التحليل المنظم

يُنشئ التحليل الهيكلي عادةً تسلسلاً هرمياً باستخدام آلية تجريد واحدة. يمكن لمنهج التحليل الهيكلي استخدام إطار عمل IDEF (انظر الشكل)، وهو منهج قائم على العمليات، ويبدأ بهدف ورؤية محددة. يحدد هذا المنهج الوظيفة العامة، ثم يقسم الوظائف بشكل تكراري إلى وظائف أصغر، مع الحفاظ على المدخلات والمخرجات وعناصر التحكم والآليات اللازمة لتحسين العمليات. يُعرف هذا المنهج أيضاً بنهج التفكيك الوظيفي ، ويركز على التماسك داخل الوظائف والترابط بينها، مما يؤدي إلى بيانات هيكلية. ^{[ 11 ]}

يصف التفكيك الوظيفي للمنهجية الهيكلية العملية دون تحديد سلوك النظام، ويحدد بنية النظام في شكل وظائف مطلوبة. تحدد هذه المنهجية المدخلات والمخرجات المرتبطة بالأنشطة. أحد أسباب شيوع التحليل الهيكلي هو قدرته البديهية على توصيل العمليات والمفاهيم عالية المستوى، سواء على مستوى النظام الفردي أو المؤسسة. لا يزال من غير الواضح كيفية دعم الكائنات للوظائف في تطوير البرمجيات الموجهة للكائنات الشائعة تجاريًا . على عكس IDEF، تعتمد لغة النمذجة الموحدة (UML) على الواجهات مع آليات تجريد متعددة مفيدة في وصف بنى الخدمات الموجهة (SOA). ^{[ 11 ]}

ينظر التحليل الهيكلي إلى النظام من منظور البيانات المتدفقة عبره. وتُوصَف وظيفة النظام من خلال العمليات التي تُحوِّل تدفقات البيانات. يستفيد التحليل الهيكلي من إخفاء المعلومات عبر التحليل التفكيكي المتتالي (أو التحليل من أعلى إلى أسفل). وهذا يسمح بالتركيز على التفاصيل ذات الصلة وتجنب التشتت الناتج عن النظر إلى التفاصيل غير ذات الصلة. ومع ازدياد مستوى التفاصيل، يتقلص نطاق المعلومات. وتكون نتيجة التحليل الهيكلي مجموعة من المخططات البيانية المترابطة، ووصف العمليات، وتعريفات البيانات. وهي تصف التحويلات التي يجب أن تحدث والبيانات المطلوبة لتلبية المتطلبات الوظيفية للنظام . ^{[ 12 ]}

يتكون نهج دي ماركو ^{[ 13 ]} من العناصر التالية (انظر الشكل): ^{[ 12 ]}

• مخطط السياق
• مخطط تدفق البيانات
• مواصفات العملية
• قاموس البيانات

تُعدّ مخططات تدفق البيانات (DFDs) رسومًا بيانية موجهة. تمثل الأقواس البيانات ، بينما تمثل العقد (الدوائر أو الفقاعات) العمليات التي تُحوّل هذه البيانات. يمكن تقسيم العملية إلى مخطط تدفق بيانات أكثر تفصيلًا يُظهر العمليات الفرعية وتدفقات البيانات داخلها. ويمكن بدورها تقسيم العمليات الفرعية إلى مجموعة أخرى من مخططات تدفق البيانات حتى يسهل فهم وظائفها. أما العمليات الوظيفية الأساسية فهي عمليات لا تحتاج إلى مزيد من التقسيم، ويتم وصفها من خلال مواصفات العملية (أو المواصفات المصغرة). قد تتكون مواصفات العملية من شفرة زائفة، أو مخططات انسيابية ، أو لغة إنجليزية مُهيكلة. تُصوّر مخططات تدفق البيانات بنية النظام كشبكة من العمليات المترابطة المُكوّنة من عمليات وظيفية أساسية. قاموس البيانات هو مجموعة من المدخلات (التعريفات) لتدفقات البيانات، وعناصر البيانات، والملفات، وقواعد البيانات. يتم تقسيم مدخلات قاموس البيانات بطريقة تنازلية. يمكن الرجوع إليها في مدخلات قاموس البيانات الأخرى وفي مخططات تدفق البيانات. ^{[ 12 ]}

مخططات السياق هي مخططات تمثل الجهات الفاعلة خارج النظام التي يمكنها التفاعل معه. ^{[ 15 ]} يمثل هذا المخطط أعلى مستوى من العرض للنظام ، على غرار مخطط الكتلة ، حيث يُظهر النظام ككل، والذي قد يكون قائمًا على البرمجيات ، بالإضافة إلى مدخلاته ومخرجاته من وإلى العوامل الخارجية.

يُصوّر هذا النوع من المخططات، وفقًا لكوسياكوف (2003)، النظامَ في المركز عادةً، دون تفاصيل عن بنيته الداخلية، محاطًا بجميع أنظمته وبيئته وأنشطته المتفاعلة. ويهدف مخطط سياق النظام إلى تركيز الانتباه على العوامل والأحداث الخارجية التي ينبغي مراعاتها عند وضع مجموعة كاملة من متطلبات النظام وقيوده. ^{[ 15 ]} ترتبط مخططات سياق النظام بمخطط تدفق البيانات ، وتُظهر التفاعلات بين النظام والجهات الفاعلة الأخرى التي صُمم النظام لمواجهتها. ويمكن أن تُساعد مخططات سياق النظام في فهم السياق الذي سيكون فيه النظام جزءًا من هندسة البرمجيات .

قاموس البيانات أو قاموس قاعدة البيانات هو ملف يُحدد البنية الأساسية لقاعدة البيانات . ^{[ 16 ]} يحتوي قاموس قاعدة البيانات على قائمة بجميع الملفات في قاعدة البيانات، وعدد السجلات في كل ملف، وأسماء وأنواع كل حقل من حقول البيانات. تُخفي معظم أنظمة إدارة قواعد البيانات قاموس البيانات عن المستخدمين لمنعهم من إتلاف محتوياته عن طريق الخطأ. لا تحتوي قواميس البيانات على أي بيانات فعلية من قاعدة البيانات، بل على معلومات إدارية فقط. مع ذلك، لا يستطيع نظام إدارة قواعد البيانات الوصول إلى البيانات من قاعدة البيانات بدون قاموس البيانات. ^{[ 16 ]}

يستفيد مستخدمو قواعد البيانات ومطورو التطبيقات من وثيقة قاموس بيانات موثوقة تُفهرس تنظيم ومحتويات وقواعد قاعدة بيانات واحدة أو أكثر. ^{[ 17 ]} يتضمن هذا عادةً أسماء وأوصاف الجداول والحقول المختلفة في كل قاعدة بيانات، بالإضافة إلى تفاصيل إضافية، مثل نوع وطول كل عنصر بيانات . لا يوجد معيار عالمي لمستوى التفصيل في هذه الوثيقة، ولكنها في الأساس خلاصة للبيانات الوصفية المتعلقة ببنية قاعدة البيانات ، وليست البيانات نفسها. قد تتضمن وثيقة قاموس البيانات أيضًا معلومات إضافية تصف كيفية ترميز عناصر البيانات. من مزايا توثيق قاموس البيانات المصمم جيدًا أنه يساعد على تحقيق الاتساق في جميع أنحاء قاعدة بيانات معقدة، أو عبر مجموعة كبيرة من قواعد البيانات الموحدة . ^{[ 18 ]}

مخطط تدفق البيانات (DFD) هو تمثيل بياني لتدفق البيانات عبر نظام معلوماتي . وهو يختلف عن مخطط تدفق النظام لأنه يُظهر تدفق البيانات عبر العمليات بدلاً من أجهزة الحاسوب . وقد ابتكر لاري كونستانتين ، مطور التصميم الهيكلي ، مخططات تدفق البيانات استنادًا إلى نموذج "مخطط تدفق البيانات" للحوسبة الذي وضعه مارتن وإسترين. ^{[ 20 ]}

من الممارسات الشائعة رسم مخطط سياق النظام أولاً، والذي يوضح التفاعل بين النظام والكيانات الخارجية. يُصمم مخطط تدفق البيانات (DFD) لإظهار كيفية تقسيم النظام إلى أجزاء أصغر، ولإبراز تدفق البيانات بين هذه الأجزاء. ثم يُفصّل مخطط تدفق البيانات على مستوى السياق لعرض تفاصيل أكثر عن النظام قيد النمذجة.

تُعدّ مخططات تدفق البيانات (DFDs) إحدى الركائز الثلاث الأساسية لمنهجية تحليل وتصميم الأنظمة الهيكلية (SSADM). يجب إطلاع الجهة الراعية للمشروع والمستخدمين النهائيين واستشارتهم في جميع مراحل تطور النظام. يُمكّن مخطط تدفق البيانات المستخدمين من تصور كيفية عمل النظام، وما يُنجزه، وكيفية تنفيذه. يمكن رسم مخططات تدفق البيانات للنظام القديم ومقارنتها بمخططات تدفق البيانات للنظام الجديد لإجراء مقارنات تهدف إلى تطبيق نظام أكثر كفاءة. تُستخدم مخططات تدفق البيانات لتزويد المستخدم النهائي بفكرة واضحة عن تأثير البيانات التي يُدخلها على بنية النظام بأكمله، بدءًا من الطلب وحتى الشحن وإعادة الطهي. ويمكن تحديد كيفية تطوير أي نظام من خلال مخطط تدفق البيانات.

مخطط الهيكل (SC) هو مخطط يوضح تفصيل نظام التكوين إلى أدنى المستويات التي يمكن إدارتها. ^{[ 21 ]} يُستخدم هذا المخطط في البرمجة الهيكلية لترتيب وحدات البرنامج في بنية شجرية. تُمثل كل وحدة بمربع يحتوي على اسم الوحدة. تُوضح البنية الشجرية العلاقات بين الوحدات. ^{[ 22 ]}

تُستخدم مخططات الهيكل في التحليل الهيكلي لتحديد التصميم عالي المستوى، أو بنية برنامج الحاسوب . وباعتبارها أداة تصميم، فإنها تُساعد المبرمج في تقسيم مشكلة برمجية كبيرة وحلها، أي تقسيم المشكلة بشكل متكرر إلى أجزاء صغيرة يسهل على العقل البشري فهمها. تُسمى هذه العملية بالتصميم من أعلى إلى أسفل ، أو التفكيك الوظيفي . يستخدم المبرمجون مخطط الهيكل لبناء برنامج بطريقة مشابهة لاستخدام المهندس المعماري للمخطط الهندسي لبناء منزل. في مرحلة التصميم، يُرسم المخطط ويُستخدم كوسيلة للتواصل بين العميل ومصممي البرامج المختلفين. أثناء بناء البرنامج الفعلي (التنفيذ)، يُشار إلى المخطط باستمرار على أنه الخطة الرئيسية. ^{[ 23 ]}

يهتم التصميم الهيكلي بتطوير الوحدات البرمجية وتجميعها في ما يُسمى "التسلسل الهرمي للوحدات". ^{[ 24 ]} ولتصميم بنية وواجهات مثالية للوحدات البرمجية، يُعدّ مبدأان أساسيان:

• التماسك الذي "يتعلق بتجميع العمليات ذات الصلة الوظيفية في وحدة معينة"، ^{[ 12 ]} و
• يشير مصطلح الاقتران إلى "تدفق المعلومات أو المعلمات التي يتم تمريرها بين الوحدات. ويؤدي الاقتران الأمثل إلى تقليل واجهات الوحدات وما ينتج عنه من تعقيد في البرنامج". ^{[ 12 ]}

طُوِّر التصميم الهيكلي على يد لاري كونستانتين في أواخر الستينيات، ثم نُقِّح ونُشِر بالتعاون مع آخرين في السبعينيات؛ ^{[ 5 ] [ 6 ]} انظر: لاري كونستانتين: التصميم الهيكلي لمزيد من التفاصيل. وقد اقترح بيج-جونز (1980) منهجه الخاص الذي يتكون من ثلاثة عناصر رئيسية  :

• مخططات هيكلية
• مواصفات الوحدة
• قاموس البيانات.

يهدف مخطط الهيكل إلى توضيح التسلسل الهرمي للوحدات أو علاقة تسلسل استدعاء الوحدات. يوجد وصف لكل وحدة مُوضحة في مخطط الهيكل. يمكن أن تتكون أوصاف الوحدات من شفرة زائفة أو لغة تصميم برمجية. يشبه قاموس البيانات قاموس التحليل الهيكلي. في هذه المرحلة من دورة حياة تطوير البرمجيات ، بعد إجراء التحليل والتصميم، يُمكن إنشاء تعريفات أنواع البيانات تلقائيًا، ^{[ 25 ]} وقوالب الإجراءات أو الروتينات الفرعية. ^{[ 12 ]}