Файл: Основы проектирования программ. Этапы создания программного обеспечения(Основы проектирования программ).pdf

Введение

В этой курсовой ознакомимся с основами проектирования программ и этапами создания программного обеспечения. Мы живем в век компьютерных технологий и вычислительных машин и прочих помогающих человеку

сложнейших приборах. Каждый из нас имеет сотовый телефон, компьютер, ноутбук, планшет и этот список можно продолжать бесконечно, так как мы не представляем себя без наших электронных помощников. Но мы даже не задумываемся, над тем как все это работает, как телефон звонит, как принтер печатает фото, как самолет летит на автопилоте, как электронный градусник показывает температуру, да все это делает программа. Программа есть в каждом электронном приборе, именно она дает нам возможность видеть, слушать и слышать, передавать и получать информацию, заказывать, не выходя из дома билет на самолет, или записаться к врачу все это делает программное обеспечение. В каждом приборе находится своя программа со своей четко прописанной задачей. Есть программы, которые составляют распорядок вашего дня, то, что вы будете кушать, сколько шагов вы прошли, какое у вас давление или настроение. Так что без программного обеспечения ни один из наших приборов попросту не работал, были бы бесполезны. Есть разные виды разработки программного обеспечения, например, частотный принцип или принцип модульности и еще много видов разработок обо всем этом мы и поговорим в данной курсовой работе.

Глава первая.

1.1 Основы проектирования программ

Каждая программа, да и почти любое дело начинается с проекта.

Стадия проекта - это одна из частей процесса создания программы, установленная нормативными документами и заканчивающаяся выпуском проектной документации, содержащей описание полной, в рамках заданных требований, модели программы на заданном для данной стадии уровне, или изготовлением программ. По достижении окончания стадии заказчик имеет возможность рассмотреть состояние проекта и принять решение по дальнейшему продолжению проектных работ. Например, заказчик может принять решение о продолжении работ по одному из согласованных вариантов.

После того как примерный проэкт согласован начинаются этапы проэкта.

Этапы проэкта это обычно часть стадии проекта, выделенная по соображениям единства характера работ и (или) завершающего результата или специализации исполнителей. Иногда выделяют этапы (фазы), которые охватывают несколько стадий. Например, этап проектирования программы включает стадии ЭП и ТП. Описания этапов регламентируют порядок выполнения отдельных видов работ для достижения стадии. Одни и те же виды работ могут продолжаться ряд этапов. Есть четыре этапа проэкта первый это «Эскизный проект» (ЭП), как правило, необходим для разработки нескольких альтернативных вариантов реализации будущего изделия и уточнения требований на основе их анализа. Степень проработки при этом должна быть достаточной лишь для достижения возможности сравнения вариантов. Вторая стадия проекта «Технический проект» (ТП) выполняется для получения однозначного описания конечного (оптимального) варианта построения программного изделия и порядка его реализации. Третья стадия проекта «Рабочий проект» (РП) необходим для реализации изделия в соответствии с ранее намеченным планом. И завершающая четвертая стадия проекта, это Стадия «Внедрение» необходима для размножения программной документации в нужном количестве, обучения пользователей, помощи в освоении программы, сопровождения программы.

Программы различаются между собой по различным принципам, давайте рассмотрим их.

Принцип «по умолчанию. Применяется для облегчения организации связей с системой, как на стадии генерации, так и при работе с уже готовыми программами. Принцип основан на хранении в системе некоторых базовых описаний структур, модулей, конфигураций оборудования и данных, определяющих условия работы с программой. Эту информацию программа использует в качестве заданной по умолчанию, если пользователь забудет или сознательно не конкретизирует ее.

Принцип функциональной избыточности. Этот принцип учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами. Особенно важен учет этого принципа при разработке пользовательского интерфейса для выдачи одних и тех же данных разными способами вызова из-за психологических различий в восприятии информации.

Принцип генерируемости. Основное положение этого принципа определяет такой способ исходного представления программы, который бы позволял осуществлять настройку на конкретную конфигурацию технических средств, круг решаемых проблем, условия работы пользователя.

Принцип функциональной избирательности. Этот принцип является логическим продолжением частотного и модульного принципов и используется при проектировании программ. В программах выделяется некоторая часть важных модулей, которые постоянно должны быть в состоянии готовности для эффективной организации вычислительного процесса. Эту часть в программах называют ядром или монитором. При формировании состава монитора требуется учесть два противоречивых требования. В состав монитора, помимо чисто управляющих модулей, должны войти наиболее часто используемые модули. Количество модулей должно быть таким, чтобы объем памяти, занимаемой монитором, был не слишком большим. Программы, входящие в состав монитора, постоянно хранятся в оперативной памяти. Остальные части программ постоянно хранятся во внешних запоминающих устройствах и загружаются в оперативную память только при необходимости, перекрывая друг друга также при необходимости.

Принцип модульности. Под модулем в данном контексте понимают функциональный элемент рассматриваемой системы, имеющий оформление, законченное и выполненное в пределах требований системы, и средства сопряжения с подобными элементами или элементами более высокого уровня данной или другой системы. Способы обособления составных частей программ в отдельные модули могут различаться существенно. В значительной степени разделение системы на модули определяется используемым методом проектирования программ.

Частотный принцип. Принцип основан на выделении в алгоритмах и данных особых групп по частоте использования. Для действий, наиболее часто встречающихся при работе программ, создаются условия их быстрого выполнения. К часто используемым данным обеспечивается наиболее быстрый доступ. «Частые» операции стараются делать более короткими. Следует отметить, что лишь не более 5% операторов программы оказывают ощутимое влияние на скорость выполнения программы. Этот факт позволяет значительную часть операторов программы кодировать без учета скорости вычислений, обращая основное внимание при этом на «красоту» и наглядность текстов. Есть еще и обще системные принципы создания программ

1) принцип включения, предусматривающий, что требования к созданию, функционированию и развитию ПО определяются со стороны более сложной, включающей его в себя системы;

2) принцип системного единства, состоящий в том, что на всех стадиях создания, функционирования и развития ПО его целостность будет обеспечиваться связями между подсистемами, а также функционированием подсистемы управления;

3) принцип развития, предусматривающий в ПО возможность его наращивания и совершенствования компонентов и связей между ними;

4) принцип комплексности, заключающийся в том, что ПО обеспечивает связанность обработки информации как отдельных элементов, так и всего объема данных в целом на всех стадиях обработки;

5) принцип информационного единства, т.е. во всех, подсистемах, средствах обеспечения и компонентах ПО используются единые термины, символы, условные обозначения и способы представления;

6) принцип совместимости, состоящий в том, что язык, символы, коды и средства программного обеспечения согласованы, обеспечивают совместное функционирование всех подсистем и сохраняют открытой структуру системы в целом;

7) принцип инвариантности, предопределяющий, что подсистемы и компоненты ПО инвариантны к обрабатываемой информации, т.е. являются универсальными или типовыми. После того как мы разобрались с принципами создания программного обеспечения мы понимаем, что к каждой программе нужен системный подход, а это общенаучный обобщенный эвроритм, предусматривающий всестороннее исследование сложного объекта с использованием компонентного, структурного, функционального, параметрического и генетического видов анализа.

Компонентный анализ— рассмотрение объекта, включающего в себя составные элементы и входящего, в свою очередь, в систему более высокого ранга.

Структурный анализ —выявление элементов объекта и связей между ними.

Функциональный анализ— рассмотрение объекта как комплекса выполняемых им полезных и вредных функций.

Параметрический анализ— установление качественных пределов развития объекта — физических, экономических, экологических и др. Применительно к программам параметрами могут быть: время выполнения какого-нибудь алгоритма, размер занимаемой памяти и т.д. При этом выявляются ключевые технические противоречия, мешающие дальнейшему развитию объекта, и ставится задача их устранения за счет новых технических решений.

Генетический анализ —исследование объекта на его соответствие законам развития программных систем. В процессе анализа изучается история развития (генезис) исследуемого объекта: конструкции аналогов и возможных частей, технологии изготовления, объемы тиражирования, языки программирования и т.д.

При блочно-иерархическом подходе (частном эвроритме системного подхода, который используется часто в технике и программировании) процесс проектирования и представления о самом объекте расчленяется на уровни. На высшем уровне используется наименее детализированное представление, отражающее самые общие черты и особенности проектируемой системы. На каждом новом последовательном уровне разработки степень подробности рассмотрения возрастает, при этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками.

Методология блочно-иерархического подхода базируется на трех концепциях: разбиения и локальной оптимизации, абстрагирования, повторяемости.

Концепция разбиения позволяет сложную задачу проектирования объекта или системы свести к решению более простых задач с учетом их взаимосвязи.

Локальная оптимизация подразумевает улучшение параметров внутри каждой простой задачи.

Абстрагируемость заключается в построении моделей, отражающих только значимые в данных условиях свойства объектов.

Повторяемость — в использовании существующего опыта проектирования.

Блочно-иерархический подход позволяет на каждом уровне решать задачи приемлемой сложности. Разбиение на блоки должно быть таким, чтобы документация на любом уровне была обозрима и воспринимаема одним человеком.

Главным недостатком блочно-иерархического подхода является то, что на верхних уровнях имеют дело с неточными моделями объекта, и решения принимаются в условиях недостаточной информации. Следовательно, при этом подходе высока вероятность проектных ошибок. После общих принципов хотел бы рассмотреть методики проектирования программ, методики проектирования излагаются в виде описаний проектных процедур и проектных операций.

Под проектной процедурой понимают формализованную совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением. Например, проектной процедурой являются процедуры раскрытия проектной ситуации и разработки структуры программы.

Действие или формализованную совокупность действий, составляющих часть проектной процедуры, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур, называют проектной операцией. Например, вычерчивание схемы, дифференцирование функции.

Проектные процедуры могут включать другие проектные процедуры и т.д. до проектных операций. Проектные процедуры могут представлять собой алгоритмы (только для тривиальных нетворческих операций) и эвроритмы (которыми излагаются эвристические операции). В каждой программе есть алгоритм и вот что это Алгоритм— строго однозначно определенная для исполнителя последовательность действий, приводящих к решению задач.

Современное значение слова «алгоритм» во многом аналогично таким понятиям, как рецепт, процесс, методика, способ. Согласно Д. Кнуту алгоритм имеет пять важных свойств.

Конечность. Алгоритм всегда должен заканчиваться после выполнения конечного числа шагов.

Определенность. Каждый шаг алгоритма должен быть точно определен.

Наличие входных данных. Алгоритм имеет некоторое число входных данных, задающихся до начала его работы или определяющихся динамически во время его выполнения.

Наличие выходных данных. Алгоритм имеет одно или несколько выходных данных, имеющих определенную связь с входными данными.

Эффективность. Алгоритм обычно считается эффективным, если его операторы достаточно просты для того, чтобы их можно было точно выполнить при помощи карандаша и бумаги в течение конечного промежутка времени.

Термин «эвроритм» науки эвристика образован от легендарного возгласа Архимеда «Эврика!», что в переводе с греческого означает «нашел, открыл». Алгоритм в процессе выполнения не изменяется бездумным исполнителем (процессором). В отличие от алгоритма эвроритм выполняется мыслящим человеком, который может усовершенствовать порядок своей работы в процессе ее выполнения. Эвроритм может включать алгоритмы. Например, инструкция пользования программой — это эвроритм, особенно если одни и те же действия можно выполнить разными способами (через пункт меню или нажатием кнопки).

Эвристика —наука, раскрывающая природу мыслительных операций человека при решении конкретных задач независимо от их конкретного содержания. В более узком смысле эвристика — это догадки, основанные на опыте решения родственных задач. Каждый инженер, создающий программное обеспечение знает такую науку как технологию программирования давайте узнаем, что это технология программирования как наука изучает технологические процессы и порядок их прохождения (с использованием знаний, методов и средств). Технологический процесс — последовательность направленных на создание заданного объекта действий (технологических процедур и операций), каждое из которых основано на каких-либо естественных процессах и человеческой деятельности. Знания, методы и средства могут использоваться в разных процессах и, следовательно, в технологиях. для инженера это научная и практически апробированная стратегия создания программ, содержащая описание совокупности методов и средств разработки программ, а также порядок применения этих методов и средств.