Giáo trình Phân tích và Thiết kế Hệ thống Thông tin - Nguyễn Trần Phương

Giáo trình phân tích thiết kế hệ thống thông tin cung cấp kiến thức chuyên sâu về quy trình, phương pháp và công cụ để xây dựng hệ thống thông tin hiệu quả,

• Tác giả: Nguyễn Trần Phương
• Trường học: Trường Trung học Kinh tế Kỹ thuật Hòa Bình
• Chuyên ngành: Công nghệ Thông tin
• Đề tài: Phân tích và thiết kế hệ thống thông tin
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hòa Bình

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình phân tích thiết kế hệ thống thông tin Nguyễn Trần Phương

Giáo trình Phân tích Thiết kế Hệ thống Thông tin do Nguyễn Trần Phương biên soạn là tài liệu giảng dạy chuyên ngành Công nghệ Thông tin tại Trường Trung học Kinh tế Kỹ thuật Hòa Bình, xuất bản năm 2009. Tài liệu này cung cấp kiến thức nền tảng và chuyên sâu về quy trình xây dựng hệ thống thông tin, từ giai đoạn lập kế hoạch đến triển khai và bảo trì. Giáo trình được cấu trúc thành năm chương chính, bao gồm những vấn đề chung về hệ thống thông tin, nghiên cứu và xử lý kết quả nghiên cứu, mô hình hóa quan niệm, mức tổ chức và vật lý,以及 quản lý các giai đoạn xây dựng hệ thống. Nội dung được trình bày hệ thống, logic, phù hợp cho sinh viên ngành Công nghệ Thông tin và những người quan tâm đến lĩnh vực phân tích thiết kế hệ thống. Tài liệu lưu hành nội bộ, phục vụ mục đích đào tạo chuyên môn tại trường.

1.1. Mục tiêu và đối tượng của giáo trình

Giáo trình hướng đến việc trang bị cho sinh viên kiến thức toàn diện về quy trình phân tích và thiết kế hệ thống thông tin. Đối tượng chính là sinh viên chuyên ngành Công nghệ Thông tin tại Trường Trung học Kinh tế Kỹ thuật Hòa Bình. Nội dung giúp người học nắm vững các phương pháp nghiên cứu hiện trạng, xây dựng mô hình dữ liệu, chuyển đổi giữa các mức trừu tượng hóa và quản lý dự án phát triển hệ thống. Giáo trình cũng phục vụ giảng viên làm tài liệu tham khảo trong quá trình giảng dạy môn Phân tích và Thiết kế hệ thống.

1.2. Cấu trúc nội dung giáo trình

Giáo trình gồm năm chương được biên soạn theo trình tự logic. Chương 1 trình bày những vấn đề chung về hệ thống thông tin và các quan điểm phân tích. Chương 2 giới thiệu phương pháp nghiên cứu hiện trạng và xử lý kết quả. Chương 3 tập trung vào mô hình hóa quan niệm với mô hình thực thể-quan hệ. Chương 4 trình bày mức tổ chức và vật lý, bao gồm mô hình cơ sở dữ liệu. Chương 5 đề cập đến quản lý các giai đoạn xây dựng hệ thống thông tin, từ lập kế hoạch đến bảo trì.

II. Các vấn đề phân tích và nghiên cứu hệ thống thông tin

Quá trình phân tích hệ thống thông tin đòi hỏi phương pháp nghiên cứu khoa học và có hệ thống. Giáo trình Nguyễn Trần Phương trình bày ba phương pháp nghiên cứu chính: quan sát, điều tra và phỏng vấn. Mỗi phương pháp có ưu điểm riêng và phù hợp với từng tình huống cụ thể. Phương pháp quan sát giúp ghi nhận trực tiếp các hoạt động thực tế tại hiện trường. Phương pháp điều tra thu thập thông tin từ nhiều đối tượng qua phiếu hỏi. Phương pháp phỏng vấn cho phép đào sâu vào chi tiết từng vấn đề. Sau khi thu thập dữ liệu, kết quả nghiên cứu cần được xử lý kỹ lưỡng. Công việc bao gồm tổng hợp kết quả điều tra, tổng hợp dữ liệu, rà soát lại tài liệu và rút ra các yếu tố cần thiết. Mục đích chính là làm rõ nhiệm vụ của hệ thống sẽ được tin học hóa, xác định các quy tắc ràng buộc và tổng hợp yêu cầu một cách đầy đủ, chính xác.

2.1. Phương pháp thu thập thông tin

Giáo trình giới thiệu ba phương pháp thu thập thông tin cơ bản. Phương pháp quan sát yêu cầu người phân tích trực tiếp theo dõi các hoạt động diễn ra trong hệ thống hiện tại, ghi chép lại quy trình và luồng dữ liệu. Phương pháp điều tra sử dụng phiếu hỏi được thiết kế sẵn, phát cho nhiều đối tượng để thu thập số liệu thống kê. Phương pháp phỏng vấn cho phép trao đổi trực tiếp với người sử dụng, đặt câu hỏi chi tiết và làm rõ các vấn đề phức tạp. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể của dự án.

2.2. Xử lý và tổng hợp kết quả nghiên cứu

Sau giai đoạn thu thập thông tin, kết quả cần được xử lý và tổng hợp một cách khoa học. Bao gồm tổng hợp các kết quả điều tra, tổng hợp dữ liệu thô thành thông tin có cấu trúc. Tiếp theo là rà soát lại toàn bộ tài liệu để rút ra các yếu tố cần thiết. Xác định mục đích của hệ thống sẽ được tin học hóa, liệt kê các quy tắc ràng buộc và làm rõ các nhiệm vụ cụ thể. Cuối cùng, tổng hợp tất cả yêu cầu để tạo thành cơ sở cho giai đoạn thiết kế hệ thống.

III. Phương pháp mô hình hóa và thiết kế hệ thống thông tin

Mô hình hóa là bước quan trọng trong quy trình thiết kế hệ thống thông tin. Giáo trình trình bày ba mức trừu tượng hóa chính: mức quan niệm, mức tổ chức và mức tác nghiệp. Tại mức quan niệm, mô hình thực thể-quan hệ (ER) được sử dụng để biểu diễn dữ liệu. Mô hình này xác định các thực thể, thuộc tính, mối quan hệ giữa các thực thể và ràng buộc toàn vẹn. Tại mức tổ chức, các mô hình cơ sở dữ liệu được giới thiệu: mô hình phân cấp, mô hình mạng, mô hình quan hệ và mô hình hướng đối tượng. Quá trình chuẩn hóa được áp dụng để loại bỏ trùng lặp và đảm bảo tính nhất quán dữ liệu. Giáo trình cũng hướng dẫn chuyển đổi từ mô hình quan niệm sang mô hình logic, rồi sang mô hình vật lý. Công cụ Rational Rose 2003 được giới thiệu hỗ trợ quá trình mô hình hóa bằng ngôn ngữ UML, bao gồm các biểu đồ use-case, class, sequence và collaboration.

3.1. Mô hình thực thể quan hệ và mô hình hóa quan niệm

Mô hình thực thể-quan hệ (ER) là công cụ chính để mô hình hóa dữ liệu ở mức quan niệm. Mô hình này xác định các thực thể đại diện cho đối tượng trong hệ thống, các thuộc tính mô tả đặc điểm của thực thể, và các mối quan hệ giữa chúng. Bản số xác định số lượng thực thể tham gia vào mỗi mối quan hệ. Ràng buộc toàn vẹn đảm bảo tính chính xác và đầy đủ của dữ liệu. Xây dựng mô hình ER là bước nền tảng trước khi chuyển sang thiết kế chi tiết cơ sở dữ liệu ở mức tổ chức và vật lý.

3.2. Các mô hình cơ sở dữ liệu và chuẩn hóa

Giáo trình giới thiệu bốn loại mô hình cơ sở dữ liệu phổ biến. Mô hình phân cấp sắp xếp dữ liệu theo cây phân cấp. Mô hình mạng cho phép mỗi nút có nhiều nút cha. Mô hình quan hệ sử dụng bảng để lưu trữ dữ liệu, được sử dụng rộng rãi nhất. Mô hình hướng đối tượng kết hợp lập trình hướng đối tượng với quản lý dữ liệu. Quá trình chuẩn hóa bao gồm các dạng chuẩn từ 1NF đến 3NF, giúp loại bỏ dư thừa dữ liệu, tránh dị thường cập nhật và đảm bảo tính toàn vẹn thông tin trong hệ thống.

IV. Ứng dụng thực tế và quản lý dự án phát triển hệ thống

Giáo trình Nguyễn Trần Phương không chỉ trình bày lý thuyết mà còn hướng dẫn ứng dụng thực tế. Chương cuối đề cập đến quản lý các giai đoạn xây dựng hệ thống thông tin, bao gồm lập kế hoạch, xác định yêu cầu, xây dựng nhóm, bố trí nhân sự và phân công nhiệm vụ. Hai mô hình phát triển phần mềm được giới thiệu: mô hình thác nước và mô hình tạo nguyên mẫu. Mô hình thác nước thực hiện tuần tự từng giai đoạn. Mô hình tạo nguyên mẫu cho phép xây dựng bản mẫu nhanh để người sử dụng đánh giá trước khi triển khai chính thức. Giai đoạn kiểm tra bao gồm unit testing, integration testing, system testing và acceptance testing. Giai đoạn bảo trì là giai đoạn tiêu tốn nhiều thời gian và chi phí nhất, đòi hỏi tài liệu kỹ thuật đầy đủ và kênh thông tin giữa người sử dụng và đội ngũ bảo trì. Hệ thống quản lý xét tốt nghiệp được sử dụng làm ví dụ minh họa cụ thể cho toàn bộ quy trình phân tích và thiết kế.

4.1. Quản lý dự án và quy trình phát triển hệ thống

Quản lý dự án phát triển hệ thống thông tin đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các thành viên. Giáo trình hướng dẫn xây dựng nhóm dự án, bố trí nhân sự phù hợp với năng lực và phân công nhiệm vụ rõ ràng. Lập kế hoạch tiếp cận vấn đề giúp định hướng công việc theo tiến trình có kiểm soát. Hai mô hình phát triển chính là mô hình thác nước và mô hình tạo nguyên mẫu, mỗi mô hình có ưu nhược điểm riêng. Việc lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm và yêu cầu cụ thể của từng dự án.

4.2. Kiểm tra và bảo trì hệ thống

Kiểm tra là giai đoạn không thể thiếu trong quy trình phát triển hệ thống. Bao gồm kiểm tra đơn vị để xác minh từng thành phần hoạt động đúng. Kiểm tra tích hợp đánh giá sự kết hợp giữa các component. Kiểm tra hệ thống xác nhận đáp ứng yêu cầu chức năng. Kiểm tra chấp nhận được thực hiện bởi khách hàng. Giai đoạn bảo trì sửa chữa phần mềm khi có thay đổi, đòi hỏi tài liệu kỹ thuật chi tiết từ giai đoạn thi công và kênh thông tin giữa người sử dụng với đội ngũ bảo trì.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Những vấn đề chung. Các khái niệm cơ bản, các định hướng mới trong cách tiếp cận để thực hiện một dự án tin học; Giới thiệu các dạng hệ thống thông tin; Vòng đời phát triển hệ thống và so sánh các cách tiếp cận phát triển hệ thống; Các giai đoạn trong quá trình xây dựng hệ thống thông tin. Chương 2: Nghiên cứu & xử lý kết quả nghiên cứu. Phương pháp chung để nghiên cứu và xử lý các thông tin thu nhận được.

Các mặt mạnh, yếu của các phương nghiên cứu; Các xu hướng hiện nay. Một vài Tài liệu môn Phân tích & Thiết kế hệ thống – Giáo viên biên soạn: Nguyễn Trần Phương Trường Trung học Kinh tế Kỹ thuật Hòa Bình – Ngành Công nghệ Thông tin kinh nghiệm khi thực hiện dự án tin học mà tác giả đã tiếp cận theo các phương pháp này để cùng tham gia xây dựng phần mềm tại đơn vị đang công tác. Chương 3: Mô hình quan niệm. Cung cấp phương pháp để xây dựng và mô hình hoá các quan niệm.

Nắm được những khái niệm căn bản của CSDL quan hệ; Các kỹ thuật cơ bản để xây dựng mô hình dữ liệu. Phương pháp đơn giản có thể để giải quyết được mối kết hợp nhiều. Chương 4: Mức tổ chức và vật lý. Cung cấp phương pháp để xây dựng và mô hình hoá các vật lý.

Giới thiệu một số công cụ hiện có và đang được sử dụng rộng rãi trên thị trường. Từ đó học sinh, sinh viên biết lựa chọn kết hợp các giải pháp để giải quyết bài toán bằng một công cụ thích hợp cho phát triển phần mềm. Chương 5: Quản lý các giai đoạn xây dựng hệ thống thông tin Với mục tiêu tham khảo, chương này cung cấp một số kiến thức được chắt lọc từ bộ môn quản lý dự án phần mềm, công nghệ phần mềm nhằm bổ trợ tốt hơn khi học sinh, sinh viên tốt nghiệp và công tác tại đơn vị phát triển phần mềm. Phần Phụ lục.

Trích quy trình thực hiện việc nghiên cứu hiện trạng website của trường (mẫu về nghiên cứu hiện trạng). Trình bày giải pháp quản lý thư viện và phát sinh mã cho hệ thống này của trường (mẫu về giải pháp lựa chọn, quản lý và thực hiện một dự án tin học). Trình bày hồ sơ phân tích & thiết kế phần mềm quản lý đào tạo của trường (trích một phần làm mẫu cho cho học sinh, sinh viên tham khảo). Hồ sơ phân tích & thiết kế Hệ thống thông tin Quản lý đối tượng BHXH Thành phố HCM (mẫu về cách lập hồ sơ phân tích thiết kế hệ thống thông tin để học sinh, sinh viên tham khảo).

Mỗi chương đều có phần câu hỏi, bài tập để giúp sinh viên hiểu rõ hơn kiến thức được học và kiểm tra khả năng áp dụng kiến thức của sinh viên vào các bài toán thực tế. Tài liệu này được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu học tập của học sinh, sinh viên Trung cấp Kinh tế Kỹ thuật Hòa Bình. Dù đã cố gắng hết sức, nhưng tài liệu đều mới được cập nhật và bổ sung với nhiều kiến thức mới nên việc tự nghiên cứu và biên tập chắc chắn còn nhiều hạn chế và không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô, chuyên gia, đồng nghiệp và các bạn sinh viên, học sinh. Qua đây cá nhân cũng gửi lời tri ân tới các thầy cô, chuyên gia và đồng nghiệp chưa có điều kiện gặp mặt, mà trong tài liệu tác giả đã trích tư liệu, hình ảnh để biên tập cuốn sách này.

Tác giả chân thành cám ơn sự động viên và đóng góp ý kiến của các thầy cô, chuyên gia và bạn đồng nghiệp để tài liệu đã biên soạn được hiệu chỉnh tốt hơn. Tác giả Tài liệu môn Phân tích & Thiết kế hệ thống – Giáo viên biên soạn: Nguyễn Trần Phương Trường Trung học Kinh tế Kỹ thuật Hòa Bình – Ngành Công nghệ Thông tin - Môn Phân tích & Thiết kế hệ thống CHƢƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Chương này trình bày các nội dung trọng tâm: - Các khái niệm cơ bản. - Các hệ thống thông tin và vấn đề phát triển hệ thống thông tin - Các giai đoạn trong quá trình xây dựng HTTT - Các định hướng trong cách tiếp cận để thực hiện một dự án tin học.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN 1.1 Hệ thống thông tin Hệ thống là tập hợp các phần tử tương tác được tổ chức nhằm thực hiện một mục đích xác định. Áp dụng định nghĩa này vào các tổ chức ta cần chính xác hoá một số khái niệm:  Các phần tử ở đây tập hợp các phương tiện vật chất và nhân lực.

 Tổ chức tạo thành một hệ thống mở, nghĩa là liên hệ với một môi trường. Một số phần tử của hệ thống có sự tương tác với bên ngoài (cung ứng, thương mại, v. Hệ thống thông tin là một hệ thống mà mối liên hệ giữa các thành phần của nó cũng như những liên hệ của nó với với các hệ thống khác là liên hệ thông tin. Hệ thống thông tin của một tổ chức là bao gồm các nguồn lực và quy trình xử lý thông tin trong tổ chức đương nhiên không thể bỏ qua các thông tin.

Khi nói đến thông tin thì nhất thiết phải kể đến:  Kiểu thông tin: Ví như văn bản, số liệu, âm thanh, hình ảnh, tri thức.  Phương tiện lưu trữ thông tin: Giấy, phim, ảnh, đĩa vv.  Các quy tắc và phương pháp biến đổi thông tin. Như vậy hệ thống thông tin tin học hóa chính là phần mềm tin học được cấu thành bởi các yếu tố con người, thông tin, phương tiện và phương pháp xử lý tin.1 Các hệ thống thông tin Ngày nay, các ứng dụng công nghệ thông tin đã được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vựa khác nhau của đời sống xã hội.

Tuỳ theo quan điểm mà có thể phân loại các hệ thống thông tin theo các tiêu chí khác nhau. Tuy nhiên xét về mặt ứng dụng, hệ thống thông tin có thể được phân chia thành một số nhóm như sau:  Hệ thống thông tin quản lý: Bao gồm các hệ thống thông tin hỗ trợ các hoạt động nghiệp vụ và quản lý của các doanh nghiệp, các tổ chức. Ví dụ các hệ thống quản lý nhân sự, hệ thống kế toán, hệ thống tính cước và chăm sóc khách hàng, hệ thống quản lý thư viện, hệ thống đào tạo trực tuyến, hệ thống quản lý các đại lý bán hàng từ xa.  Các hệ thống Website: Gồm các hệ thống có nhiệm vụ cung cấp thông tin cho người dùng trên môi trường mạng Internet.

Các hệ thống Website có đặc điểm là thông tin cung cấp cho người dùng có tính đa dạng (có thể là tin tức hoặc các dạng file đa phương tiện) và được cập nhật thường xuyên. Giáo viên biên soạn: Nguyễn Trần Phương 4 Trường Trung học Kinh tế Kỹ thuật Hòa Bình – Ngành Công nghệ Thông tin - Môn Phân tích & Thiết kế hệ thống Gồm cả các hệ thống website đặc biệt cung cấp các dịch vụ chủ yếu là việc trao đổi mua bán hàng hoá trên môi trường Internet. Hệ thống thương mại điện tử bao gồm cả các nền tảng hỗ trợ các giao thức mua bán, các hình thức thanh toán, chuyển giao hàng hoá.  Hệ thống điều khiển: Gồm các hệ thống phần mềm gắn với các thiết bị phần cứng hoặc các hệ thống khác nhằm mục đích điều khiển và giám sát hoạt động của thiết bị hay hệ thống đó.

Ví dụ như hệ thống máy tính nhúng trong một dây truyền sản xuất, hệ thống điều khiển lò nung, hệ thống điều khiển cửa phai thủy điện, v. Mỗi loại hệ thống thông tin có những đặc trưng riêng và cũng đặt ra những yêu cầu riêng cho việc phát triển hệ thống. Ví dụ, các hệ thống điều khiển đòi hỏi những yêu cầu về môi trường phát triển, hệ điều hành và ngôn ngữ lập trình riêng; các hệ website thực thi các chức năng trên môi trường mạng phân tán đòi hỏi cách phát triển riêng.Do vậy, không có một phương pháp luận chung cho tất cả các dạng hệ thống thông tin. Có một cách phân chia khác:  Hệ thống thông tin (Information System): Cất giữ, lấy, biến đổi biểu diễn thông tin cho người sử dụng.

Xử lý những khoảng dữ liệu lớn có các quan hệ phức tạp , mà chúng được lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu quan hệ hay hướng đối tượng.  Hệ thống kỹ thuật (Technical System): Xử lý và điều khiển các thiết bị kỹ thuật như viễn thông, hệ thống quân sự, hay các quá trình công nghiệp. Đây là loại thiết bị phải xử lý các giao tiếp đặc biệt, không có phần mềm chuẩn và thường là các hệ thống thời gian thực (real time).  Hệ thống nhúng (Embeded System): Thực hiện trên phần cứng gắn vào các thiết bị như điện thoại di động, điều khiển xe hơi, … Điều này được thực hiện bằng việc lập trình mức thấp với hỗ trợ thời gian thực.

Những hệ thống này thường không có các thiết bị như màn hình đĩa cứng, …  Hệ thống phân bố ( Distributed System): Được phân bố trên một số máy cho phép truyền dữ liệu từ nơi này đến nơi khác một cách dễ dàng. Chúng đòi hỏi các cơ chế liên lạc đồng bộ để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu và thường được xây dựng trên một số các kỹ thuật đối tượng như CORBA, COM/DCOM, hay Java Beans/RMI.  Hệ thống Giao dịch (Business System): Mô tả mục đích, tài nguyên (con người, máy tính, …), các quy tắc (luật pháp, chiến thuật kinh doanh, cơ chế, …), và công việc hoạt động kinh doanh.  Phần mềm hệ thống (System Software): Định nghĩa cơ sở hạ tầng kỹ thuật cho phần mềm khác sử dụng, chẳng hạn như hệ điều hành, cơ sở dữ liệu, giao diện người sử dụng.

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Trần Phương 5 Trường Trung học Kinh tế Kỹ thuật Hòa Bình – Ngành Công nghệ Thông tin - Môn Phân tích & Thiết kế hệ thống 1.2 Các tính năng của hệ thống thông tin Các tính năng của một hệ thống thông tin gồm: o Thời gian trả kết quả: Tức là thời gian kể từ khi hệ thống nhận được thông tin yêu cầu cho đến khi có quyết định tương ứng với thông tin yêu cầu đó. o Khối lượng của thông tin được xử lý. o Độ phức tạp của dữ liệu cần xử lý và cả độ phức tạp của xử lý. o Độ phức tạp của cấu trúc hệ thống cho dù quy mô của hệ thống không lớn.

o Độ tin cậy của hệ thống trong đó phải tính đến cơ chế an toàn, dự phòng các sự cố ngoài mong đợi.