Метод "Черного ящика"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУВПО «ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт экономики отраслей, бизнеса и администрирования

Реферат

Системный анализ.

Метод «Черного ящика»

Сдал: студент 21тз-301 Голенищев Ю.А.

Проверил: Нурмухаметов И.А.

Челябинск 2015

Системный анализ

Для того чтобы получить информационную модель любого реального объекта или процесса, необходимо рассмотреть его с системной точки зрения -- выполнить системный анализ объекта. Задача системного анализа, который проводит исследователь, -- упорядочить свои представления об изучаемом объекте для того, чтобы отразить их в информационной модели. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели:

РЕАЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ => СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ => СИСТЕМА ДАННЫХ, СУЩЕСТВЕННЫХ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ => ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

Понятие системы

Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей и существующий как единое целое.

Наука о системах называется системологией. Любой объект окружающего мира можно рассматривать как систему. Системы бывают материальные, нематериальные и смешанные. Примеры материальных систем: дерево, здание, человек, планета Земля, Солнечная система. Примеры нематериальных систем: человеческий язык, математика. Пример смешанных систем -- школа.. Она включает в себя как материальные части (школьное здание, оборудование, тетради, учебники и пр.), так и нематериальные (учебные планы, программы, расписания уроков).

Все разнообразие существующих систем можно разделить на две категории: на естественные системы, т.е. -существующие в природе, и искусственные системы -- созданные человеком. Например, Солнечная система -- естественная, а компьютер -- искусственная система. Для всякой искусственной системы существует цель ее создания человеком: автомобиль -- перевозить людей и грузы, компьютер -- работать с информацией, завод -- производить продукцию. В системологии искусственную систему определяют как "средство достижения цели"*. Именно целесообразностью системы определяется ее состав и структура.

Состав системы. Подсистемы

Состав системы -- это множество входящих в нее частей. В качестве примера системы рассмотрим объект, с которым ученикам приходится иметь дело на уроках информатики, -- персональный компьютер.

Самое поверхностное описание ПК такое: это система, составными частями которой являются системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли назвать их простыми элементами компьютера? Конечно, нет! Каждая из этих частей -- это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных частей. В состав системного блока входят: центральный процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, CD-ROM, контроллеры внешних устройств и пр. В свою очередь, каждое из этих устройств -- также сложная система. Например, центральный процессор состоит из арифметико-логического устройства, устройства управления, регистров. Так можно продолжать и дальше, все более углубляясь в подробности устройства компьютера.

Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.

Из данного определения следует, что системный блок является подсистемой персонального компьютера, а процессор -- подсистемой системного блока.

А можно ли сказать, что какая-то простейшая деталь компьютера, например гайка, системой не является? Все зависит от точки зрения. В устройстве компьютера гайка -- простая деталь, поскольку на более мелкие части она не разбирается. Но с точки зрения строения вещества, из которого сделана гайка, это не так. Металл состоит из молекул, образующих кристаллическую структуру, молекулы -- из атомов, атомы -- из ядра и электронов. Чем глубже наука проникает в вещество, тем больше убеждается, что нет абсолютно простых объектов. Даже частицы атома, которые называли "элементарными" (например, электроны), тоже оказались не простыми.

Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, т.е. является приближенным. Степень подробности такого описания зависит от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее простой элемент, в других случаях -- как подсистема, имеющая свой состав и структуру.

Структура системы

Всякая система определяется не только составом своих частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое. Все части (элементы) системы находятся в определенных отношениях или связях друг с другом. Здесь мы выходим на следующее важнейшее понятие системологии -- понятие структуры.

Структура -- это совокупность связей между элементами системы.

Можно еще сказать так: структура -- это внутренняя организация системы. Многие открытия в науке связаны именно с выяснением структуры природных систем. Например, экспериментально было доказано, что атом состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц. Однако лишь открытие орбитальной структуры атома, сделанное Нильсом Бором, в полной мере объяснило природу атома. Стали понятны многие физические явления (например, механизм электромагнитного излучения).

Всякая система обладает определенным составом и структурой. Свойства системы зависят от того и от другого. Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.

С примерами зависимости свойств различных систем от их структуры ученики встречаются в разных школьных дисциплинах. Например, известно, что графит и алмаз состоят из молекул одного и того же химического вещества -- углерода. Но в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита структура совсем другая -- слоистая. В результате алмаз -- самое твердое в природе вещество, а графит -- мягкий, из него делают грифели для карандашей. В химии известно явление, которое называется изомерией. Вещества, состоящие из молекул одинакового атомарного состава, но различающиеся структурой молекул, обладают разными свойствами.

Типы связей в системах

Связи в системах бывают материальными и информационными. В естественных системах неживой природы (космические системы, атомы и молекулы, природные системы на Земле и пр.) связи носят только материальный характер, а в системах живой природы существуют связи материальные и информационные.

Информационные связи -- это обмен информацией между частями системы, поддерживающий ее целостность и функциональность.

Очевидно существование информационных связей в животном мире, в человеческом обществе. В технических системах, используемых в информационной сфере (радио, телевидение, компьютерные сети), также действуют связи информационного типа. В них информация -- это семантическое содержание физических сигналов, передаваемых между частями системы.

Общественные (социальные) системы -- это различные объединения, людей. Конечно, между ними тоже есть определенные материальные связи (например, общее помещение, экономическая зависимость, родственно-генетические связи), но очень важны информационные связи. Ни один коллектив, от семьи до государства, не может существовать без информационного обмена.

Системный эффект

Следующее важное положение системологии формулируется так: всякая система приобретает новые качества, не присущие ее составным частям.

Например, отдельные детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье -- не обладают способностью к езде. Но вот эти детали соединили определенным образом, создав систему под названием "велосипед", которая приобрела новое качество -- способность к езде, т.е. возможность служить транспортным средством. Этим свойством не обладала ни одна из деталей в отдельности. То же самое можно показать на примере самолета: ни одна часть самолета в отдельности не обладает способностью летать; но собранный из них самолет (система) -- летающее устройство. Еще пример: социальная система -- строительная бригада. Один рабочий, владеющий одной специальностью (каменщик, сварщик, плотник, крановщик и пр.), не может построить многоэтажный дом, но вся бригада вместе справляется с этой работой.

Появление нового качества у системы называется системным эффектом. Это же свойство выражается фразой: "Целое больше суммы своих частей".

Модели систем

Наши представления о реальных системах носят приближенный, модельный характер. Описывая в какой-либо форме реальную систему, мы создаем ее информационную модель.

Модель "черного ящика"

Всякая система -- это нечто цельное и выделенное из окружающей среды. Система и среда взаимодействуют между собой. В системологии используются представления о входах и выходах системы.Вход системы -- это воздействие, на систему со стороны внешней среды, а выход -- это воздействие, оказываемое системой на окружающую среду. Такое представление о системе называется моделью "черного ящика" (см. рисунок).

черный ящик системный анализ

Модель "черного ящика" используется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы недоступно или не представляет интереса, но важно описать ее внешние взаимодействия. Например, в любой инструкции по использованию бытовой техники (телевизор, магнитофон, стиральная машина и пр.) дается описание работы с ней на уровне входов и выходов: как включить, как регулировать работу, что получим на выходе. Такого представления может быть вполне достаточно для пользователя данной техникой, но не достаточно для специалиста по ее ремонту.

Модель "черного ящика" отражает лишь взаимодействие системы с окружающей средой. Такой подход к сложным системам был введен в кибернетике. Казалось бы, это простейшая модель, которая не углубляется во внутреннее устройство системы. Однако и внешние взаимодействия реальной системы оказываются бесконечно сложными. Поэтому модель "черного ящика", как и любая другая, строится в соответствии с целью моделирования, учитывая лишь те входы и выходы системы, которые существенны с точки зрения цели моделирования, назначения создаваемой модели.

Если описать компьютер как "черный ящик", учитывая только его информационное взаимодействие с внешней средой, то модель получится следующей:

Если, кроме информационного, учитывать еще и физическое взаимодействие компьютера с внешней средой, то на входе надо добавить: "электропитание", "температурное воздействие", "вибрационное воздействие". На выходе: "излучение экрана", "шум вентилятора", "нагрев от монитора". В таком расширенном списке входов и выходов следует выделить основные параметры и побочные. Основные -- это те, которые связаны с главной функцией системы: работа с информацией. Среди побочных можно выделить необходимые (электропитание) и нежелательные (излучение экрана, шум вентилятора).

Модель можно расширить, добавив в нее экономические параметры, связанные с финансовыми расходами на входе (исходная цена, оплата электроэнергии, оплата за пользование Интернетом) и возможными доходами на выходе, если компьютер является рабочим инструментом, в результате использования которого человек зарабатывает деньги.

Тестирование на основе черного ящика

Тестирование на основе стратегии черного ящика возможно лишь при наличии установленных открытых интерфейсов, таких как интерфейс пользователя или программный интерфейс приложения (API).

Если тестирование на основе стратегии белого ящика исследует внутреннюю работу программы, то методы тестирования черного ящика сравнивают поведение приложения с соответствующими требованиями. Кроме того, эти методы обычно направлены на выявление трех основных видов ошибок: функциональности, поддерживаемой программным продуктом; производимых вычислений; допустимого диапазона или области действия значений данных, которые могут быть обработаны программным продуктом. На этом уровне тестировщики не исследуют внутреннюю работу компонентов программного продукта, тем не менее они проверяются неявно.

Группа тестирования изучает входные и выходные данные программного продукта. В этом ракурсе тестирование с помощью методов черного ящика рассматривается как синоним тестирования на уровне системы, хотя методы черного ящика могут также применяться во время модульного или компонентного тестирования.

При тестировании методами черного ящика важно участие пользователей, поскольку именно они лучше всего знают, каких результатов следует ожидать от бизнес-функций. Ключом к успешному завершению системного тестирования является корректность данных. Поэтому на фазе создания данных для тестирования крайне важно, чтобы конечные пользователи предоставили как можно больше входных данных.

Тестирование при помощи методов черного ящика направлено на получение множеств входных данных, которые наиболее полно проверяют все функциональные требования системы. Это не альтернатива тестированию по методу белого ящика. Этот тип тестирования нацелен на поиск ошибок, относящихся к целому ряду категорий, среди них:

· Неверная или пропущенная функциональность

· Ошибки интерфейса

· Проблемы удобства использования

· Методы тестирования на основе Автоматизированные инструменты

· Ошибки в структурах данных или ошибки доступа к внешним базам данных

· Проблемы снижения производительности и другие ошибки производительности

· Ошибки загрузки

· Ошибки многопользовательского доступа

· Ошибки инициализации и завершения

· Проблемы сохранения резервных копий и способности к восстановлению работы

· Проблемы безопасности

Методы тестирования на основе стратегии черного ящика

· Эквивалентное разбиение. Исчерпывающее тестирование входных данных, как правило, неосуществимо. Поэтому следует проводить тестирование с использованием подмножества входных данных.

При тестировании ошибок, связанных с выходом за пределы области допустимых значений, применяют три основных типа эквивалентных классов: значения внутри границы диапазона, за границей диапазона и на границе. Оправдывает себя практика создания тестовых процедур, которые проверяют граничные случаи плюс/минус один во избежание пропуска ошибок «на единицу больше» или «на единицу меньше». Кроме разработки тестовых процедур, использующих сильно структурированные классы эквивалентности, группа тестирования должна провести исследовательское тестирование. Тестовые процедуры, при выполнении которых выдаются ожидаемые результаты, называются правильными тестами. Тестовые процедуры, проведение которых должно привести к ошибке, носят название неправильных тестов.

· Анализ граничных значений. Анализ граничных значений можно применить как на структурном, так и на функциональном уровне тестирования. Границы определяют данные трех типов: правильные, неправильные и лежащие на границе. Тестирование границ использует значения, лежащие внутри или на границе (например, крайние точки), и максимальные/минимальные значения (например, длины полей). При таком исследовании всегда должны учитываться значения на единицу больше и меньше граничного. При тестировании за пределами границы используется репрезентативный образец данных, выходящих за границу, т.е. неверные значения.

· Диаграммы причинно-следственных связей. Составление диаграмм причинно-следственных связей - это метод, дающий четкое представление о логических условиях и соответствующих действиях. Метод предполагает четыре этапа. Первый этап заключается в составлении перечня причин (условий ввода) и следствий (действий) для модуля и в присвоении идентификатора каждому модулю. На втором этапе разрабатывается диаграмма причинно-следственных связей. На третьем этапе диаграмма преобразуется в таблицу решений. Четвертый этап включает в себя установление причин и следствий в процессе чтения спецификации функций. Каждой причине и следствию присваивается собственный идентификатор. Причины перечисляются в столбике с левой стороны листа бумаги, а следствия - с правой. Затем причины и следствия соединяются линиями так, чтобы были отражены имеющиеся между ними соответствия. На диаграмме проставляются булевы выражения, которые объединяют две или более причин, связанных со следствием. Далее правила таблицы решений преобразуются в тестовые процедуры.

· Системное тестирование. Термин «системное тестирование» часто употребляется как синоним «тестирования с помощью методов черного ящика», поскольку во время системного тестирования группа тестирования рассматривает в основном «внешнее поведение» приложения. Системное тестирование включает в себя несколько подтипов тестирования, в том числе функциональное, регрессионное, безопасности, перегрузок, производительности, удобства использования, случайное, целостности данных, преобразования данных, сохранения резервных копий и способности к восстановлению, готовности к работе, приемо-сдаточные испытания и альфа/бета тестирование.

· Функциональное тестирование. Функциональное тестирование проверяет системное приложение в отношении функциональных требований с целью обнаружения несоответствия требованиям конечного пользователя. Для большинства программ тестирования программного продукта данный метод тестирования является главным. Его основная задача - оценка того, работает ли приложение в соответствии с предъявляемыми требованиями.

· Регрессионное тестирование. Смысл проведения тестирования заключается в обнаружении дефектов, их документировании и отслеживании вплоть до устранения. Тестировщик должен быть уверен в том, что меры, принимаемые для устранения найденных ошибок, не породят в свою очередь новых ошибок в других областях системы. Регрессионное тестирование позволяет выяснить, не появились ли какие-либо ошибки в результате ликвидации уже обнаруженных ошибок. Именно для регрессионного тестирования применение инструментов автоматизированного тестирования дает наибольшую отдачу. Все созданные ранее скрипты можно использовать снова для подтверждения того, что в результате изменений, внесенных при устранении ошибки, не появились новые дефекты. Эта цель легко достижима, поскольку скрипты можно выполнять без ручного вмешательства и использовать столько раз, сколько необходимо для обнаружения ошибок.

· Тестирование безопасности. Тестирование безопасности включает в себя проверку работы механизмов доступа к системе и к данным. Для этого придумывают тестовые процедуры, которые пытаются преодолеть защиту системы. Тестировщик проверяет степень безопасности и ограничения доступа, выявляя таким образом соответствие установленным требованиям к безопасности и всем применяемым правилам по безопасности системы.

· Тестирование перегрузок. При тестировании перегрузок выполняется проверка системы без учета ограничений архитектуры с целыо выявления технических ограничений системы. Эти тесты проводятся на пике обработки транзакций и при непрерывной загрузке большого объема данных. Тестирование перегрузок измеряет пропускную способность системы и ее эластичность (resiliency) на всех аппаратных платформах. Этот метод подразумевает одновременное обращение со стороны многих пользователей к определенным функциям системы, причем некоторые вводят значения, выходящие за пределы нормы. От системы требуется обработка огромного количества данных или выполнение большого числа функциональных запросов в течение короткого периода времени.

· Тестирование производительности. Тесты производительности проверяют, удовлетворяет ли системное приложение требованиям по производительности. Применяя тестирование производительности, можно замерить и составить отчеты по таким показателям, как скорость передачи входных и выходных данных, общее число действий по вводу и выводу данных, среднее время, затрачиваемое базой данных на отклик на запрос, и интенсивность использования центрального процессора. Как правило, для автоматической проверки степени производительности, проводимой в рамках тестирования производительности, используются те же инструменты, что и при тестировании перегрузок.

· Тестирование удобства использования. Тесты удобства использования направлены на подтверждение простоты применения системы и того, что пользовательский интерфейс выглядит привлекательно. Такие тесты учитывают человеческий фактор в работе системы. Тестировщику нужно оценить приложение с точки зрения конечного пользователя.

Размещено на Allbest.ru