Одним из этапов ЖЦ ПО является проектирование – быстро развивающееся направление исследований в области программной инженерии. Опыт ведения реальных разработок и совершенствование имеющихся программно-аппаратных средств постоянно переосмысливается, в результате чего появляются новые технологии и методы их реализации, которые, в свою очередь, служат основой более современных средств разработки ПО.
1.2.1 Сущность технологии разработки программного обеспечения
Технологии и инструментальные средства разработки составляют основу проекта любой программной системы (ПС). Технологии реализуются через конкретные методы и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают процессы реализации различных этапов ЖЦ ПО.
Спиральная модель жизненного цикла ПС, изображенная на рисунке 2.1, наиболее полно отвечает современным подходам к разработке ПО, т.к. предполагают, что технологические процессы выполняются итерационно.
Рисунок 1.3 – Спиральная модель ЖЦ ПС
Основными этапами итерационного процесса являются: постановка задачи, анализ, проектирование, реализация и интегрирование. Наиболее сложным и трудоемким этапом является проектирование ПО.
В настоящее время определение технологии проектирования ПО не имеет устоявшейся формулировки. Учитывая то, что проектирование является одним из этапов ЖЦ ПО, можно остановиться на следующем определении: технология проектирования ПО это совокупность методов и средств, используемых в процессе создания программных продуктов.
Как и любая технология, технология программирования представляет собой набор технологических процессов, включающих:
– указание последовательности выполнения технологических операций, обобщенная схема которых представлена на рисунке 1.4;
– перечисление условий, при которых выполняется та или иная операция;
– описание самих операций, каждой из которых ставится в соответствие исходные данные, результаты, а также инструкции, нормативы, стандарты, критерии и методы оценки.
Рисунок 1.4 – Описание технологических операций
Кроме операций и их последовательности, технология определяет метод описания архитектуры проектируемой системы, т.е. модели, используемые на конкретном этапе разработки ПО.
Метод проектирования ПО представляет собой организованную совокупность информационных процессов создания ряда моделей, которые описывают различные аспекты разрабатываемой системы с использованием четко определенных технологических операций.
На формальном уровне метод определяется как совокупность составляющих языка моделирования:
– концепций (теоретических основ). В качестве таких основ выступают структурный или объектно – ориентированный подходы (парадигмы) программирования;
– нотаций, используемых для построения моделей спецификации статической структуры и динамики поведения проектирования АИС. В качестве таких нотаций обычно используются графические диаграммы (диаграммы потоков данных, диаграммы «сущность – связь», диаграммы вариантов использования (структурный подход), диаграммы классов (ООП));
– руководства (правила), определяющих практическое применение метода (последовательность и правила построения моделей, критерии, используемые для анализа результатов).
На рисунке 1.5 представлена структура языка моделирования, отражающего метод описания программного продукта.
Рисунок 1.5 – Составляющие языка моделирования
К сожалению, в настоящее время не существует общепризнанного определения архитектуры ПО. Данное понятия определяется различными способами, например, «Программная архитектура есть абстрактная спецификация системы, состоящая из основных функциональных компонентов, описываемых в терминах их поведения, их интерфейсов и межкомпонентного взаимодействия» (Хэйес – Рос). «Архитектура есть структура компонентов программы – системы, их взаимосвязи, правила и руководящие принципы организации ее проектирования и дальнейшей эволюции» (Галэн, Пэрри).
В основополагающем учебнике под архитектурой понимается совокупность базовых концепций (принципов) её построения, которые определяются сложностью решаемых задач, степенью универсальности ПО и числом пользователей, одновременно с ним работающих.
Несмотря на отличия, имеющиеся в определениях программной архитектуры, в каждом из них делается акцент на структурные аспекты организации ПО. Отсюда наиболее адекватным необходимо признать следующее определение – программная архитектура представляет собой совокупность моделей структурных элементов системы с видимыми извне свойствами и механизмами их взаимодействия.
Различают одно и многопользовательскую архитектуры.
Однопользовательские архитектуры реализуют в виде:
– программа или программное средство (адресованный компьютеру набор инструкций, точно описывающий последовательность действий, которые необходимо выполнить для решения конкретной задачи);
– пакета программ (совокупность программ, решающих задачи некоторой предметной области, например, библиотека программ);
– программной системы (организованная совокупность программ, позволяющих решать широкий класс задач из одной предметной области);
– программного комплекса (совокупность программных систем, обеспечивающих решение класса сложных задач предметной области).
Многопользовательские программные системы организуют сетевое взаимодействие отдельных компонентов ПО, построенные по принципам «файл – сервер», «клиент – сервер» и т.д.
Реальное применение любой технологии проектирования, разработки и сопровождения АИС в конкретной организации и конкретном проекте невозможно без ряда стандартов (правил, соглашений), которые должны соблюдаться всеми участниками проекта. К таким стандартам относятся:
– стандарт проектирования;
– стандарт оформления проектной документации;
– стандарт пользовательского интерфейса.
Содержание стандартов рассматривается в курсе ТРПО.
Для успешной реализации проекта объект проектирования (АИС) должен быть прежде всего адекватно описан, т.е. должны быть построены полные и непротиворечивые модели архитектуры ПО.
Модели представляют собой средства для визуализации описания, проектирования и документирования архитектуры программной системы. По мнению одного из авторитетных специалистов в области программной инженерии Гради Буча, моделирование является центральным звеном всей деятельности по созданию ПО.
Модели строятся для того, чтобы понять и осмыслить архитектуру и поведение будущей ПС, облегчить управление процессом ее создания и документировать принимаемые проектные решения.
Таким образом, методы проектирования составляют центральную часть формализованной дисциплины выполнения проекта любого ПО и является основой совершенствования технологий.
1.2.2 Эволюция технологий проектирования программного обеспечения
Известная формула Вирта «алгоритмы + структура данных = программа» свидетельствует, что в недрах ПО существуют два начала, две противоположности, находящиеся, как водится, в диалектическом единстве и борьбе. Одно начало императивное, алгоритмическое, а другое – декларативное, непроцедурное, основанное на моделях.
Для уточнения содержания технологий и определения тендеции их развития, целесообразно рассмотрение технологий проектирования ПО в историческом аспекте. На рисунке 1.6 показана эволюция технологий проектирования ПО – объективный процесс единства и борьбы названных противоположностей, движущей силой которого является увеличение сложности разрабатываемых программных продуктов.
Рисунок 1.6 – Эволюция технологий проектирования
С теоретической точки зрения технологии различаются содержанием и последовательностью технологических операций, методами их описания и архитектурой разработанного ПО.
Технологии процедурного (стихийного) программирования. Заря информационных технологий была ознаменована полным, безраздельным торжеством алгоритмического начала. Это начало, чуждое стилю человеческого мышления, которое практически не использует алгоритмическую форму для изложения своих результатов, привело к возникновению новой профессии – программистов. В этот период (40..60 гг. ХХ-го века) программирование фактически являлось искусством. Программисты надолго оттеснили от компьютеров специалистов предметных областей знаний.
Последовательность технологических операций, характерная для технологий процедурного программирования, представлена на рисунке 1.7.
