Análisis y Diseño Estructurado

Contenidos

Definiciones.

Análisis.

El análisis estructurado, como todos los demás métodos de análisis de requisitos, es una actividad de construcción de modelos. Mediante una notación que es única de este método, se crean modelos que reflejan el flujo y el contenido de la información (datos y control); se parte el sistema funcionalmente y, según los distintos comportamientos, se establece la esencia de lo que se debe construir.

La tarea del análisis de sistemas, conlleva más que sólo realizar análisis de requisitos, pero es en eso donde se focalizará la discusión.

Una de las principales labores del analista es descubrir detalles y documentar la política de un negocio que pudieran existir sólo en forma implícita, "transmitidas de generación en generación" por los usuarios, nunca documentadas formalmente. El analista debe distinguir entre síntomas, problemas del usuario y causas. Con sus conocimientos de la tecnología de los computadores, el analista debe ayudar al usuario a explorar aplicaciones novedosas y más útiles de éstos así como nuevas formas de hacer negocios. Aunque muchos de los sistemas antiguos sólo se limitaban a perpetuar el negocio original del usuario, pero a velocidades electrónicas, hoy en día los analistas se enfrentan al desafío de ayudar al usuario a encontrar productos y mercados radicalmente innovadores, con la ayuda del computador.

 

Diseño.

El diseño de software es un proceso mediante el que se traducen los requisitos en una representación del software. Inicialmente, la representación describe una visión holística del software. Posteriores refinamientos conducen a una representación de diseño que se acerca mucho al código fuente.

 

En el diseño se realizan dos pasos. El diseño preliminar se centra en la transformación de los requisitos en los datos y arquitectura del software. El diseño detallado se ocupa del refinamiento de la representación arquitectónica que lleva a una estructura de datos detallada y a las representaciones algorítmicas del software.

 

Dentro del contexto de los diseños preliminar y detallado, se llevan a cabo varias actividades de diseño diferentes. Además del diseño de datos, del diseño arquitectónico y del diseño procedimental, muchas aplicaciones requieren de un diseño de la interfaz. El diseño de la interfaz establece la disposición y los mecanismos para la interacción hombre máquina (no cubierto por las herramientas del diseño estructurado).

 

Fundamentos del Análisis y Diseño.

Abstracción.

Cuando se considera una solución modular para cualquier problema, pueden formularse muchos niveles de abstracción. En el nivel superior de abstracción, se establece una solución en términos amplios, usando el lenguaje del entorno del problema. En los niveles inferiores de abstracción se toma una orientación más procedimental. La terminología orientada al problema se acompaña con una terminología orientada a la implantación, en un esfuerzo para establecer una solución. Por último, en el nivel más bajo de abstracción, se establece la solución de forma que pueda implementarse directamente.

 

Refinamiento

El refinamiento sucesivo es una primera estrategia de diseño descendente (propuesta por Niklaus Wirth). Un programa se desarrolla en niveles sucesivos de refinamiento de los detalles procedimentales. Se desarrolla una jerarquía descomponiendo una declaración macroscópica de una función en forma sucesiva hasta que se llega a las sentencias del lenguaje de programación. Cada paso de refinamiento implica algunas decisiones de diseño. Es importante que el programador sea consciente de sus decisiones y de la existencia de soluciones alternativas.

 

Modularidad

Se ha dicho que modularidad es el atributo individual del software que permite a un programa ser intelectualmente manejable. El software monolítico (compuesto por sólo un módulo) no puede ser fácilmente abarcado por un lector. El número de caminos de control, la expansión de referencias, el número de variables y la complejidad global podrían hacer imposible su correcta comprensión.

La modularidad se deriva naturalmente de un principio elemental para manejar la complejidad: divide y vencerás.

 

Diseño Modular Efectivo.

La calidad del diseño debe ser una meta para el diseñador. El diseño estructurado ofrece guías para apoyar al diseñador a determinar módulos, y sus interconexiones, que mejor realizarán los requerimientos especificados por el analista. Las dos reglas más importantes son las referentes al acoplamiento y la cohesión.

 

Cohesión.

Grado en el cuál los componentes de un módulo (típicamente las instrucciones individuales que lo conforman) son necesarios y suficientes para llevar a cabo una sola función bien definida. En la práctica, esto significa que el diseñador debe asegurarse de no fragmentar los procesos esenciales en módulos, y también debe asegurarse de no juntar procesos no relacionados en módulos sin sentido. Los mejores módulos son aquellos que son funcionalmente cohesivos (es decir, módulos en los cuales cada instrucción es necesaria para poder llevar a cabo una tarea bien definida). Los peores módulos son los que son coincidentalmente cohesivos (es decir, donde sus instrucciones no tienen una relación significativa entre uno y otro).

 

Los grados de cohesión, de menor a mayor son:

 

a. Cohesión Coincidental. No existe una relación significativa entre los elementos del módulo.

 b. Cohesión Lógica. La relación entre los elementos del módulo está basada en obtener ventajas en el procesamiento, por ejemplo, todos manipulan el mismo dato. Normalmente esto implica tener un código truculento o compartido, que degrada los propósitos de un buen diseño.

 c. Cohesión Temporal. Los elementos del módulo constituyen un conjunto que se ejecuta secuencialmente en un punto fijo en el tiempo. Aunque tiende, a veces, a confundirse con la cohesión lógica, la diferencia está en que este tipo de módulo s más simple y se ejecuta sin la intervención de otras aplicaciones.

 d. Cohesión Comunicacional. Los elementos del módulo hacen referencia al mismo conjunto de datos. Aquí se presenta un grado "aceptable" de cohesión.

 e. Cohesión Secuencial. Implica que la salida de un elemento es la entrada para el próximo.

 f. Cohesión Funcional. Aquí, todos los elementos del módulo están orientados a la realización de una función única.

 

Acoplamiento.

Grado en el cuál los módulos se interconectan o se relacionan entre ellos. Entre más fuerte sea el acoplamiento entre módulos en un sistema, más difícil es implantarlo y mantenerlo, pues entonces se necesitará un estudio cuidadoso para la modificación de algún módulo o módulos. En la práctica, esto significa que cada módulo debe tener interfaces sencillas y limpias con otros, y que se debe compartir un número mínimo de datos entre módulos. También significa que un módulo dado no debe modificar la lógica interna o los datos de algún otro módulo; lo que se conoce como una conexión patológica.

 

Tamaño del Módulo.

De ser posible, cada módulo debe ser lo suficientemente pequeño como para caber en una sola página ( o para que se pueda desplegar en una sola pantalla). Desde luego, a veces no es posible determinar qué tan grande va a ser un módulo hasta haberlo escrito, pero las actividades iniciales de diseño a menudo darán al diseñador una buena pista de que el módulo será grande o complejo. Si es así, debe subdividirse en uno o más niveles de submódulos.

Alcance del control.

El número de subordinados inmediatos que un módulo administrador puede llamar se conoce como el alcance del control. Un módulo no debe poder llamar a más de una media docena de módulos de nivel inferior. La razón es evitar la complejidad: si el módulo tuviera, por ejemplo, que llamar a 25 módulos de nivel inferior, entonces seguramente contendrá tanta lógica compleja que nadie lo entenderá (un sin fin de if-then anidados). La solución es introducir un nivel intermedio de módulos administradores, como haría un administrador de una organización humana.

 

Alcance del efecto/alcance del control.

Esta regla sugiere que cualquier módulo afectado por el resultado de alguna decisión debe ser subordinado (aunque no necesariamente un subordinado inmediato) del módulo que toma la decisión. Es un tanto análogo a la regla de administración que dice que cualquier empleado afectado por los resultados de la decisión de algún administrador (es decir, dentro del alcance de efecto de la decisión), debe estar dentro del alcance de control del administrador (es decir trabajando entre la jerarquía de personas que se reportan con el administrador). Violar esta regla en un ambiente de diseño estructurado usualmente lleva a un paso innecesario de banderas y condiciones (lo cual incrementa el acoplamiento entre módulos), la toma redundante de decisiones o (en el peor de los casos) conexiones patológicas entre módulos.

 

Parsimonia.

Se refiere a la economía de recursos que se emplean para la obtención de un resultado. Esto es, sólo se debe realizar lo que se pide. Mientras mayor la parsimonia, mejor el diseño.

 

Manejo Autónomo de Errores.

Los módulos deben tener la capacidad de manejar sus propias condiciones de error, tanto en la detección como en la corrección de los mismos. De no ser así, el manejo de banderas (flags) de control y la transmisión de datos erróneos a otros módulos aumentará considerablemente el acoplamiento.

 

Diagramas de Flujo de Datos.

Los diagramas de flujos de datos también son llamados Carta de Burbujas, DFD, Diagramas de burbujas, modelo de proceso, diagrama de flujo de trabajo o modelo de función en la literatura computacional.

 

A medida que la información se mueve a través del software, es modificada por una serie de transformaciones. El DFD es una técnica gráfica que representa el flujo de la información y las transformaciones que se aplican a los datos al moverse desde la entrada hasta la salida.

 

Componentes de un DFD.

El proceso.

Sinónimos comunes son burbuja, función o transformación.

 El proceso muestra una parte del sistema que transforma entradas en salidas; es decir, muestra cómo es que una o más entradas se transforman en salidas. El proceso se representa gráficamente como un óvalo o un rectángulo con esquinas redondeadas. Estas diferencias son sólo de forma, y se debe optar por alguna de ellas y utilizarla en forma consistente.

 

Representaciones utilizadas para procesos, la de la izquierda corresponde a la utilizada por Gane y Sarson, y la de la derecha es utilizada por Ward y Mellor, así como por Yourdon y De Marco.

 

Nótese que el proceso se nombra con una palabra o frase, que intentan dar una primera aproximación de lo que hacen, por ejemplo VALIDAR ENTRADA, CONTROL TEMPERATURA, etc.

 

El flujo.

Un flujo se representa gráficamente por medio de una flecha que entra o sale de un proceso. El flujo se usa para describir el movimiento de bloques o paquetes de información de una parte del sistema a otra. Por ello, los flujos representan datos en movimiento, mientras que los almacenes representan datos en reposo.

 

Flujo de Datos, que lleva el Rut de un cliente. Se utiliza esta presentación en casi todos los formalismos propuestos.

 

En la mayoría de los sistemas que se modelan, los flujos realmente representarán datos, es decir, bits, caracteres, mensajes, números de punto flotante y los diversos otros tipos de información con los que se suele tratar en sistemas computarizados. Esto no significa que los DFD no sean una herramienta útil en el modelado de procesos no automatizados computacionalmente, como por ejemplo una linea de ensamblado.

 

Este es la representación dada por Gane y Sarson a un flujo de materiales. Con esto, se representa que se ingresan datos o materiales de tipo no computacional. Es útil en el modelamiento de procesos productivos.

 

Los flujos de datos tienen un nombre el que representa el significado del paquete de información que se mueve a lo largo del flujo.

 

Los flujos de datos pueden converger o divergir en un DFD.

El almacén.

El almacén se utiliza para modelar un conjunto de paquetes de datos en reposo. Se denota por dos líneas paralelas u otras alternativas gráficas. De modo característico, el nombre que se usa para un almacén es el plural del que se usa para los paquetes que entran y salen del almacén por medio de flujos.
Representaciones utilizadas para almacenes de datos, la de la izquierda corresponde a la utilizada por Gane y Sarson, y la de la derecha es utilizada por Ward y Mellor, así como por Yourdon y De Marco.

 

A menudo, los almacenes de datos se implementan como archivos o bases de datos. También pueden ser implementados en sistemas manuales como archivadores, carpetas, etc.

 

El Terminador.

Un terminador gráficamente se representa como un rectángulo. Los terminadores representan entidades externas con las cuales el sistema se comunica. Comúnmente un terminador es una persona o un grupo, por ejemplo una organización externa o una agencia gubernamental, o un grupo o departamento que esté dentro de la misma compañía u organización, pero fuera del control del sistema que se está modelando. En algunos casos, el terminador puede ser otro sistema.

 

Terminador o "External", que en este caso representa al usuario del sistema. Se utiliza esta presentación en casi todos los formalismos propuestos.

 

Suele ser muy fácil identificar los terminadores en el sistema que se está modelando. A veces el terminador es el usuario, que nos dice "pienso entregar los datos A, B y C al sistema y espero que éste me entregue los datos X, Y y Z". En otros casos, el usuario se considera parte del sistema y ayudará a identificar los terminadores relevantes.

 

Guía para la construcción de un DFD.

a. Escoger nombres con significado para los procesos, flujos, almacenes y terminadores.

 b. Numerar los procesos.

 c. Redibujar el DFD tantas veces como sea necesario estéticamente.

 d. Evitar los DFD excesivamente complejos.

 e. Asegurarse de que el DFD sea internamente consistente y que también lo sea con cualesquiera DFD relacionado con él. (evitar procesos con sólo entradas o salidas, así como flujos y procesos no etiquetados).

 

DFD por niveles.

Se organiza el DFD global en una serie de niveles de modo que cada uno proporcione sucesivamente más detalles sobre una porción del nivel anterior. Esto es análogo a la organización de mapas en un atlas.

 

El DFD de primer nivel consta sólo de una burbuja, que representa el sistema completo; los flujos de datos muestran las interfaces entre el sistema y los terminadores externos (junto con los almacenes externos que pudiera haber). Este DFD especial se conoce como Diagrama de Contexto.

 

El DFD que sigue del diagrama de Contexto se conoce como la figura 0. Representa la vista de más alto nivel de las principales funciones del sistema, al igual que sus principales interfaces.

 

Ejemplo de un diagrama de contexto.

 

Diagrama nivel 0. Aquí se presenta la primera descomposición funcional del sistema.

 

Diagrama Nivel 1. En este caso se presenta una descomposición funcional del módulo 1.

 

Diagrama nivel 2. En este caso se presenta una descomposición funcional del módulo 1.3

 

Diccionario de Datos.

La segunda herramienta de modelado importante, aunque no tiene la presencia y atractivo gráfico de los DFD, los diagramas Entidad-Relación o los diagramas de estructuras, es el diccionario de datos.

 

El diccionario de datos es un listado organizado de todos los datos pertinentes al sistema, con definiciones precisas y rigurosas para que tanto el usuario como el analista tengan un entendimiento común de todas las entradas, salidas, componentes de los almacenes y cálculos intermedios. El diccionario de datos define los datos haciendo lo siguiente:

 

Notación del diccionario de datos.

Existen muchos esquemas de notación comunes utilizados. Este es uno de los más utilizados.

 

= : está compuesto de

 + : y

 ( ) :optativo (puede estar presente o ausente)

 { } : iteración

 [ ] : seleccionar una de varias alternativas

 * * : comentario

 @ : identificador (campo clave) para un almacén

 | : separa opciones alternativas en la construcción

 

Por ejemplo, podemos definir

 

nombre = título de cortesía + nombre + (segundo nombre) + apellido paterno + apellido materno

 

título de cortesía = [Sr. | Srta. | Sra. | Dr. | Profesor ]

 

nombre = {caracter legal}

 apellido paterno = {caracter legal}

 apellido materno = {caracter legal}

 

Completitud del Diccionario de Datos.

Para verificar varios detalles de corrección del sistema independientemente del usuario, el analista puede asegurarse que el diccionario esté completo y sea consistente y no contradictorio. Así, puede plantearse las siguientes preguntas:

 

Especificaciones de Proceso.

La especificación del proceso es la descripción de qué es lo que sucede en cada burbuja primitiva en el nivel más bajo en un DFD. También es llamado Minispec o miniespecificación. Su propósito es definir lo que debe hacerse para transformar entradas en salidas.

 

La forma más utilizada para realizar las especificaciones de procesos es el lenguaje estructurado, pero se puede utilizar cualquier método que satisfaga dos requerimientos cruciales: