2011. Машбук, страница 6

Тип икачества инструментальных вычислительных систем могут в корне отличаться от16соответствующих характеристик объектных ВС. Примером может служитьпрограммирование специализированных вычислительных систем, предназначенныхдля управления технологическими процессами. Очевидно, что специализированнаявычислительная система, которая управляет навигационной системой космическогоспутника, не должна обладать возможностями разработки на ней программногообеспечения. Специализация данной системы ориентирована на решение конкретных,достаточно специальных задач (например, обработки сигналов, поступающих отрадаров). Программное обеспечение для подобной вычислительной системы можетразрабатываться отдельно, на вычислительной системе, предназначенной для этихцелей.Выбор основных алгоритмов, инструментальных средств, которые будутиспользованы при программировании, а также разработка архитектуры программногорешения, включающей разбиение программного решения на основные модули иопределение информационных связей между модулями системы, а также правилавзаимодействия с объектной вычислительной системой.Априорная оценка ожидаемых результатов.

Один из важнейших шаговпроектирования программной системы, заключающийся в предварительной оценкехарактеристик проектируемого решения до начала его практической реализации. Дляэтих целей используются различные методы моделирования. Наличие априорнойоценки ожидаемых результатов проектирования программной системы позволяетсущественно повысить качество программного продукта, который будет создан наосновании результатов этапа проектирования, а также сократить затраты на егосоздание.Данная последовательность шагов является достаточно укрупненной, и не всегдапроектирование разбивается на линейную последовательность этих шагов.

Частопроектирование представляет собою итерационный процесс, в котором возможнынеоднократные возвраты к тем или иным шагам (Рис. 7).ИсследованиеХарактеристики объектнойвычислительной системыМодель функционированияХарактеристики инструментальнойвычислительной системыАлгоритмы,инструментальные средстваАприорная оценкаРис.

7.Этапы проектирования.Следующий этап жизненного цикла программы — кодирование (программнаяреализация, или реализация). Это этап построения кода программой системы на17основании спецификаций, полученных при ее проектировании. На данном этапеиспользуются инструментальные средства программирования:трансляторы языков программирования, средства поддержки и использованиябиблиотек программ, формирования модулей, которые могут исполняться ввычислительной системе;средствауправленияразработкойпрограммныхпродуктовколлективомразработчиков.Результатом этапа кодирования является реализация программной системы,которая может представляться в виде совокупности исходных модулей программы,объектных или библиотечных модулей, а также модулей исполняемого кодаразрабатываемой программной системы (Рис.

8). Большое значение для разработкибольших, логически сложных программных систем имеют средства управленияразработкой программных продуктов, которые позволяют организовать эффективнуюколлективную работу над реализацией программного проекта. Традиционно онивключают в себя следующие компоненты:МодулиСпецификацияИсполняемый кодКОДИРОВАНИЕИсходные текстыТрансляторыСредства дляиспользованиябиблиотекРис.

8.Средства дляразработкипрограммныхпродуктовБиблиотекиКодирование.средства автоматизации контроля использования межмодульных интерфейсов,которые обеспечивают контроль правильности использования в программеспецификаций, регламентирующих межмодульные связи (количество, тип, правадоступа к параметрам, обеспечивающим межмодульной взаимодействие в программе);средства автоматизации получения объектных и исполняемых модулей программы,обеспечивающие автоматический контроль за соответствием исходных модулейобъектным и исполняемым модулям (так, если в проекте появилась новая редакциянекоторого исходного модуля, то при запуске этого средства автоматическипроизойдет последовательность действий, обновляющих объектные и исполняемыемодули, зависящие от данного исходного модуля);система поддержки версий — система, позволяющая фиксировать состояниеразработки программного проекта (создание версии проекта) и, при необходимости,возвращаться в разработке к той или иной версии проекта.Этап тестирования и отладки программной системы.

Можно представитьпрограмму в виде некоторого автомата, получающего на входе исходные данные, а навыходе формирующий результат (Рис. 9). Одной из задач проектирования программнойсистемы является определение ее правил функционирования, точнее, правил, по которымдля входных данных формируются выходные данные (или результаты). Тестирование18программы — процесс проверки правильности функционирования программы на заранееопределенных наборах входных данных — тестах, или тестовых нагрузках. В общемслучае, говорить о "правильности" программы вообще не совсем корректно.

Мы можемговорить о правильности функционирования программы на некоторых наборах тестов.Таким образом, при тестировании выявляется работоспособность программы на данномтесте (или на наборе тестов) или имеющаяся в программе ошибка. Понятно, что длялюбой программы абсолютно полным тестом является перебор всевозможных входныхданных программы, но множество таких тестов настолько велико, что обработать их непредставляется возможным.

Поэтому актуальной задачей в тестировании являетсярешение проблемы формирования минимального набора тестов или тестовых нагрузок,наиболее полно проверяющих функциональность программы (тестовое покрытие).Тест 1Тест 2Тест 3……Тест NИсходные данныеПрограммаРезультатРис. 9.Тестирование.Другим компонентом данного этапа является отладка. Отладка — это поиск,локализация и исправление зафиксированных при тестировании или в процессеэксплуатации ошибок. Для обеспечения процесса отладки используются специальныепрограммные средства — отладчики. Средства отладки существенно зависят от типа иназначения создаваемой программной системы.Этап ввода программной системы в эксплуатацию (внедрение) исопровождения. Немаловажным этапом жизненного цикла программы в вычислительнойсистеме является этап, связанный с представлением разрабатываемой программнойсистемы в качестве программного продукта.

Одним из основных требований,предъявляемых к программному продукту, является возможность эксплуатациисоответствующей программной системы без постоянного участия разработчикапрограммы. Это достигается, с одной стороны, соответствующей надежностьюпрограммы (для этого программа должна быть максимально полно протестирована иустойчива к всевозможным комбинациям входных данных), а с другой стороны — этоналичие подробной и адекватной программе документации, необходимой для всехкатегорий пользователей данной программной системы (пользователь, системныйпрограммист, администратор, оператор и т.п.).Итак, мы рассмотрели основные этапы жизненного цикла программы ввычислительной системе.

При создании различных программных систем, прииспользовании различных технологий разработки данные этапы могут выполняться каклинейно, так и итерационно, с возвратами от одного этапа к другому, последовательнымиуточнениями спецификаций и расширением реализации программной системы.Современные технологии разработки программного обеспечения специфицируютразличные модели организации жизненного цикла программной системы.

Традиционная19модель — каскадная модель (Рис. 10) — представляет разработку в виде строголинейной последовательности этапов, каждый из которых заканчивается фиксациейрезультата, и только после этого начинается последующий.ПроектированиеКодированиеТестированиеОтладкаРис.

10. Каскадная модель.В определенном смысле эта модель является вырожденной, т.к. соблюсти этиправила на практике достаточно сложно. Примером может служить связка этапатестирования и отладки с предшествующими этапами, которая по своей сути итерационна(после обнаружения и локализации ошибки зачастую необходимо вернуться к этапукодирования, а возможно и проектирования). Прагматическим развитием каскадноймодели является каскадная итерационная модель (Рис.

11), которая в общем случае,предоставляет возможность осуществления анализа полученных на этапе результатов ивозврат к любому предшествующему этапу.ПроектированиеКодированиеТестированиеОтладкаРис. 11. Каскадная итерационная модель.Современные технологии разработки программного обеспечения помимокаскадной модели используют и другие модели организации жизненного циклапрограммных систем. В частности, популярной является спиральная модель организациижизненного цикла (Рис. 12).Данная модель основана на том, что процесс разработки программной системыскладывается из последовательности "спиралей", каждая из которых включает этапыпроектирования, кодирования, тестирования и получения результата. Под результатом20понимается очередная детализация проекта и получение последовательности программ —прототипов. Прототип — программа, реализующая частичную функциональность ивнешние интерфейсы разрабатываемой системы.

Последовательность прототипов, вконечном счете, сходится к реализации программной системы. А детализации проекта, витоге, превращаются в полный проект системы.кодированиетестированиеотладкапроектированиедетализацияпрототипыпрограммнаясистемаРис. 12. Спиральная модель.Вернемся к рассмотрению следующего уровня иерархической организациивычислительных систем — к уровню систем программирования. Системапрограммирования — комплекс программ, обеспечивающий поддержание этаповжизненного цикла программы в вычислительной системе. Этапы жизненного циклапрограммы оставались в той или иной мере неизменными с момента зарождениявычислительных систем, т.к.

всегда были и решались проблемы проектированияпрограммной системы, кодирования, тестирования и отладки, подготовкиэксплуатационной документации и сопровождения. В тоже время, определение системыпрограммирования как комплекса программных средств, предназначенных дляавтоматизации этапов жизненного цикла программы, изменялось постоянно вместе споявлением и развитием данных средств. Рассмотрим развитие состава и основныхфункций понятия система программирования в хронологии развития вычислительныхсистем.Начало 50-х годов ХХ века. Первые системы автоматизации программирования.Система программирования или система автоматизации программирования включала всебя ассемблер (или автокод) и загрузчик. Несколько позднее появились библиотекистандартных программ и макрогенераторы. Основная функция первых системпрограммирования —предоставлениепрограммисту системымнемоническогообозначения компьютерных команд и данных, используемых в программах, а такжепредоставление возможности создавать и использовать библиотеки программ.Середина 50-х — начало 60-х годов ХХ века.