Курс Технология программирования Введение Статистика показывает: если

соответствие время, необходимое для ее разработки, и число занятых в

ней программистов, то окажется, что все происходит так, словно каждый программист создает 5 команд в день, а остальное время пишет команды, которые потом признаются бесполезными или неправильными, и разыскивает сделанные ошибки».

Software Engineering Institute (SEI) в Университете Карнеги-Меллон в Питсбурге установил некоторые градационные рамки, которые позволяют каждому пользователю и производителю отнести себя к одной из пяти категорий по отношению к проектированию и разработке программного обеспечения.

Уровень 1. Хаотичный
- Плохое управление порядком.
- Отсутствие управления операциями.
- Высокая себестоимость проектов и проблемы с планированием.
- Отсутствие управления технической стороной реализации проектов.
- Неиспользование новых средств и технологий.
Под данную категорию подпадают от 74 % до 86 % всех разработчиков программного обеспечения.

Уровень 2. Повторяющийся
- Переоценка стоимости, планирование, изменение требований, обзор состояния дел и прочее повторяются от проекта к проекту.
- Используются стандартные методы разработки программного обеспечения.
- Стоимость и планирование проектов под контролем.
В данной категории от 22 % до 23 % всех разработчиков.

- Процесс определен, оценен и хорошо управляем.

- Используются специальные средства для контроля и управления процессом разработки и для поддержки сбора и анализа данных.
- Ведется обширный анализ данных о проекте, собранных при помощи обзоров и тестирования.
Практически 0 % разработчиков достигли данного уровня компетенции.

Уровень 5. Оптимизированный
- Достигнута высокая степень управления процессом.
- Организация концентрирует усилия на оптимизации отдельных операций.
- Исчерпывающий анализ допущенных и предотвращение возможных ошибок постоянно ведет к совершенствованию процесса.
Данного уровня достигли 0%.

Уровень 3. Определенный
- Процесс разработки определен в терминах технического стандарта разработки программного обеспечения, включая проектирование, лицензирование кода и обучение.
Только от 1 % до 4 % разработчиков достигли данного уровня.

все применяемые в информатике понятия сформулированы точно, и, тем не

менее, больших разногласий в применении терминологии на практике нет.

В рамках дисциплины «Технология программирования» будем пользоваться следующей терминологией:

Программа — это тексты любых программ на языке программирования или в объектном коде, пригодные для исполнения на ЭВМ.

Комплекс программ (КП) - это совокупность взаимосвязанных программ для ЭВМ, в основном как объект разработки конечного программного продукта на различных этапах его создания, однако еще не достигший завершенного состояния, пригодного для тиражирования и эксплуатации с определенными качественными показателями.

Программное обеспечение (ПО), или программные средства (ПС), или программное изделие (ПИ), или программный продукт (ПП) - это совокупность программ и связанных с ними данных определенного назначения, пригодных для исполнения на ЭВМ, прошедших испытания с зафиксированными показателями качества и снабженных комплектом документации, достаточной для квалифицированной эксплуатации по назначению и использования как продукции производственно-технического назначения.

С появлением новых технологий в разработке программного обеспечения (визуальные и объектно-ориентированные), появились и новые понятия: «Проект» и «Приложение». «Приложение для пользователя» рассматривается как объект разработки. Разработка приложения стала его «проектированием».

по содержанию и отраслевому значению.
Программные средства, принятые в производство, изготавливаются

по утвержденной в установленном порядке технологии, должны соответствовать утвержденным техническим условиям и действующей нормативно-технической документации, обеспечиваться гарантиями поставщика.

В этом случае речь идет о программном изделии (о программном продукте для ЭВМ).

Под программным изделием (ПИ) понимается универсальное программное обеспечение, которое предназначается для широкого круга пользователей и должно поддерживаться в работоспособном состоянии, функциональность ПИ должна иметь возможность расширяться и дополняться на протяжении длительного периода времени.

можно сделать следующие предположения:

разработчик создает программное обеспечение для себя

или, по крайней мере, организационно связан с пользователями разрабатываемого программного обеспечения;

- пользователь формулирует свои требования непосредственно разработчику, если последний сам не является одновременно пользователем;

- пользователь активно участвует в разработке или в обслуживании программного обеспечения;

программное обеспечение _должно_ работать только на определенной конфигурации комплекса технических и программных средств в ограниченном диапазоне изменений его состава и структуры данных;

разработчик сам осуществляет внедрение программного обеспечения;

проблемы, возникшие при использовании программного обеспечения, решаются пользователем совместно с разработчиком или с персоналом, осуществляющим его техническое обслуживание (сопровождение);

- программы не имеют массового применения и доступны для использования только тем, кто их разработал;

- использование программы прекращается после получения результата.

обеспечения по контракту для единственного пользователя) можно сделать следующие предположения:

разработчик не знаком с пользователем;

требования пользователя формируются либо разработчиком, либо передаются ему  посреднической организацией (например, поставляющей программное обеспечение);

пользователи не участвуют в рассмотрении и согласовании проектных решений, если не считать редких случаев, когда их интересы представлены посредниками;

программное обеспечение должно сохранять работоспособность в широком диапазоне конфигураций вычислительных комплексов и при самых различных системных программных средствах;

пользователи осуществляют внедрение ПО либо сами, либо с посторонней помощью, но эта помощь исходит не от разработчика;

проблемы, возникшие при использовании программного обеспечения, разрешаются путем  переписки, иногда через посредника;

программное изделие предназначено для широкого круга пользователей, быть может, неизвестных;

- программное обеспечение используется многократно и длительное время.

- совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов.
Программа

«для себя»

Создается сравнительно небольшая программа, не требующая оценки

Сложное ПО

Предназначается для функционирования в реальном масштабе времени и требующее больших трудозатрат.

приведем две взаимно-противоположные ситуации

Различная степень формализации процесса разработки программных средств

Степень формализации процесса разработки программного обеспечения напрямую зависит от целей его создания, его величины, численности группы разработчиков
и других факторов.

систематизированных знаний об оптимальных способах (приемах) проведения процесса разработки программного

обеспечения, обеспечивающего в заданных условиях получение программной продукции с заданными свойствами.

Технология разработки программного обеспечения

1) представляет собой инженерный подход к разработке ПС ЭВМ, охватывающий:
методологию программирования, - проблемы обеспечения надежности программ,
оценку рабочих характеристик и качества проектов.

2) рассматривает вопросы управления проектированием систем программного обеспечения, а также средства и стандарты разработки программ.

3) определяет некоторую профессиональную культуру работы специалистов, обеспечивающую заданный уровень производительности труда и качества получаемой в результате программной продукции.

4) охватывает процесс разработки программного обеспечения от появления потребности в нем до его изготовления, передачи пользователю, модификации в процессе эксплуатации и прекращения его использования вследствие морального устаревания.

стандартизация языков проектирования программ, оформления и испытания программных модулей, а

также гарантии их качества.

2. Вести постоянный контроль и обеспечение качества программ.

3. Программы не должны содержать непроверенных путей и ситуаций функционирования, которые приводят к неожиданным результатам.

4. Пользователю или покупателю программ необходимо дать четкое представление о возможностях данной программы и технологических условиях эксплуатации, при которых гарантируются определенные функции и качество.

5. Технология разработки программного обеспечения должна обеспечивать минимизацию присутствия человеческого фактора в программировании.

6. Технология разработки программного обеспечения и средства ее поддержки (автоматизации) должны обеспечивать целенаправленную работу, прежде всего коллектива программистов, а не отдельных личностей.

7. Необходимо вести аккуратное документирование всех этапов разработки. Доступ к этой информации должен быть открытым.

8. Работа пользователя должна обеспечиваться развитой информационно-справочной системой.

9. Средства автоматизации технологии должны охватывать все этапы работы коллектива программистов.

10. ТРПО должна  быть простой в освоении, с автоматически включаемыми средствами подсказки.

11. ТРПО должна иметь средства автоматической фиксации в хронологическом порядке всех действий, выполняемых в процессе коллективного изготовления программного изделия - должны вестись и храниться в системе журналы (протоколы, дневники) разработки. Эти средства должны позволять восстанавливать любое состояние процесса разработки на любом этапе изготовления  ПО.

следует рассматривать единый комплекс аппаратных и программных средств, т.к. решение

любой задачи, выполнение любой функции, возложенной на ЭВМ, работающей в сети или локально, возможно при взаимодействии аппаратных и программных средств.

Под надежностью программного обеспечения (ПО) понимается свойство этого обеспечения выполнять заданные функции, сохраняя свои характеристики в установленных пределах при определенных условиях эксплуатации.

Надежность ПО определяется его безотказностью и восстанавливаемостью.

Безотказность ПО – это свойство сохранять работоспособность при использовании ПО для обработки информации в ИС. Безотказностью программного обеспечения оценивается вероятность его работы без отказов при определенных условиях внешней среды в течение заданного периода наблюдения.

Под отказом ПО понимается недопустимое отклонение характеристик функционирования этого обеспечения от предъявляемых требований. Определенные условия внешней среды – это совокупность входных данных и состояние самой ИС. Заданный период наблюдения соответствует времени, необходимому для выполнения на ЭВМ решаемой задачи.

Характеристики функционирования ПО зависят только от его качества, предопределяемого процессом разработки.
Безотказность ПО определяется его корректностью и зависит от наличия в нем ошибок, внесенных на этапе его создания.

Под устойчивостью функционирования ПО понимается способность ПО ограничивать последствия собственных ошибок и неблагоприятных воздействий внешней среды или противостоять им. Устойчивость ПО обычно обеспечивается с помощью введения различных форм избыточности, позволяющих иметь дублирующие модули программ, альтернативные программы для одних и тех же задач, осуществлять контроль за процессом исполнения программ.

ПО, являются:


Ошибки, скрытые в программе

При разработке сложного ПО возможно возникновение ошибок, которые не всегда удается обнаружить и ликвидировать в процессе отладки. В силу этого в программах остается некоторое количество скрытых ошибок. Они являются причиной неверного функционирования этих программ.

Среди ошибок подобного рода можно выделить следующие характерные группы:

Ошибки вычислений
Ошибки этой группы связаны с некорректной записью или программированием математических выражений, а также неверное преобразование типов переменных. Вследствие этого получаются неправильные результаты.

- Логические ошибки
Эта группа ошибок является причиной искажения алгоритма решения задачи. К ошибкам подобного рода можно отнести неверную передачу управления, неверное задание диапазона изменения параметра цикла, неверное условие и другие ошибки.

Ошибки ввода-вывода
Эти ошибки связаны с неправильным управлением ввода-вывода, формированием выходных записей, определением размера записей и другими неправильно свершенными действиями.

Ошибки манипулирования данными
К числу таких ошибок относятся: неверное определение числа элементов данных; неверные начальные значения, присвоенные данным; неверное указание длины операнда или имени переменной и другие ошибки.

Ошибки совместимости
связаны с отсутствием совместимости разрабатываемого или применяемого ПО с операционной системой или другими прикладными программами.

Ошибки сопряжений
группа этих ошибок вызывает неверное взаимодействие ПО с другими программами или подпрограммами, с системными программами, устройствами ЭВМ или входными данными.

данные не попадают в допустимую область значения переменных. В этом

случае возникает несоответствие между исходной информацией и возможностями программы.

3. Неверные действия пользователя
связаны с неправильной интерпретацией сообщений, с неправильными действиями пользователя при работе в диалоговом режиме. Часто эти ошибки являются следствием некачественной программной документацией.

4. Неисправность аппаратных средств ИС
Эти неисправности оказывают определенное влияние на характеристики надежности ПО. Появление отказов или сбои в работе аппаратуры приводят к нарушению хода обработки информации и, как следствие, могут искажать как исходные данные, так и саму программу.

Следствием появления ошибок в программе является ее отказ.

Последствия отказов ПО можно разделить на:
-  полное прекращение выполнения функций программы;
-  кратковременное нарушение хода обработки информации в ИС.

Аварийное завершение работы прикладного ПО легко идентифицируется, так как операционная система выдает сообщения, содержащие аварийный код.
Характерными причинами появления аварийного завершения являются:
- ошибки при выполнении макрокоманды,
- неверное использование методов доступа,
- нарушение защиты памяти,
- нехватка ресурсов памяти,
- неверное использование макрокоманды,
- возникновение программных прерываний, для которых не указан обработчик,
и другие причины.

безотказной работы программы p(t) , представляющая собой вероятность того, что

ошибки программы не проявятся в интервале времени (0, t);

- вероятность отказа программы q(t) или вероятность события отказа ПО до момента времени t ;

- интенсивность отказов программы l(t) ;

- средняя наработка программы на отказ T , являющаяся математическим ожиданием временного интервала между последовательными отказами.

При определении характеристик надежности ПО учитывается тот факт, что возникающие при работе программ ошибки устраняются, количество ошибок уменьшается и, следовательно, их интенсивность понижается, а наработка на отказ программы увеличивается.

В связи с такими предположениями рассматривается несколько моделей надежности ПО:
- модель с дискретно-понижающей частотой появления ошибок,
модель с дискретным увеличением наработки на отказ или ошибку ПО,
экспоненциальная модель надежности ПО.

Более полный объем материала по разделу «Надежность программного обеспечения» будет рассмотрен в рамках дисциплины «Надежность и эффективность ИС»

и понятия которого при объектно-ориентированной разработке программ заменяются их моделями,

т.е. определенными формальными конструкциями, представляющими их в программной системе.

Модель есть формальная конструкция. Формальный характер моделей позволяет определить формальные зависимости и формальные операции над ними.

Использование принципов объектно-ориентированной разработки программ позволяет:
- уменьшать сложность программного обеспечения;
- повышать надежность программного обеспечения;
- обеспечивать возможность модификации отдельных компонентов программного обеспечения без изменения остальных его компонентов;                                                      
- обеспечивать возможность повторного использования отдельных компонентов программного обеспечения.

Объектно-ориентированная разработка программного обеспечения использует инструментальные средства, поддерживающие объектно-ориентированные методологии и связана с применением объектно-ориентированных моделей при разработке программных систем и их компонентов.

Примеры объектно-ориентированных методологий:
- SA/SD (Structured Analysis/Structured Design),
- JSD (Jackson Structured Development),
- OSA (Object-Oriented System Analysis).
- ОМТ (Object Modeling Technique)

себя все этапы его развития: от возникновения необходимости в нем

до полного прекращения его использования вследствие морального устаревания или потери важности решения соответствующих задач.

По длительности жизненного цикла программные изделия можно разделить на два класса: с малым и большим временем жизни.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации создаются в основном для решения научных и инженерных задач, для получения конкретных результатов вычислений.

Характеристики программных изделий с малой длительностью эксплуатации:

приходятся  на  этапы  системного  анализа  и  проектирования,  которые  продолжаются  от 

месяца  до 1…2 лет, в результате чего жизненный цикл программного изделия редко превышает 3 года.

информации и управления.

Характеристики программных изделий с большой длительностью эксплуатации:
Жизненный

цикл программных изделий с большой длительностью эксплуатации составляет 10...20 лет. До 70...90 % этого времени приходится на эксплуатацию и сопровождение. Вследствие массового тиражирования и длительного сопровождения совокупные затраты в процессе эксплуатации и сопровождения   таких программных изделий значительно превышают затраты на системный анализ и проектирование.

исследование;
      б)  анализ осуществимости:
            -  эксплуатационной;
          

-  экономической;
           -  коммерческой.

II.   Проектирование программного обеспечения:
      а)  конструирование:
            - функциональная декомпозиция системы, ее архитектура;
            - внешнее проектирование программного обеспечения;
            - проектирование базы данных;
            - архитектура программного обеспечения;
      б)  программирование:
            - внутреннее проектирование программного обеспечения;
            - внешнее проектирование программных модулей;
            - внутреннее проектирование программных модулей;
            - кодирование;
           - отладка программ;
           - компоновка программ;
      в)  отладка программного обеспечения.

III. Оценка (испытания) программного обеспечения.

IV. Использование программного обеспечения:
       а) эксплуатация;
       б) сопровождение.

целесообразность разработки программного обеспечения
назначение ПО
основные функциональные характеристики;
оцениваются затраты
прогнозируется

возможная эффективность применения будущего программного изделия.

На этом этапе составляется перечень требований (то есть четкое определение того, что пользователь ожидает от готового продукта), осуществляется постановка целей и задач проекта.

В фазе системного анализа можно выделить два направления: исследование и анализ осуществимости.


Исследование

получения практической
оценки возможности реализации проекта, в частности определяются:

-

осуществимость эксплуатационная
достаточно ли будет удобно ПИ для практического использования

осуществимость экономическая
стоимость разрабатываемого изделия, приемлемость стоимости, экономическая эффективность применения разрабатываемого ПО

осуществимость коммерческая
прогнозируется будущий спрос на ПИ, простота освоения, установка ПО на рабочие места и т.п.

Анализ осуществимости заканчивается, когда все требования собраны и одобрены.
Полученная информация должна быть точной, понятной и осуществимой. Она должна представлять собой полный комплекс требований удовлетворяющих пользователя к разрабатываемому программному продукту, оформляемый в виде спецификации.

цикла программного обеспечения, во время которого создается и на 90%

приобретает свою окончательную форму программное изделие.

Эта фаза жизни ПО охватывает различные виды деятельности проекта и может быть разделена на три основных этапа:

Конструирование
На данном этапе осуществляют:
- функциональную декомпозицию решаемой задачи, на основе которой определяется архитектура системы этой задачи;
- внешнее проектирование программного обеспечения, выражающееся в форме внешнего взаимодействия его с пользователем;
- проектирование базы данных, если это необходимо;
проектирование архитектуры программного обеспечения — определение объектов, модулей и их сопряжения.

2) Программирование
На этом этапе выполняется работа, связанная со сборкой программного изделия. Она состоит в подробном внутреннем конструировании программного продукта, в разработке внутренней логики каждого модуля системы, которая затем выражается текстом конкретной программы.
Фаза программирования завершается, когда разработчики закончат документирование, отладку и компоновку отдельных частей программного изделия в одно целое.

3) Отладка программного обеспечения осуществляется после того, когда все его компоненты будут отлажены по отдельности и собраны в единый программный продукт.

строгому системному испытанию со стороны группы лиц, не являющихся разработчиками.

Это

делается для того, чтобы гарантировать, что готовое программное  изделие удовлетворяет всем требованиям и спецификациям, может быть   использовано в среде пользователя, свободно от каких-либо дефектов и содержит необходимую документацию, которая точно и полно описывает программное изделие.

Фаза оценки начинается, как только все компоненты (модули) собраны вместе и испытаны, т.е. после полной отладки готового программного продукта. Она заканчивается после получения подтверждения, что программное изделие прошло все испытания и готово к эксплуатации.

Она продолжается так же долго, как и программирование.

изделие передается в систему распределения.
Это то время, в течение

которого изделие находится в действии и используется эффективно.
В это время выполняются:
обучение персонала,
внедрение,
настройка,
сопровождение ,
возможно, расширение программного изделия (продолжающееся проектирование).

Фаза использования заканчивается, когда изделие изымается из употребления и упомянутые выше действия прекращаются.

Использование программного продукта определяется его эксплуатацией и сопровождением.

Эксплуатация программного изделия заключается в исполнении, функционировании его на ЭВМ для обработки информации и в получении результатов, являющихся целью его создания, а также, в обеспечении достоверности и надежности выдаваемых данных.

Сопровождение ПО состоит в эксплуатационном обслуживании, развитии функциональных возможностей и повышении эксплуатационных характеристик программного изделия, в тиражировании и переносе программного изделия на различные типы вычислительных средств.

В процессе функционирования программного обеспечения возможно обнаружение ошибок в программах, и появляется необходимость их модификации и расширения функций. Эти доработки, как правило, ведутся одновременно с эксплу­атацией текущей версии программного изделия.

перекрытия между разными фазами жизненного цикла программного изделия. Однако не

должно быть никакого перекрытия между несмежными процессами.                                         
Возможна обратная связь между фазами.

Рассмотренная модель жизненного цикла программного изделия с некоторыми изменениями, может служить моделью и для малых проектов.