8 - 3.Технологический (Автоматизированная система управления ООО Редтеx с разработкой программного средства учёта выполнения заказов)

3 Технологический раздел

3.1 Технология разработки программы

Под технологией программирования понимается совокупность производственных процессов, приводящая к созданию требуемого ПС, а также описание этой совокупности процессов [2]. Каждый процесс этой совокупности базируется на использовании методов и средств разработки ПС. В данном разделе рассматриваются как сам процесс разработки программного комплекса для имитации передачи данных в беспроводной локальной вычислительной сети, так и средства и методы его разработки.

Целью программирования является описание процессов обработки данных. Программа должна быть понятной и человеку, т. к. и при разработке программ, и при их использовании часто приходится выяснять, какой именно процесс она порождает. Поэтому программа составляется на удобном для человека формализованном языке программирования, с которого она с помощью транслятора автоматически переводится на язык, понятный компьютеру.

Программисту прежде, чем составлять программу на удобном для него языке программирования, приходится преодолевать большую подготовительную работу по уточнению постановки задачи, выбору метода её решения, выяснению специфики применения требуемой программы и др. Использование этой информации может существенно упростить задачу понимания программы человеком. Поэтому её весьма полезно фиксировать в виде отдельных документов. Обычно программы разрабатываются в расчете на обычного пользователя, поэтому для освоения программы пользователем помимо ее текста требуется определенная дополнительная документация.

Программа или логически связанная совокупность программ на носителе данных, снабженная программной документацией, называется программным средством (ПС). ПС позволяют осуществлять автоматическую обработку данных, а программная документация позволяет понять, какие функции выполняет та или иная программа программного средства, как подготовить исходные данные и запустить процесс их обработки, а также что означают полученные результаты.

Резкое удешевление стоимости компьютеров и в особенности стоимости хранения информации на компьютерных носителях привело к широкому внедрению ПК во все сферы человеческой деятельности, что существенно изменило направленность технологии программирования, и человеческий фактор сыграл в ней решающую роль. Сформировалось глубокое понятие качества ПС, в котором акценты стали ставиться не столько на его эффективность, сколько на удобство работы с ним пользователей и надежность.

3.1.1 Объектно-ориентированный анализ и проектирование

Основная идея объектно-ориентированного анализа и проектирования состоит в рассмотрении предметной области и логического решения задачи с точки зрения объектов (понятий и сущностей). В процессе объектно-ориентированного анализа основное внимание уделяется определению и описанию объектов в терминах предметной области. В процессе объектно-ориентированного проектирования определяются логические программные объекты, которые будут реализованы средствами объектно-ориентированного языка программирования. Эти программные объекты включают в себя атрибуты и методы. В процессе конструирования или объектно-ориентированного программирования обеспечивается реализация разработанных компонентов и классов.

Наиболее важным моментом объектно-ориентированного анализа и проектирования является квалифицированное распределение обязанностей между компонентами программной системы [2]. Обязанности объектов и их взаимодействия изображаются с использованием диаграмм классов и диаграмм взаимодействий. Диаграмма классов и их взаимодействия в составе ПС показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Диаграмма классов и их взаимодействия в составе ПС

3.1.2 Принципы модульного программирования

Модульное программирование является воплощением общих методов борьбы со сложностью и обеспечение независимости компонент системы, и использование иерархических структур. Для воплощения первого метода формулируются определенные требования, которым должен удовлетворять программный модуль, т.е. выявляются основные характеристики «хорошего» программного модуля. Для воплощения второго метода используют древовидные модульные структуры программ (включая деревья со сросшимися ветвями).

Не всякий программный модуль способствует упрощению программы. Выделить хороший с этой точки зрения модуль является серьезной творческой задачей. Для оценки приемлемости выделенного модуля используются некоторые критерии. Так, Хольт предложил следующие два общих таких критерия:

• хороший модуль снаружи проще, чем внутри;

• хороший модуль проще использовать, чем построить.

Майерс предлагает для оценки приемлемости программного модуля использовать более конструктивные его характеристики:

• размер модуля;

• прочность модуля;

• сцепление с другими модулями;

• рутинность модуля (независимость от предыстории обращений к нему).

В качестве модульной структуры программы принято использовать древовидную структуру, включая деревья со сросшимися ветвями. В узлах такого дерева размещаются программные модули, а направленные дуги (стрелки) показывают статическую подчиненность модулей, т.е. каждая дуга показывает, что в тексте модуля, из которого она исходит, имеется ссылка на модуль, в который она входит. Другими словами, каждый модуль может обращаться к подчиненным ему модулям, т.е. выражается через эти модули. При этом модульная структура программы, в конечном счете, должна включать и совокупность спецификаций модулей, образующих эту программу.

При разработке программного модуля обычно придерживаются следующего порядка действий:

• изучение и проверка спецификации модуля, выбор языка программирования;

• выбор алгоритма и структуры данных;

• программирование (кодирование) модуля;

• шлифовка текста модуля;

• проверка модуля;

• компиляция модуля.

Модуль — фрагмент программного текста, являющийся строительным блоком для физической структуры системы. Как правило, модуль состоит из интерфейсной части и части-реализации.

Модульность — свойство системы, которая может подвергаться декомпозиции на ряд внутренне связанных и слабо зависящих друг от друга модулей.

По определению Г. Майерса, модульность — свойство ПО, обеспечивающее интеллектуальную возможность создания сколь угодно сложной программы. Соотношение — это обоснование модульности. Оно приводит к заключению «разделяй и властвуй» — сложную проблему легче решить, разделив ее на управляемые части. Результат, выраженный неравенством, имеет важное значение для модульности и ПО. Фактически, это аргумент в пользу модульности.

Однако здесь отражена лишь часть реальности, ведь здесь не учитываются затраты на межмодульный интерфейс. Как показано на рис. 3.7, с увеличением количества модулей (и уменьшением их размера) эти затраты также растут.

3.1.3 Инструментальная среда

При разработке программных средств используется в той или иной мере компьютерная поддержка процессов разработки и сопровождения ПС [7]. Это достигается путем представления программных документов ПС на компьютерных носителях данных и предоставления в распоряжение разработчика ПС специальных ПС или включенных в состав компьютера специальных устройств, созданных для обработки таких документов. Компьютерная поддержка процессов разработки и сопровождения ПС производится не только за счет использования отдельных инструментов, но и за счет использования логически связанной совокупности программных и аппаратных инструментов. Такую совокупность называют инструментальной средой разработки и сопровождения ПС.

Инструментальная среда программирования включает, прежде всего, текстовый редактор, позволяющий конструировать программы на заданном языке программирования, а также инструменты, позволяющие компилировать или интерпретировать программы на этом языке, тестировать и отлаживать полученные программы. Кроме того, могут быть и другие инструменты, например, для статического или динамического анализа программ. Взаимодействуют эти инструменты между собой через обычные файлы с помощью стандартных возможностей файловой системы.

Исходя из технического задания, в качестве инструментальной среды программирования в дипломном проекте выбраны инструменты, предоставляемые фирмой Borland для создания Win32 приложений под ОС Windows, позволяющие компилировать, транслировать, тестировать и отлаживать программы на языке программирования Delphi [2, 15]. Данная среда является языково-ориентированной. Вследствие этого используются мощные возможности, учитывающие специфику данного языка. Ещё одной особенностью инструментальной среды является синтаксическая управляемость, при этом она базируется на знании синтаксиса языка программирования. В такой среде вместо текстового используется синтаксически-управляемый редактор, позволяющий пользователю использовать различные шаблоны синтаксических конструкций (в результате этого разрабатываемая программа всегда будет синтаксически правильной). Одновременно с программой такой редактор формирует (в памяти компьютера) ее синтаксическое дерево, которое может использоваться другими инструментами.

3.1.4 Жизненный цикл программного средства

Широкое внедрение компьютерных сетей привело к естественному развитию распределённых вычислений, дистанционного доступа к информации и электронного способа обмена сообщения между людьми.

В настоящее время можно выделить 5 основных подходов к организации процесса создания и использования ПС:[2]

1. Водопадный подход. При таком подходе разработка ПС состоит из цепочки этапов. На каждом этапе создаются документы, используемые на последующем этапе. В исходном документе фиксируются требования к ПС. В конце этой цепочки создаются программы, включаемые в ПС.

2. Исследовательское программирование. Этот подход предполагает быструю (насколько это возможно) реализацию рабочих версий программ ПС, выполняющих лишь в первом приближении требуемые функции. После экспериментального применения реализованных программ производится их модификация с целью сделать их более полезными для пользователей. Этот процесс повторяется до тех пор, пока ПС не будет достаточно приемлемо для пользователей. Такой подход применялся на ранних этапах развития программирования, когда технологии программирования не придавали большого значения (использовалась интуитивная технология). В настоящее время этот подход применяется для разработки таких ПС, для которых пользователи не могут точно сформулировать требования (например, для разработки систем искусственного интеллекта).

3. Прототипирование. Этот подход моделирует начальную фазу исследовательского программирования вплоть до создания рабочих версий программ, предназначенных для проведения экспериментов с целью установить требования к ПС. В дальнейшем должна последовать разработка ПС по установленным требованиям в рамках какого-либо другого подхода (например, водопадного).

4. Формальные преобразования. Этот подход включает разработку формальных спецификаций ПС и превращение их в программы путем корректных преобразований. На этом подходе базируется компьютерная технология (CASE-технология) разработки ПС.

5. Сборочное программирование. Этот подход предполагает, что ПС конструируется, главным образом, из компонент, которые уже существуют. Должно быть некоторое хранилище (библиотека) таких компонент, каждая из которых может многократно использоваться в разных ПС. Такие компоненты называются повторно используемыми (reusable). Процесс разработки ПС при данном подходе состоит скорее из сборки программ из компонент, чем из их программирования.

Для разработки системы учета учебно-воспитательной работы общеобразовательного учреждения будем использовать сборочное программирование, поскольку существуют общепринятые стандартные процедуры обработки баз данных, стандартные скрипты форумов и т.п. Однако, некоторые компоненты системы учета учебно-воспитательной работы общеобразовательного учреждения будут разрабатываться «с нуля». Для их разработки будем использовать водопадный подход, после чего они будут включены в систему методом сборочного программирования.

Жизненный цикл ПС изображён на рисунке 3.2 и содержит в себе: разработку ПС, производство программных изделий (ПИ) и эксплуатацию ПС.

Рисунок 3.2 - Стадии и фазы жизненного цикла ПС

Стадия разработки ПС состоит из этапа его внешнего описания, этапа конструирования ПС, этапа кодирования (программирование в узком смысле) ПС и этапа аттестации ПС. Всем этим этапам сопутствуют процессы документирования и управления ПС.

Этап внешнего описания ПС включает процессы, приводящие к созданию внешнему описанию ПС. Этот документ является описанием поведения ПС с точки зрения внешнего по отношению к нему наблюдателя с фиксацией требований относительно его качества. Кодирование ПС включает процессы создания текстов программ на языках программирование, их отладку с тестированием ПС. На этапе аттестации ПС производится оценка качества ПС и принятие решения о практическом применении ПС.

Программное изделие (ПИ) - экземпляр или копия разработанного ПС. Изготовление ПИ - это процесс генерации или воспроизведения (снятия копии) программ и программных документов ПС с целью их поставки пользователю для применения по назначению. Производство ПИ - это совокупность работ по обеспечению изготовления требуемого количества ПИ в установленные сроки. Стадия производства ПИ в жизненном цикле ПС является, по существу, вырожденной (не существенной), так как представляет рутинную работу, которая может быть выполнена автоматически и без ошибок. Этим она принципиально отличается от стадии производства различной техники.

Стадия эксплуатации ПС охватывает процессы хранения, внедрения и сопровождения ПС, а также транспортировки и применения ПИ по своему назначению. Она состоит из двух параллельно проходящих фаз: фазы применения ПС и фазы сопровождения ПС.

Применение ПС состоит в его использование для решения практических задач на компьютере путем создания динамически подключаемых модулей для эмулирования ИНС.