраслей народного хозяйства и в первую очередь производство вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры. Именно эти отрасли промышленности явились пионерами в разработке и применении средств автоматизированного проектирования (АЛ). Эффект от применения САПР достигается за счет повышения качества и технико-экономического уровня проектируемых объектов, сокращения сроков, стоимости и трудоемкости процесса проектирования.
Современные темпы развития вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры сопровождаются быстрой сменой элементной, технологической и конструкторской баз проектируемых объектов. Особую роль в этом развитии играют исследования в области создания и применения интегральных микросхем средней, большой и сверхбольшой интеграции. В связи с этим при применении средств АП возникают серьезные проблемы, связанные в первую очередь с адаптацией САПР к новым условиям и требованиям процесса проектирования.
Проблема повышения гибкости САПР охватывает весь спектр задач автоматизированного проектирования. В нашей стране и за рубежом ведутся интенсивные теоретические и практические работы по разработке общих вопросов совершенствования автоматизированных методов проектирования /"2,27,ЦІ,kh J я, в частности, повышения алгоритмической гибкости проектирующей подсистемы САПР/" 9 Л 30,31 J.
Следует отметить, что гибкость САПР характеризуется не только возможностью использования системы для проектирования широкого класса объектов без существенных изменений программного обеспечения проектирующей подсистемы, но и способностью информационного обеспечения САПР к быстрой адаптации в условиях изменения элементной, конструкторской и технологической базы проектируемого объекта. Сложность и важность решения задачи информационной поддержки процесса проектирования выделяет данную задачу в самостоятельное направление исследйвании, целью которых является создание гибких, интегрированных САПР /W.
Информационное обеспечение САПР несет в себе определенную степень обобщения информационных потребностей проектирующей и обслуживающих подсистем САПР на всех стадиях проектирования, от постановки технического задания до изготовления проектной документации и управляющих перфолент. Объем данных САПР достигает 10-100 Мбг; в этих условиях особую актуальность приобретают работы, направленные на совершенствование методов и средств организации автоматизированного банка данных (АБД), составляющего ядро информационного обеспечения САПР / 22_/ .
В настоящее время наиболее общим вопросам проектирования АБД широкого назначения посвящены многочисленные работы /5,40,2 ,34,59/, где сформулированы цели и задачи проектирования АБД /5,3 7, предложена структура этого процесса fto,b4jt обоснованы основные средства реализации этапов проектирования АБД /3%4о,58/. Важным шагом теоретических и практических исследований организации АБД явились работы/"А,Ю,5о,55,5 _/, связанные с разработкой уни -6 версальных программных средств, реализущих функции системы управления базами данных (СУБД). В результате разработчики АБД получили в свое распоряжение разнообразные программные средства, позволяющие на современном уровне разрабатывать и поддерживать сложные человеко-машинные системы, в том числе и САПР.
Обобщая накопленный опыт по применению универсальных СУБД для разработки АБД САПР /"8,П,&0 У, следует отметить, что СУБД позволяет существенно сократить сроки и затраты на создание программного обеспечения АБД, при этом СУБД представляет собой средство необходимое, но недостаточное. Успех разработки АБД САПР в каждом конкретном случае определяется эффективностью отображения информации объекта проектирования в вычислительную среду. Совокупность задач, связанных с моделированием информационной базы САПР, решается в процессе проектирования баз данных (БД).
Целью проектирования БД является, с одной стороны, адекватное представление информации объекта проектирования на всех стадиях разработки, а с другой - обеспечение эффективного хранения и обработки данных. Трудности, возникающие на пути решения данной задачи, продиктованы необходимостью учета многочисленных аспектов предметной области САПР, противоречивостью требований к использованию данных различными подсистемами САПР, большой размерностью задач, связанных со специфицированием элементов информации объекта проектирования, отсутствием единства среди разработчиков АБД во взглядах на оценку эффективноеги БД. Поэтому современное проектирование БД, как указывалось в отчете специалистов по проектированию БД в Нью-Орлеане, все еще "является искусством, которым заняты немногие, и не широк круг применяемых ими средств. Трудности, связанные с применением баз данных, все больше и боль -7 ше осложняют их задачу...".
В связи с изложенными выше соображениями, основным направлением данной работы была выбрана проблема проектирования Щ, определяющая эффективность всего комплекса средств АБД и СШР в целом.
Общий анализ работ различных авторов в этой области дает возможность составить представление о состоянии проблемы в настоящее время. Большинство ведущих работ используют два основных подхода к решению проблемы. Первый заключается в стремлении задать описание БД сразу в терминах конкретной СУЩ/"45. 5о,67/» Второй подход состоит в задании независимого от СУЩ формализованного описания предметной области, а затем - после выбора СУЩ -отображение этого описания в схему Щ, поддерживаемую выбранной системой/H2 f,29,77-7. Такое независимое описание информационных потребностей принято называть информационно-логической моделью (инфологической моделью) информационной базы$2,83.7.
Результатом развития первого подхода явилось появление специализированных пакетов прикладных программ (ШШ), например, в нашей стране - ШШ "СТРУКТУРА", ЇЇПП "ОКА-МОДЕЛЬ",.ШШ - "С(Щ-0С" /"46 7; за рубежом - Т№1№ , фирмы IfcM/faJ, DtSl&NEU , основанный на предложениях группы COUbSNU /9_/, ориентированных на СУЩ, соответственно: "СЕТОР", "ОКА", "ШОД 3-0С",1М$, В MS -1100 / 46,72У. Несмотря на функциональную простоту и удобство подобных средств, данный подход обладает рядом существенных недостатков:
- строгая ориентация на конкретную СУЩ;
- качество описания Щ полностью определяется квалификацией и опытом проведения подобной работы занятых специалистов.
Анализируя данный подход в соответствии с требованиями к
АВД САПР/22,237, следует отметить, что на ранней стадии проектирования АВД осуществить выбор конкретной СУДЦ весьма затруднительно, так как требования к процессам обработки данных в САПР еще не сформулированы. Следует также отметить, что в условиях сложности и объемности содержания информационной базы САПР процессы изучения, специфицирования и структурирования исходных данных имеют решающее значение. Качество этих процессов определяет такие важные показатели АВД САПР, как простота реализации информационного обмена между подсистемами САПР, время реакции системы, качество проектной документации, целостность и надежность храшшой информации. В связи с этим влияние субъективного фактора на качество описания БД должно быть по возможности исключено.
Все это затрудняет применение первого подхода к проектированию БД САПР.
В настоящее время наиболее широко разрабатываются концепции второго подхода/"39-,5 1 68 1i\ J. Интерес специалистов в области проектирования Щ к данному подходу вызван прежде всего возможностью реализации логической и физической независимости данных /24,34_Л Независимость данных позволяет существенно сократить затраты на адаптацию АВД к новым приложениям, сделать независимым программное обеспечение АВД от среды функционирования.
Основу подхода составляет многоуровневое представление данных/" 62. J, осуществляющее развязку прикладных программ пользователей ВД от особенностей хранения и средств обработки данных конкретной СУБД.
Несмотря на широкое признание данного подхода, здесь нет единства относительно выбора средств и методов реализации уровней представления информации в соответствии с функциональным назначением АЕД и семантическим содержанием баз данных. Поэтому-основной целью данной работы является исследование и разработка методов отображения информационной базы САПР в структуры Щ9 поддерживаемые широким классом универсальных СУБД. Основное внимание уделено процессам формирования информационно-логической модели предметной области САПР, как наиболее трудоемкому и ответственному этапу проектирования БД САПР.
В соответствии с целью для исследования и решения были выбраны следующие задачи:
- исследование особенностей информационного обеспечения САПР, разработка критериев проектируемой БД;
- разработка принципов построения средств проектирования БД САПР, ориентированных на специалистов разной подготовленности, в том числе., будущих пользователей информационной подсистемы САПР-инженеров-проектировщиков;
- выбор и обоснование принципов взаимодействия проектировщиков Щ с системой;
- рациональный выбор стандартных ППП, отвечающих требованиям к АДД САПР;
- создание алгоритмов и программ для эффективной реализации информационно-логического моделирования и интерпретации модели в среду выбранной СУЩ.
Для теоретического обоснования и решения поставленных задач в работе автор использовал математический аппарат теории графов, методы дискретной математики, реляционную алгебру.
Круг исследуемых задач определил структуру диссертационной работы. Она состоит из трех глав, выводов и приложений.
В первой главе исследованы существующие подходы к формиро -40 ванию информационного обеспечения САПР, показана целесообразность применения в качестве базового программного обеспечения АВД САПР стандартных пакетов прикладных программ, выполняющих функции универсальной СУЩ. Обоснованы основные задачи разработки АВД, подчеркнуты особенности этого процесса в условиях САПР. Исследованы основные составляющие информационной базы САПР, показана возможность использования пользователей САПР в качестве источников первичного описания информационно-поискового процесса. Проанализированы основные показатели качества ВД, предложены обобщенные критерии качества ВД САПР, учитывающие адекватность отображения информационной базы САПР в формализованное описание модели БД и полноту и качество реализации заданного множества информационно-поисковых задач. С.учетом разработанных критериев поставлена задача проектирования ВД САПР и намечены пути ее решения.
Во второй главе проведен анализ методов и средств проектирования БД; на основании анализа, требований к АВД САПР и предложенных критериев качества разработана архитектура средств проектирования ВД САПР. Архитектура предполагает три уровня описания предметной области: системный, проблемный и пользовательский; последние два ориентированы на группу разработчиков и пользователей САПР соответственно. Разработаны концепции многослойной модели данных, способной поддерживать простые формы описания информационной базы САПР, с одной стороны, и обеспечивающей необходимый уровень согласованности результатов информационно-логического моделирования с последующими стадиями проектирования ВД. Для реализации информационно-логического моделирования предложена методика описания информационно-поисковых задач, использующая и концепции элементарной транзакции для представления возможного набора информационно-поисковых операций и сопутствующих им спе-цификатов. На основании исследования свойств предложенной модели решается задача о нахождении неизбыточного покрытия множества элементарных транзакций, с целью устранения функционального дублирования, обнаружения и разрешения конфликтных ситуаций при моделировании БД СШР. Доказана единственность и возможность представления результатов в виде связного, ациклического графа. Предложена процедура формирования единого графа доступа, базирующаяся на приоритетной упорядоченности частных моделей с помощью критерия, отражающего специфику режимов обработки данных различными подсистемами СШР. С учетом особенностей представления информации в САПР в виде табличной документации, в работе предложена методика формирования информационно-логической модели БД СЖР. Для этого сформулированы ограничения, регламентирующие свойства элементов табличных документов, и разработан аппарат вывода схемы информационно-логической модели БД, базирующийся на понятиях и операциях реляционной алгебры.
Третья глава посвящена исследованию вопросов концептуального проектирования. Обоснованы приемы эквивалентного перехода от информационно-логической модели к концептуальной модели, БД. Показано, что представление модели БД в виде канонической сети отвечает требованиям поставленной задачи, но содержит структурную . избыточность. Для получения оптимальной модели БД предложен алгоритм функционального моделирования, позволяющий оценить эффективность варианта модели Щ для реализации конкретной информационно-поисковой задачи. Предложена целевая функция, составляющие которой определяют отклонения проектного решения БД от максимально допустимого времени доступа и максимально допустимого объема памяти для хранения искомых элементов информации. Исследована и решена задача минимизации этой функции. На основании исследования существующих СУДД определен круг пакетов прикладных программ, использование которых для создания АДЦ САПР наиболее предпочтительно. Предложены концепции универсального интерпретатора концептуальной модели Щ в термины языка описания данных СУЩ. Для реализации сбора, контроля и анализа исходных данных исследована проблема общения с предполагаемыми пользователями. Предложено использовать два вида взаимодействия: интерактивный режим, на базе диалоговых процедур; анкетирование пользователей. Разработаны анкеты опроса специалистов САПР и методика анкетирования. Для эффективной реализации анкетирования разработаны алгоритмы ввода,контроля и анализа информации с различных внешних устройств.
В приложениях приведены исходные тексты основных программ, виды анкет, промежуточные документы проектирования ДЦ, акты о внедрении.
Научная новизна. К основным научным результатам, полученным лично автором, включенным в диссертацию и вынесенным на защиту, относятся:
1. Критерии, позволяющие оценить качество разрабатываемой БД, с точки зрения реализации всего набора информационно-поисковых задач, поставленных перед АБД САПР.
2. Архитектура средств проектирования БД САПР, использующая мультимодельный принцип построения. Выделены три уровня описания предметной области: системный, проблемный и пользовательский. Последние два ориентированы на группу разработчиков и пользователей САПР соответственно.
3. Принципы информационно-логической модели данныхt поддер ИЗ живащей концепции как реляционного, так и сетевого подхода к проектированию БД и инвариантной относительно СУБД.
4. Методика сбора первичной информации о функциональных и семантических характеристиках объекта проектирования.
5. Методика построения обобщенной информационно-логической модели БД САПР с использованием табличной формы представления информации объекта проектирования.
Практическое значение. Предложенные модели, методики, алгоритмы и архитектура могут быть использованы при построении информационной подсистемы САПР широкого назначения.
Разработанные средства проектирования БД позволяют привлечь разработчиков и будущих пользователей системы автоматизированного проектирования к описанию семантики проблемной области СШР, тем самым существенно сократить сроки изучения и специфицирования информации объекта проектирования.
Развязка уровней представления информации в процессе проектирования позволяет применять, наряду с разработанными в работе средствами проектирования БД, уже существующие методы и программные средства подобного назначения.
Применение критериев оценки функциональной полноты Щ позволяет еще на этапе проектирования оценить возможность эффективного применения всего комплекса средств АБД СЖР.
Независимость концептуальной модели БД .от внутренних моделей сделала возможным применение широкого круга универсальных СУЩ в качестве базового программного обеспечения АВД СЖР.
Реализация результатов работы. Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментальной эксплуатацией разработанных средств в составе информационного обеспечения проекта "АСТП-электро". С помощью предложенных в диссертации средств проектирования Щ проводились исследования и разработка баз данных "ОБОРУДОВАНИЕ" в рамках совместной НИР с УКРБШРОЭЛЖТРО. Применение методов информационно-логического моделирования ншшю свое отражение при разработке автоматизированной информационной системы САПР-УГТМ в Украинском институте по проектированию заводов тяжелого машиностроения;г.Харьков, а также при создании информационного обеспечения автоматизированной системы документирования ЦНИИ "КОМЕТА" г.Москва. В приложении приведены акты о внедрении.
Основное содержание и результаты работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: "Всесоюзная школа-семинар молодых ученых и специалистов по вопросам проектирования и внедрения в народное хозяйство автоматизированных систем обработки информации и управления" г.Ереван, 1981г.; "Теоретические и прикладные вопросы разработки и внедрения, эксплуатации САПР РЭА" ,г.Ереван, 1983г.; II Всесоюзная конференция "БАНКИ ДАННЫХ ! г.Ташкент, 1983г.
Основные положения диссертации отражены в трех опубликованных работах/ 48а 9,2о J,
Диссертация подготовлена на кафедре "Вычислительная техника" Московского института электронного машиностроения в период с 1979г. по 1984г. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, профессору Сыпчуку П.П. и завкафедрой САПР профессору Михайлову Б.М. за ценные советы и постоянное внимание к работе, а также другим сотрудникам института за поддержку и внимание.
Анализ информационных средств САПР
В настоящее время проблема представления данных в ЭВМ, в особенности знаний об объектах внешнего мира, приобретает решающее значение для обеспечения эффективного функционирования сложных человеко-машинных систем, к которым относится и СШР. Решение этих вопросов рассматривается в рамках либо информационных систем и конструкторско-технолошгческих банков данных, либо в рамках подсистем информационного обеспечения СШР. В соответствии с ГОСТ 23501.0-79, информационная система является обслуживающей подсистемой, обеспечивающей информационную поддержку проектирующих подсистем и являющейся основой для ряда обеспечений, определяющих такие важные показатели эффективности СШР, как удобство и простота взаимодействия с системой, качество проектной документации, эффективность использования технических средств и другие. Таким образом, информационное обеспечение является организующим звеном всей совокупности средств автоматизированного проектирования.
Уже первые разработки САПР показали важность проблемы хранения, поиска и обработки данных. Именно поэтому, наряду с совершенствованием методов проектирования, требовалось совершенствование информационного обеспечения САПР. Проанализируем развитие информационного обеспечения САПР в соответствии с усложнением процесса обработки данных.
Для первых систем автоматизированного проектирования характерна последовательная обработка данных. Вся обработка осуществлялась пршсладными программами пользователя. Типовое программное обеспечение выполняло только операции ввода-вывода. Наборы данных были организованы простым последовательным способом, и так как каждый набор использовался для одного приложения, то соответствие между физической организацией хранения (физическая организация данных) и представлением пользователя о структуре информационного множества (логическая организация данных) обеспечивалось достаточно простыми средствами ,28/« Для этих информационных систем характерным является построение структуры данных в виде совокупности отдельных, не связанных друг с другом массивов данных и обрабатывающих их программ (рис. I). Процесс обработки информации организовывался пользователем для каждого типа данных и для каждого типа приложения. Большая часть сервисных операций по обработке информации выполнялась вручную. Подобное построение информационных средств получило название "программа - массив". Принцип "программа-массив" характерен для САПР, представленных набором независимых проектирующих программе %кЧ?
Лдя этого поколения информационных систем характерны следующие недостатки: - высокая избыточность данных; - зависимость программного обеспечения от среды функционирования; - зависимость организации хранения от логической структуры информации пользователя; - необходимость для каждого приложения и для каждого массива данных создавать оригинальное программное обеспечение; - обработка информации возможна только в пакетном режиме.
Наращивание функциональной мощности САПР потребовало централизации данных в единый информационный массив. Стало обычным совместное использование данных различными программными модулями (рис. 2). Каждый пользователь создавал свои программы для реорганизации исходного единого массива и тем самым обеспечивал соответствие между физической организацией хранения и логической структурой информации. С целью оптимизации обработки часто промежуточный или выходной набор данных одного пользователя принимался в качестве исходного другим. Каждая такая последовательность обработки называлась информационно-поисковой задачей. Типовое программное обеспечение представляло собой методы доступа и позволяло при смене запоминающих устройств ограничиться небольшими изменениями в программном обеспечении. Организация наборов данных была последовательная и индексно-последовательная.
Анализ общих вопросов проектирования ВД
Рассматривая проблему проектирования Ж как самостоятельное направление исследований в области разработки информационного обеспечения АБД широкого назначения, следует отметить, что в настоящее время этой проблеме посвящены многочисленные работы как теоретического /44,55 ,бу так и практического /jo ,0,5-},3,74/ плана.
Важное место среди множества работ на эту тему занимают работы, основной задачей которых являются попытки создания типовой технологии проектирования БД /"69 ,74/. Основу подобных исследований составляют концепции, предложенные группой по стандартизации и изучению Щ ANSI /ХЗ/SDMIC /62 7» Именно эти исследования определили наиболее общие принципы структуры процесса проектирования БД. Предпосылкой для данных исследований явились поиски рационального варианта представления информации с целью обеспечения независимости прикладных программ пользователей от организации этой информации в среде универсальной СУБД.
Наиболее значительным достижением данных исследований является предложение, состоящее в использовании многоуровневого подхода к представлению информационной базы. При этом было предложено выделять три основных уровня: внешний, концептуальный, внутренний. Трем уровням представления информащш соответствуют три модели данных.
Внешняя модель является совокупностью объектов, представляющих сущности предметной области (ПО), составляющие интерес для одного приложения или для семейства близких приложений. Внешний . уровень соответствует представлению о данных пользователей АБД.
Концептуальная модель является совокупностью объектов, свойств и отношений, составлявших интерес для предметной области в целом. Для конкретной ПО существует только одна концептуальная модель, которая определяет информационное содержание БД, т.е. представляет собой информационную модель ПО.
Мотивировками для введения концептуального уровня послужили следующие положения: - построить полную, исчерпывающую модель ПО и формализовать ее в схеме БД. Сама концептуальная модель является средством для документирования и понимания концептуальных данных ПО; - концептуальная модель должна обеспечить общий знаменатель для всех существующих взглядов на данные в процессе проектирования и эксплуатации БД; - на концептуальном уровне могут быть сосредоточены основные функции для решения проблем секретности, целостности и достоверности данных; - размещение концептуальной модели между внешней и внутренней создает уровень косвенности, необходимый для обеспечения логической и физической независимости данных. Концептуальный уровень изолирует внешние схемы от изменений во внутренних, и наоборот. Такое обеспечение стабильности для большинства существующих приложений в условиях неизбежных изменений в технологии хранения данных и в самой ПО является наиболее важной мотивировкой.
Внутренняя модель является совокупностью объектов, содержащих хранимые данные. Как и концептуальная модель, внутренняя модель дает глобальное описание Щ, но с точки зрения физической организации. Поэтому ее мотивировкой является эффективность работы системы и наиболее экономичное использование вычислительных средств. Объекты этой модели существуют в действительности и выбираются в соответствии с принятой технологией обработки данных конкретной СУЩ.
Следует отметить, что традиционные модели данных - иерархическая /"67 ] , сетевая /"70/ t реляционная /"$9/ - как аппарат реализации независимости данных появились до описанных выше предложений. По своей структуре и философии они предшествуют трехуровневому подходу. Характерным для них является то, что в одной модели обеспечивается одновременно описание концептуальных, внутренних и внешних характеристик данных, при этом зачастую не делается четкого разграничения между компонентами в описании. Например, в модели /"70J понятие подсхемы соответствует внешнему уровню /"62/ , а схема содержит компоненты, соответствующие концептуальному и внутреннему уровням / G2 J . Каждая из традиционных моделей данных успешно может поддерживать внешний уровень для определенного класса задач, и это доказано существованием многих реальных иерархических [k 112193/, сетевых/50,9-/,97/ и реляционных /"49,96 уСУВД. Но в своей чистой форме ни одна из них не подходит для концептуального уровня, так как ни одна из них не охватывает всей полноты требований к отображениям внешняя модель - концептуальная модель и концептуальная модель - внутренняя модель.
Анализ методов и систем проектирования ДЦ
Информационной основой проектирования Щ является информационная база .содержащая как основные информационные элементы ПО, так и требования их обработки. Задача проектирования моделей представления данных на каждом из уровней проектирования состоит в последовательном преобразовании исходного описания в соответствии с требованиями среды проектирования. К описанию среды проектирования относятся: информация, определяющая формализмы моделей и процессов проектирования в объеме, необходимом для однозначного понимания их специалистами, ведущими проектирование; условия взаимодействия результатов этапа проектирования с предыдущими и последующими уровнями представления данных, необходимых для оценки качества принимаемых решений. Таким образом, в составе анализа средств проектирования БД должны быть отражены следующие положения: 1) общий анализ требований; 2) анализ информации и ее организация; 3) реализация этапов проектирования; 4) физическая реализация.
В соответствии со структурой процесса проектирования БД, сложившейся в настоящее время, можно отметить, что этап информационно-логического моделирования определяет первые два положения (см. п. 1.4,1), концептуальное проектирование направлено на организацию информации с целью обеспечения корректности модели ПО для эффективной реализации на последующих стадиях проектирования БД (см. п. 1.4.2), логическое конструирование связано с получением конечных результатов проектирования, определяющих физическую реализацию. Поэтому для простоты изложения анализ построен в соответствии с этапами проектирования БД.
Вопросам построения автоматизированных средств проектирования БД посвящено большое количество работ, в том числе работы Стогния А.А./"44 1 2../, Савенкова В.М., Вейнерова О.М., Назарова М.С., Бойко В.В./Чо , W ,\b,51j Михновского С.Д./57 ,ЪЪ,Ъв,Чд1] Цаленко U.E./5,Sf, Кодда Е./"88 ,89,90/, Фейджина Р./ 9Ц 7, Мартина ДЖ./34/ , Дейта С. fZkJ, Сенко М. /"777, Герритсона Р. 97, Сандгрена В./80,84,82,83У и других. Основными результатами исследования этих работ являются формальные /40,54 ,8-(/, формально-эвристические/40 ,Ь9,58,69 ,97-7 и эвристические методы, предпо лагающие реализацию в виде комплексов язык - трансляторЛ ,67/ и автоматизированных программных систем, регламентирующих требования среды проектирования БД/63, С6 , 7А ,77У.
Анализ приведенных выше работ, показал, что проектирование БД в настоящее время представлено работами, посвященными в основном отдельным этапам и аспектам проектирования БД, причем усилия разработчиков, оцениваемые числом публикаций, распределяются неравномерно.
Среди этапов проектирования Щ большей разработанностью отличаются этапы концептуального/чо, 77 8б7 и логического проектирования БД/"55, ЧЪ, 5о, ,63/, а среди аспектов их разработки -вопросы построения моделей, соответствующих им объектов проектирования. В качестве главных причин такого распределения усилий в создании средств проектирования БД можно назвать следующие: - хронологически более раннее начало разработки этих этапов проектирования ВД; - широкие возможности по применению уже существующих ППП, выполняющих функции универсальных СУБД; - отсутствие программных средств, реализующих функции универсальной СУДЦ, в полной мере удовлетворяющих требованиям логической независимости.
Последнее определило основное направление в разработке средств проектирования БД в настоящее время. Определяющим принципом для этих средств является применение в качестве внешних относительно СУБД моделей данных., формализм которых призван облегчить описание информационной базы, с одной стороны, и обеспечить необходимый уровень согласованности информационно-логического моделирования с последующими этапами проектирования ДЦ - с другой.
Самостоятельное направление в области проектирования БД составляют работы/25 : , 57 , 89,9 ]% связанные с реализацией реляционной модели данных. Преимуществами данного подхода являются: естественность и простота организации данных; наличие формально обоснованных методов оценки качества проекта ДЦ; возможность реализации логической и физической независимости.
Наиболее важным отличием реляционного подхода от подходов, использующих сетевую и иерархическую модели данных., является возможность проведения информационно-логического моделирования в рамках самой реляционной модели. При этом сочетание простоты описания и формальных методов анализа проекта ДЦ позволяет ориентировать процесс проектирования Щ на специалистов - непрофессионалов.
Основы концептуального проектирования Щ САПР.Функциональное моделирование информационно-поискового процесса в САПР
Ориентация АВД САПР на применение сетевых СУВД для поддержания модели ПО потребовала решения задачи эффективного отображения информационно-логической модели, оперирующей реляционными элементами, в концептуальную модель, примитивы которой выражают требования сетевой модели данных. Как уже отмечалось, решению этого вопроса посвящены многочисленные исследования как теоретических основ и прежде всего эквивалентности данного преобразования / 65 J , так и разработке инженерных методов эвристической интерпретации структур дан Наибольший интерес с точки зрения практической реализации заданного отображения имеют исследования группы 3 ЬТ& при комитете COl SYL . Работы этой группы по созданию автоматизированного -Юг конструктора логических структур в рамках сетевой модели данных CODASYL имеют наиболее значимые результаты [ 69 J.
Анализ этих работ в соответствии с контекстом данной работы показал целесообразность применения аппарата реструктурирования набора нормализованных отношений для концептуального проектирования БД САПР.
Рассмотрим основные положения аппарата реструктурирования. Нормализованные отношения рассматриваются как исходные данные для построения сетевой структуры, которая должна сохранить все взаимосвязи данных, представленные в отношениях. В результате создания сетевой структуры становятся наглядными зависимости между данными в различных отношениях. Это достигается соединением отношений по их общим атрибутам. Таким образом, все общие атрибуты только однажды включаются в сетевую модель, что позволяет избежать дублирования, тем самым снизить избыточность в определении информации.
Опишем три операции, используемые для реструктурирования модели: SPLIT - разбиение; MEUGE - слияние; 301М - соединение. SPLIT(ві,&)- используется для выделения определенной группы атрибутов В из данного отношения R и для создания связи между получа ними частями отношения. Пусть R - разбиваемое отношение, Ъ - множество всех атрибутов в R,E - группа атрибутов, выделенная из R 6 2=Е \В - - группа атрибутов не выделенная из R , R =R.(B2) -проекция на Ё»г .
Различные зависимости между В и В2 определяют два типа разбиения: 1. Если Ъг функционально зависит от В/ , создается связь с записью - владельцем Б2 и записью - членом Ъ\ . 2. Если Ъ4 и bz зависимы многозначно, то создается фиктивная 1 ЦМ запись В В2 и две связи: одна с записью-владельцем Bj и записью-членом bfbtJs. другая с записью-владельцем Ъг и записью-членом &4Ь2. a MERG-E - предназначена для слияния двух множеств записей одного типа. Возможные случаи определяются числом и типом указателей связи. Пусть \Л{ и Иг - множества записей, М сливается с Me ; ТП{ - мне жество указателей для М-иШг - множество указателей для Мг . Основные этапы выполнения операции 1. Для всех пае(И ПИ2 ) добавить к 2 указатели из К\ . 2. Для всех те(и4\н2) добавить их к Мг и присоединить отсутствующие ранее указатели к ГП . 3. Для всех m &(И2.\МІ) присоединить отсутствующие ранее указатели к mi . - состоит из двух этапов: 1. Выделение определенной группы атрибутов Н\ из отношения R, жпЧм а). 2. Соединение отношений по общей группе атрибутов ИЕ$&Е(М-і5Мг.) Рассмотрим алгоритм генерации сетевой структуры: Пусть C-L - множество общих групп атрибутов в отношениях Rj і W - множество групп атрибутов в сети. 1. Пусть число отношений R равно l h 2. Определить С для каждого R;. . 3. Положить N - 0 . 4. Положить 1=1. 5. Если Ci= jb , перейти к п. 13. 6. Выбрать и затем исключить атрибут QrA из Сі . 7. Если і= &й. и (ггМ , то выполнить операцию MERG-E(G\,,G2). Если (5 = 6 и &г № , то ввести G-H в Н . 8. Перейти к п.13. 9. Если &геМ , выполнить операцию 01 (), в противном случае выполнить SPLIT (G Bi) 10. Определить М«(И\{М)и{& »Ч . п. Ri=RiU2L 12. Перейти к п.5. 13. Положить Is ІЧ . 14. Если L tt , то остановиться. 15. Перейти к п.5.
В /"69 J показано, что результат данной процедуры реструктурирования нормализованных отношений представляет собой каноническую структуру данных. Исследования канонических структур данных,проведенные в [ 63,7 7 показали, что такие структуры отвечают требованиям целостности и достоверности, надежности, структурной и атрибутивной неизбыточности. Таким образом, каноническая структура данных представляет собой минимальную концептуальную схему проектируемой ВД.
Следует отметить, что построенная концептуальная модель Щ содержит не только минимальное представление данных ПО САПР, но и отвечает требованиям информационно-поискового процесса. Однако; при моделировании информационно-поискового процесса с использованием концепций ЬМ -модели были сделаны допущения, например, удаление транзитивных поисковых связей, которые при дальнейшей реализации средствами СУВД могут вызвать снижение показателей эффективной реализации заданного множества ИПЗ, за счет увеличения количества манипуляции с данными. Все это требует на данном шаге проектирования ВД САПР введения процессе моделирования реализации ИПЗ, с целью оценить эффективность построенного варианта концептуальной модели.
Как показывает анализ работ, посвященных вопросам оценки качества проекта ВД/4 5, 0,5 , эффективность варианта модели оценивается многочисленными временными и объемными показателями, характеризующими, как правило, коэффициент полезного использования памяти на ВЗУ и время реализации запросов к ВД. Существенную роль в определении этих показателей играет ориентация на средства СУЩ. Поэтому в большинстве приведенных работ процесс оценки эффективности ВД выносится на логический и физический уровни проектирования БД.
