Файл: Основы проектирования компььютерных программ. Этапы создания программного обеспечения.pdf

В первой главе рассмотрены понятия и классификация программного обеспечения. Полученные в первой части исследования данные позволят наиболее эффективно осуществить дальнейшее рассмотрение вопроса и подробно изучить этапы создания программного обеспечения.

2 . Этапы создания программного обеспечения

2.1. Описание процесса создания программного обеспечения

Процесс создания программного обеспечения представляет собой совокупность процессов, приводящих к созданию программного продукта.

Фундаментальные процессы, присущие любому проекту создания ПО:

1. Разработка спецификации требований на ПО (Определяют функциональные характеристики системы и обязательны для выполнения).
2. Создание программного обеспечения (создание ПО согласно спецификации).
3. Аттестация ПО (Созданное ПО должно пройти аттестацию для подтверждения соответствию требованиям заказчика).
4. Модернизация ПО (совершенствование ПО согласно измененным требованиям потребителя) [7].

Модель процесса создания ПО – последовательность этапов, необходимых для разработки создаваемого ПО.

Модели процесса разработки ПО:

1. Каскадная модель.
2. Эволюционная модель.
3. Формальное преобразование.
4. Сборка программных продуктов из ранее созданных компонентов (модель сборки).
5. Итерационная (спиральная) модель [16].

Методы создания ПО представляют собой структурный подход к созданию ПО, который способствует производству ПО эффективным, с экономической точки зрения, способом.

Все методы основаны на использовании моделей системы в качестве спецификации ее структуры:

1. Функционально–ориентированные (структурный анализ, JSD, 70–е годы) основаны на определении основных функциональных компонент системы.
2. Объектно–ориентированные (Booch, Rumbaugh) используют подходы, основанные на использовании унифицированного языка моделирования UML.
3. Computer–Aided Software Engineering – автоматизированная разработка ПО [11].

Базовые процессы создания ПО можно представить в виде следующей последовательности:

1. Разработка спецификации.
2. Проектирование и реализация.
3. Аттестация.
4. Эволюция [15].

---

Жизненный цикл ПО – совокупность процессов, протекающих от момента принятия решения о создании ПО до его полного вывода из эксплуатации.

Каскадная модель (рисунок 1)

Рис. 1 Каскадная модель разработки программного обеспечения

Достоинства:

• документирование каждого этапа.

Недостатки:

• «негибкое» разбиение процесса создания на отдельные этапы.

Применение:

• требования сформулированы достаточно четко;
• повсеместно для разработки небольших систем, входящих в состав крупного проекта [12].

Эволюционная модель (рисунок 2) [12]:

Рис. 2 Эволюционная модель разработки программного обеспечения

Прототип – действующий программный модуль, реализующий отдельные функции создаваемого ПО.

Достоинства:

• спецификация разрабатывается постепенно, по мере требования заказчика.

Недостатки:

• многие этапы создания ПО не документированы;
• система часто получается плохо структурированной;
• требуются специальные средства и технологии разработки ПО.

Применение:

• разработка небольших систем (<100 000 строк) или средних (<500 000 строк) с относительно коротким сроком жизни [1].

Формальная разработка

Достоинства:

• точное соответствие программы спецификации;
• отказ от тестирования отдельных модулей;
• тестирование всей системы только после ее сборки;

Недостатки:

• требуют специальных знаний и опыта использования;
• не дают существенного выигрыша в стоимости разработки;
• большинство сложных систем с трудом поддаются формальному описанию [1].

Модель пошаговой разработки (рисунок 3) [1]:

Рис. 3 Модель пошаговой разработки программного обеспечения

На каждом шаге отсутствует требование использования одного и того же подхода к процессу разработки.

Достоинства:

• нет необходимости ждать полного завершения разработки системы;
• можно использовать компоненты, полученные на первых шагах, как прототипы;
• уменьшается риск общесистемных ошибок;
• системные сервисы с высоким приоритетом разрабатываются первыми, а все последующие интегрируются с ними. Это позволяет снизить вероятность программных ошибок в особо важных частях системы.

Недостатки:

• компоненты, получаемые на каждом шаге, имеют небольшой размер;
• сложно определить на первых этапах общесистемные функции;
• невозможно сразу определить набор базовых свойств, которые зачастую разрабатываются совместно с другими частями системы [3].

---

Спиральная модель (рисунок 4).

Рис. 4 Спиральная модель разработки программного обеспечения

Достоинства:

• нет фиксированных этапов;
• эта модель может включать в себя любые другие модели на каждом витке спирали:
• прототипирование может использоваться при нечетком определении требований;
• каскадная модель в случае последовательного выполнения некоторых этапов;
• модель формальных преобразований – если четко сформулированы требования.

Недостатки:

• сложная автоматизация процессов разработки;
• огромная роль при разработке системы отводится управлению проектом [12].

Базовые процессы создания ПО

Разработка спецификации ПО – определение сервисов, которыми будет обладать создаваемое ПО, а также ограничений, налагаемых на функциональные возможности и разработку ПО.

Результат процесса определения требований – документация, формализующая требования, предъявляемые к системе.

Два уровня детализации:

• требования, предъявляемые конечными пользователями;
• системная спецификация для разработчиков [13].

Реализация ПО – процесс перевода системной спецификации в работоспособную систему. Включает в себя процессы проектирования и программирования.

Процесс проектирования включает в себя определение структуры ПО, данных, интерфейсов взаимодействия системных компонентов, используемые алгоритмы. Проектирование предполагает последовательную формализацию и детализацию создаваемого ПО.

Результат каждого этапа проектирования – спецификация, необходимая для выполнения следующего этапа.

Методы проектирования – множество формализованных нотаций и нормативных документов для проектирования ПО.

Структурные методы поддерживают модели системы:

• модель потоков данных;
• модель «сущность–связь»;
• структурная модель;
• объектно–ориентированные иерархическая модель системы, модель отношений между объектами, модель взаимодействия объектов;
• диаграммы переходов или сценарии жизни сущностей [11].

Программирование и отладка:

Тестирование – процесс установления программных ошибок.

Отладка – установление местоположения ошибок и их устранение.

Аттестация и верификация – процесс установления соответствия ПО ее спецификации, а также ожиданиям и требованиям пользователей и заказчика.

Сопровождение системы – это внесение изменений в систему, которая находится в эксплуатации [8].

---

Более подробно этапы создания программного обеспечения будут рассмотрены в следующем параграфе работы. В первой главе исследования было определено, что именно представляет из себя программа и программное обеспечение. Кроме того была рассмотрена наиболее общая, но достаточно подробная классификация программного обеспечения, что позволит более подробно изучить вопрос основ проектирования такого обеспечения.

2.2. Этапы создания программного обеспечения

Разработка любой программы, будь то небольшая процедура по обработке поступающей на консоль информации или комплексный программный продукт, состоит из нескольких этапов, грамотная реализация которых является обязательным условием для получения хорошего результата. Четкое следование выверенным временем этапам разработки программного обеспечения становится основополагающим критерием для занимающихся созданием ПО компаний и их заказчиков, заинтересованных в получении превосходно выполняющей свои функции программы. Подробно рассмотрим каждую стадию общепризнанной методологии разработки ПО, чтобы оценить их высокую значимость для достижения поставленной перед исполнителями цели.

1. Анализ требований

Самым первым этапом разработки программного обеспечения по праву называется процедура проведения всестороннего анализа выдвинутых заказчиком требований к создаваемому ПО, чтобы определить ключевые цели и задачи конечного продукта. В рамках этой стадии происходит максимально эффективное взаимодействие нуждающегося в программном решении клиента и сотрудников компании–разработчика, в ходе обсуждения деталей проекта помогающих более четко сформулировать предъявляемые к ПО требования. Результатом проведенного анализа становится формирование основного регламента, на который будет опираться исполнитель в своей работе – технического задания на разработку программного обеспечения. ТЗ должно полностью описывать поставленные перед разработчиком задачи и охарактеризовать конечную цель проекта в понимании заказчика [5].

1. Проектирование

Следующий ключевой этап в разработке программного обеспечения – стадия проектирования, то есть моделирования теоретической основы будущего продукта. Самые современные средства программирования позволяют частично объединить этапы проектирования и кодирования, то есть технической реализации проекта, будучи основанными на объектно–ориентированном подходе, но полноценное планирование требует более тщательного и скрупулезного моделирования. Качественный анализ перспектив и возможностей создаваемого продукта станет основой для его полноценного функционирования и выполнения всего комплекса возлагаемых на ПО задач. Одной из составных частей этапа проектирования, к примеру, является выбор инструментальных средств и операционной системы, которых сегодня на рынке присутствует очень большое количество.

---

В рамках данного этапа стороны должны осуществить:

• оценку результатов проведенного первоначально анализа и выявленных ограничений;
• поиск критических участков проекта;
• формирование окончательной архитектуры создаваемой системы;
• анализ необходимости использования программных модулей или готовых решений сторонних разработчиков;
• проектирование основных элементов продукта – модели базы данных, процессов и кода;
• выбор среды программирование и инструментов разработки, утверждение интерфейса программы, включая элементы графического отображения данных;
• определение основных требований к безопасности разрабатываемого ПО [11].

1. Кодирование

Следующим шагом становится непосредственная работа с кодом, опираясь на выбранный в процессе подготовки язык программирования. Описывать особенности и тонкости самого трудоемкого и сложного этапа вряд ли стоит, достаточно указать, что успех реализации любого проекта напрямую зависит от качества предварительного анализа и оценки конкурирующих решений, с которыми создаваемой программе предстоит «бороться» за право называться лучшей в своей нише. Если речь идет о написании кода для выполнения узкоспециализированных задач в рамках конкретного предприятия, то от грамотного подхода к этапу кодирования зависит эффективность работы компании, заказавшей разработку. Кодирование может происходить параллельно со следующим этапом разработки – тестированием программного обеспечения, что помогает вносить изменения непосредственно по ходу написания кода. Уровень и эффективность взаимодействия всех элементов, задействованных для выполнения сформулированных задач компанией–разработчиком, на текущем этапе является самым важным – от слаженности действий программистов, тестировщиков и проектировщиков зависит качество реализации проекта [12].

1. Тестирование и отладка

После достижения задуманного программистами в написанном коде следуют не менее важные этапы разработки программного обеспечения, зачастую объединяемые в одну фазу – тестирование продукта и последующая отладка, позволяющая ликвидировать огрехи программирования и добиться конечной цели – полнофункциональной работы разработанной программы. Процесс тестирования позволяет смоделировать ситуации, при которых программный продукт перестает функционировать. Отдел отладки затем локализует и исправляет обнаруженные ошибки кода, «вылизывая» его до практически идеального состояния. Эти два этапа занимают не меньше 30% затрачиваемого на весь проект времени, так как от их качественного исполнения зависит судьба созданного силами программистов программного обеспечения. Нередко функции тестировщика и отладчика исполняет один отдел, однако самым оптимальным будет распределить эти обязанности между разными исполнителями, что позволит увеличить эффективность поиска имеющихся в программном коде ошибок [8].

---