/

Поддержание жизненного цикла программного обеспечения. Жизненный цикл программного обеспечения

В общем случае программная система помимо собственно программ содержит еще и аппаратное обеспечение, а также обычно рассматривается в окружении других программно-аппаратных систем.

Под жизненным циклом программной системы обычно понимают весь период времени существования программной системы, начинающийся с момента выработки первоначальной концепции системы и кончающийся тогда, когда система морально устаревает. Понятие ``жизненного цикла"" используется, когда предполагается, что программная система будет иметь достаточно большой срок действия, в отличие от экспериментального программирования, при котором программы прогоняются несколько раз и больше не используются.

Жизненный цикл традиционно моделируется в виде некоторого числа последовательных этапов (или стадий, фаз). В настоящее время не выработано общепринятого разбиения жизненного цикла программной системы на этапы. Иногда этап выделяется как отдельный пункт, иногда - входит в качестве составной части в более крупный этап. Могут варьироваться действия, производимые на том или ином этапе. Нет единообразия и в названиях этих этапов. Поэтому попытаемся вначале описать некоторый обобщенный жизненный цикл программной системы, а затем продемонстрируем несколько примеров различных жизненных циклов с указанием аналогий из этого обобщенного цикла.

Этапы жизненного цикла ПО

Жизненный цикл программного обеспечения - период разработки и эксплуатации программного обеспечения, в котором обычно выделяют этапы: -1- возникновение и исследование идеи; -2- анализ требований и проектирование; -3- программирование; -4- тестирование и отладка; -5- ввод программы в действие; -6- эксплуатация и сопровождение; -7- завершение эксплуатации.

Следует обратить внимание, что разбиение жизненного цикла на этапы иногда способствует затушевыванию некоторых важных аспектов создания программного обеспечения; особенно это проявляется по отношению к такому необходимому процессу, как итерационная реализация различных этапов жизненного цикла с целью исправления ошибок, изменения решений, которые оказались неправильными, или учета изменений в общих требованиях, предъявляемых к системе.

Примеры описания жизненного цикла

Рассмотрим несколько описаний жизненного цикла программного обеспечения, которые послужат своеобразным комментарием этапам обобщенного жизненного цикла.

В отечественных нормативных документах (например, ГОСТ ЕСПД) принято следующее разграничение на этапы, которое приводится с указанием аналогий из списка, данного в начале раздела:

    разработка технического задания (этапы 1 и 2);

    технический проект (третий этап до 3.2.1 включительно);

    рабочий проект (3.2.2, 4.2.1 и, частично, 4.2, 4.3);

    экспериментальное внедрение (4.2 и 4.3);

    сдача в промышленную эксплуатацию (этап 5);

    промышленная эксплуатация (этап 6).

Подобное описание имеет своим прообразом технологию разработки аппаратных средств и поэтому не вполне учитывает все отличительные особенности проектирования программ. Более подходящим выглядит описание жизненного цикла программного обеспечения, состоящее из 12 этапов, которые очень близки этапам обобщенного жизненного цикла (см. рис. 1.1). В скобках после имени фазы указывается аналог из обобщенного цикла. Практически все этапы заканчиваются проверкой результатов, полученных на соответствующем этапе.

Рис. 1.1 Пример жизненного цикла программных систем

    Начало проекта и планирование (этап 1). Определяются необходимые действия, планы и организация управления проектом. Определяются меры по обеспечению непрерывного выполнения фаз жизненного цикла.

    Анализ целевых требований (2.1). Определяются, без учета средств реализации, общие характеристики системы, которым она должна удовлетворять. Устанавливается, что и как должна делать система.

    Анализ системных требований (2.2). Описывается, как должны удовлетворятся запросы пользователя, в терминах конкретных функциональных понятий описываются действия предполагаемой системы, хранимые данные, используемый интерфейс - все это без учета физической реализации. Проверяется пригодность этих конкретных понятий.

    Проектирование системы (3.1). Устанавливается структура системы или, иначе говоря, ее архитектура в терминах основных компонентов этой системы и их предполагаемой реализации (аппаратной, программной, с помощью окружения и т.д.). Устанавливаются требования для каждого компонента, а также стратегию тестирования и интеграции.

    Предварительное проектирование программного обеспечения (3.2.1). Определение конкретных программных компонент, которые будут разрабатываться и внедряться в конечную систему. Проверка этого множества компонент на непротиворечивость общим требованиям к программному обеспечению. Определение функциональных, эксплуатационных и тестовых требований к каждому конкретному компоненту.

    Детальное проектирование программного обеспечения (3.2.2). В терминах используемых программных конструкций производится описание того, как каждый конкретный компонент будет разрабатываться. Описываются режимы использования каждого компонента в системе.

    Кодирование и тестирование программного обеспечения (4.1.1 и 4.1.2). Создание, тестирование отдельных модулей, документирование и приемка программных компонентов, которые составляют программную систему.

    Интеграция программного обеспечения (частично 4.2). Тестирование работоспособности и функциональной законченности программных частей системы в предсказуемом окружении (аппаратуре и окружающей среде).

    Интеграция системы (4.3). Тестирование работоспособности и функциональной законченности частей общей системы в целом.

    Приемка и поставка системы (5). Производится приемка системы заказчиком, и поставка ему системы.

    Эксплуатация и сопровождение системы (6). Выпуск последующих вариантов или версий системы, необходимость в которых возникает из-за устранений дефектов, отработки измененных требований и т.д.

    Завершение проекта (7). Формирование посториорной модели проектных действий с анализом достоинств, недостатков и т.д., и использование их в качестве основания для улучшения процесса разработки.

В качестве следующего примера рассмотрим неполный жизненный цикл программного обеспечения, без этапов эксплуатации и сопровождения (см. рис. 1.2). В этом варианте не фиксируется последовательность фаз или этапов, а предлагается перечень действий, которые должны быть выполнены на протяжении жизненного цикла программного обеспечения. Эти действия могут быть разбиты или, наоборот, сгруппированы в различные этапы, в зависимости от конкретных условий. Можно выделить следующие этапы жизненного цикла программных систем (в скобках, как и ранее, - аналоги из модели обобщенного цикла):

    этап планирования, который определяет и координирует действия по разработке программной системы (этап 1);

    этап разработки, на котором создается программная система:

    постановку задачи (этап 2),

    проектирование (3),

    кодирование (4.1.1),

    получение исполняемого кода (4.1.1, 4.3);

интегрированный этап, обеспечивающий коррекцию, проверку, и определение полноты программной системы, а также ее выпуск. Этот этап включает в себя верификацию, контроль за конфигурацией системы, оценку качества и проверку взаимодействия между этапами. Из названия этого этапа видно, что он выполняется совместно с другими этапами на протяжении жизненного цикла системы.

Рис. 1.2 Вариант упрощенного жизненного цикла программной системы.

Отсутствие интегрированного этапа в обобщенном жизненном цикле не означает, что проверка производится только там, где это явно указано в названии этапа (например 4.2.1 и 4.2). Каждый этап может считаться завершенным только тогда, когда результаты, полученные на данном этапе, были признаны удовлетворительными, а для этого необходимо производить проверку результатов на каждом этапе. В обобщенном жизненном цикле некоторые проверки были вынесены отдельными пунктами для демонстрации повышенных объемов, сложности и важности этих проверок.

Последовательность этапов жизненного цикла для разных программных систем определяется такими характеристиками как функциональные возможности, сложность, размер, устойчивость, использование ранее полученных результатов, разрабатываемая стратегия и аппаратное обеспечение.

На рис. 1.3. показана последовательность этапов разработки программного обеспечения для отдельных компонентов единой программной системы с различными жизненными циклами.

Рис. 1.3 Последовательность этапов разработки компонент программного обеспечения

Для компонента W из множества системных требований к единому продукту формируется подмножество требований, относящихся к данному компоненту, используются эти требования при формировании проекта программного компонента, реализовывают этот проект в исходном коде и тогда интегрирует компонент с аппаратурой. Компонент X показывает использование ранее разработанного программного обеспечения. Компонент Y показывает использование простой отдельной функции, которая может быть закодирована прямо на основе требований к программному обеспечению. Компонент Z показывает использование прототипной стратегии. Обычно, целями прототипирования является лучшее понимание требований к программному обеспечению и уменьшение технических рисков и рисков разработки при создании конечного продукта. Исходные требования используются как базис для получения прототипа. Этот прототип преобразуется в окружение, типичное для конкретного использования системы при разработке. Результатом преобразований является уточненные данные, которые используются для создания конечного программного продукта.

Практически все этапы жизненного цикла объединяются с верификацией.

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?

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.

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.

Аннотация.

Введение.

1. Жизненный цикл ПО

Введение.

Шаги процесса программирования по Райли

Введение.

1.1.1. Постановка задачи.

1.1.2. Проектирование решения.

1.1.3. Кодирование алгоритма.

1.1.4. Сопровождение программы.

1.1.5. Программная документация.

Вывод к п. 1.1

1.2. Определение ЖЦПО по Леману.

Введение.

1.2.1 Определение системы.

1.2.2. Реализация.

1.2.3. Обслуживание.

Вывод к п. 1.2.

1.3. Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

1.3.1. Каскадная модель.

1.3.2. Экономическое обоснование каскадной модели.

1.3.3. Усовершенствование каскадной модели.

1.3.4. Определение фаз жизненного цикла.

1.3.5. Основные работы над проектом.

Литература.


Введение

Промышленное применение компьютеров и растущий спрос на программы поставили актуальные задачи существенного повышения производительности разработки ПО , разработки индустриальных методов планирования и проектирования программ, переноса организационно-технических, технико-экономических и социально-психологических приемов, закономерностей и методов из сферы материального производства в сферу применения компьютеров. Комплексный подход к процессам разработки, эксплуатации и сопровождения ПО выдвинул ряд насущных проблем, решение которых исключит «узкие места» в проектировании программ, уменьшит сроки завершения работ, улучшит выбор и адаптацию существующих программ, а может быть и определит судьбу систем со встроенными ЭВМ.

В практике разработок больших программных проектов зачастую отсутствует единый подход к оцениванию затрат труда, сроков проведения работ и материальных затрат, что сдерживает повышение производительности разработки ПО, а в конечном счете – эффективное управление жизненным циклом ПО. Поскольку программа любого типа становится изделием (кроме, может быть, учебных, макетных программ), подход к ее изготовлению во многом должен быть аналогичен подходу к производству промышленной продукции, и вопросы проектирования программ становятся чрезвычайно важными. Эта идея лежит в основе книги Б.У. Боэма «Инженерное проектирование программного обеспечения», которую мы использовали при написании данной курсовой работы. В этой книге под проектированием ПО понимается процесс создания проекта программного изделия.


1 Жизненный цикл ПО

ВВЕДЕНИЕ

ЖЦПО – это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Существует несколько подходов при определении фаз и работ жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦПО), шагов процесса программирования, каскадная и спиральная модели. Но все они содержат общие основополагающие компоненты: постановка задачи, проектирование решения, реализация, обслуживание.

Наиболее известной и полной, пожалуй, является структура ЖЦПО по Боэму, включающая восемь фаз. Она и будет представлена в дальнейшем наиболее подробно.

Одним из возможных вариантов может послужить описание верхнего уровня по Леману, включающее три основные фазы и представляющее описание ЖЦПО в самом общем случае.

И, для разнообразия, – приведем шаги процесса программирования, представленные Д.Райли в книге «Использование языка Модула-2». Это представление, по-моему, является весьма простым и привычным, с него и начнём.

1.1 Шаги процесса программирования по Райли

Процесс программирования включает четыре шага (рис. 1):

постановка задачи, т.е. получение адекватного представления о том, какую задачу должна выполнить программа;

проектирование решения уже поставленной задачи (в общем, такое решение является менее формальным, чем окончательная программа);

кодирование программы, т. е. перевод спроектированного решения в программу, которая может быть выполнена на машине;

сопровождение программы, т.е. непрекращающийся процесс устранения в программе неполадок и добавления новых возможностей.

Рис. 1.Четыре шага программирования.

Программирование начинается с того момента, когда пользователь , т.е. тот, кто нуждается в программе для решения задачи, излагает проблему системному аналитику. Пользователь и системный аналитик совместно определяют постановку задачи. Последняя затем передается алгоритмисту , который отвечает за проектирование решения. Решение (или алгоритм) представляет последовательность операций, выполнение которых приводит к решению задачи. Поскольку алгоритм часто не приспособлен к выполнению на машине, его следует перевести в машинную программу. Эта операция выполняется кодировщиком. За последующие изменения в программе несет ответственность сопровождающийпрограммист. И системный аналитик, и алгоритмист, и кодировщик, и сопровождающий программист – все они являются программистами.

В случае большого программного проекта число пользователей, системных аналитиков и алгоритмистов может оказаться значительным. Кроме того, может возникнуть необходимость вернуться к предшествующим шагам в силу непредвиденных обстоятельств. Все это служит дополнительным аргументом в пользу тщательного проектирования программного обеспечения: результаты каждого шага должны быть полными, точными и понятными.

1.1.1 Постановка задачи

Одним из наиболее важных шагов программирования является постановка задачи. Она выполняет функции контракта между пользователем и программистом (программистами). Как и юридически плохо составленный контракт, плохая постановка задачи бесполезна. При хорошей постановке задачи как пользователь, так и программист ясно и недвусмысленно представляют задачу, которую необходимо выполнить, т.е. в этом случае учитываются интересы как пользователя, так и программиста. Пользователь может планировать использование еще несозданного программного обеспечения, опираясь на знание того, что оно может. Хорошая постановка задачи служит основой для формирования ее решения.

Постановка задачи (спецификация программы ); по существу, означает точное, полное и понятное описание того, что происходит при выполнении конкретной программы. Пользователь обычно смотрит на компьютер, как на черный ящик: для него неважно, как работает компьютер, а важно, что может компьютер из того, что интересует пользователя. При этом основное внимание фокусируется на взаимодействии человека с машиной.

Характеристики Хорошей Постановки Задачи:

Точность , т.е. исключение любой неоднозначности. Не должно возникать вопросов относительно того, каким будет вывод программы при каждом конкретном вводе.

Полнота , т.е. рассмотрение всех вариантов для заданного ввода, включая ошибочный или непредусмотренный ввод, и определение соответствующего вывода.

Ясность , т.е. она должна быть понятной и пользователю и системному аналитику, поскольку постановка задачи – это единственный контракт между ними.

Часто требование точности, полноты и ясности находятся в противоречии. Так, многие юридические документы трудно понять, потому что они написаны на формальном языке, который позволяет предельно точно сформулировать те или иные положения, исключая любые самые незначительные разночтения. Например, некоторые вопросы в экзаменационных билетах иногда сформулированы настолько точно, что студент тратит больше времени на то, чтобы понять вопрос, чем на то чтобы на него ответить. Более того, студент вообще может не уловить основной смысл вопроса из-за большого количества деталей. Наилучшая постановка задачи та, при которой достигается баланс всех трех требований.

Стандартная форма постановки задачи.

Рассмотрим следующую постановку задачи: «Ввести три числа и вывести числа в порядке».

Такая постановка не удовлетворяет приведенным выше требованиям: она не является ни точной, ни полной, ни понятной. Действительно, должны ли числа вводиться по одному на строке или все числа на одной строке? Означает ли выражение «в порядке» упорядочение от большего к меньшему, от меньшего к большему или тот же порядок, в каком они были введены.

Очевидно, что подобная постановка не отвечает на множество вопросов. Если же учесть ответы на все вопросы, то постановка задачи станет многословной и трудной для восприятия. Поэтому Д. Райли предлагает для постановки задачи пользоваться стандартной формой, которая обеспечивает максимальную точность, полноту, ясность и включает:

наименование задачи (схематическое определение);

общее описание (краткое изложение задачи);

ошибки (явно перечислены необычные варианты ввода, чтобы показать пользователям и программистам те действия, которые предпримет машина в подобных ситуациях);

пример (хороший пример может передать сущность задачи, а также проиллюстрировать различные случаи).

Пример. Постановка задачи в стандартной форме.

НАЗВАНИЕ

Сортировка трех целых чисел.

ОПИСАНИЕ

Ввод и вывод трех целых чисел, отсортированных от меньшего числа к большему.

Вводятся три целых числа по одному числу на строке. При этом целым числом является одна или несколько последовательных десятичных цифр, которым может предшествовать знак плюс «+» или знак минус «–».

Выводятся три введенных целых числа, причем все три выводятся на одной строке. Смежные числа разделяются пробелом. Числа выводятся от меньшего к большему, слева направо.

1) Если введено менее трех чисел, программа ждет дополнительного ввода.

2) Строки ввода, кроме первых трех, игнорируются.

3) Если какая-либо из первых трех строк содержит более одного целого числа, то программа завершает работу и выдает сообщение.

ОШИБКА ВВОДА – допускается только одно целое число на строке.

ввод ® – 3

Этот шаг программирования является наиболее трудным. На данной стадии постановка задачи должна быть превращена в алгоритм. Поэтому алгоритмист должен обладать достаточным опытом программирования и подходить к каждой новой задаче, опираясь на твердо установленную методику проектирования. К сожалению, в настоящее время все большие программы содержат ошибки, что приводит к скверным проектам. Плохие проекты в свою очередь являются следствием сложности задач и использования неадекватных методов проектирования. Чтобы избежать ошибок в программах, алгоритмисты должны использовать тщательно разработанные процедуры конструирования, основанные на правилах логического вывода.

Существуют две основные модели вывода:

Первая модель известна как дедуктивный вывод. Эту форму логического мышления обессмертил знаменитый сыщик Шерлок Холмс. Дедуктивная логика применяет общие правила к конкретным случаям. Например, Холмс мог вывести конкретное утверждение «Дворецкий является убийцей» из более общих сведений «Убийца-блондин», а «Дворецкий является единственным блондином, которого можно подозревать».

Вторая модель – это индуктивный вывод, который является противоположностью дедуктивному выводу. Индуктивная логика извлекает общие заключения из отдельных случаев. Например, индуктивный вывод может быть использован, чтобы обосновать общее заключение «солнце поднимается на востоке» на основании многих отдельных наблюдений того, что солнце всегда поднималось на востоке.

Эти два процесса вывода умозаключений – дедукция (от общего к частному) и индукция (от частного к общему) – тесно связаны с двумя наиболее широко распространенными методами проектирования: «сверху вниз» и «снизу вверх». Подобно дедукции, проектирование «сверху вниз» начинается с большой задачи, которая разбивается на подзадачи. Например, проектировщик нового холодильника-морозильника на основании исходного множества спецификаций агрегата (т.е. постановки задачи) должен дать детальные схемы и спецификации окончательного продукта (т.е. проект).

Если при этом он использует метод проектирования «сверху вниз», то единственная задача проектирования может быть разбита на две меньшие подзадачи: (1) проектирование холодильного агрегата и (2) проектирование морозильника.

Однако можно воспользоваться методом проектирования «снизу вверх» и начать с проектирования холодильного компрессора, а затем охлаждающих труб, агрегата или холодильной камеры. В таком случае этот выбор будет налагать определенные ограничения на весь проект.

Задача проектировщика – создание алгоритма, выполняющего функции связующего звена между постановкой задачи и готовой для исполнения программой. Проверку созданного алгоритма, т. е. насколько последний отражает постановку задачи, осуществляет системный аналитик. В силу этого и системный аналитик, и проектировщик должны уметь читать и понимать алгоритм. Каждый алгоритм записывается на некотором псевдоязыке. Алгоритмы, называемые также псевдокодами, не могут быть выполнены ни на каком компьютере.

Работа кодировщика заключается в переводе алгоритма в программу. Для создания полной, точной и понятной программы необходимы соответствующие методы записи программ. Например, кулинарные рецепты обычно записываются на естественных языках, таких, как английский, французский, русский или японский. Программы же пишутся на языках программирования. В настоящее время ни один из естественных языков нельзя использовать в качестве языка программирования, так как они чересчур сложны, чтобы их могли «понимать» машины. В отличие от естественных, языки программирования созданы специально для такого представления решения задачи, которое может быть выполнено компьютером.

Прежде чем завершить работу, кодировщик должен убедиться, что программа соответствует псевдокоду. Затем системный аналитик, алгоритмист и, что самое главное, пользователь должны протестировать и подтвердить, что она работает правильно. После этого можно считать, что программа готова для передачи пользователю в комплекте со всей необходимой документацией.

Однако на этом программирование не заканчивается; далее следует шаг сопровождения. Дело в том, что в программе могут быть ошибки, обусловленные либо неадекватной постановкой задачи, либо тем, что проект не удовлетворяет постановке задачи или программа не соответствует проекту. Какова бы ни была причина, пользователь вправе потребовать корректировки программы, поскольку он не представлял, что программа будет работать таким образом. Исправление ошибок является одной из главных задач сопровождения программ. Другой не менее важной задачей сопровождения программ является ее модификация, т. е. добавление в программу новых возможностей или изменение существующих. Пользователь может изменить требования к работе программы, что, в свою очередь, приведет к необходимости ее переписать. Сложность операций по сопровождению программы зависит от типа изменений, которые должны быть сделаны: в худшем случае может потребоваться полная переработка программы от постановки до кодирования. Обычно на сопровождение программы затрачивается большее время, чем на ее создание.

Последней составляющей процесса программирования является документирование. Оно включает широкий спектр описаний, облегчающих процесс программирования и обогащающих результирующую программу. Постоянное документирование должно составлять неотъемлемую часть каждого шага программирования. Постановка задачи, проектные документы, алгоритмы и программы – все это документы. Внутренняя документация, включенная непосредственно в программу, облегчает чтение кода. Назначение учебного пособия (еще одной формы документации) – научить пользователя применять новую программу; справочное руководство позволяет ознакомиться с описанием команд программного обеспечения.

Вывод к п.1.1.

Согласно модели, представленной в данной главе, программирование можно разделить на четыре шага: постановку задачи, проектирование решений, кодирование программы, сопровождение программы. Дополнительно модель включает документирование программы как действия, которые необходимо выполнять в течение всего процесса программирования.

Модель программирования построена специально для решения больших проблем, так как именно они представляют интерес для специалистов в области информатики. Тем не менее, на практике важно использовать тщательно выбранные инженерные методики проектирования программ независимо от размера задач: навыки, приобретенные в процессе решения более мелких задач, могут быть закреплены и успешно реализованы при решении больших задач.

определения;

реализации;

обслуживания.

1.2.1 Определение системы

Процесс создания ПО начинается с практических изысканий, ведущих к системному анализу, задача которого состоит в определении общих требований к системе и программам. Такой анализ должен, прежде всего, установить реальные потребности и цели и по возможности выявить имеющиеся методы, позволяющие достичь поставленной цели. При необходимости анализ может основываться на математических или иных формальных схемах. Считается, что при любом подходе указанный анализ должен иметь определенную структуру и проводиться в соответствии с некоторой теорией. Анализ и внесение уточнений, осуществляемые совместно с аналитиками и потенциальными пользователями, должны привести к выработке окончательной спецификации требований.

Процесс составления такой спецификации имеет целью получение правильного технического задания, полного в смысле отражения требований и согласованного с определением реализации. За составлением спецификаций следует фаза проектирования, смысл которой состоит в идентификации и структуризации данных, их преобразовании и организации их передачи. Кроме того, на этой фазе необходимо добиться в определенном смысле оптимального распределения функции системы, выбрать алгоритм и процедуры, а также обозначить системные компоненты и связь между ними.

Завершив проектирование можно начинать реализацию системы. Однако на практике фаза проектирования и реализации перекрываются. Таким образом, по мере осуществления иерархического процесса разбиения анализ некоторых элементов системы может быть признан достаточно полным для перехода к реализации, в то время как другие элементы требуют дальнейшего уточнения.

В ходе процесса реализации необходимо устанавливать правильность программы. Современные процедуры большей частью основаны на тестировании, хотя в последние годы расширилось использование методов сквозного структурного контроля и аттестации программ.

В любом случае, тестирование посредством исполнения программы обычно осуществляется снизу вверх, в начале на блочном (модульном или процедурном уровне), затем функционально, компонент за компонентом. По мере проверки отдельных компонентов они объединяются в систему в процессе ее компоновки, после чего начинаются системные испытания. В конечном итоге, после того как независимо будет удостоверено качество функционирования системы и оценены ее параметры, она считается готовой к выпуску.

1.2.3 Обслуживание

Процесс обслуживания начинается сразу после выпуска системы. Ошибки подлежат выявлению и исправлению. Если нормальной работе пользователя препятствует ошибка, то ошибочную программу можно временно исключить из системы или же внести временные или постоянные исправления в некоторые или во все используемые системы. Постоянное исправление или изменение можно затем внести в новый выпуск системы. Для того чтобы учесть все изменения и их комбинации, создаются многочисленные версии системных элементов. Главной задачей становится управление системной конфигурацией. Решающая роль в управлении программирования принадлежит вспомогательным службам, которые автоматически собирают и регулируют все изменения в системе.

Вывод к п.1.2.

Метасистема, в рамках которой развивается программа, содержит существенно большее количество контуров обратной связи, чем указано выше. Многие виды деятельности перекрываются, сложным образом переплетаются и систематически повторяются. Поэтому достаточно обоснована модель ЖЦПО представленная Боэмом.

1.3 Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

Каскадная модель была введена в 70 – 80 гг. Она удобна для однородных ПП, когда каждое приложение представляло собой единое целое.

Основные характеристики модели:

Жизненный цикл разбивается на этапы (фазы);

Переход с этапа на этап – только после полного завершения текущего этапа;

Этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы работа могла быть выполнена другой командой разработчиков.

Главные характерные черты каскадной модели следующие:

завершение каждой фазы верификацией и подтверждением, цель которых – устранить возможно большее число проблем, связанных с разработкой изделия;

циклические повторения реализованных фаз с возможно более ранней фазы.

Рис.2. Каскадная модель ЖЦПО.

В каскадной модели успешное окончание одной из фаз ЖЦПО означает достижение соответствующей цели инженерного программирования (см. п. 2.4.). К этим подцелям необходимо добавить еще две:

Детальная проектируемость – получение полных верифицированных спецификаций и структур управления и данных, интерфейсных связей, характеристик, основных алгоритмов и определение условий работы каждого программного компонента.

Кодируемость – получение полного, верифицированного набора компонентов программы.

Основные достоинства:

Формирование полного набора проектной документации в конце работы над этапом. Документация отвечает критериям полноты и завершенности;

Возможность планирования сроков и затрат. Для целого ряда ПП эта модель реализуема – это для систем, для которых на этапе анализа можно точно и полно сформировать все требования. Например, сложные вычислительные программы.

Основные недостатки:

Большие сроки от анализа до завершения;

Требования к ПО «заморожены» в виде ТЗ до конца разработки.

1.3.2 Экономическое обоснование каскадной модели

Не углубляясь в экономический анализ, которому Б.У. Боэм уделяет большое внимание в книге «Инженерное проектирование программного обеспечения», скажем лишь, что экономическое обоснование каскадной модели, ориентированной на последовательное достижение целей, базируется на двух главных предпосылках:

Для получения качественного программного изделия (т.е. такого, которое в полной мере удовлетворяет всем целям требуемого программного изделия) необходимо в любом случае осуществить все подцели на каждом этапе.

Любое другое упорядочение подцелей приводит к созданию менее качественного программного изделия.

1.3.3 Усовершенствование каскадной модели

Рассмотрим одно из усовершенствований идеальной каскадной модели – пошаговую разработку.

Пошаговая разработка является усовершенствованием метода повторной разработки с созданием прототипа и поуровневой разработкой сверху – вниз. Этот метод предполагает пошаговое увеличение функциональных возможностей ПО в процессе разработки.

В качестве усовершенствованной каскадной модели пошаговая разработка успешно применялась при создании как очень больших, так и небольших программных изделий.

Главными преимуществами пошаговой разработки перед абсолютно повторной разработкой и поуровневой разработкой сверху – вниз являются следующие:

использование последовательных расширений программы обеспечивает гораздо менее дорогой способ учета в усовершенствованном изделии опыта пользователей, чем при повторной разработке;

расширение функциональных возможностей намного упрощает проверку и полезнее, чем промежуточные изделия при поуровневой разработке.

Значение пошаговой разработки заключается главным образом в изменении распределения затрат труда на проект. Вариант каскадной модели при пошаговой разработке показан на рисунке 3.

1.3.4 Определение фаз жизненного цикла

Ниже будут даны формулировки конечных целей каждой фазы для перехода к следующей фазе. Для пошаговой разработки приводимые формулировки относятся к границам фаз каждого шага расширения.

Начать фазу планирования и анализа требований. (Завершение концептуального обзора ЖЦПО.)

Получение одобренной и подтвержденной архитектуры системы с включением основных соглашений о распределении функций между аппаратурой и программами. Получение одобренного и подтвержденного общего представления об функционировании ПО с включением основных соглашений о распределении функций между человеком и системой.

Формирование общего плана ЖЦПО с определением основных этапов, ресурсов, обязанностей, сроков и главных работ.

Завершить фазу планирования и анализа требований. Начать фазу проектирования изделия. (Завершение обзора требований к ПО).

Формирование детального плана разработки: детальных показателей завершения этапов разработки, планов распределения ресурсов, схем организационной структуры, обязанностей, сроков, работ, методов и изделий.

Формирование детального плана использования: пунктов плана разработки, содержание которых ориентировано на обучение, перенос программ, внедрение, эксплуатацию и поддержание.

Формирование детального плана отладки изделия – план управления конфигурацией технического обеспечения, план контроля качества, общий план верификации и подтверждения.

Одобренная и подтвержденная спецификация требований к ПО: функциональные, технические и интерфейсные спецификации, для которых подтверждены их полнота, непротиворечивость, проверяемость и осуществимость.

Одобренный (формально или неформально) договор на разработку, основанный на приведенных выше пунктах.

Закончить фазу проектирования изделия. Начать фазу детального проектирования. (Завершение анализа результатов проектирования изделия.)

Разработка верифицированной спецификации проекта программного изделия:

формирование иерархии программных компонентов, межблочных интерфейсов по данным и управлению;

формирование физической и логической структур данных до уровня отдельных полей;

разработка плана распределения вычислительных ресурсов (времени, памяти, точности);

верификация полноты, непротиворечивости, осуществимости и обоснованности требований.

Установление и разрешение всех противоречий разработки, которые повышают степень риска.

Разработка предварительного этапа комплексирования и отладки, плана руководства для пользователей и приемных испытаний.

Закончить фазу детального проектирования. Начать фазу кодирования и автономной отладки. (Завершение сквозного контроля проекта или критического поблочного анализа проекта.)

Верифицированная детальная спецификация каждого блока:

спецификация каждой подпрограммы, имени, назначения, предположений, размеров, последовательности вызовов, ошибочных выходов, входных и выходных данных, алгоритмов и логической схемы;

описание базы данных до уровня отдельных параметров, символов и битов;

верификация полноты, непротиворечивости и соответствия требованиям проектных спецификаций системы и планам распределения ресурсов.

Одобренный план приемных испытаний.

Руководства пользователю, а также завершенный предварительный план комплексирования и отладки.

Закончить фазу копирования и отладки. Начать фазу комплексирования и отладки. (Удовлетворение критериев автономной отладки.)

Проверка работы всех блоков не только для номинальных, но также для исключительных и предельных значений.

Проверка всех вариантов ввода и вывода, включая сообщения об ошибках.

Выполнение всех операторов и всех ветвей передачи управления.

Проверка выполнения стандартов программирования.

Завершение поблочного документирования внутренней структуры.

Закончить фазу комплексирования и испытаний. Начать фазу внедрения. (Завершение анализа результатов приемных испытаний.)

Проверка удовлетворения тесту приемных испытаний программ:

проверка удовлетворения требованиям к ПО;

демонстрация приемлемости указанных в спецификациях характеристик работы в нештатных условиях.

Приёмка поставляемых программных изделий, отчетов, руководств, баз данных, спецификаций внутренней структуры.

Закончить фазу внедрения. Начать фазу эксплуатации и сопровождения. (Завершение анализа приемки системы.)

Проверка удовлетворительности результатов приемных испытаний системы.

Проверка удовлетворительности системных требований.

Проверка производственной готовности ПО, аппаратуры, средств обслуживания и персонала.

Приёмка поставляемых и входящих в систему изделий: аппаратуры, ПО, документации, средств обучения и обслуживания.

Завершение всех специфицированных работ и ввод системы в действие.

Закончить фазу эксплуатации и сопровождения (путем снятия с производства).

Выполнение всех пунктов плана снятия с производства: перенос программ, документирование, создание архива, переход к новой системе.

1.3.5 Основные работы над проектом

Анализ требований.

Проектирование изделия.

Программирование.

Планирование отладки.

Верификация и подтверждение.

Управление проектом.

Управление конфигурацией и контроль качества.

Итак, были рассмотрены три подхода к определению жизненного цикла ПО. На мой взгляд, все они имеют право на существование, так как в той или иной степени отражают практику программирования. Тем более, что легко можно обнаружить общие моменты (ставится задача – определяется система – анализируются требования; сопровождение программы – обслуживание – эксплуатация и сопровождение).

Однако, надо заметить, что определение фаз и работ ЖЦПО Боэма наиболее обоснованно, т.к. опирается на более ориентированный подход в инженерном программировании (направленный на получение качественного программного изделия и реализацию эффективного процесса разработки и сопровождения ПО) и обосновывается экономически.

Исходя из данного отчета видно как важно и необходимо знать потребности современного мира при составлении программного продукта (изделия). Важно при составлении программы для автоматизации, какой либо системы, учитывать то, что современный мир постоянно меняется, а значит должна быть способной к изменению и программа.

Важно так же, при составлении программы, учитывать то, что программа должна быть точной; полной по своему содержанию и пригодной для работы как с маленькими, так и с большими проблемами в соответствии со своим предназначением; ясной - для того чтобы пользователь мог спокойно, без затруднений работать с ней. А так же чтобы программу в любой момент можно было бы легко исправить или дополнить в соответствии с изменившимися требованиями в современном мире.

Следует помнить, что хорошее программирование – это не кодирование быстро найденного решения с помощью любой подходящей методики, а тщательно инструментированная инженерная процедура, позволяющая создать полное, точное и легко понимаемое (ясное) программное обеспечение.


1. Б.У. Боэм «Инженерное проектирование программного обеспечения». М.: Радио и связь. 1985.

2. Д.Райли. «Использование языка Модула-2». М.: Мир. 1993.

3. Ю.В. Иванов «Программы и их жизненные циклы» (реферат по дисциплине «Метрология ПО»). 1998.



Поделиться