Принципы объектно-ориентированного проектирования 2 страница

• диаграммы классов - классам, интерфейсам и кооперациям;
• диаграммы объектов - объектам;
• диаграммы компонентов - компонентам;
• диаграммы развертывания - узлам.

На диаграмме классов изображают множество классов, интерфейсов, коопераций и их отношений. Это самый распространенный тип диаграмм, применяемый при моделировании объектно-ориентированных систем; он используется для иллюстрации статического вида системы с точки зрения проектирования. На диаграмме объектов показывают множество объектов и отношения между ними. Такие изображения используются для иллюстрации структуры данных, то есть статических "мгновенных снимков" экземпляров тех сущностей, которые представлены на диаграмме классов. Диаграммы, на которых показаны активные классы, применяются для работы со статическим видом системы с точки зрения процессов.
На диаграммах компонентов показаны множества компонентов и отношения между ними. С их помощью иллюстрируют статический вид системы с точки зрения реализации. Диаграммы компонентов соотносятся с диаграммами классов, так как обычно компонент отображается на один или несколько классов, интерфейсов или коопераций.
На диаграммах развертывания представлены узлы и отношения между ними. С помощью таких изображений иллюстрируют статический вид системы с точки зрения развертывания. Они соотносятся с диаграммами компонентов, так как узел обычно содержит один или несколько компонентов.
Существует несколько распространенных разновидностей четырех основных типов диаграмм, названных по основным содержащимся в них объектам. Например, для иллюстрации структурной декомпозиции системы на подсистемы можно использовать диаграмму подсистем, которая представляет собой обыкновенную диаграмму классов, содержащую главным образом подсистемы.
Диаграммы поведения

Пять основных диаграмм поведения в UML используются для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования динамических аспектов системы. Можно считать, что динамические аспекты системы представляют собой ее изменяющиеся части. Например, динамические аспекты жилого дома - это перемещение потоков воздуха и людей по комнатам. Динамические аспекты программной системы охватывают такие ее элементы, как поток сообщений во времени и физическое перемещение компонентов по сети.
Диаграммы поведения в UML условно разделяются на пять типов в соответствии с основными способами моделирования динамики системы:

• диаграммы прецедентов описывают организацию поведения системы;
• диаграммы последовательностей акцентируют внимание на временной упорядоченности сообщений;
• диаграммы кооперации сфокусированы на структурной организации объектов, посылающих и получающих сообщения;
• диаграммы состояний описывают изменение состояния системы в ответ на события;
• диаграммы деятельности демонстрируют передачу управления от одной деятельности к другой.

На диаграммах прецедентов показывается совокупность вариантов использования (прецедентов), актеров (частный случай классов) и отношений между ними. С помощью таких диаграмм иллюстрируют статический вид системы с точки зрения прецедентов, что особенно важно для ее организации и моделирования ее поведения.
Следующие две диаграммы семантически идентичны, так же как и две последние. Иными словами, для моделирования динамики системы можно воспользоваться диаграммами одного типа, а затем преобразовать их к другому типу без потери информации. Это позволяет лучше понять различные аспекты динамики системы. Например, можно сначала создать диаграмму последовательностей, иллюстрирующую временную упорядоченность сообщений, а затем преобразовать в диаграмму кооперации, помогающую легко разрабатывать структурные отношения между классами, объекты которых участвуют в этой кооперации (разумеется, не воспрещено двигаться и в обратном направлении, от диаграммы кооперации к диаграмме последовательностей). Можно также начать с диаграммы состояний, показывающей реакцию системы на события, и преобразовать ее в диаграмму действий, которая заостряет внимание на потоке управления (или же, наоборот, от диаграммы действий перейти к диаграмме состояний). Причина, по которой в UML предусмотрены семантически эквивалентные диаграммы, состоит в том, что моделирование динамики системы - очень непростая задача, и зачастую приходится подходить к решению какой-нибудь многогранной проблемы сразу с нескольких сторон.
Диаграммы взаимодействий - это общее наименование диаграмм последовательностей и кооперации. Любая диаграмма последовательностей или кооперации является диаграммой взаимодействия, а каждая диаграмма взаимодействия - это либо диаграмма последовательностей, либо диаграмма кооперации.
На диаграмме последовательностей основное внимание уделяется временной упорядоченности событий. На них изображают множество объектов и посланные или принятые ими сообщения. Объекты, как правило, представляют собой анонимные или именованные экземпляры классов, но могут быть также экземплярами других сущностей, таких как кооперации, компоненты или узлы. Диаграммы последовательностей относятся к динамическому виду системы.
Диаграммы кооперации заостряют внимание на структурной организации объектов, принимающих или отправляющих сообщения. На диаграмме кооперации показано множество объектов, связи между ними и сообщения, которые они посылают или получают. Объекты обычно представляют собой анонимные или именованные экземпляры классов, но могут быть также экземплярами других сущностей, например коопераций, компонентов и узлов. Диаграммы коопераций относятся к динамическому виду системы.
Диаграммы последовательностей и кооперации изоморфны, то есть их можно преобразовывать друг в друга без потери информации.
Диаграмма состояний показывает автомат, содержащий состояния, переходы, события и действия. Диаграммы такого рода относятся к динамическому виду системы и особенно важны при моделировании поведения интерфейса, класса или кооперации. Основное внимание в них уделяется порядку возникновения событий, связанных с объектом, что особенно полезно при моделировании реактивных систем.
На диаграммах деятельности изображают передачу управления от одной деятельности к другой внутри системы. На них показаны виды деятельности, последовательные или параллельные ветвления потока управления и объекты, которые воздействуют на что- то или сами подвергаются воздействию. Диаграммы деятельности относятся к динамическому представлению системы и особенно важны при моделировании ее функций. Они являются особой разновидностью диаграмм состояния. На диаграммах деятельности основное внимание уделено потоку управления между объектами.
При попытке проиллюстрировать динамическое поведение системы с помощью диаграмм, которые по сути своей статичны (особенно если рисуются на листе бумаги, на доске или обратной стороне конверта), возникают определенные физические ограничения. При использовании компьютерных технологий к диаграммам поведения можно применять анимационные эффекты с целью имитации исполняемой системы или аппроксимации ее поведения. Язык UML позволяет рисовать динамические диаграммы, в которых цвет или другие визуальные факторы призваны создать впечатление изменяемости. Некоторые инструментальные средства, существующие на данный момент, уже поддерживают такую возможность.
Диаграммой объектов
Диаграмма объектов (Object diagram) называется диаграмма, на которой показаны объекты и их отношения в некоторый момент времени. Графически диаграмму объектов представляют в виде графа, состоящего из вершин и ребер.
Диаграммы объектов, как правило, содержат:

• объекты;
• связи.

Диаграммы объектов, как и все прочие диаграммы, могут включать в себя примечания и ограничения.
Они могут содержать также пакеты и подсистемы, используемые для группирования элементов модели в более крупные блоки. Иногда в них помещают и классы, особенно если надо визуализировать классы, стоящие за каждым экземпляром.
Диаграмма объектов - это, по существу, экземпляр диаграммы классов или статическая часть диаграммы взаимодействия. В любом случае она содержит прежде всего объекты и связи и акцентирует внимание на конкретных экземплярах или экземплярах-прототипах. Диаграммы компонентов и развертывания также могут содержать экземпляры, причем если они не содержат ничего другого (в частности, сообщений), то могут рассматриваться как частные случаи диаграммы объектов.
Диаграмма объектов- представляет собой мгновенный список объектов системы с течением времени. Ее можно использовать в качестве примера системы для иллюстрации сложности структуры данных или чтобы показать поведение системы в виде последовательности снимков.
Диаграммы объектов не отображают изменения, происходящие в системе с течением времени. Для этих целей диаграмма коопераций с ее сообщениями или диаграмма последовательности, которая описывает взаимодействия.

Рис.1а. Пример диаграммы объектов

Рис.1.б. Пример диаграммы объектов
Все снимки являются примерами системы, а не ее определением. Определение структуры системы и ее поведения содержатся в определяющих моделях (Д. классов). Конструирование таких моделей и является целю моделирования и проектирования.

Рис.1.в. Пример диаграммы объектов
Диаграмма состояний
Состояния (state) -совокупность качественных и количественных характеристик, полностью описывающих на определенный фиксированный момент времени.
События (Evеnt) существенное происшествие связанное с жизнедеятельностью объекта.
Переход(transition) это такое отношение между двумя состояниями, которое указывает на переход объекта из одного состояния в другое при выполнении некоторого события.
Пример:

1. события: снятия телефонной трубки с рычага.
2. состояния: телефон находится в «ожидании»(с момента опускания трубки на рычаг до момента снятия трубки)
3. перехода: в случае реализации события, снятия трубки, телефон переходит с режима ожидания в режим готовности.

Диаграмма состояний должна иллюстрировать события, состояния объекта и его поведения в ответ на события. Вот почему диаграмму состояний называют моделью поведения.
Обозначения: состояния обозначаются в виде прямоугольников со скругленными углами, а переходы между ними –стрелками с надписями, которые описывают события.

-----события}on hook-положили трубку; of hook- снятие трубки
Рис.2. Пример диаграммы состояний для телефонного аппарата.

Диаграммы взаимодействия (interaction diagrams)

Взаимодействие между объектами в системе представляются диаграммами взаимодействия (interaction diagrams).
Диаграммы взаимодействия подразделяются на два основных типа диаграмм: диаграммы последовательности (sequence diagrams) и кооперации (collaboration diagrams).
Диаграмма взаимодействий (Interaction diagram) описывает взаимодействия, состоящие из множества объектов и отношений между ними, включая сообщения, которыми они обмениваются.
Диаграммой последовательностей (Sequence diagram) называется диаграмма взаимодействий, акцентирующая внимание на временной упорядоченности сообщений. Графически такая диаграмма представляет собой таблицу, объекты в которой располагаются вдоль оси X, а сообщения в порядке возрастания времени - вдоль оси Y.
Диаграммой кооперации (Collaboration diagram) называется диаграмма взаимодействий, основное внимание в которой уделяется структурной организации объектов, принимающих и отправляющих сообщения. Графически такая диаграмма представляет собой граф из вершин и ребер.
Как правило, диаграмма взаимодействия используется для описания поведения в рамках одного варианта использования. На такой диаграмме изображается ряд объектов и те сообщения, которыми они обмениваются в рамках этого варианта использования.
Диаграммы последовательности и кооперативные диаграммы несут в себе одну информацию, но выраженную разными способами. Диаграммы последовательности показывают взаимодействие объектов во времени и отражают последовательность происходящих событий. На диаграмме не отражаются связи между объектами. Кооперативные диаграммы позволяют пространственно располагать объекты, для того чтобы лучше представить взаимодействие между объектами. Временная последовательность передаваемых сообщений отражается при помощи нумерации сообщений.

Рис.2. Пример диаграммы взаимодействий

На диаграммах последовательностей внимание акцентируется, прежде всего, на временной упорядоченности сообщений. На рис.4 показано, что для создания такой диаграммы надо, прежде всего, расположить объекты, участвующие во взаимодействии, в верхней ее части вдоль оси X. Обычно инициирующий взаимодействие объект размещают слева, а остальные - правее (тем дальше, чем более подчиненным является объект). Затем вдоль оси Y размещаются сообщения, которые объекты посылают и принимают, причем более поздние оказываются ниже. Это дает читателю наглядную картину, позволяющую понять развитие потока управления во времени.

Рис. 4.а. Диаграмма последовательностей

Рис. 4.б. Диаграмма последовательности действий
Диаграммы последовательностей характеризуются двумя особенностями, отличающими их от диаграмм кооперации.
Во-первых, на них показана линия жизни объекта. Это вертикальная пунктирная линия, отражающая существование объекта во времени. Большая часть объектов, представленных на диаграмме взаимодействий, существует на протяжении всего взаимодействия, поэтому их изображают в верхней части диаграммы, а их линии жизни прорисованы сверху донизу. Объекты могут создаваться и во время взаимодействий. Линии жизни таких объектов начинаются с получения сообщения со стереотипом create. Объекты могут также уничтожаться во время взаимодействий; в таком случае их линии жизни заканчиваются получением сообщения со стереотипом destroy, а в качестве визуального образа используется большая буква X, обозначающая конец жизни объекта. (Обстоятельства жизненного цикла объекта можно указывать с помощью ограничений new, destroyed и transient).
Вторая особенность этих диаграмм - фокус управления. Он изображается в виде вытянутого прямоугольника, показывающего промежуток времени, в течение которого объект выполняет какое-либо действие, непосредственно или с помощью подчиненной процедуры. Верхняя грань прямоугольника выравнивается по временной оси с моментом начала действия, нижняя - с моментом его завершения (и может быть помечена сообщением о возврате).
На диаграммах кооперации линию жизни объекта явным образом не показывают,
хотя можно показать сообщения create и destroy. Не показывают там и фокус управления, однако порядковые номера сообщения могут отображать вложенность.
Диаграммы кооперации

Диаграмма кооперации акцентирует внимание на организации объектов, принимающие участие во взаимодействии. Как показано на рис.5, для создания диаграммы кооперации нужно расположить участвующие во взаимодействии объекты в виде вершин графа. Затем связи, соединяющие эти объекты, изображаются в виде дуг этого графа. Наконец, связи дополняются сообщениями, которые объекты принимают и посылают. Это дает пользователю ясное визуальное представление о потоке управления в контексте структурной организации кооперирующихся объектов.

Рис. 5. Диаграмма кооперации
У диаграмм кооперации есть два свойства, которые отличают их от диаграмм последовательностей.
Первое- это путь. Для описания связи одного объекта с другим к дальней концевой точке этой связи можно присоединить стереотип пути (например, local, показывающий, что помеченный объект является локальным по отношению к отправителю сообщения). Имеет смысл явным образом изображать путь связи только в отношении путей типа local, parameter, global и self(но не associations).
Второе свойство - это порядковый номер сообщения. Для обозначения временной последовательности перед сообщением можно поставить номер (нумерация начинается с единицы), который должен постепенно возрастать для каждого нового сообщения (2, 3 и т.д.). Для обозначения вложенности используется десятичная нотация Дьюи (1 - первое сообщение; 1.1- первое сообщение, вложенное в сообщение 1; 1.2 - второе сообщение, вложенное в сообщение 1 и т.д.). Уровень вложенности не ограничен. Для каждой связи можно показать несколько сообщений (вероятно, посылаемых разными отправителями), и каждое из них должно иметь уникальный порядковый номер.
Нет необходимости показывать явно связи между объектами на диаграмме последовательностей, а также указывать порядковый номер сообщения, поскольку он неявно определяется физическим расположением сообщения относительно верха или низа диаграммы. Итерации и ветвления показывать можно; при этом альтернативные ветви изображают с помощью отдельных сообщений, исходящих из одной точки. Как правило, на диаграммах последовательностей показывают только простые ветвления; более сложные изображаются на диаграмме кооперации.
Диаграмма действий
Диаграмма действий – это состояние конечного автомата графических действий. Особое внимание уделяется последовательным и параллельным переходам, т.е. шагам процедуры выполнения. Чаще всего с помощью графов действий моделируются потоки. Основным объектом здесь выступает деятельность.
Деятельность – некоторая задача, которую необходимо выполнить вручную или автоматически. За любой деятельностью может следовать другая деятельность. При этом они образуют последовательность.
Здесь графически отображаются все ветви событий и определяется когда их необходимо синхронизировать.
«Плавающие дорожки» - это пунктирные линии, с помощью которых диаграмму делят на вертикальные зоны, любая из которых представляет собой зону ответственности конкретного класса или функционального подразделения.
Типы элементов диаграммы:
- действие
- переход
- выбор
- синхронизации
- начало
- конец

Свойства:

• имя,
• графическое наполнение, проецирующее ее на модель.

От всех прочих диаграмму деятельности отличает ее специфичное содержание.
Наполнение
Диаграмма деятельности в общем случае состоит из:

• состояний деятельности и состояний действия;
• переходов;
• объектов.

Рис. 6.а. Пример диаграммы действий

Рис. 6.б. Пример диаграммы действий

Рис. 6.в. Пример диаграммы действий
На диаграмме деятельности отображается логика и последовательность переходов от одной деятельности к другой. Время в явном виде на диаграммах отсутствуют (алогично на диаграмме состояний).
Состояние действий на диаграмме

Действие может быть на естественном языке или на некотором языке программирования.

Поддеятельность включается в деятельность как подпрограмма.
Ветвление изображается небольшим ромбом. Для разделения или слияния параллельных вычислений или потоков управления, а также создания синхронизирующих состояний существования используются специальные символы разделения и слияния .
Для бизнес процессов придуманы дорожки __ переходы алгоритмических действий из одного подразделения в другой.
Объекты обозначаются также как у классов, пишется имя класса и подчеркивается. Такие прямоугольники объекта присоединяются к состояниям действия. Отношения зависимости пунктирной линией со стрелкой.
Рекомендации по построению диаграммы деятельности:

• Восполняют пробел в блок-схемах, алгоритмов в частности создания параллельных процессов и их синхронизации.
• Дорожки лучше изображают бизнес-процессы.
• При разработке общей диаграммы необходимо выделять поддеятельности, которые можно использовать на различных участках как самостоятельные подэлементы.
• Возможность создания циклов, итераций.
• При необходимости можно подключать дополнительные средства и методы, ориентированные на аналитико-имитационные модели и системы.

Самое главное—наглядная схема системы. Последний этап проектирования. В ней присутствуют узлы и отношения.
Узел –вычислительный ресурс, а внутри находится имя ресурса.

Правила такие как у компонентов. Внутри узла можно размещать использованные компоненты.
Стереотипы узлов:датчик, процессор,сеть, консоль.
СОЕДИНЕНИЕ изображается , ОТНОШЕНИЕ .
Шаблон – именованное описание проблемы и ее решений, которые можно применять при разработке других систем. Шаблон должен содержать советы по поводу его применения в различных ситуациях.

Уровни и этапы проектирования ЭВМ
Проектирование средств ВТ – комплекс работ по поиску, исследованию, расчету и конструированию направлений на получение в принятой форме всех необходимых данных для создания новых изделий, удовлетворяющих заданным требованиям.
ЭВМ является сложной системой, проектирование которой распределено как во времени, так и между подразделениями проектного предприятия.

Уровнень – иерархия

Распределение работ во времени приводит к разделению всего процесса проектирования на этапы. Распределение работ между подразделениями обуславливает применение блочно-иерархического подхода к проектированию, то есть выделение ряда уровней проектирования.
Уровни
В один уровень, как правило включаются представления, имеющие общую физическую основу и допускающие для своего описания использование одного и того же математического аппарата.
Когда уровни проектирования выделяют по степени подробности, с которой они отражают свойства проектируемого объекта – то имеют место так называемые горизонтальные уровни проектирования.

Горизонтальные уровни характеризуются следующим:

1. При переходе некоторого уровня, на котором рассматривается система S на соседний, более низкий уровень происходит разделение системы на блоки и расмотрение вместо системы S ее отдельных блоков.
2. Рассмотрение каждого из блоков на уровне происходит с большей степенью детализации, чем на уровне.
3. Степень восприятия блоков на каждом уровне приблизительна одинакова и достаточна для принятия решения с помощью имеющихся на каждом уровне средств.
4. Использование на каждом уровне своих понятий системы и элемента.

Уровни проектирования можно выделять по характеру учитываемых свойств объекта. В этом случае имеет место так называемые вертикальные уровни проектирования.
При проектировании средств ВТ вертикальными уровнями являются: функциональное, алгоритмическое, конструкторское и технологическое проектирование.
Функциональное проектирование – это разработка структурных, функциональных и принципиальных схем.
Алгоритмическое проектирование – разработка алгоритмов функции ВС, ЭВМ и ее отдельного блока, издание их общего математического обеспечения.
Конструкторское проектирование – выбор формы и материалов, подбор унифицированных изделий, их пространственное расположение и т.п.
Технологическое проектирование – разработка процессов создания изделия.
Этапы проектирования
Теперь рассмотрим подробнее какие существуют этапы проектирования. Как Вы еще помните разбиение проектирования на этапы объясняется, в основном, большой длительностью процесса проектирования, а так же сложностью самого процесса проектирования средств ВТ.
Выделяют следующие этапы проектирования:

1. Этап НИР – этап предварительного проектирования. Т.е. при проектировании требуются научные исследования, связанные с поиском принципиальных возможностей построения системы. Результатом выполнения этого этапа является техническое предложение.
2. Эскизное проектирование (или ОКР) – выработка эскизного проекта, где отражаются результаты детальной проработки возможностей построения ВС.
3. Этап технического проектирования – тщательная проработка всех схемных, конструкторских и технологических решений.
4. Выделяют также этапы изготовления, испытания опытного образца, этап корректировки проекта по результатам испытаний.

Этапы эскизного и технологического проектирования в свою очередь также делятся на этапы:

1. Формулировка ТЗ, где определяются основные требования, предъявляемые к создаваемому объекту, устанавливаются желаемые характеристики и ограничения.
2. Системно-архитектурный – здесь определяются состав ВС в целом, фиксируются ее главные компоненты, и т.п., т.е. создается архитектура.
3. Структурно-логический – осуществляется детализация каждого блока ВС до уровня базовых элементов. Причем в качестве базовых могут быть функциональные узлы различной степени сложности: от отдельного вентиля до микропроцессора или модуля памяти.
4. Конструкторно-технологический – последний этап – результатом которого является полный комплект документации на проектируемое изделие для его изготовления (компоновка, размещение элементов, трассировка).

В зависимости от порядка, в каком выполняется этапы проектирования, различают восходящее и нисходящее проектирование.
Восходящее проектирование (проектирование снизу вверх) харак­те­ризуется решением задач более низких иерархических уровней перед решением задач более высоких уровней. Противоположная последовательность приводит к нисходящему проектированию. При проектироании средств ВТ находят применение как восходящее, так и нисходящее проектирование.

Понятие уровня (аспекта) отно­сятся к структуированию пред­став­лений о про­ек­­тируемых объ­ек­тах, а понятие этапа – к струк­туированию процесса про­ек­ти­­ро­­вния.

Как вы еще помните существует восходящее и нисходящее проектирование. Если решение задач высших иерархических уровней предшествует решению задач более низких иерархических уровней, то проектирование называют нисходящим. Если раньше выполняются этапы, связанные с низкими иерархическими уровнями, проектирование называется восходящим.
У каждого из этих двух видов проектирования имеются приемущества и недостатки. При нисходящем проектировании система разрабатывается в условиях, когда ее элементы еще не определены и, следовательно сведения о их возможностях и свойствах носят предположительный характер. При восходящем проектировании, наоборот, элементы проектируются раньше системы, и, следовательно, предположительный характер имеет требования к элементам. В обоих случаях из-за отсутствия исчерпывающей исходной информации имеют место отклонения от возможных оптимальных технических результатов. Однако нужно понимать, что подобные отклонения неизбежны при блочно-иерархическом проектировании и что какой либо приемлемой альтернативы блочно-иерархическому подходу при проектировании системных блоков не существует.
Этап проектирования – часть проектирования, включающая в себя формирование всех требующих описаний объекта, относящихся к одному или нескольким иерархческим уровням.
Проектная процедура – часть этапа, выполнение которой запоминается получением проектного решения. Оформление чертежа, расчет узла.
Проектная операция – часть процедуры: вычерчивание режим чертежа.
Поскольку принимаемые предположения могут не оправдаться, часто требуется повторное выполнение проектных процедур предыдущих этапов после выполнения проектных процедур последующих этапов. Тоже повторение обеспечения последовательности приближение к оптимальным результатам и обуславливает итерационный характер проектирования. Т.е. итерационность относится к важным принципам проектирования сложных объектов. На практике обычно сочетают восходящее и нисходящее проектирование. Например, восходящее проектирование уместно на тех уровнях, где используются унифицированные элементы, ориентированные на применение в ряде различных систем, разработанных раньше, чем та или иная конкретная система.
Различают внешнее и внутреннее проектирование.
При нисходящем проектировании формулировка ТЗ на разработку элементов системы иерархического уровня относится к проектным процедурам этого же уровня. Иначе обстоит дело с результатом ТЗ на систему внешнего иерархического уровня или на унифицированную систему элементов, предназначенную для многих применений. Здесь разработка ТЗ является самостоятельным этапом проектирования – или внешним проектированием. В отличии от него этапы проектирования объекта по сформулированным ТЗ называют внутренним проектированием.
В общем случае при проектировании сложных систем имеет место итерационный процесс, в котором поочередно выполняются процедуры внешнего и внутреннего проектирования:

Дата добавления: 2017-01-14