Systementwicklung mit Strukturierten Methoden

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1 Jörg Raasch Systementwicklung mit Strukturierten Methoden Ein Leitfaden für Praxis und Studium 3., bearbeitete und erweiterte Auf läge k 43 TECHNISCHE HOCHSCHULE DARMSTADT Fachbereich 1 Gesorn t h i bi iot-hek Bet' jebswirrschaitslehre AbSt'-'Ü-: 7. Saoigebiete:..., Carl Hanser Verlag München Wien

2 xni Vorwort Vorwort zur dritten Auflage 1. Probleme der Software-Entwicklung Qualität - Kosten - Zeit Mängel existierender Systeme Wirtschaftliche Aspekte Weshalb scheitern Software-Projekte? Projektmanagement Konzept und Lösung Veränderte Anforderungen Akzeptanzprobleme Methodische Unterstützung des Analytikers Planung, Kontrolle und Steuerung Vorgeschlagene Maßnahmen Enduser - Produkte Standard-Software einsetzen Prototyping Reverse Engineering Anforderungen an das Software-Produkt Qualitätsmerkmale aus Anwendersicht Funktionserfüllung Effizienz Zuverlässigkeit Benutzbarkeit < Software-Ergonomie Anforderungen an die Benutzerschnittstelle Sicherheit Qualitätsmerkmale aus Entwicklersicht Erweiterbarkeit Wartbarkeit Übertragbarkeit, Portabilität Software-Architektur Portabilität und Software-Architektur Wiederverwendbarkeit Systeme mit Sicherheitsverantwortung Betriebliche und sicherheitsbezogene Funktionen Risikoanalyse Fehlerarten 41

3 xiv Sicherheitsmaßnahmen Kommerzielle Anwendungen und Systeme Wirtschaftlichkeit Integration Definition des Begriffs "Integration" Schnittstellen zwischen Teilverfahren des integrierten Systems Integration und Wirtschaftlichkeit Rechtsgrundsätze und Internes Kontrollsystem Definition von Qualitätszielen Skalierung von Zielen Konzeptionelle Einordnung Akzeptanzbereiche Ergänzung durch Qualitätssicherung Zusammenfassung - Qualität Modelle und Methoden Modellbau Systeme Ereignisse, Auslöser, Reaktionen Spontane Hülle und geplanter Kern Interaktive Systeme Modell und Realität Modellierung von Systemen Anforderungen an das Methodendokument Syntax, Semantik und Pragmatik Ansätze zur Systemanalyse Anforderungen an eine Zerlegungsstrategie Funktionsorientierte (funktionale) Zerlegung Datenorientierte Zerlegung Essentielle Zerlegung Objektorientierte Zerlegung Trends Qualitätssicherung Basistechniken Methoden SA Strukturierte Analyse SA - Übersicht zur Strukturierten Analyse Die Funktion Rahmengliederung der Analyseschritte Beispiel- Flugkarten-Verkauf Modellierung von Lebenszyklen SA - Modellierung - Modellnotation Grafische Mittel 98

4 xv Datenflußdiagramme - DFD Verfeinerung Syntaktische Regeln Semantische Regeln Namensgebung Datensichten Fehlerbearbeitung Textliche Mittel Prozeßspezifikationen - PSPEC Datenkatalogeinträge Formale Qualität und Balance SA - Modellbewertung Die Essenz eines Systems Perfekte Technologie Bestandteile der Essenz Essentielle Zerlegung Erkennen von Ereignissen Ereignisorientierte Zerlegung des Systems in essentielle Aktivitäten Objektorientierte Zerlegung des essentiellen Speichers Resultat dieser Zerlegung Das essentielle Modell Prinzipien der essentiellen Modellierung Die Anatomie von Systemen Beispiel - Angebote erstellen Infrastruktur Administration Die Inkarnation eines Systems Systeme und Prozessoren Zusammenfassung Vorteile der essentiellen Zerlegung Das Kommunikationsproblem Fünf Stufen beim Erwerb von Fähigkeiten ' Objektive Probleme der Kommunikation Subjektive Probleme des Anwenders Fehlverhalten des Analytikers Abstimmung mit dem Anwender SA - Methoden Eine neue Essenz finden Ziele des neuen Systems festlegen Grundlegende Aktivitäten finden Speicher des Systems finden Verwaltungsaktivitäten finden Vorläufiges essentielles Modell erstellen Die Vorgehens-Strategie Beispiel Auftragsbearbeitung Rückfragen beim Anwender 156

5 xvi (Teilweise) Modellierung eines Vorgängersystems Das Vorgängersystem Ein Modell expandieren 160' Ein expandiertes Modell reduzieren Essentielle Fragmente klassifizieren Eine essentielle Aktivität ableiten Essentielle Aktivitäten zu einem Modell integrieren Eine essentielle Aktivität integrieren Das globale essentielle Modell erstellen Die Modellqualität optimieren ' Aufteilung der Datenelemente auf Speicher optimieren Verfeinerte PSPECs erzeugen Die essentielle Ebene vergröbern Zugriff auf Daten anderer Kontexte Beziehungstypen im SA-Modell Den Analyse-Aufwand reduzieren Eine Analyse des Altsystems durchführen Blitzen Regeln zur Kontextabgrenzung Elementare Regeln Kontexte zu Superkontexten zusammenfassen Beispiel Teil 1 - eine stark vereinfachte FIBU Beispiel Teil 2 - Zusammenführung mit der vereinfachten Auftragsbearbeitung Elementarkontexte und Superkontexte Praktische Konsequenzen Beispiele Zusammenfassung der Methodenschritte Systemstatistiken erstellen (Mengengerüste) SA - Zwischen Analyse und Design Ein essentielles Modell konzeptionell weiterentwickeln Essentielle Minimodelle entwerfen Essentielle Mini-Modelle integrieren Eine Inkarnation der Essenz auswählen Globale Sicht Aus Sicht einer einzelnen essentiellen Aktivität (Transformationsanalyse) Aus Sicht aller essentiellen Aktivitäten eines Anwenders (Transaktionsanalyse) Beispiel Autowerkstatt Durchgängigkeit RT Strukturierte Real-Time-Analyse RT - Übersicht zur Methode Grenzen der SA bei technischen Anwendungen Kommerzielle und technische Systeme 207

6 xvii Beispiel - Arztpraxis Das zusammengesetzte Modell aller Anforderungen Endliche Automaten Kombinatorische Maschinen Sequentielle Maschinen Zustandsdiagramme Der Zustandsbegriff Die Kontrollebene als endlicher Automat Grundmuster der RT-Anwendung RT - Modellierung Daten- und Kontrollflüsse Modellnotation Balken, CSPECs und Kontrollflüsse Terminatoren, Prozesse und Speicher Beispiel - Wischer Aufbau der Kontrollschicht Kontroll-Kontextdiagramm Kontrollflußdiagramm Quellen und Senken der Kontrollflüsse Kontrollflußverarbeitung DT - Decision Tables - Entscheidungstabellen STD - State Transition Diagram - Zustandsdiagramm SEM - State Event Matrix - Zustands-Ereignis-Matrix PAT - Process Activation Table - Prozeßaktivierungstabelle Schnittstellen zur Prozeßschicht Konsistenzprüfungen RT - Modellbewertung Wann RT nutzen? Beispiel - Drehzahl überwachen Essentielle Zerlegung Implementationsfreiheit ; Ergänzung der Prozeßebene Intern erkannte Ereignisse Beispiel - Kamera steuern Behandlung der Zeit RT - Methoden Eine neue Essenz finden Erweiterung der Ereignistabelle Die Essenz modellieren Die Kontroll-Schicht entwickeln Das Anforderungsmodell erweitern Die Architektur-Schablone Das Inkarnationsmodell Inkarnationsmodell Kamera steuern Architekturmodelle Notation von Architekturmodellen 256

7 xviii AFD und AID Architekturmodell Kamera steuern Das Architekturmodell erstellen Der Architekturkontext Architekturmoduln identifizieren Architekturverbindungen entwickeln Architekturverbindungsmodell Kamera steuern Die HW- und SW-Architektur modellieren Die SW-Architektur entwickeln Moduldesign Kamera steuern Struktur und Entwicklung eines Kontrollsystems SM Semantische Modellierung der Datenstruktur SM - Vorbemerkungen SM - Modellierung Begriffsbestimmungen Beispiel Vorlesungsbesuch Modellnotation Erweiterte Modellnotation Alternative Notationen SM - Modellbewertung Das Relationenmodell Relationen Integrität Entity-Integrität Referentielle Integrität Fremdschlüssel-Regeln Charakterisierung des relationalen Modells Datenmodellierung Normalisierung Beispiel Lehrgangsreferat Funktionale Abhängigkeit Die Normalformen Beispiel zur Normalisierung - Student und Vorlesung Version 1 - Herleitung aufgrund der Normalisierungsregeln Version 2 - Vorgehensweise des Praktikers Konstruktion von Primärschlüsseln Das Problem Identnummern Primärschlüssel-Epilog SM - Methoden Beispiel Anschriften - die Probleme Entity-Analyse (Top-Down) Entitytypen erkennen Beziehungstypen erkennen Attribute erkennen

8 xix Das ER-Modell darstellen Weitere Empfehlungen Entity-Synthese (Bottom-Up Das normalisierte Entity-Modell Strukturierte Darstellung Lebenszyklen von Entitytypen Das essentielle Modell Logisches Datendesign Das relevante Entity-Modell Zugriffspfadanalyse Beschreibung der Zugriffspfadanalyse Notation Einfache Beispiele Das quantifizierte Entity-Modell Beispiel Anschriften - Zugriffspfadanalyse Physisches Datendesign Performance Das Entity-Modell partiell denormalisieren Das Datenmodell an die Implementierung anpassen Abbildung von Entitytypen Abbildung von Attributen Abbildung von Beziehungstypen Definition von Sekundärschlüsseln Beispiel Anschriften - Relationenmodell zur Implementierung SD Strukturiertes Design SD-Vorbemerkungen Abstraktion Funktionale Abstraktion Datenabstraktion Was ist ein Modul Weshalb Modularisieren? Kriterien für Modularität SD-Modellierung Hierarchiediagramm - Programmorganisationsplan Modellnotation - Structure-Chart Beispiel für einen Structure-Chart Eigenschaften des Structure-Charts Modul-Spezifikation Modulkopf Spezifikation mit Preconditions Spezifikation auf SA-Basis Spezifikation mit Pseudocode Formale Spezifikation SD-Modellbewertung Kopplung 364

9 XX Datenkopplung Datenstrukturkopplung Kontrollkopplung Globale Kopplung Inhaltskopplung Zusammenfassung Zusammenhalt Funktionaler Zusammenhalt Sequentieller Zusammenhalt Kommunizierender Zusammenhalt Problembezogener (prozeduraler) Zusammenhalt Zeitlicher Zusammenhalt Programmstruktureller Zusammenhalt Zufälliger Zusammenhalt Zusammenfassung Weitere Kriterien Faktorisieren Decision-Split vermeiden Balancierte Systeme Fehlerverarbeitung Prüfen Moduln mit Gedächtnis Programmstruktur der Datenstruktur anpassen Information-Cluster Initialisierung und Terminierung Restriktiv vs. allgemein Fan-Out Fan-In Die Form des Systems Semantische Konsistenz SD-Methoden Konstruktion des neuen Systems Subsysteme nach Betriebsart abgrenzen Implementationsgrenzen festlegen Weitere Unterteilung Essentielle Prozesse fragmentieren Implementationsabhängige Prozesse hinzufügen Auswahl von Hardware und Software Transaktionsanalyse Transformationsanalyse Die Systemstruktur Physisches Moduldesign Der Weg zur Objektorientierung Kritik der Strukturierten Methoden Probleme der Strukturierten Methoden

10 globale Definitionen fehlende Typen fehlende Wiederverwendbarkeit kein Subsystemkonzept mangelhafte Durchgängigkeit Mangelnde Lokalität der Entwurfsentscheidungen schlechte Objektivierbarkeit von Modellen Unklare und schwache Semantik RT und SM sind Zusätze statt integraler Ansätze Trennung von Funktionen und Daten Bewertung der Probleme Maßnahmen zur Milderung der Probleme Datenkapseln Typisierung und Sichtbarkeit Integration von Teilsystemen Glossarkonzept für Homonyme / Synonyme Datenkapseln und das Integrationsmodell Wiederbenutzbarkeit von SA-Knoten Äquivalenz von Modellen Ein Beispiel zur Objektzerlegung Objekterkennung und Lebenszyklen das essentielle SA-Modell Kapselung als ADT Ein objektorientiertes Modell der Bibliothek Das Resultat Modellierungstrategien Objektorientierte Systementwicklung Chancen der Objektorientierung Adäquate Modellierung der Realität Wiederbenutzbarkeit Geheimnisprinzip und Lokalität ; Durchgängige Methodik Noch vorhandene Probleme Zusammenfassung Projektmanagement Vorgehensmodelle Das Wasserfallmodell Das Prototypingmodell Das Spiralmodell Evolutionäre Auslieferung Weitere Ansätze Strukturiertes Projektmanagement Definition des Strukturierten Projektmanagements Beispiel - DBMS-Entwicklung 444

11 xxli Eigenschaften des Strukturierten Projektmanagements 446 Anhang: Anforderungen an Benutzerschnittstellen 449 Literaturverzeichnis 459 Index 473