Projektowanie systemów informatycznych WPROWADZENIE DO INFORMATYKI Dr hab. inż.. Edward Kołodziński prof. UWM PSI-1 Olsztyn 2006/2007

Rygory zaliczeniowe z PSI Egzamin składa się z części pisemnej i ustnej. Warunkiem przystąpienia do części ustnej jest uzyskanie pozytywnego wyniku (dst) z części pisemnej. Warunkiem koniecznym przystąpienia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń. Warunkiem koniecznym uzyskania pozytywnej oceny z egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z jej trzech składowych: + średnia arytmetyczna ocen z pisemnych sprawdzianów na wykładach >2.9; + ocena z części pisemnej >2.9; + ocena z części ustnej>2.9. Ocena z egzaminu – suma ocen: (średnia arytmetyczna ocen z pisemnych sprawdzianów na wykładach + ocena z części pisemnej + ocena z części ustnej) dzielona przez trzy. 5. Kolejne pisemne sprawdziany na wykładach każdorazowo będą obejmować ich treści (ze zrozumieniem) z zakresu tematycznego od pierwszego do ostatniego wykładu. Uwaga: Opanowanie na pamięć (bez zrozumienia treści) prezentowanych na slajdach na wykładach materiałów nie jest wystarczające do zaliczenia sprawdzianów, a tym bardziej egzaminu. 6. Nieobecność podczas sprawdzianu skutkuje oceną niedostateczną z tego sprawdzianu. 7. Dany sprawdzian może być poprawiany tylko jeden raz. Uwaga: stwierdzenie faktu ściągania podczas pisania sprawdzianów skutkuje oceną niedostateczną ze wszystkich dotychczas zaliczonych sprawdzianów.

Rygory zaliczeniowe z PSI Rygory zaliczeniowe ćwiczeń w semestrze Warunek konieczny zaliczenia: 1.Obowiązkowe uczestnictwo w ćwiczeniach – dopuszczalne dwie nieobecności 2. Pozytywna ocena zadania indywidualnego lub grupowego- będzie weryfikowany udział w jego realizacji, 3. Pozytywna ocena aktywności (sprawdzianów) podczas ćwiczeń, 4. Pozytywna ocena końcowego pisemnego sprawdzianu zaliczeniowego ćwiczenia. Ocena „zaliczeniowa” ćwiczeń – średnia arytmetyczna trzech składowych >2.9

Piramida zawodowa informatyków Kierownik projektu (przedsięwzięcia informatycznego) Analityk informatyzacji Projektant systemu informatycznego Projektant oprogramowania Programista

Projektowanie systemów informatycznych Literatura podstawowa przedmiotu Flasiński M.: Zarządzanie projektami informatycznymi, PWN 2006 Jaszkiewicz A.: Inżynieria oprogramowania, Helion1997 Szejko S.: Metody wytwarzania oprogramowania, Mikom 2002 Schmuller J.: UML dla każdego, Helion 2003 Śmiałek M.: Zrozumieć UML 2.0 - metody modelowania obiektowego, Helion 2005 Wrycza S.: Język UML 2.0 w modelowaniu systemów informatycznych Helion 2005

Pojęcia podstawowe informatyki Informacja-zmiana nieokreśloności (nieznajomości ) stanu wiedzy o przedmiocie (przez zainteresowanego nim) po uzyskaniu o nim: wiadomości, dokonaniu obserwacji, uzyskaniu danych itp. Warunkiem koniecznym uzyskania informacji z danej jest jej zinterpretowanie. Przykładowo - cena książki napisana na okładce, to dana, która nie zawiera informacji dla tych , którzy jej nie zinterpretują - np. osoba nie umiejąca czytać. Informacja – jest pojęciem abstrakcyjnym – zawarta jest w „czymś”: sygnale, znaku, wyrażeniu itp. Do przekazania informacji niezbędny jest jej nośnik.

Pojęcia podstawowe informatyki Stopień nieokreśloności przedmiotu naszego zainteresowania określa się za pomocą entropii informacyjnej. Jeżeli zakres zmienności stanów przedmiotu naszego zainteresowania jest dyskretny, to miara entropii informacyjnej ma postać: H(X) = -Σi pi log2 pi, i I – zbiór wyróżnionych stanów przedmiotu zainteresowania. log2 p(xi) = (logae) (loge p(xi) Przykład Dla rzutu monetą zbiór możliwych stanów X={O,R}. Prawdopodobieństwo wystąpienia każdego ze stanów jest równe i wynosi : po = pr = p = 1/2 Stąd: H(X) = -Σ i=1,2 pi log pi = 1 [bit]

Pojęcia podstawowe informatyki Obserwacje bezpośrednie X Ilość informacji uzyskana w : wiadomości, wyniku eksperymentu, pozyskanych danych itp. o X: I(X) = H1(X) – H2 (X) H1(X) – entropia stanu przed eksperymentem, H2(X) – entropia stanu po eksperymencie. Przykład cd. Ilość informacji zawarta w danej o wyniku rzutu: I(X) =1-0 =1[bit]

Pojęcia podstawowe informatyki Obserwacje pośrednie Dane dwie wielkości X i Y zależnie statystycznie – p(xi/yj) ≠ 0 Z X Y Czujnik I H(X/yj) = -∑ p(xi/yj) log p(xi/yj) – entropia warunkowa wielkości X p i=1 po zaobserwowaniu wartości wielkości Y Ilość informacji o wielkości X uzyskana w wyniku zaobserwowania, że wielkość Y= yj jest równa: I(X/ yj ) = H(X) – H (X/ yj ) zaś I(X/Y) =H(X)-H(X/Y) gdzie: H(X/Y) = ∑ p(yj) H(X/yj) Z

Pojęcia podstawowe informatyki Modelem systemu* nazywamy ilościową i jakościową reprezentację systemu na innej bazie materialnej niż występuje on w rzeczywistości, ujmującą podstawowe cechy systemu, istotne ze względu na zamierzony cel badań. Modelowanie - proces opracowywania modelu. Rodzaje modeli systemów: modele fizyczne (materialne); modele symboliczne. Modele fizyczne są to układy (systemy), których działanie odwzorowuje działanie rzeczywistego systemu przez wykorzystanie innych wielkości fizycznych w innej skali. * Patrz więcej w: Kołodzinski E.: Symulacyjne metody badania systemów. PWN, Warszawa 2002 -http://www.infocorp.com.pl/html/smbs_main.htm

Pojęcia podstawowe informatyki Przykład modelu fizycznego Rys. 1. Analogie między systemem mechanicznym i elektrycznym: -schemat systemu mechanicznego; -schemat systemu elektrycznego. Z Równanie ruchu punktu materialnego o masie M w opisanym systemie ma postać: (1) gdzie: M – masa; x – wychylenie masy M; H – współczynnik sprężystości; D - współczynnik tłumienia amortyzatora.

Pojęcia podstawowe informatyki Przykład cd Zjawiska zachodzące w obwodzie elektrycznym można opisać następującym równaniem: (2) gdzie: M – masa; x – wychylenie masy M; H – współczynnik sprężystości; D - współczynnik tłumienia amortyzatora. Z Porównując równania (1) i (2) widzimy pełną analogię zjawisk zachodzących w obu układach (systemach). Oba systemy opisane są takim samym równaniem różniczkowym. Działanie jednego systemu można określić prowadząc badanie na drugim i odwrotnie. ▀

Pojęcia podstawowe informatyki Model symboliczny – opis wyodrębnionej rzeczywistości w określonym języku formalnym. Przykłady: plan miasta, rysunek techniczny obrabiarki, elementu roweru itp. Model matematyczny – symboliczny model wyodrębnionej rzeczywistości, który zawiera ilościowe i jakościowe związki między cechami tej rzeczywistości, istotnymi z punktu widzenia celu jego opracowywania. Może być wyrażany za pomocą:wzorów, zestawień itp. Przykład: równania różniczkowe (1) i (2) są modelami matematycznymi systemów odpowiednio: mechanicznego i elektrycznego; Z

Pojęcia podstawowe informatyki Przykład 2 Rozpatrzymy przykład systemu masowej obsługi (SMO) z : ograniczoną liczbą m miejsc w poczekalni, poissonowskim strumieniem zgłoszeń, wykładniczym rozkładem prawdopodobieństwa czasu trwania obsługi. Model funkcjonowania SMO można przedstawić w języku teorii sieci. Z Model systemu masowej obsługi zilustrowany na rys.1.2, przedstawiony w języku teorii sieci, równoważny jest w treści modelowi zapisanemu w postaci układu równań różniczkowych:

Pojęcia podstawowe informatyki Algorytm w języku potocznym algorytmem określamy zwykle przepis wykonywania czynności, w wyniku których osiągnie się zamierzony cel; w dziedzinie naszych zainteresowań - algorytm, to przepis przekształcania danych, w celu zrealizowania zadania, np. - wyznaczenia największego wspólnego podzielnika dwóch liczb; - wyznaczenia pierwiastków równania kwadratowego, - itp. W procesie wyznaczania rozwiązania zadania według ustalonego algorytmu wyróżniamy: - dane początkowe - dane wyjściowe do obliczeń, które mamy przekształcać (krok po kroku) według algorytmu, – wyniki pośrednie – uzyskiwane w kolejnych iteracjach (krokach) obliczeniowych, - wynik końcowy - wyznaczone rozwiązanie zadania poszukiwany wynik. Zadanie dla studentów każdy w domu opracuje algorytm w postaci diagramu czynności.

Teoretyczne podstawy informatyki Algorytm cd Przykład – algorytm Euklidesa wyznaczania największego wspólnego podzielnika (NWP) dwóch liczb A i B 1. Zapis algorytmu w języku naturalnym ma postać: dane początkowe – para liczb A i B; wyniki pośrednie - pary liczb uzyskiwane w następujący sposób: większą zastępujemy mniejszą, a mniejszą – resztą z dzielenia większej przez mniejszą - czynność powtarzamy dopóty, dopóki większa z liczb nie jest całkowicie podzielna przez mniejszą; wynik końcowy - mniejsza liczba, która jest szukanym największym podzielnikiem pary liczb A i B. Niech dane początkowe: (A,B)=(30,16); wyniki pośrednie: (16,14) ; wynik końcowy: 2 NWP pary (30,16) jest liczba 2. Zadanie dla studentów każdy w domu opracuje algorytm w postaci diagramu czynności.

Pojęcia podstawowe informatyki Algorytm cd 2. Zapis algorytmu Euklidesa w postaci diagramu – schematu blokowego ma postać: Początek Wprowadź wartości danych początkowych A B A mod B=0 NWP:=B KONIEC Zadanie dla studentów każdy w domu opracuje algorytm w postaci diagramu czynności. C:=B B:=A mod B A := C

Pojęcia podstawowe informatyki Algorytm cd 3. Zapis algorytmu Euklidesa w postaci funkcji : ( B, A mod B ) dla A mod B ≠ 0 G (A, B) = NWP := B dla A mod B = 0 Niech G – funkcja przejścia; X - zbiór możliwych wartości (A,B) , to A = ( X, G ) - algorytm Euklidesa Algorytm A zapisany w ustalonym języku programowania nosi nazwę programu komputerowego. Program komputerowy jest produktem niematerialnym. Zadanie dla studentów każdy w domu opracuje algorytm w postaci diagramu czynności.

Pojęcia podstawowe informatyki System – zbiór wzajemnie bezpośrednio powiązanych elementów ( obiektów), wyodrębnionych z otoczenia ze względu na określony cel ich działania – zadania do realizacji . Powiązania między elementami systemu tworzą jego strukturę. Przykłady systemów: uczelnia, stołówka, komputer, sieć komputerowa itp. Otoczenie systemu – zbiór obiektów nie należących do systemu, które mają wpływ na działanie systemu lub funkcjonowanie systemu ma wpływ na ich działanie. Przykłady: jeżeli sklep będziemy rozpatrywać jako system, to parking stanowi jego otoczenie. Również bankomaty przy sklepie wchodzą w skład otoczenia. System informacyjny (SI) - to system, którego celem działania jest dostarczanie odbiorcy informacji, użytecznej do jego działania. Przykłady SI: system monitorowania bezpieczeństwa obiektu, telewizja itp. System informatyczny - to system informacyjny lub informacyjno- decyzyjny w którym zastosowano komputery. Przykłady: system rekrutacji na UWM, system finansowo-księgowy itp. Z

Pojęcia podstawowe informatyki Komputer (ang. computer) – urządzenie elektroniczne do przetwarzania danych (przedstawionych cyfrowo) zgodnie z określonym algorytmem, zapisanym w ustalonym języku programowania. Informatyka – ogół dyscyplin naukowych i technicznych zajmujących się komputerowym przetwarzaniem danych. Ta metadyscyplina swoją nazwę zapożyczyła jednak od informacji – bardzo często ( niesłusznie ) utożsamianej z daną. Obejmuje, między innymi: budowę i działanie sprzętu komputerowego; teorię i wytwarzanie języków programowania; teorię i inżynierię wytwarzania oprogramowania: systemów operacyjnych, systemów bazodanowych, oprogramowania użytkowego itp.; teorię i inżynierię wytwarzania systemów informatycznych; itd. Z

Pojęcia podstawowe informatyki Oprogramowanie – zespół programów, wraz z ich dokumentacją, o określonym przeznaczeniu, np.: oprogramowanie komputera, to zespół programów umożliwiających jego wykorzystanie. Na opr. kom. składa się: system operacyjny, translatory języków, system bazodanowy, podprogramy biblioteczne, użytkowe itp.; oprogramowanie systemu informatycznego, to zespół programów umożliwiających jego wykorzystanie zgodnie z przeznaczeniem = oprogramowanie komputerów wchodzących w jego skład oraz programy ich współdziałania w ramach systemu: interfejsy komunikacyjne, oprogramowanie zarządzające itp. Cykl życia oprogramowania – to ciąg etapów ( faz) w życiu oprogramowania od powstania potrzeby istnienia do zaprzestania jego użytkowania.

Pojęcia podstawowe informatyki Inżynieria – umiejętność projektowania i realizacji projektów, np. budowli, systemów, urządzeń itp. Inżynieria systemów informatycznych– to dziedzina inżynierii, która obejmuje wszystkie aspekty (nie tylko techniczne) procesu tworzenia SI , we wszystkich fazach cyklu jego życia W inżynierii SI występują dwa nurty: formalny - postuluje stosowanie metod formalnych; praktyczny – postuluje metody powstałe na bazie wiedzy i doświadczeń zdobytych w procesie realizacji prac projektowych nad SI. Stosowane są notacje graficzne, nie w pełni sformalizowane. Nurt formalny, jak dotychczas, nie ma praktycznych zastosowań.

Przedmiot inżynierii oprogramowania (1) Pojęcia podstawowe informatyki Przedmiot inżynierii oprogramowania (1) Inżynieria SIjest więc wiedzą empiryczną a nie nauką teoretyczną. Jej metody, techniki i narzędzia powstają i są rozwijane w oparciu doświadczenia projektowe i weryfikowane przez tysiące ośrodków podczas praktycznego ich stosowania. Inżynieria SI: obejmuje wszystkie fazy cyklu życia SI; oprogramowanie traktuje jako produkt, który ma spełniać potrzeby techniczne, ekonomiczne lub społeczne. Praktyka pokazała, że w inżynierii SI nie ma miejsca stereotyp „od teorii do praktyki”. Teorie, szczególnie teorie zmatematyzowane, okazały się dramatycznie nieskuteczne w zastosowaniu praktycznym.

Pojęcia podstawowe informatyki Fazy cyklu życia SI: - faza strategiczna - określenie wymagań - analiza -modelowanie - projektowanie - implementacja oprogramowania - integracja i testowanie SI - wdrożenie - utrzymanie Określenie wymagań Projektowanie Implementacja Testowanie Utrzymanie Faza strategiczna Analiza Wdrożenie Dokumentacja

Przedmiot inżynierii oprogramowania (1) Pojęcia podstawowe informatyki Przedmiot inżynierii oprogramowania (1) W cyklu życia SI wyróżnia się fazy podstawowe: określania wymagań, w której określane są cele oraz szczegółowe wymagania wobec tworzonego systemu, projektowania (ang. design), w której powstaje szczegółowy projekt systemu spełniającego ustalone wcześniej wymagania, implementacji/kodowania (ang. implementation/coding) oraz testowania modułów, w której projekt zostaje zaimplementowany w konkretnym środowisku programistycznym oraz wykonywane są testy poszczególnych modułów, testowania, w której następuje integracja poszczególnych modułów połączona z testowaniem poszczególnych podsystemów oraz całego SI, konserwacji, w której oprogramowanie jest wykorzystywane przez użytkownika (ów), a producent dokonuje konserwacji SI (a przede wszystkim oprogramowania) – wykonuje modyfikacje polegające na usuwaniu błędów, zmianach i rozszerzaniu funkcji systemu;

Przedmiot inżynierii oprogramowania (1) Pojęcia podstawowe informatyki Przedmiot inżynierii oprogramowania (1) Cykl życia SI cd. oraz fazy dodatkowe, które nakładają się na wymienione powyżej fazy podstawowe : strategiczna (ang. strategy) wykonywana przed formalnym podjęciem decyzji o realizacji przedsięwzięcia. W tej fazie podejmowane są decyzje strategiczne odnośnie podejmowania przedsięwzięcia projektowego: zakresu, kosztów, czasu realizacji itp. analizy (ang. analysis), w której budowany jest logiczny model systemu, dokumentacji, w której wytwarzana jest dokumentacja użytkownika. Opracowywanie dokumentacji przebiega równolegle z produkcją oprogramowania. Faza ta praktycznie rozpoczyna się już w trakcie określania wymagań. Sugeruje się nawet, że podręcznik użytkownika dla przyszłego systemu jest dobrym dokumentem opisującym wymagania. Ostatnie uaktualnienia w dokumentacji dokonywane są w fazie instalacji. instalacji, w której następuje przekazanie systemu użytkownikowi.