Николай Соловьев - Системы автоматизации разработки программного обеспечения

Соловьев Н. А., Чернопрудова Е. Н.

Системы автоматизации разработки программного обеспечения

Введение

Создание автоматизированных информационных систем (АИС) – весьма сложная и трудоемкая задача в связи с тем, что современное программное обеспечение (ПО) данного класса составляет сотни тысяч операторов. Будущий специалист в области разработки ПО должен иметь представление о современных методах автоматизации анализа, проектирования, реализации и тестирования АИС, т.е. ориентироваться в современных подходах к технологиям программирования.

Теоретической основой построения систем автоматизации проектирования ПО (САПР ПО) являются методы технологии разработки ПО, автоматизация которых является предметом изучения настоящего учебного пособия. Изложение материала строится в соответствии с основными этапами жизненного цикла ПО.

Основой изложенного материала стал учебник «Технология программирования», разработанного в МГТУ им. Н. Баумана профессором Г.С. Ивановой, и допущенного Министерством образования и науки Российской Федерации (Минобрнауки РФ) для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению 2301000 – Информатика и вычислительная техника. Материал доработан в процессе многолетней апробации на кафедре программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем «Оренбургский государственный университет».

1 Методология автоматизации разработки программного обеспечения

1.1 Актуальность автоматизации разработки программного обеспечения

Производство программного обеспечения сегодня – крупнейшая отрасль мировой экономики, в которой занято около 3-х млн. специалистов. Еще несколько млн. человек напрямую зависят от качества корпоративных автоматизированных информационных систем (АИС).

Поэтому состояние отрасли напрямую определяет благополучие специалистов-разработчиков программного обеспечения (ПО).

1.1.1 Кризис программной инженерии, его причины и пути преодоления

Проектирование корпоративных АИС – логически сложная, трудоемкая и длительная работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако до настоящего времени проектирования АИС нередко осуществляется на интуитивном уровне неформализуемыми методами, включающими в себя элементы искусства, практический опыт и дорогостоящие экспериментальные проверки качества функционирования системы. Кроме того, в процессе создания и функционирования АИС информационные потребности пользователей постоянно изменяются или уточняются, что еще более осложняет разработку и сопровождение таких систем.

В конце ХХ – го века в программной инженерии сложилось критическая ситуация, неразрешенная до сих пор. Кризис выражается в том, что большие проекты ПО стали выполняться с отставанием графика и со значительным превышением расходов, а разработанный продукт не обладал требуемыми функциональными возможностями или производительностью, что не устраивает потребителей. Так, например, в 1995 г. компания Standish Group проанализировала работу 364 американских корпораций по итогам выполнения более 23 000 проектов, связанных с разработкой ПО.

Результаты анализа, представленные на рисунке 1.1, оказались удручающими.

Рисунок 1.1 – Результаты анализа проектов в области программной инженерии

Причины кризиса:

– нечеткая и неполная формулировка требований к ПО;

– недостаточное вовлечение пользователей в работу над проектом;

– отсутствие необходимых ресурсов и неудовлетворительное планирование;

– частое изменение требований спецификаций;

– новизна используемой технологии для организации;

– отсутствие грамотного управления проектом.

В конце 20 – го века утвердилось понимание необходимости перехода от кустарных к индустриальным технологиям создания ПО, к созданию совокупности инженерных методов и средств разработки программных продуктов, объединенных общим названием «программная инженерия» (software engineering). Тогда же появилось первое издание, посвященное программной инженерии – IEEE Transaction on Software Engineering.

В основе программной инженерии лежит фундаментальная идея: разработка ПО является формальным процессом и, следовательно, его можно автоматизировать.

Таким образом, автоматизация разработки программного обеспечения является актуальной инженерной задачей в предметной области специалистов ПОВТАС.

1.1.2 Тенденции развития современных автоматизированных информационных систем

Предметной областью специалистов ПОВТАС являются АИС. Как отмечал Фредерик Брукс, руководитель проекта операционной системы OS/360, самым существенным свойством программных систем (ПС), к классу которых относится АИС, является их сложность. Благодаря уникальности и несхожести своих составных частей АИС принципиально отличается от технических систем, в которых преобладают повторяющиеся элементы.

Тенденциями развития АИС в современных условиях становятся:

– сложность описания (большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними);

– наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов, имеющих локальные задачи и цели функционирования (например, традиционных приложений, связанных с обработкой транзакций, приложений аналитической обработки данных – поддержки принятия решений);

– отсутствие полных аналогов корпоративных АИС, ограничивающие возможность использования типовых проектных решений;

– необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений;

– функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах;

– разобщенность и разнородность групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;

– значительная временная протяженность проекта.

Нелинейность роста сложности ПС при увеличении размера системы становится причиной затруднений, возникающих в процессе общения между разработчиками, понимания ими всех возможных состояний программ, ведет к ошибкам в продукте.

В 80-90-х гг. прошлого века при разработке ПО применялись методы, базирующиеся на строго формализованных способах описания ПО и принимаемых технических решений. Однако широкое применение этих методов при разработке конкретных АИС сдерживалось отсутствием адекватных инструментальных средств. Неавтоматизированная разработка АИС сводила преимущества их форматизированного описания к нулю.

Таким образом, к концу ХХ-го века назрела необходимость разработки программно-технологических средств специального класса, реализующих CASEтехнологии создания и сопровождения ПО АИС.

CASE-технология представляет собой совокупность методов проектирования ПО, а также набор инструментальных средств автоматизации, позволяющих в наглядной форме моделировать предметную область, анализировать модель на всех стадиях разработки и сопровождения ПО, а также разрабатывать приложения в соответствии с информационными потребностями пользователей.

1.1.3 Цели, задачи и структура учебного пособия

Цель учебного пособия – изложить современные методы и средства автоматизации разработки ПО АИС на основе CASE – технологии.

Структура учебного пособия представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Структура учебного пособия

Задачи учебного пособия:

– осветить с системных позиций основные направления исследований, существующие в области программной инженерии;

– рассмотреть современное состояние развития CASE – средств и промышленных технологий разработки ПО;

– изучить унифицированный язык объектно – ориентированного моделирования UML и визуальный редактор на его основе – Rational Rose.

1.1.4 Вопросы и задания для самоконтроля

1 Перечислите причины кризиса программной инженерии.

2 Какая идея лежит в основе программной инженерии?

3 Каковы тенденции развития современных АИС?

4 Дополните определение: «СASE-технология представляет собой совокупность методов проектирования АИС, а также…».

5 Какие методы применялись в 80-90-х годах прошлого века при разработки программного обеспечения (ПО).

1.2 Методологические основы разработки программного обеспечения

Одним из базовых понятий методологии разработки АИС является понятие жизненного цикла (ЖЦ) ее программного обеспечения (ПО). ЖЦ – непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО 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). Стандарт определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.