Процесс разработки по определение и жизненный цикл. Понятие жизненного цикла программного обеспечения

Рассмотрим жизненный цикл программного обеспечения (ПО), т.е. процесс его создания и применения от начала до конца. Жизненный цикл начинается с момента осознания появления данного ПО и заканчивается моментом его полного выхода из употребления. Этот процесс состоит из нескольких стадий: определения требований и спецификаций, проектирования, программирования и сопровождения.

Первая стадия - определение требований и спецификаций, может быть названа стадией системного анализа. На ней устанавливаются общие требования ПО: по надежности, технологичности, правильности, универсальности, эффективности, информационной согласованности и т.п.

Они дополняются требованиями заказчика, включающими пространственно-временными ограничениями, необходимые функции и возможности, режимы функционирования, требования точности и надежности и т.д., то есть вырабатывается описание системы с точки зрения пользователя.

При определении спецификаций (набора требований и параметров, которыми должно удовлетворять ПО) производится точное описание функций ПО, разрабатываются и утверждаются входные и промежуточные языки, форма выходной информации для каждой из подсистем, описывается возможное взаимодействие с другими программными комплексами, специфицируются средства расширения и модификации ПО, разрабатываются интерфейсы обслуживающих и основных подсистем, решаются вопросы базы данных, утверждаются основные алгоритмы.

Итогом выполнения этого этапа являются эксплуатационные и функциональные спецификации, содержащие конкретное описание ПО. Разработка спецификаций требует тщательной работы системных аналитиков, постоянно контактирующих с заказчиками, которые в большинстве случаев не способны сформулировать четкие и реальные требования.

Эксплуатационные спецификации содержат сведения о быстродействии ПО, затратах памяти, требуемых технических средствах, надежности и т.д.

Функциональные спецификации определяют функции, которые должно выполнять ПО, т.е. в них определяется, что надо делать системе, а не то, как это делать.

Спецификации должны быть полными, точными и ясными. Полнота исключает необходимость получения разработчиками ПО в процессе их работы от заказчиков иных сведений, кроме содержащихся в спецификациях. Точность не позволяет различных толкований. Ясность подразумевает легкость понимания как заказчиком, так и разработчиком при однозначном толковании.

Значение спецификаций:

1. Спецификации являются заданием на разработку ПО и их выполнение - закон для разработчика.

2. Спецификации используются для проверки готовности ПО.

3. Спецификации являются неотъемлемой частью программной документации, облегчают сопровождение и модификацию ПО,

Второй стадией является проектирование ПО. На этом этапе:

1. Формируется структура ПО и разрабатываются алгоритмы, задаваемые спецификациями.

2. Устанавливается состав модулей с разделением их на иерархические уровни на основе изучения схем алгоритмов.

3. Выбирается структура информационных массивов.

4. Фиксируются межмодульные интерфейсы.

Цель этапа - иерархическое разбиение сложных задач создания ПО на подзадачи меньшей сложности. Результатом работы на этом этапе являются спецификации на отдельные модули, дальнейшая декомпозиция которых нецелесообразна.

Третья стадия - программирование . На данном этапе произвоится программирование модулей. проектные решение, полученные на предыдущей стадии, реализуются в виде программ. Разрабатываются отдельные блоки и подключаются к создаваемой системе. Одна из задач - обоснованный выбор языков программирования. На этой же стадии решаются все вопросы, связанные с особенностями типа ЭВМ.

Четвертая стадия - отладка ПО заключается в проверке всех требований, всех структурных элементов системы на таком количестве всевозможных комбинаций данных, какое только позволяют здравый смысл и бюджет. Этап предполагает выявление в программах ошибок, проверку работоспособности ПО, а также соответствие спецификациям.

Пятая стадия - сопровождение, т.е. процесс исправления ошибок, координация всех элементов системы в соответствии с требованиями пользователя, внесения всех необходимых ему исправлений и изменений.

Перед началом разработки ПО следует провести маркетинг.

Маркетинг предназначен для изучения требований к создаваемому программному продукту (технических, программных, пользовательских). Изучаются также существующие аналоги и продукты-конкуренты. Оцениваются необходимые для разработки материальные, трудовые и финансовые ресурсы, а также устанавливаются примерные сроки разработки. Стадии разработки ПО описаны ГОСТ 19.102-77. В соответствии с ним приведем названия и краткое описание каждого этапа (см. табл. 1). Настоящий стандарт устанавливает стадии разработки программ и программной документации для вычислительных машин, комплексов и систем независимо от их назначения и области применения.

Таблица 1

Стадии разработки, этапы и содержание работ по созданию ПО

Жизненный цикл программного обеспечения

Одним из базовых понятий методологии проектирования ПО является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО. В данном стандарте ПО (программный продукт) определяется как набор компьютерных программ, процедур и, возможно, связанной с ним документации и данных. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные в выходные. Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными от других процессов, и результатами.

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:

· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

· вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);

· организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Модели жизненного цикла ПО

Модель жизненного цикла - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи стадий и этапов, выполняемых на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики ПО и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует. Основные модели ЖЦ следующие.

1. Каскадная модель (до 70-х годов XX в) определяет последовательный переход на следующий этап после завершения предыдущего.

Для этой модели характерна автоматизация отдельных несвязанных задач, не требующая информационной интеграции и совместимости, программного, технического и организационного сопряжения.

Достоинство : хорошие показатели по срокам разработки и надежности при решении отдельных задач.

Недостаток : неприменимость к большим и сложным проектам из-за изменчивости требований к системе в течение длительного проектирования.

2. Итерационная модель (70-80-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «снизу - вверх». Допускает итерационные возвраты на предыдущие этапы после выполнения очередного этапа;

Модель предусматривает обобщение полученных проектных решений отдельных задач в общесистемные решения. При этом возникает потребность в пересмотре ранее сформулированных требований.

Достоинство: возможность оперативно вносить коррективы в проект.

Недостаток: при большом числе итераций растет время проектирования, возникают расхождения в проектных решениях и документации, запутывается функциональная и системная архитектура созданной ПО. Необходимость в перепроектировании старой или создании новой системы может возникнуть сразу после этапа внедрения или эксплуатации.

3. Спиральная модель (80-90-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «сверху - вниз». Предполагает использование программного прототипа, допускающего программное расширение. Проект системы циклически повторяет путь от детализации требований к детализации программного кода.

При проектировании архитектуры системы сначала определяется состав функциональных подсистем и решаются общесистемные вопросы (организация интегрированной базы данных, технология сбора, передачи и накопления информации). Затем формулируются отдельные задачи и разрабатывается технология их решения.

При программировании сначала разрабатываются головные программные модули, а затем - модули, исполняющие отдельные функции. Сначала обеспечивается взаимодействие модулей между собой и с базой данных, а затем - реализация алгоритмов.

Достоинства:

1. сокращение число итераций и, следовательно, число ошибок и несоответствий, которые необходимо исправлять;

2. сокращение сроков проектирования;

3. упрощение создания проектной документации.

Недостаток: высокие требования к качеству общесистемного репозитория (общей базы проектных данных).

Спиральная модель лежит в основе технологии быстрой разработки приложений или RAD-технологии (rapid application development), которая предполагает активное участие конечных пользователей будущей системы в процессе ее создания. Основные стадии информационного инжиниринга следующие:

· Анализ и планирование информационной стратегии. Пользователи вместе со специалистами-разработчиками участвуют в идентификации проблемной области.

· Проектирование. Пользователи под руководством разработчиков принимают участие в техническом проектировании.

· Конструирование. Разработчики проектируют рабочую версию ПО с использованием языков 4-го поколения;

· Внедрение. Разработчики обучают пользователей работе в среде новой ПО.

Разработка ПО невозможна без понимания так называемого жизненного цикла программ. Рядовому юзеру это, может быть, и не нужно знать, но основные стандарты желательно усвоить (далее будет сказано, зачем это нужно).

Жизненный цикл что это такое в формальном понимании?

Под жизненным циклом любого принято понимать время его существования, начиная со стадии разработки и до момента полного отказа от использования в выбранной сфере применения вплоть до полного изъятия приложения из обихода.

Говоря простым языком, информационные системы в виде программ, баз данных или даже «операционок» являются востребованными только в случае актуальности данных и возможностей, ними предоставляемых.

Считается, что определение жизненного цикла ни в коей мере не применяется к тестовым приложениям, например, к бета-версиям, которые являются самыми неустойчивыми в работе. Сам же жизненный цикл ПО зависит от множества факторов, среди которых одну из главных ролей играет среда, в которой программа будет использоваться. Однако можно выделить и общие условия, применяемые при определении понятия жизненного цикла.

Начальные требования

• постановка задачи;
• анализ взаимных требований будущего ПО к системе;
• проектирование;
• программирование;
• кодирование и компиляция;
• тестирование;
• отладка;
• внедрение и сопровождение программного продукта.

Разработка ПО состоит из всех вышеупомянутых стадий и не может обойтись хотя бы без одной из них. Но для контроля для таких процессов установлены специальные стандарты.

Стандарты процессов жизненного цикла программного обеспечения

Среди систем, предопределяющих условия и требования, предъявляемые к таким процессам, сегодня можно назвать только три основных:

• ГОСТ 34.601-90;
• ISO/IEC 12207:2008;
• Oracle CDM.

Для второго международного стандарта имеется российский аналог. Это ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010, отвечающий за системную и программную инженерию. Но жизненный цикл программного обеспечения, описываемый в обоих правилах, является идентичным по сути. Объясняется это достаточно просто.

Виды ПО и апдейты

Они, кстати, для большинства ныне известных программ мультимедиа являются средствами сохранения основных параметров конфигурации. Использование ПО такого типа, конечно, является достаточно ограниченным, но понимание общих принципов работы с теми же медиаплеерами не повредит. И вот, почему.

По сути-то, в них жизненный цикл программного обеспечения заложен только на уровне срока обновления версии самого проигрывателя или установки кодеков и декодеров. А звуковые и видео транскодеры являются неотъемлемыми атрибутами любой аудио или видеосистемы.

Пример на основе программы FL Studio

Изначально виртуальная студия-секвенсор FL Studio имела название Fruity Loops. Жизненный цикл ПО в его первичной модификации истек, но приложение несколько трансформировалось и приобрело нынешний вид.

Если говорить об этапах жизненного цикла, сначала на стадии постановки задачи задавалось несколько обязательных условий:

• создание барабанного модуля по типу ритм-машин вроде Yamaha RX, но с применением one-shot-сэмплов или секвенций в формате WAV, записанных в студиях вживую;
• интеграция в операционные системы Windows;
• возможность экспорта проекта в форматах WAV, MP3 и OGG;
• совместимость проектов с дополнительным приложением Fruity Tracks.

На стадии разработки были применены средства языков программирования «Си». Но платформа выглядела достаточно примитивно и не давала конечному пользователю необходимого качества звучания.

В связи с этим, на стадии тестирования и отладки разработчикам пришлось пойти по пути немецкой корпорации Steinberg и применить в требованиях к основному звуковому драйверу поддержку режима Full Duplex. Качество саунда стало выше и позволило изменять темп, высоту тона и накладывать дополнительные FX-эффекты в режиме реального времени.

Завершением жизненного цикла этого ПО принято считать выход первой официальной версии FL Studio, которая, в отличие от своих прародителей, обладала уже интерфейсом полноценного секвенсора с возможностью редактирования параметров на виртуальном 64-канальном микшерном пульте с неограниченным добавлением аудио-дорожек и MIDI-треков.

Этим не ограничилось. На стадии управления проектом была введена поддержка подключения плагинов формата VST (сначала второй, а потом и третьей версии), в свое время разработанного компанией Steinberg. Грубо говоря, любой виртуальный синтезатор, поддерживающий VST-host мог подключаться к программе.

Неудивительно, что вскоре любой композитор мог использовать аналоги «железных» моделей, например, полные комплекты звуков некогда популярного Korg M1. Дальше - больше. Применение модулей вроде Addictive Drums или универсального плагина Kontakt позволило воспроизводить живые звуки реальных инструментов, записанных со всеми оттенками артикуляции в профессиональных студиях.

При этом разработчики постарались добиться и максимального качества, создав поддержку для драйверов ASIO4ALL, которые оказались на голову выше режима Full Duplex. Соответственно, повысился и битрейт. На сегодняшний день качество экспортируемого звукового файла может составлять 320 кбит/с при частоте дискретизации 192 кГц. А это профессиональный звук.

Что же касается начальной версии, ее жизненный цикл можно было бы назвать полностью законченным, но такое утверждение является относительным, поскольку приложение только сменило название и обрело новые возможности.

Перспективы развития

Что собой представляют этапы жизненного цикла программного обеспечения, уже понятно. Но вот о развитии таких технологий стоит сказать отдельно.

Не нужно говорить, что любой разработчик программного обеспечения не заинтересован в создании мимолетного продукта, который едва ли удержится на рынке в течение нескольких лет. В перспективе все смотрят на долгосрочное его использование. Достигаться это может разными способами. Но, как правило, практически все они сводятся к выпуску обновлений или новых версий программ.

Даже в случае с ОС Windows такие тенденции можно заметить невооруженным взглядом. Вряд ли сегодня найдется хоть один юзер, использующий системы вроде модификаций 3.1, 95, 98 или Millennium. Их жизненный цикл закончился после выхода версии XP. Но вот серверные версии на основе технологий NT все еще актуальны. Даже Windows 2000 на сегодняшний день является не только весьма актуальной, но и по некоторым параметрам установки или безопасности даже превосходящей самые новые разработки. То же самое касается системы NT 4.0, а также специализированной модификации Windows Server 2012.

Но по отношению именно к этим системам все равно заявлена поддержка на самом высоком уровне. А вот нашумевшая в свое время Vista явно испытывает закат цикла. Мало того, что она оказалась недоработанной, так еще и ошибок в ней самой и прорех в ее системе безопасности было столько, что остается только догадываться о том, как можно было выпустить на рынок программных продуктов такое несостоятельное решение.

Но если говорить о том, что развитие ПО любого типа (управляющего или прикладного) не стоит на месте, можно только Ведь сегодня дело касается не только компьютерных систем, а и мобильных устройств, в которых применяемые технологии зачастую опережают компьютерный сектор. Появление процессорных чипов на основе восьми ядер - чем не самый лучший пример? А ведь еще далеко не каждый ноутбук может похвастаться наличием такого «железа».

Некоторые дополнительные вопросы

Что же касается понимания жизненного цикла программного обеспечения, сказать, что он закончился в некоторый определенный момент времени, можно весьма условно, ведь программные продукты все равно имеют поддержку со стороны разработчиков, их создававших. Скорее окончание относится к устаревшим приложениям, которые не отвечают требованиям современных систем и не могут работать в их среде.

Но даже с учетом технического прогресса многие из них уже в ближайшее время могут оказаться несостоятельными. Вот тогда и придется принимать решение либо о выпуске обновлений, либо о полном пересмотре всей концепции, изначально заложенной в программный продукт. Отсюда - и новый цикл, предусматривающий изменение начальных условий, среды разработки, тестирования и возможного долгосрочного применения в определенной сфере.

Но в компьютерных технологиях сегодня отдается предпочтение развитию автоматизированных систем управления (АСУ), которые применяются на производстве. Даже операционные системы, в сравнении со специализированными программами, проигрывают.

Те же среды на основе Visual Basic остаются намного более популярными, нежели Windows-системы. А о прикладном ПО под UNIX-системы речь не идет вообще. Что говорить, если практически все коммуникационные сети тех же Соединенных Штатов работают исключительно на них. Кстати, системы вроде Linux и Android тоже изначально создавались именно на этой платформе. Поэтому, скорее всего, у UNIX перспектив намного больше, чем у остальных продуктов вместе взятых.

Вместо итога

Остается добавить, что в данном случае приведены только общие принципы и этапы жизненного цикла программного обеспечения. На самом деле даже начально поставленные задачи могут разниться очень существенно. Соответственно, различия могут наблюдаться и на остальных стадиях.

Но основные технологии разработки программных продуктов с их последующим сопровождением должны быть понятны. В остальном же следует учитывать и специфику создаваемого ПО, и среды, в которых оно предположительно должно работать, и возможности программ, предоставляемые конечному пользователю или производству, и многое другое.

К тому же, иногда жизненные циклы могут зависеть от актуальности средств разработки. Если, допустим, какой-то язык программирования устаревает, никто же не будет писать программы на его основе, и уж тем более - внедрять их в автоматизированные системы управления на производстве. Тут уже на первый план выходят даже не программисты, а маркетологи, которые должны своевременно реагировать на изменения компьютерного рынка. И таких специалистов в мире найдется не так уж и много. Высококвалифицированные кадры, способные держать руку на пульсе рынка, становятся наиболее востребованными. И именно они зачастую являются так называемыми «серыми кардиналами», от которых зависит успех или проигрыш определенного программного продукта в сфере IT.

Пусть они не всегда понимают суть программирования, зато четко способны определить модели жизненного цикла программного обеспечения и продолжительности времени их применения, исходя из мировых тенденций в этой области. Эффективный менеджмент зачастую дает более ощутимые результаты. Да хотя бы PR-технологии, реклама и т. д. Может какое-то приложение пользователю и не нужно, зато при условии его активного афиширования юзер установит его. Это уже, так сказать, подсознательный уровень (тот же эффект 25-го кадра, когда информация закладывается в сознание юзера независимо от него самого).

Конечно, такие технологии в мире являются запрещенными, однако многие из нас даже не догадываются о том, что они все равно могут использоваться и воздействовать на подсознание определенным способом. Чего только стоит «зомбирование» новостными каналами или интернет-сайтами, не говоря уже о применении более мощных средств, вроде воздействия инфразвуком (такое было применено в одной оперной постановке), вследствие чего человек может испытывать страх или неадекватные эмоции.

Возвращаясь к программному обеспечению, стоит добавить, что некоторые программы при запуске используют звуковой сигнал, привлекающий внимание юзера. И, как показывают исследования, такие приложения оказываются более жизнеспособными, в сравнении с другими программами. Естественно, увеличивается и жизненный цикл ПО, без разницы, какая функция на него возложена изначально. И этим, к сожалению, пользуются многие разработчики, что вызывает сомнения в законности таких методов.

Но не нам судить об этом. Возможно, в ближайшее время будут разработаны средства, определяющие такие угрозы. Пока это только теория, но, как считают некоторые аналитики и эксперты, до практического применения осталось совсем немного. Если уже создают копии нейронных сетей человеческого мозга, то что говорить?

ПО – комплекс программ, предназначенный для решения задачи. Жизненный цикл ПО – отрезок времени от момента возникновения необходимости в создании ПО до момента снятия его с эксплуатации. Стадии жизненного цикла ПО, которые могут протекать как последовательно, так и пераллельно, так и квазипараллельно:

1. разработка;

2. эксплуатация;

3. сопровождение.

На фазе сопровождения, как правило, выполняются следующие виды работ:

1. расширение функциональных возможностей ПО;
2. модификация уже существующих функций;
3. модификация ПО, связанная с модификацией аппаратного обеспечения;
4. устранение ошибок ПО, которые небыли обнаружены при разработке в виду невозможности полного тестирования, а проявились только на фазе эксплуатации.

При проведении разработки чётко выделяют следующие этапы:

1. определение требований к ПО, которое предусматривает сбор необходимой информации.
2. внешнее проектирование (информация, содержащаяся в техническом задании, подвергается анализу и строгой формализации; основное назначение этого этапа – дать разработчику наиболее полное и точное представление о том, что должно в конечном итоге получиться). Не является обязательным.
3. внутреннее проектирование (уточняются те сведения, полученные на предыдущих этапах, и вырабатываются структуры данных, используемые в ПО, определяется модульная структура ПО, правила взаимодействия модулей в процессе передачи управления или обмена информацией и т.д.).
4. программирование (кодирование).
5. тестирование и отладка. Тестирование – процесс выявления факта наличия ошибок в программе. Отладка – тестирование + диагностика и локализация ошибок + устранение ошибок.
6. испытание ПО. Испытание – особый вид тестирования, цель которого выявление несоответствий между полученным ПО и требованиями технического задания.

Модели жизненного цикла ПО:

§ каскадная модель

§ спиральная модель – при прохождении одного витка спирали результатом является версия ПО. После испытаний принимается решение о разработки следующей версии, либо неразработки, если данная версия удовлетворяет требованиям технического задания полностью.

31. Техническое задание (ГОСТ 19.201 – 78). Его основные разделы и их содержание.

В соответствии с этим стандартом в техническое задание включаются следующие разделы:

2. введение;

3. основание для разработки;

4. назначение разработки;

5. требования к программному изделию;

6. требования к документации;

7. технико-экономические показатели;

8. стадии и этапы разработки;

9. порядок контроля и приёмки

10. приложение.

Введение:

§ наименование;

§ краткая характеристика в области применения ПО.

Основное назначение этого раздела – продемонстрировать актуальность данной разработки и какое место эта разработка занимает в ряду подобных.

Основание для разработки:

§ наименование документа, на основании которого ведётся разработка;

§ организация, утвердившая данный документ;

§ наименование или условное обозначение темы разработки.

Таким документом может служить план, приказ, договор и т.д.

Назначение разработки:

§ описание функционального и эксплуатационного назначения данной системы с указанием категории её пользователей.

Требования к программе или к программному изделию.

Этот раздел должен включать следующие подразделы:

1. требования к функциональным характеристикам;

2. требования к надёжности;

3. условия эксплуатации;

4. требования к составу и параметрам технических средств;

5. требования к информационной и программной совместимости;

6. требования к маркировке и упаковке;

7. требования к транспортированию и хранению.

8. специальные требования.

В разделе требований к функциональным характеристикам должны быть перечислены все функции и описаны состав, характеристики и формы представления исходных данных и результатов. В этом же разделе при необходимости указывают критерии эффективности (максимальное время ответа системы, максимальный объём используемой памяти).

В разделе требования к надёжности должен быть указан уровень надёжности ПО, который должен быть обеспечен при разработке. В системах с обычными требованиями надёжности, т.е. не относящихся к системам в которых существует риск жизни людей, дополнительно указывают действия разработки системы, направленные на увеличение надёжности системы (создание резервных копий, блокировка опасных действий).

В разделе условия эксплуатации указывают особые требования к условиям эксплуатации ПО (температура, влажность). Такие требования необходимы, когда ПО будет работать (эксплуатироваться) в условиях, отличных от центра разработки. Если условия не отличаются, дополнительно указывают, что требования не предъявляются или же вообще опускают этот раздел. В этом разделе иногда указывают виды требуемого обслуживания, квалификацию обслуживающего персонала.

В разделе требования к составу и параметрам технических средств указывают необходимый состав и основные характеристики технических средств. В этом разделе обычно указывают две конфигурации технических средств: минимальные и номинальные.

В разделе требования к информационной и программной совместимости при необходимости можно задать методы программирования, среду разработки и используемую операционную систему. Если предполагается, что ПО будет эксплуатироваться с другими ПО, то в этом разделе следует привести перечень этих ПО и подробно описать интерфейс взаимодействия на уровне форматов данных и API-функций.

В разделе требования к маркировке и упаковке указываются способы маркировки и упаковки ПО.

В разделе требования к транспортированию и хранению указываются условия транспортирования, места хранения, условия складирования и сроки хранения в различных условиях.

В разделе специальных требований указываются требования, не относящиеся ни к одному из ранее описанных разделов.

Требования к программной документации.

В этом разделе приводят перечень программной и эксплуатационной документации, которая должна быть разработана вместе с программным изделием. При необходимости в нём указываются специальные требования к структуре и составу документов. Минимальный объём документации: руководство пользователя.

Технико-экономические показатели.

Стадии и этапы разработки.

В нём указывают стадии и этапы разработки выполняемых работ с указанием сроков и исполнителей.

Порядок контроля и приёмки.

В нём указывают порядок проведения испытаний и общие требования по проведению приёмки.

Приложение: перечень НИР, обоснования, расчёты, и другие документы, которые следует использовать для разработки.

В зависимости от особенностей разрабатываемого ПО разрешается уточнять описанные разделы, вводить новые или объединять существующие.

32. Структурное проектирование ПО: метод структурного анализа, проектирование модульной структуры.

Метод структурного анализа базируется на ряде общих принципов, перечисленных ниже.

1. Принцип декомпозиции и иерархического упорядочивания , который заключается в разбиении большой и сложной проблемы на множество меньших независимых подзадач, легких для понимания и решения. Причем декомпозиция может осуществляться и для уже выделенных подзадач. В результате такой последовательной декомпозиции специфицируемая система может быть понята и построена по уровням иерархии, каждый из которых добавляет новые детали.

2. Принцип абстрагирования заключается в выделении существенных с некоторых позиций аспектов системы и отвлечения от несуществующих с целью представления проблемы в удобном общем виде.

3. Принцип формализации заключается в необходимости строгого методологического подхода и решению проблемы.

4. Принцип сокрытия заключается в "упрятывании" несущественной на определенном этапе информации: каждая часть "знает" только то, что необходимо.

5. Принцип полноты заключается в контроле на присутствие лишних элементов.

6. Принцип непротиворечивости заключается в обоснованности и согласованности элементов.

7. Принцип логической независимости заключается в концентрации внимания на логическом проектировании для обеспечения независимости от физического исполнения.

8. Принцип независимости данных заключается в том, что модели данных должны быть проанализированы и спроектированы независимо от процессов их логической обработки, а также от их физической структуры и распределения в памяти вычислительной системы.

9. Принцип структурирования данных заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

Руководствуясь всеми принципами в комплексе, можно на этапе специфицирования понять, что будет представлять из себя разрабатываемое программное обеспечение, обнаружить промахи и недоработки, что, в свою очередь, облегчит работы на последующих этапах жизненного цикла.

Для целей специфицирования систем в структурном анализе используются три группы средств, иллюстрирующих:

* функции, которые система должна выполнять;

* отношения между данными;

* зависящее от времени поведение системы (аспекты реального времени).

Для этого применяются:

* DFD (Data Flow Diagrams) – диаграммы потоков данных совместно со словарями данных и спецификациями процессов;

* ERD (Entity–Relationship Diagrams) – диаграммы сущность–связь;

* STD (State Transition Diagrams) – диаграммы переходов–состояний.

DFD показывает внешние по отношению к системе источники и приемники данных, идентифицирует логические функции (процессы) и группы элементов данных, связывающие одну функцию с другой (потоки), а также идентифицирует хранилища (накопители данных), к которым осуществляется доступ. Структуры потоков данных и определение их компонентов хранятся в словаре данных. Каждая логическая функция может быть детализирована DFD нижнего уровня. Когда детализация исчерпана, переходят к описанию логики с помощью спецификации процесса.

Структура каждого хранилища описывается с помощью ERD. В случае наличия реального времени DFD дополняется средствами описания, зависящего от времени поведения системы, которые описываются с помощью STD. Эти связи показаны на рисунке.

Взаимосвязь средств структурного анализа

Проектирование модульной структуры. Модуль – это отдельная функционально законченная программная единица, которая может применяться самостоятельно, либо быть частью программы. Программное обеспечение создается на основе модульной структуры, состоящей из отдельных модулей.

К преимуществам разработки ПО с использованием модулей можно отнести следующее:

1. Упрощается проектирование ПО, так как сложную и большую про­блему легче понять, разбив се на отдельные функциональные части.
2. Обеспечивается возможность организации совместной работы больших коллективов разработчиков, так как каждый программист имеет дело с независимой от других частью ПО - модулем или группой модулей.
3. Упрощается отладка программ, так как ограниченный доступ к мо­дулю и однозначность его внешнего поведения исключает влияние ошибок в других модулях на его функционирование.
4. Повышается надежность программ, так как относительно малый размер модулей и, как следствие, небольшая их сложность, позволяют про­вести более полную их проверку.

Для проектирования и документирования модульной структуры применяются структурные карты Константайна (Constantine), которые являются моделью отношений между программными модулями.

Структурная карта представляет собой ориентированный граф. Узлы структурных карт соответствуют модулям и областям данных, а дуги изображают межмодульные вызовы. При этом циклические и условные вызовы моделируются специальными узлами, привязанными к дугам.

Элементы структурных карт.

Базовым элементом структурной карты является модуль. Можно выделить различные типы модулей:

1. Собственно модуль используется для представления обрабатывающего фрагмента ПО и для локализации его на диаграмме.

2. Подсистема – совокупность ранее определенных модулей. Может повторно использоваться любое число раз на любых диаграммах.

3. Библиотека отличается от подсистемы тем, что определена вне контекста системы.

4. Область данных используется для указания модулей, содержащих области глобальных (распределенных) переменных.

Типы модулей на структурных картах.

При построении структурных карт добавление модулей и увязывание их вместе осуществляется с использованием потоков, демонстрирующих иерархию вызовов. Различают последовательный и параллельный вызовы. При последовательном вызове модули могут вызываться в любом порядке или одновременно.

Для моделирования условных и циклических вызовов применяются условные и итерационные узлы.

Изображения условного и итерационного вызовов.

Типовые модульные структуры. В зависимости от задач, решаемых разработчиком, и от выбранного метода проектирования модульное ПО может иметь одну из следующих основных структур: монолитно - модульную; последовательно - модульную; модульно - иерархическую; модульно - хаотическую.

а - монолитная; б - последо­вательная; в - иерархическая; г – хаотическая.

Монолитно - модульная структура включает в себя большой про­граммный модуль, реализующий большую часть возложенных на програм­му функций. Из этой части имеется незначительное число обращений к другим программным модулям значительно меньшего размера. Такая структура несет на себе все недостатки немодульного принципа программи­рования: она сложна для понимания, проверки и сопровождения.

Последовательно - модульная структура включает в себя несколько по­следовательно передающих друг другу управление модулей. Эта структура проста и наглядна, но может быть реализована лишь для относительно про­стых задач.

Модульно - иерархическая структура включает в себя программные модули, располагаемые на разных уровнях иерархии. Модули верхних уровней управляют работой модулей нижних уровней. Подобная структура наиболее предпочтительна и позволяет строить достаточно сложные про­граммы.

Модульно - хаотические структуры. Такие программы сложны для проверки и сопровождения. Эта структура допустима только в системах реального времени с жесткими объемно-временными характеристиками, когда с помощью программ с другой структурой невозможно их достичь.

Общие правила структурного построения ПО. На начальных этапах разработки ПО формируется его структура и об­щие правила взаимодействия компонентов, которые состоят в следующем:

• должна быть унифицирована структура ПО и правила оформления описания каждого программного модуля;
• каждый модуль характеризуется функциональной законченностью, автономностью и независимостью в оформлении от модулей, которые ею используют и которые он вызывает;
• применяются стандартные правила организации связей модуля по управлению и информации (данным) с другими модулями;
• ПО разрабатываются в виде совокупности небольших по количеству операторов (до 100) программных модулей, связанных иерархическим обра­зом;
• должен отсутствовать эффект после действия очередного исполнения программы на последующие исполнения;
• регламентировано использование локальных переменных и регистров ЭВМ.

Понятие «жизненный цикл» предполагает нечто рождаю­щееся, развивающееся и умирающее. Подобно живому организму программные изделия создаются, эксплуатируются и развиваются во времени.

Жизненный цикл программного обеспечения включает в себя все этапы его развития: от возникновения потребности в нем до полного прекращения его использования вследствие морального старения или потери необходимости решения соответствующих задач.

Можно выделить несколько фаз существования программного изделия в течение его жизненного цикла. Общепринятых названий для этих фаз и их числа пока еще нет. Но и особых разногласий по этому вопросу нет. Поэтому существует несколько вариантов разбиения жизненного цикла программного обеспечения на этапы. Вопрос о том, лучше ли данное конкретное разбиение, чем другие, не является основным. Главное, необходимо пра­вильно организовать разработку программного обеспечения с их учетом.

По длительности жизненного цикла программные изделия можно разделить на два класса: с малым и большим временем жизни. Этим классам программ соответствуют гибкий (мягкий) подход к их созданию и использованию и жесткий промыш­ленный подход регламентированного проектирования и эксплуа­тации программных изделий. В научных организациях и вузах, например, преобладают разработки программ первого класса, а в проектных и промышленных организациях - второго.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации создаются в основном для решения научных и инженерных задач, для получения конкретных результатов вычислений. Такие прог­раммы обычно относительно невелики. Они разрабатываются одним специалистом или маленькой группой. Главная идея программы обсуждается одним программистом и конечным пользователем. Некоторые детали заносятся на бумагу, и проект реализуется в течение нескольких дней или недель. Они не предназначены для тиражирования и передачи для последующего использования в другие коллективы. По существу, такие прог­раммы являются частью научно-исследовательской работы и не могут рассматриваться как отчуждаемые программные изделия.

Их жизненный цикл состоит из длительного интервала сис­темного анализа и формализации проблемы, значительного этапа проектирования программ и относительно небольшого времени эксплуатации и получения результатов. Требования, предъяв­ляемые к функциональным и конструктивным характеристикам, как правило, не формализуются, отсутствуют оформленные испытания программ. Показатели их качества контролируются только разработчиками в соответствии с их неформальными представлениями.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации

Сопровождение и модификация таких программ не обязатель­ны, и их жизненный цикл завершается после получения резуль­татов вычислений. Основные затраты в жизненном цикле таких программ 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.

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации создаются для регулярной обработки информации и управления. Структура таких программ сложная. Их размеры могут изменяться в широких пределах (1...1000 тыс. команд), однако все они обладают свойствами познаваемости и возможности модифи­кации в процессе длительного сопровождения и использования различными специалистами. Программные изделия этого класса допускают тиражирование, они сопровождаются документацией как промышленные изделия и представляют собой отчуждаемые от разработчика программные продукты.

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации

Их проектированием и эксплуатацией занимаются большие коллективы специалистов, для чего необходима формализация программной системы, а также формализованные испытания и определение достигнутых показателей качества конечного про­дукта. Их жизненный цикл 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.

Все последующее изложение акцентирует внимание на теме разработки крупных (сложных) программных средств управления и обработки информации.

Обобщенная модель жизненного цикла программного изделия может выглядеть так:

I . Системный анализ:

а) исследования;

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.

I . Системный анализ. В начале разработки программного обеспечения проводят системный анализ (предварительное его проектирование), в ходе которого определяются потребность в нем, его назначение и основные функциональные характе­ристики. Оцениваются затраты и возможная эффективность применения будущего программного изделия.

На этом этапе составляется перечень требований, то есть четкое определение того, что пользователь ожидает от готового продукта. Здесь же осуществляется постановка целей и задач, ради реализации которых и разрабатывается сам проект. В фазе систем­ного анализа можно выделить два направления: исследование и анализ осуществимости.

Исследования начинаются с того момента, когда руководитель разработки осознает потребность в программном обеспечении.

Работа состоит в планировании и координации действий, необходимых для подготовки формального рукописного перечня требований к разрабатываемому программному изделию.

Исследования заканчиваются тогда, когда требования сформи­рованы в таком виде, что становятся обозримыми и при необ­ходимости могут быть модифицированы и одобрены ответствен­ным руководителем.

Анализ осуществимости есть техническая часть исследований и начинается тогда, когда намерение руководства окрепнет настолько, что назначается руководитель проекта, организующий проектирование и распределение ресурсов (рабочей силы).

Работа заключается в исследовании предполагаемого прог­раммного изделия с целью получения практической оценки возможности реализации проекта, в частности определяются:

- осуществимость эксплуатационная , будет ли изделие доста­точно удобно для практического использования?

- осуществимость экономическая , приемлема ли стоимость разрабатываемого изделия? Какова эта стоимость? Будет ли изделие экономически эффективным инструментом в руках пользователя?

- осуществимость коммерческая, будет ли изделие привлека­тельным, пользоваться спросом, легко устанавливаемым, прис­пособленным к обслуживанию, простым в освоении?

Эти и другие вопросы необходимо решать главным образом при рассмотрении указанных выше требований.

Анализ осуществимости заканчивается, когда все требования собраны и одобрены.

Прежде чем продолжить дальнейшую работу над проектом необходимо удостовериться, что вся необходимая информация получена. Эта информация должна быть точной, понятной и осуществимой. Она должна представлять собой полный комплекс требований удовлетворяющих пользователя к разрабатываемому программному продукту, оформляемый в виде спецификации.

При несоблюдении данного требования можно значительно замедлить реализацию проекта в будущем вследствие много­кратного повторного обращения к пользователю за уточнением неверно трактованных деталей, неоговоренных условий и, как следствие, потребуется переделка уже разработанных его частей.

Часто в период системного анализа принимается решение о прекращении дальнейшей разработки программного обеспе­чения.

II . Проектирование программного обеспечения. Проектиро­вание является основной и решающей фазой жизненного цикла программного обеспечения, во время которого создается и на 90% приобретает свою окончательную форму программное из­делие.

Эта фаза жизни охватывает различные виды деятельности проекта и может быть разделена на три основных этапа: конст­руирование, программирование и отладку программного из­делия.

Конструирование программного обеспечения обычно начи­нается ещё в фазе анализа осуществимости, как только оказы­ваются зафиксированными на бумаге некоторые предварительные цели и требования к нему.

К моменту утверждения требований работа в фазе конст­руирования будет в самом разгаре.

На этом отрезке жизни программного обеспечения 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.

Программирование начинается уже в фазе конструирования, как только станут доступными основные спецификации на отдельные компоненты программного изделия, но не ранее утверждения соглашения о требованиях. Перекрытие фаз прог­раммирования и конструирования приводит к экономии общего времени разработки, а также к обеспечению проверки пра­вильности проектных решений, и в некоторых случаях влияет на решение ключевых вопросов.

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.

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

III . Оценка (испытания) программного обеспечения. В этой фазе программное изделие подвергается 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.

IV . Использование программного обеспечения. Если системный анализ - сигнал к бою, проектирование - атака и возвращение с победой, то использование программного изделия -это ежедневная оборона, жизненно необходимая, но обычно не почетная для разработчиков.

Такое сравнение уместно ввиду того, что во время исполь­зования программного изделия исправляются ошибки, вкрав­шиеся в процессе его проектирования.

Фаза использования программного изделия начинается тогда, когда 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 и, возможно, расширение прог­раммного изделия - так называемое продолжающееся проек­тирование.

Фаза использования заканчивается, когда изделие изымается из употребления и упомянутые выше действия прекращаются. Отметим, однако, что программное изделие может долго приме­няться кем-либо еще и после того, как фаза использования в том виде, как она определена здесь, завершится. Потому что этот некто может плодотворно использовать программное изделие у себя даже без помощи разработчика.

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 программного обеспечения состоит в эксплу­атаци­ он­ ном обслуживании, развитии функциональных возможностей и повышении эксплуатационных характеристик прог­рам­ мно­ го изделия, в тиражировании и переносе программного изделия на различные типы вычислительных средств.

Сопровождение играет роль необходимой обратной связи от этапа эксплуатации.

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. После проверки подготовленных корректировок на одном из экземпляров прог­рамм очередная версия программного изделия заменяет ранее эксплуатировавшиеся или некоторые из них. При этом процесс эксплуатации программного изделия может быть практически непрерывным, так как замена версии программного изделия является кратковременной. Эти обстоятельства приводят к тому, что процесс эксплуатации версии программного изделия обычно идет параллельно и независимо от этапа сопровождения.

Перекрытие между фазами жизненного цикла программного изделия

Возможны и обычно желательны перекрытия между разными фазами жизненного цикла программного изделия. Однако не должно быть никакого перекрытия между несмежными про­цессами.

Возможна обратная связь между фазами. Например, во время одного из шагов внешнего проектирования могут быть обна­ружены погрешности в формулировке целей, тогда нужно не­медленно вернуться и исправить их.

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

Например, когда проектируется единственная программа, то часто обходятся без проектирования архитектуры системы и

проектирования базы данных; процессы исходного и детального внешнего проектирования зачастую сливаются воедино и т.п.