Программные продукты и их характеристики

8.1. ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Основные понятия

Возможности компьютера как технической основы системы обработки данных связаны с используемым программным обеспечением (программами).

Программа (program, routine) — упорядоченная последовательность ко­манд (инструкций) компьютера для решения задачи.

Программное обеспечение (sowtware) — совокупность программ обработ­ки данных и необходимых для их эксплуатации документов.

Программы предназначены для машинной реализации задач. Термины задача и приложение имеют очень широкое употребление в контексте информатики и про­граммного обеспечения.

Задача (problem, task) — проблема, подлежащая решению. Приложение (application) — программная реализация на компьютере ре­шения задачи.

Таким образом, задача означает проблему, подлежащую реализации с использованием средств информационных технологий, а приложение — реализованное на компьютере ре­шение по задаче. Приложение, являясь синонимом слова "программа", считается более удачным термином и широко используется в информатике.

Рекомендуемые материалы

Термин задача употребляется также в сфере программирования, особенно в режи­ме мультипрограммирования и мультипроцессорной обработки, как единица работы вычис­лительной системы, требующая выделения вычислительных ресурсов (процессорного времени, основной памяти и т.п.). В данной главе этот термин употребляется в смысле пер­вого определения.

Существует большое число разнообразных классификаций задач. С позиций специфи­ки разработки и вида программного обеспечения будем различать два класса задач — тех­нологические и функциональные.

Технологические задачи ставятся и решаются при организации технологи­ческого процесса обработки информации на компьютере. Технологические задачи являются основой для разработки сервисных средств программного обеспечения в виде утилит, сервисных программ, библиотек процедур и др., приме­няемых для обеспечения работоспособности компьютера, разработки других программ или обработки данных функциональных задач.

Функциональные задачи требуют решения при реализации функций управ­ления в рамках информационных систем предметных областей. Например, управление дея­тельностью торгового предприятия, планирование выпуска продукции, управление

перевозкой грузов и т.п. Функциональные задачи в совокупности образуют предметную об­ласть и полностью определяют ее специфику.

Предметная (прикладная) область (application domain) — совокупность связанных между собой функций, задач управления, с помощью которых достигается выполнение поставленных целей.

Процесс создания программ можно представить как последовательность действий, представленных на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Схема процесса создания программ

Постановка задачи (problem definition) — это точная формулировка реше­ния задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.

Постановка задачи — обобщенный термин, который означает определенность содер­жательной стороны обработки данных. Постановка задачи связана с конкретизацией основ­ных параметров ее реализации, определением источников и структурой входной и выходной информации, востребуемой пользователем.

К основным характеристикам функциональных задач, уточняемым в процессе ее фор­мализованной постановки, относятся:

цель или назначение задачи, ее место и связи с другими задачами;

условия решения задачи с использованием средств вычислительной техники;

содержание функций обработки входной информации при решении задачи;

требования к периодичности решения задачи;

ограничения по срокам и точности выходной информации;

состав и форма представления выходной информации;

источники входной информации для решения задачи;

пользователи задачи (кто осуществляет ее решение и пользуется результатами реше­ния).

Выходная информация по задаче может быть представлена в виде докумен­тов (типа листинга или машинограммы), сформированных кадров — видеограммы на экра­не монитора, файла базы данных, выходного сигнала устройству управления (рис. 8.2).

Входная информация по задаче определяется как данные, поступающие на вход задачи и используемые для ее решения. Входной информацией служат первичные дан­ные документов ручного заполнения, информация, хранимая в файлах базы данных (резуль­таты решения других задач, нормативно-справочная информация — классификаторы, кодификаторы, справочники), входные сигналы отдатчиков (см. рис. 8.2).

Обычно постановка задач выполняется в едином комплексе работ по созданию струк­туры внутримашинной базы данных, проектированию форм и маршрутов движения доку­ментов, изменению организации управления в рамках предметной области.

Алгоритм — система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информа­ции) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.

Рис. 8.2.  Схема взаимосвязи входной и выходной информации для решения задачи

Алгоритм решения задачи имеет ряд обязательных свойств:

• дискретность — разбиение процесса обработки информации на более простые этапы (шаги выполнения), выполнение которых компьютером или человеком не вызывает затруднений;

• определенность алгоритма — однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации;

• выполнимость — конечность действий алгоритма решения задач, позволяющая полу­чить желаемый результат при допустимых исходных данных за конечное число шагов;

• массовость — пригодность алгоритма для решения определенного класса задач.

В алгоритме отражаются логика и способ формирования результатов решения с указа­нием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля до­стоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.

Алгоритм решения комплекса задач и его программная реализация тесно взаимосвяза­ны. Специфика применяемых методов проектирования алгоритмов и используемых при этом инструментальных средств разработки программ может повлиять на форму представ­ления и содержание алгоритма обработки данных.

Примечание. Для решения задач могут использоваться алгоритмы, заложенные в готовых программных продуктах — пакетах прикладных программ (ППП) функционального назначения (см. дальше). Также могут использоваться типо­вые модели и методы решения задач, представленные в методо-ориентированных ППП. В этом случае осуществляется адаптация ППП к условиям конкретного применения, во всех остальных случаях разрабатываются ориги­нальные алгоритмы и программы реализации комплекса задач.

Программирование (programming) — теоретическая и практическая дея­тельность, связанная с созданием программ.

Программирование является собирательным понятием и может рассматриваться и как наука, и как искусство, на этом основан научно-практический подход к разработке про­грамм.

Программа — результат интеллектуального труда, для которого характерно творчест­во, а оно, как известно, не имеет четких границ. В любой программе присутствует индиви­дуальность ее разработчика, программа отражает определенную степень искусства

программиста. Вместе с тем программирование предполагает и рутинные работы, которые могут и должны иметь строгий регламент выполнения и соответствовать стандартам.

Программирование базируется на комплексе научных дисциплин, направленных на исследование, разработку и применение методов и средств разработки программ (специали­зированного инструментария создания программ). При разработке программ используются ресурсоемкие и наукоемкие технологии, высококвалифицированный интеллектуальный труд.

Программирование — это развитая отрасль хозяйственной деятельности, связанная со значительными затратами материальных, трудовых и финансовых ресурсов. По данным за­рубежных источников, в середине 90-х годов в мире было занято программированием до 2% трудоспособного населения. Совокупный оборот в сфере создания программных средств достигает нескольких сот миллиардов долларов в год.

В связи с ростом потребности в разнообразных программах обработки данных весьма актуален вопрос применения эффективных технологий программирования и их перевода на промышленную основу. Это означает:

• стандартизованность, тиражируемое и воспроизведение различными разработчика­ми методов программирования;

• внедрение прогрессивных инструментальных средств разработки программ;

• использование специальных методов и приемов организации работ по разработке про­грамм.

Категории специалистов, занятых разработкой и эксплуатацией программ

Основная категория специалистов, занятых разработкой программ, — это программисты (programmer). Программисты неоднородны по уровню квалификации, а также по ха­рактеру своей деятельности. Наиболее часто программисты делятся на системных и прикладных.

Системный программист (system /software programmer, toolsmith) занимает­ся разработкой, эксплуатацией и сопровождением системного программного обеспечения, поддерживающего работоспособность компьютера и создающего среду для выполнения программ, обеспечивающих реализацию функциональных задач.

Прикладной программист (applicationprogrammer) осуществляет разработ­ку и отладку программ для решения функциональных задач.

В условиях создания больших по масштабам и функциям обработки программ появля­ется новая квалификация — программист-аналитик (programmer-analyst), кото­рый анализирует и проектирует комплекс взаимосвязанных программ для реализации функций предметной области.

В процессе создания программ на начальной стадии работ участвуют и специалис­ты— постановщики задач.

Большинство информационных систем основано на работе с базами данных (БД). Если база данных является интегрированной, обеспечивающей работу с данными многих приложений, возникает проблема организационной поддержки базы данных, которая вы­полняется администратором базы данных.

Основным потребителем программ служит конечный пользователь (end user), который, как правило, относится к категории пользователей-непрограммистов. Конеч­ный пользователь не является специалистом в области программирования, т. е. не владеет методами и технологией проектирования и создания программ, но имеет элементарные зна­ния и навыки работы с вычислительной техникой. Такая квалификационная характеристика пользователя программного обеспечения в значительной степени влияет на спецификацию требований к создаваемым программам, интерфейсам, формам машинных документов, тех­нологии решения задач на ЭВМ.

Рис. 8.3.   Схема взаимодействия специалистов, связанных с созданием и эксплуатацией программ

Взаимодействие специалистов различного вида, участвующих в разработке и эксплуа­тации программ, показано на рис. 8.3. В ряде случаев один специалист совмещает несколько видов деятельности. Администратор базы данных и системный программист осу­ществляют подготовку информационных и программно-технических условий для работы программ. Пунктирные линии означают участие специалиста в качестве консультанта.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА

Все программы по характеру использования и категориям пользователей можно разделить на два класса (рис.8.4) — утилитарные программы и программные продукты (изделия).

Утилитарные программы ("программы для себя") предназначены для удов­летворения нужд их разработчиков. Чаще всего утилитарные программы выполняют роль сервиса в технологии обработки данных либо являются программами решения функцио­нальных задач, не предназначенных для широкого распространения.

Программные продукты (изделия) предназначены для удовлетворения по­требностей пользователей, широкого распространения и продажи.

В настоящее время существуют и другие варианты легального распространения про­граммных продуктов, которые появились с использованием глобальных или региональных телекоммуникаций:

Рис. 8.4. Классификация программ по категориям пользователей

• freeware — бесплатные программы, свободно распространяемые, поддерживаются самим пользователем, который правомочен вносить в них необходимые изменения;

• shareware — некоммерческие (условно-бесплатные) программы, которые могут ис­пользоваться, как правило, бесплатно. При условии регулярного использования подоб­ных продуктов осуществляется взнос определенной суммы.

Ряд производителей использует OEM-программы (Original Equipment Manufac­turer), т.е. встроенные программы, устанавливаемые на компьютеры или поставляемые вместе с вычислительной техникой.

Программный продукт должен быть соответствующим образом подготовлен к эксплу­атации, иметь необходимую техническую документацию, предоставлять сервис и гарантию надежной работы программы, иметь товарный знак изготовителя, а также желательно нали­чие кода государственной регистрации. Только при таких условиях созданный программ­ный комплекс может быть назван программным продуктом.

Программный продукт — комплекс взаимосвязанных программ для ре­шения определенной проблемы (задачи) массового спроса, подготовленный к реализации как любой вид промышленной продукции.

Путь от "программ для себя" до программных продуктов достаточно долгий, он связан с изменениями технической и программной среды разработки и эксплуатации программ, с появлением и развитием самостоятельной отрасли — информационного бизнеса, для кото­рой характерны разделение труда фирм — разработчиков программ, их дальнейшая специа­лизация, формирование рынка программных средств и информационных услуг.

Программные продукты могут создаваться как:

• индивидуальная разработка под заказ;

• разработка для массового распространения среди пользователей.

При индивидуальной разработке фирма-разработчик создает оригинальный программ­ный продукт, учитывающий специфику обработки данных для конкретного заказчика.

При разработке для массового распространения фирма-разработчик, с одной стороны, должна обеспечить универсальность выполняемых функций обработки данных, с другой стороны, гибкость и настраиваемость программного продукта на условия конкретного при­менения. Отличительной особенностью программных продуктов должна быть их сис­темность — функциональная полнота и законченность реализуемых функций обработки, которые применяются в совокупности.

Программный продукт разрабатывается на основе промышленной технологии выпол­нения проектных работ с применением современных инструментальных средств програм­мирования. Специфика заключается в уникальности процесса разработки алгоритмов и программ, зависящего от характера обработки информации и используемых инструменталь­ных средств. На создание программных продуктов затрачиваются значительные ресурсы — трудовые, материальные, финансовые; требуется высокая квалификация разработчиков.

Как правило, программные продукты требуют сопровождения, которое осуществляет­ся специализированными фирмами — распространителями программ (дистрибьютерами), реже — фирмами-разработчиками. Сопровождение программ массового применения сопря­жено с большими трудозатратами — исправление обнаруженных ошибок, создание новых версий программ и т.п.

Сопровождение программного продукта — поддержка работоспособнос­ти программного продукта, переход на его новые версии, внесение измене­ний, исправление обнаруженных ошибок и т.п.

Программные продукты в отличие от традиционных программных изделий не имеют строго регламентированного набора качественных характеристик, задаваемых при создании программ, либо эти характеристики невозможно заранее точно указать или оценить, так как одни и те же функции обработки, обеспечиваемые программным средством, могут иметь различную глубину проработки. Даже время и затраты на разработку программных продук­тов не могут быть определены с большой степенью точности заранее.

Основными характеристиками программ являются:

алгоритмическая сложность (логика алгоритмов обработки информации);

состав и глубина проработки реализованных функций обработки;

полнота и системность функций обработки;

объем файлов программ;

требования к операционной системе и техническим средствам обработки со стороны

программного средства;

объем дисковой памяти;

размер оперативной памяти для запуска программ;

тип процессора;

версия операционной системы;

наличие вычислительной сети и др.

Программные продукты имеют многообразие показателей качества, кото­рые отражают следующие аспекты:

• насколько хорошо (просто, надежно, эффективно) можно использовать программный продукт;

• насколько легко эксплуатировать программный продукт;

• можно ли использовать программный продукт при изменении условия его применения и др.

Дерево характеристик качества программных продуктов представлено на рис. 8.5.

Мобильность программных продуктов означает их независимость от техничес­кого комплекса системы обработки данных, операционной среды, сетевой технологии обра­ботки данных, специфики предметной области и т.п. Мобильный (многоплатформный)

программный продукт может быть установлен на различных моделях компьютеров и опера­ционных систем, без ограничений на его эксплуатацию в условиях вычислительной сети. Функции обработки такого программного продукта пригодны для массового использования без каких- либо изменений.

Надежность работы программного продукта определяется бессбойностью и ус­тойчивостью в работе программ, точностью выполнения предписанных функций обработки, возможностью диагностики возникающих в процессе работы программ ошибок.

Эффективность программного продукта оценивается как с позиций прямого его назначения — требований пользователя, так и с точки зрения расхода вычислительных ресурсов, необходимых для его эксплуатации.

Расход вычислительных ресурсов оценивается через объем внешней памяти для раз­мещения программ и объем оперативной памяти для запуска программ.

Учет человеческого фактора означает обеспечение дружественного ин­терфейса для работы конечного пользователя, наличие контекстно-зависимой подсказки или обучающей системы в составе программного средства, хорошей документации для ос­воения и использования заложенных в программном средстве функциональных возможнос­тей, анализ и диагностику возникших ошибок и др.

Модифицируемость программных продуктов означает способность к внесе­нию изменений, например расширение функций обработки, переход на другую техничес­кую базу обработки и т.п.

Коммуникативность программных продуктов основана на максимально воз­можной их интеграции с другими программами, обеспечении обмена данными в общих форматах представления (экспорт/импорт баз данных, внедрение или связывание объектов обработки и др.).

В условиях существования рынка программных продуктов важными характеристика­ми являются:

стоимость;

количество продаж;

время нахождения на рынке (длительность продаж);

известность фирмы-разработчика и программы;

наличие программных продуктов аналогичного назначения.

Программные продукты массового распространения продаются по ценам, которые учитывают спрос и конъюнктуру рынка (наличие и цены программ-конкурентов). Большое значение имеет проводимый фирмой маркетинг, который включает:

• формирование политики цен для завоевания рынка;

• широкую рекламную кампанию программного продукта;

• создание торговой сети для реализации программного продукта (так называемые ди­лерские и дистрибьютерные центры);

• обеспечение сопровождения и гарантийного обслуживания пользователей программ­ного продукта, создание горячей линии (оперативный ответ на возникающие в процес­се эксплуатации программных продуктов вопросы);

• обучение пользователей программного продукта.

Спецификой программных продуктов (в отличие от большинства промышленных из­делий) является также и то, что их эксплуатация должна выполняться на правовой осно­ве — лицензионные соглашения между разработчиком и пользователями с соблюдением авторских прав разработчиков программных продуктов.

Жизненный цикл программного продукта

Программы любого вида характеризуются жизненным циклом, состоящим из от­дельных этапов:

a) маркетинг рынка программных средств, спецификация требований к программному продукту;

b) проектирование структуры программного продукта;

c) программирование (создание программного кода), тестирование, автономная и комплексная отладка программ;

d) документирование программного продукта, подготовка эксплуатационной и технологической документации;

e) выход на рынок программных средств, распространение программного продукта;

f) эксплуатация программного продукта пользователями;

g) сопровождение программного продукта;

h) снятие программного продукта с продажи, отказ от сопровождения. На рис. 8.6 изображены этапы жизненного цикла и показаны их временное соответст­вие друг другу. Рассмотрим содержание отдельных этапов жизненного цикла.

Рис. 8.6.  Этапы жизненного цикла программного продукта

Маркетинг и спецификация программного продукта предназначены для изучения требований к создаваемому программному продукту, а именно:

• определение состава и назначения функций обработки данных программного про­дукта;

• установление требований пользователя к характеру взаимодействия с программным продуктом, типу пользовательского интерфейса (система меню, использование мани­пулятора мышь, типы подсказок, виды экранных документов и т.п.);

• требования к комплексу технических и программных средств для эксплуатации про­граммного продукта и т.д.

На данном этапе необходимо выполнить формализованную постановку задачи.

Если программный продукт создается не под заказ и предполагается выход на рынок программных средств, маркетинг выполняется в полном объеме: изучаются программные продукты-конкуренты и аналоги, обобщаются требования пользователей к программному продукту, устанавливается потенциальная емкость рынка сбыта, дается прогноз цены и объема продаж. Кроме того, важно оценить необходимые для разработки программного продукта материальные, трудовые и финансовые ресурсы, ориентировочные длительности основных этапов жизненного цикла программного продукта.

Если программный продукт создается как заказное программное изделие для опреде­ленного заказчика, на данном этапе также важно правильно сформулировать и документи­ровать задание на его разработку. Ошибочно понятое требование к программному продукту может привести к нежелательным результатам в процессе его эксплуатации.

Проектирование структуры программного продукта связано с алгоритми­зацией процесса обработки данных, детализацией функций обработки, разработкой структу­ры программного продукта (архитектуры программных модулей), структуры информационной базы (базы данных) задачи, выбором методов и средств создания про­грамм — технологии программирования.

Программирование, тестирование и отладка программ являются технической реализацией проектных решений и выполняются с помощью выбранного ин­струментария разработчика (алгоритмические языки и системы программирования, инстру­ментальные среды разработчиков и т.п.).

Для больших и сложных программных комплексов, имеющих развитую модульную структуру построения, отдельные работы данного этапа могут выполняться параллельно, обеспечивая сокращение общего времени разработки программного продукта. Важная роль принадлежит используемым при этом инструментальным средствам программирования и отладки программ, поскольку они влияют на трудоемкость выполнения работ, их стои­мость, качество создаваемых программ.

Документирование программного продукта является обязательным видом работ, выполняемых, как правило, не самим разработчиком, а лицом, связанным с распространением и внедрением программного продукта. Документация должна содержать необходимые сведения по установке и обеспечению надежной работы программного продукта, поддерживать пользователей при выполнении функций обработки, определять порядок комплексирования программного продукта с другими программами. Успех распро­странения и эксплуатации программного продукта в значительной степени зависит от каче­ства его документации.

На машинном уровне программного продукта, как правило, создаются:

• автоматизированная контекстно-зависимая помощь (HELP);

• демонстрационные версии, работающие в активном режиме по типу обучающих сис­тем (электронный учебник) или пассивном режиме (ролик, мультфильм) — для демон­страции функциональных возможностей программного продукта и информационной технологии его использования.

Выход программного продукта на рынок программных средств связан с организацией продаж массовому пользователю. Этот этап должен по возможности быть коротким, для продвижения программных продуктов применяются стан­дартные приемы маркетинга: реклама, увеличение числа каналов реализации, создание ди­лерской и дистрибьютерной сети, ценовая политика — продажа со скидками, сервисное обслуживание и др.

Требуется постоянная программа маркетинговых мероприятий и поддержки про­граммных продуктов. Как правило, для каждого программного продукта существует своя форма кривой продаж, которая отражает спрос (рис. 8.7).

Вначале продажа программного продукта идет вверх — возрастающий участок кри­вой. Затем наступает стабилизация продаж программного продукта. Фирма-разработчик стремится к максимальной длительности периода стабильных продаж на высоком уровне. Далее происходит падение объема продаж, что является сигналом к изменению маркетинго­вой политики фирмы в отношении данного программного продукта, требуется модифика­ция данного продукта, изменение цены или снятие с продажи.

Люди также интересуются этой лекцией: 1 Введение в базы данных.

Рис. 8.7.  Кривая продаж программного продукта

Эксплуатация программного продукта идет параллельно с его сопро­вождением, при этом эксплуатация программ может начинаться и в случае отсутствия со­провождения или продолжаться в случае завершения сопровождения еще какое-то время. После снятия программного продукта с продажи определенное время также может выпол­няться его сопровождение. В процессе эксплуатации программного продукта производится устранение обнаруженных ошибок.

Снятие программного продукта с продажи и отказ от со­провождения происходят, как правило, в случае изменения технической политики фирмы-разработчика, неэффективности работы программного продукта, наличия в нем не­устранимых ошибок, отсутствия спроса.

Длительность жизненного цикла для различных программных продуктов неодинакова. Для большинства современных программных продуктов длительность жизненного цикла измеряется в годах (2-3 года). Хотя достаточно часто встречаются на компьютерах и давно снятые с производства программные продукты.

Особенность разработки программного продукта заключается в том, что на начальных этапах принимаются решения, реализуемые на последующих этапах. Допущенные ошибки, например при спецификации требований к программному продукту, приводят к огромным потерям на последующих этапах разработки или эксплуатации программного продукта и даже к неуспеху всего проекта. Так, при необходимости внесения изменений в специфика­цию программного продукта следует повторить в полном объеме все последующие этапы проектирования и создания программного продукта.