Файл: Проектирование программных модулей и компонентов.docx

ПРОЦЕССЫ СИСТЕМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

Проектирование программных модулей и компонентов

Сложная система обычно может быть разделена на более простые части модули. Модульность является важным качеством инженерных процессов и продуктов. Большинство промышленных процессов являются модульными и составлены из комплексов работ, которые комбинируются простыми способами (последовательными или перекрывающимися) для достижения требуемого результата. Главное преимущество модульности состоит, по сути, в том, что она позволяет применять принцип разделения задач на двух этапах:

• 
  при работе с элементами каждого модуля отдельно (игнорируя элементы других модулей);
  
• 
  при работе с общими характеристиками групп модулей и отношениями между ними с целью объединить, их в конкретный, более крупный и сложный компонент.
  

В случае если данные этапы выполняются в последовательности, предусматривающей сначала концентрацию процессов на модулях, а затем - их объединение, то система проектируется снизу вверх. В случае если сначала систему разбивают на модули, а потом работают над их индивидуальным проектированием, то это - проектирование сверху вниз.

При структурном построении комплексов программ важное значение имеет размер и сложность компонентов для каждого уровня иерархии и соответственно число иерархических уровней для крупных ПС. По принципам построения, языку описания, размеру и другим характеристикам компонентов в структуре ПС можно выделить иерархические уровни:

• 
  программных модулей, оформляемых как законченные компоненты текста программ;
  
• 
  функциональных групп (компонентов) или пакетов программ;
  
• 
  комплексов программ, оформляемых как законченные программные продукты определенного целевого назначения.
  

С повышением иерархического уровня увеличивается размер текста программ, реализующих компоненты этого уровня и количество обрабатываемых переменных. Одновременно совокупности команд все более специализируется и снижается возможность повторного применения компонентов в различных комбинациях для решения аналогичных задач.

Программные модули решают относительно небольшие функциональные задачи, и каждый реализуется 10-100 операторами языка программирования. Каждый модуль может использовать на входе около десятка типов переменных. В случае если для решения небольшой функциональной задачи требуется более 100 операторов, то обычно целесообразно проводить декомпозицию задачи на несколько более простых модулей.

---

Функциональные группы программ (компоненты) формируются на базе нескольких или десятков модулей и решают достаточно сложные автономные задачи. На их реализацию целесообразно использовать до десятка тысяч строк текста программы. Соответственно возрастают число используемых типов переменных и разнообразие выходных данных. При этом быстро растет число типов переменных, обрабатываемых модулями и локализующихся в пределах одного или нескольких модулей.

Комплексы программ – программные продукты создаются для решения сложных задач управления и обработки информации. В комплексы объединяются несколько или десятки функциональных групп программ для решения общей целевой задачи системы. Размеры ПС зачастую исчисляются сотнями модулей, десятками и сотнями тысяч операторов. Встречаются ПС, содержащие до двух-трех десятков структурных иерархических уровней, построенных из модулей.

Проектирование модулей включает в себя разработку локальных функций и подробных описаний алгоритмов обработки данных; межмодульных интерфейсов; внутренних структур данных; структурных схем передач управления; средств управления в исключительных ситуациях. С их помощью определяются функции: порядок следования отдельных шагов обработки, ситуации и типы данных, вызывающие изменения процесса обработки, а также повторно используемые функции программы. Программные модули для их многократного использования должны базироваться на унифицированных правилах структурного построения, оформления спецификаций требований и описаний текстов программ и комментариев. Вместе с тем, целесообразно для каждого проекта директивно ограничивать размеры модулей по числу строк текста с учетом языка программирования, к примеру, 30-ю или 50-ю операторами.

Программная инженерия и оценка качества

По особенностям и свойствам жизненного циклапрограмм их целесообразно делить на ряд классов и категорий, из которых наиболее различающимися являются два крупных класса — малые и большие.

Первый класссоставляют относительно небольшие программы, создаваемые одиночками или небольшими коллективами (3—5) специалистов, которые создаются преимущественно для получения конкретных результатов автоматизации научных исследований или для анализа относительно простых процессов самими разработчиками программ; не предназначены для массового тиражирования. Для таких, а также для многих других видов относительно несложных программ нет необходимости в регламентировании их жизненного цикла, в длительном применении и сопровождении множества версий, в формализации и применении профилей стандартов и сертификации качества программ.

---

Второй класс составляют крупномасштабные комплексы программ для сложных систем управления и обработки информации, оформляемые в виде программных продуктов с гарантированным качеством, имеют большую размерность, высокую трудоемкость и стоимость создания таких комплексов программ определяют необходимость тщательного анализа экономической эффективности всего их жизненного цикла и возможной конкурентоспособности на рынке.

Такие крупномасштабные комплексы программ являются компонентами систем, реализующими обычно их основные, функциональные свойства, увеличивающими сложность и создающими предпосылки для последующих изменений их жизненного цикла.

Организованное, контролируемое и методичное отслеживание динамики изменений в жизненном цикле программ и данных, их слаженная разработка при строгом учете и контроле каждого изменения являются методами программной инженерии.

Применение стандартов жизненного цикла позволяет ориентироваться специалистам на построение систем и комплексов программ из крупных функциональных узлов, отвечающих требованиям стандартов, применять отработанные и проверенные проектные решения. Методы и процессы стандартизации жизненного цикла ПС обеспечивают:

• 
  расширение и совершенствование функций систем и компонентов с сохранением их целостности и первичных затрат;
  
• 
  систематическое повышение качества функционирования комплексов программ и баз данных для решения задач пользователей в различной внешней среде;
  
• 
  улучшение технико-экономических характеристик применения систем и программных продуктов;
  
• 
  совершенствование технологий обеспечения жизненного цикла сложных систем и комплексов программ.
  

По мере увеличения в системах роли программных компонентов методы программной инженерии все шире используются в процессе создания разнообразных систем.Возрастает как объем производства программного продукта, так и его сложность.

Программная инженерия — как часть системотехники охватывает все аспекты жизненного цикла ПС от начальной стадии разработки системных требований до завершения использования программного продукта. Программная инженерия не рассматривает технические аспекты детального создания компонентов — в ее ведение входят такие задачи, как управление проектами ПС и разработка средств, методов и теорий, необходимых для обеспечения жизненного цикла комплексов программ. Программирование компонентов — это дело, главным образом, индивидуальное, а программная инженерия систем — всегда

---

коллективная работа.

Методической основой технологии, регламентирующей деятельность специалистов, является типовой технологический процесс. Он отражается набором этапов и операций в последовательности их выполнения и взаимосвязи, обеспечивающих ведение работ на всех стадиях от инициирования проекта и подготовки технического задания до завершения испытаний или применения версии ПС. В современных технологиях объединяются методы непосредственной разработки программ и данных с методами обеспечения качества и организации управления их созданием с учетом технологических и человеческих факторов.

Индустриализация технологий программной инженерии базируется на стандартизации процессов разработки программ, их структурного построения и интерфейсов с операционной и внешней средой. Для этого с самого начала разработки должны определяться состав и этапы работ, необходимые для достижения конечной цели, а также требуемые для их выполнения ресурсы.

Достижение высоких значений качества комплексов программ существенно зависит от качества технологии и инструментальных средств, используемых разработчиками для обеспечения ЖЦ ПС. определение уровня технологической поддержки процессов жизненного цикла, организационного и инструментального обеспечения ПС непосредственно связано с оцениванием реальных или возможных характеристик качества конкретного комплекса программ.

Методология обеспечения качества ПС в программной инженерии поддержана рядом методических документов и инструментальных средств, а также формализована комплексом международных стандартов.

В современных автоматизированных технологиях программной инженерии, создания и совершенствования сложных ПС с позиции обеспечения их качества можно выделить методы и средства, позволяющие:

• 
  создавать программные модули и функциональные компоненты высокого, гарантированного качества;
  
• 
  предотвращать дефекты проектирования за счет систем обеспечения качества, эффективных технологий и инструментальных средств автоматизации всего жизненного цикла комплексов программ и баз данных;
  
• 
  обнаруживать и устранять различные дефекты и ошибки проектирования, разработки и сопровождения программ путем верификации и систематического тестирования на всех этапах жизненного цикла ПС;
  
• 
  удостоверять достигнутые значения качества функционирования программных продуктов в процессе их испытаний и сертификации перед передачей в регулярную эксплуатацию пользователям.
  

---

Улучшение технико-экономических показателей создания ПС, а также предотвращение ошибок и дефектов обеспечивается применением современных технологий программной инженерии и систем автоматизированного проектирования. Они представляют собой высокопроизводительные, ресурсосберегающие технологии создания комплексов программ высокого качества и надежности, имеют целью сокращение общих затрат на проектирование, реализацию, сопровождение и совершенствование ПС. Для этого, прежде всего, необходимо применять методы и средства системного анализа и проектирования, обеспечивающие конкретизацию и максимально точное представление целей, назначения и функций с начала ЖЦ ПС и предотвращающие распространение возможных системных дефектов на последующие этапы разработки.

Для обнаружения, устранения ошибок и дефектов все этапы разработки и сопровождения ПС должны быть поддержаны методами и средствами верификации, а также систематического, автоматизированного тестирования корректности реализованных решений.

Для удостоверения качества, надежности и безопасности применения сложных, критических систем используемые в них программные продукты следует подвергать сертификации аттестованными, проблемно-ориентированными испытательными центрами (см. лекцию 18). Такие испытания необходимо проводить, когда программы управляют сложными процессами или обрабатывают столь важную информацию, что дефекты в них или недостаточное качество могут нанести значительный ущерб. Сертификационные испытания должны устанавливать соответствие комплексов программ документации и допускать их к эксплуатации в пределах изменения параметров внешней среды, исследованных при проведенных проверках.

Важнейшей проблемой развития и применения современных систем является обучение и воспитание специалистов в области программной инженерии, использованию международных стандартов, способствующих высокому качеству ПС и достоверному его оцениванию. Необходимо их обучение умению формализовать требования и достигать конкретных значений характеристик качества функционирования и применения сложных комплексов программ с учетом тех ресурсов, которые нужны и доступны для обеспечения и совершенствования этого качества.

Реинжиниринг, этапы реинжиниринга

Реинжиниринг программного обеспечения — процесс создания новой функциональности или устранения ошибок, путём революционного изменения, но используя уже имеющееся в эксплуатации программное обеспечение. Реинжиниринг является изменением системы программного обеспечения после проведения обратного инжиниринга.

---