Котов С.Л., Палюх Б.В. Разработка, стандартизация и сертификация программных средств и информационных технологий и систем

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

С.Л. Котов, Б.В. Палюх, С.Л. Федченко

РАЗРАБОТКА, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

И СЕРТИФИКАЦИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМ

Учебное пособие

Издание первое

Допущено Учебно-методическим объединением по образованию

в области прикладной информатики в качестве учебного пособия для

студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности

«Прикладная информатика (по областям)» и другим экономическим

специальностям

Тверь 2006

УКД 681.3: 658.1 (075.8)

ББК 32.965.7 Я7

Котов С.Л., Палюх Б.В., Федченко С.Л. Разработка, стандартизация и

сертификация программных средств и информационных технологий и

систем: Учеб. пособие. 1-е изд. Тверь: ТГТУ, 2006. 104 с.

Содержится основной материал по дисциплинам «Разработка и

стандартизация программных средств и информационных технологий» и

«Сертификация информационных систем» для специальностей

«Прикладная информатика (в экономике)» и «Информационные системы и

технологии». Поскольку первая дисциплина изучается вначале, учебное

пособие начинается с краткой характеристики программных средств как

объекта разработки и стандартизации. Затем излагаются основные понятия

и положения технологии разработки программных средств, позволяющие

систематизированно представить вопросы нормирования и стандартизации

жизненного цикла программной продукции, оценки технико-

экономических показателей её разработки и эффективности

соответствующих технологий проектирования.

Вопросам сертификации информационных систем посвящена

отдельная глава, в которой рассматриваются основные положения закона

«О техническом регулировании» № 184 от 18.12.02 и особенности

сертификации программных средств. В отдельную главу выделены также

методики оценки технико-экономических показателей, учитываемых при

разработке и сертификации программных средств и

информационных

систем.

Завершается учебное пособие методическими указаниями к

лабораторному практикуму по решению задач оценки и прогнозирования

наиболее важных технико-экономических показателей.

Предназначено для студентов, магистрантов и аспирантов,

обучающихся по соответствующим дисциплинам и специальностям.

Рецензенты: заместитель директора ФГУП «Государственный

испытательный сертификационный центр программных средств и вычис-

лительной техники», кандидат технических наук,

доцент Ю.В. Гибин;

заместитель директора ФГУП «Межотраслевой центр эргономических

исследований и разработок», кандидат технических наук, старший науч-

ный сотрудник, эксперт по сертификации систем качества Г.Н. Фролов.

ISBN 5-7995-0317-1 © Тверской государственный

технический университет, 2006

ВВЕДЕНИЕ

Быстрое развитие информационных технологий (ИТ) и расширение

сферы их применения в последние годы привели к резкому росту

разработок программного обеспечения (ПО). В стоимостном исчислении

ПО и информационные услуги составляют более половины объёма рынка

всех продуктов информационных технологий. На российском рынке

программных средств (ПС) заметно определённое завоевание отечест-

венными производителями

таких направлений, как бухгалтерские системы,

системы распознавания текстов, различные корпоративные и управлен-

ческие программы, а также системы распределённой обработки данных [2,

3]. Характеризуя общие тенденции в области информатизации, следует

отметить высокую динамичность изменений технических и потреби-

тельских свойств ИТ и средств их реализации. В настоящее время срок

смены поколений аппаратных и программных

средств составляет 3 – 4

года, что предъявляет высокие требования к срокам и качеству их

разработки, особенно ПС. Опыт организации работ на всех фазах

жизненного цикла ПС показывает, что это сложная, трудоёмкая и

длительная работа, требующая высокой квалификации специалистов и

новых подходов к проектированию на основе широкого использования

методов программной индустрии, стандартизации и

сертификации [4, 5, 6].

Чрезвычайно важными показателями для разработчиков и пользователей

программной продукции являются трудоёмкость изготовления и

сопровождения ПС, а также стоимостные показатели и уровень качества

программной продукции. Поэтому этим вопросам в учебном пособии

уделено особенное внимание.

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

КАК ОБЪЕКТА РАЗРАБОТКИ И СТАНДАРТИЗАЦИИ

1.1. Технические особенности разработки программных средств.

Принципы

модульности и адаптируемости

Рост объёмов и сложности ПС и баз данных (БД) информационных

систем (ИС), а также требований к их качеству привели к созданию

программной индустрии с большими коллективами специалистов и

применению технологий автоматизированного проектирования и

сопровождения, базирующихся на стандартах и нормативных документах.

Комплекс таких документов должен регламентировать

технологические

процессы и объекты проектирования комплексов

программ на всех этапах их жизненного цикла (ЖЦ). Жизненный цикл

ПС – это непрерывный процесс с момента принятия решения о

необходимости использования ПС до его полного изъятия из

эксплуатации. Модель ЖЦ ПС представляет собой структуру, состоящую

из процессов, работ и задач, включающих в себя разработку, эксплуатацию

и сопровождение, то есть всю жизнь ПС: от установления требований к

нему до снятия с эксплуатации [2]. Структура ЖЦ ПС базируется на трёх

группах процессов:

1) основные (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация,

сопровождение);

2) вспомогательные,

обеспечивающие выполнение основных (до-

кументирование, конфигурационное управление, обеспечение качества,

верификация, аттестация, оценка, аудит);

3) организационные (управление проектами, создание инфра-

структуры проекта, определение, оценка и совершенствование ЖЦ ПС,

обучение).

При этом особое внимание уделяется качеству документации,

которое во многом определяет конкурентоспособность программ и БД

[1, 4]. При создании сложных ПС и обеспечении их ЖЦ

надо сделать

выборку нужных стандартов, то есть сформировать весь комплект

документов (профиль), обеспечивающий регламентирование всех этапов и

работ. Это позволяет строить комплексы ПС из крупных функциональных

модулей, отвечающих требованиям стандартов профиля, и применять

отработанные проектные решения и методы, обеспечивающие повторное

использование компонентов ПС и БД на иных аппаратных и операционных

платформах, то есть эффективно решать проблему мобильности и

адаптируемости ПС и БД на основе CASE-технологий. Для этого

применяют стандартизацию структуры ПС и их интерфейсов с

операционной и внешней средой и фиксируют показатели качества ПС,

которые не должны снижаться при переносе программ на другие

платформы [2, 6, 9].

1.2. Экономические особенности разработки

программных средств

Высокая стоимость и большие ресурсы, используемые при создании

сложных ПС и БД, привели к необходимости детального технико-

экономического анализа и обоснования проектов ИС до начала их

осуществления [2, 12, 15]. Поэтому в данной дисциплине большое

внимание уделено анализу ПС и методикам оценки трудоёмкости их

разработки и сопровождения. Создание ПС и БД не завершается после

первичных испытаний и сертификации 1-й версии, и длительное время они

развиваются и модифицируются в серию версий в ходе сопровождения

разработки и эксплуатации ПС.

Программы и данные в ИС являются наиболее гибкими

компонентами, подверженными изменению в течение всего их жизненного

цикла. Поэтому они должны контролироваться и упорядочиваться

участниками проекта. Для координации их действий применяют

специальные методы, методики и средства автоматизации конфигура-

ционного управления [4]. Они позволяют на основе отслеживания

динамики изменения ПС и БД представить специалистам и руководителям

состояние проекта и его компонентов в любой момент времени и не

допускать хаоса

при модификации программ и данных. Процессы

документирования и конфигурационного управления играют стабили-

зирующую роль во всём ЖЦ ПС [1, 4]. Поэтому они располагаются на

первых позициях в стандартах и обеспечивают отражение состояния и

динамики проектов. Их строгое выполнение определяет технико-

экономические показатели (ТЭП) проекта, его качество, длительность

применения и конкурентоспособность ПС и ИС

в целом. Освоение основ

экономики создания и применения ИС и их компонентов позволяет

рационализировать капиталовложения в средства автоматизации,

прогнозировать затраты и длительность разработки систем, научно

планировать создание крупных ПС и БД. Так как их разработка требует

больших затрат и происходит в условиях ограниченных ресурсов, надо

осуществлять баланс между достигаемым их

качеством и ресурсами для их

реализации, поддерживая его на всём ЖЦ. При этом особенно остро стоит

задача борьбы с ростом ошибок в сложных ПС и БД, угрожающим

безопасности и надёжности ИС [10]. Для их сокращения применяют

типизацию проектов ИС в определённых проблемно ориентированных

областях, сборочное программирование, процессы, средства и стандарты

управления конфигурацией

и качеством ПС и БД.

1.3. Вопросы оценки трудоёмкости разработки программных средств

в свете требований стандартизации

Современный подход к оценке трудоёмкости разработки ПС состоит

в учёте особенностей ЖЦ ПС на различных этапах и влияния

технологических факторов не только на трудозатраты, но и на уровень

качества, надёжность и экономические показатели ПС

[2, 7, 10].

Разработка ПС является важнейшим элементом основных процессов ЖЦ

и состоит из следующих работ и задач, сгруппированных в 5 групп

(этапов) [7]:

1. Анализ разработки:

а) подготовка процесса:

определение или выбор модели жизненного цикла ПС;

документальное оформление выходных результатов в соответствии с

процессом документирования;

выполнение вспомогательных процессов в соответствии с условиями

договора;

выбор стандартов, методов, инструментария, языков программ-

мирования (если они не установлены в договоре);

разработка плана проведения процесса разработки.

б) анализ требований:

технические требования к системе должны включать: требования к

функциям и возможностям системы; коммерческие и организационные

требования; требования пользователя; требования безопасности и защиты;

эргономические требования; требования к интерфейсам; эксплуата-

ционные

требования; требования к сопровождению и квалификационные

требования. Технические требования к системе должны быть оформлены

документально;

оценка и документальное оформление оценки требований к системе с

учетом потребностей заказчика, соответствия потребностям заказчика,

тестируемости, выполнимости проектирования системной архитектуры,

возможности эксплуатации и сопровождения.

2. Проектирование:

а) проектирование программной архитектуры (применительно к

каждому программному объекту):

трансформирование

требований к программному объекту в

архитектуру, которая описывает общую структуру объекта и определяет

компоненты программного объекта; распределение требований к

программному объекту между его компонентами; документальное

оформление архитектуры программного объекта;

разработка и документальное оформление общего (эскизного) проекта

внешних интерфейсов и интерфейсов между компонентами объектов;

разработка и документальное оформление общего (эскизного) проекта

базы

данных;

разработка и документальное оформление предварительной версии

документации пользователя;

разработка и документальное оформление предварительных

требований к тестированию программного объекта, разработка графика

сборки программного продукта;

оценка и документальное оформление архитектуры программного

объекта и эскизных проектов.

б) техническое проектирование ПС:

разработка и документальное оформление технического проекта для

каждого программного объекта. Компоненты программного

объекта

должны быть уточнены на уровне программных модулей, которые можно

программировать, компилировать и тестировать независимо. Распреде-

ление технических требований к компонентам между программными

модулями;

разработка технического проекта внешних интерфейсов, интерфейсов

между программными компонентами и программными модулями;

разработка технического проекта базы данных;

уточнение документации пользователя;

определение и документальное оформление требований к испытаниям

и программе испытаний программных модулей;

оценка технического проекта и требований к тестированию,

документальное оформление оценки.

3. Программирование:

а) программирование и тестирование компонентов ПС:

разработка и документальное оформление каждого программного

модуля и базы данных;

разработка и документальное

оформление процедур испытаний и

данных для тестирования каждого программного модуля и базы данных;

тестирование каждого программного модуля и базы данных;

уточнение документации пользователя;

уточнение программы сборки ПС;

оценка запрограммированных элементов программного объекта и

документальное оформление оценки;

б) сборка ПС:

разработка плана сборки и тестирования, документальное оформление

плана;

сборка и тестирование

программных модулей и компонентов,

документальное оформление результатов;

подготовка к квалификационным испытаниям: разработка и

документальное оформление наборов тестов, контрольных примеров,

процедур испытаний;

оценка и документальное оформление оценки плана сборки, проекта,

запрограммированного программного объекта, проведенных испытаний,

результатов тестирования, документации пользователя.

4. Квалификационные испытания (тестирование) ПС:

проведение квалификационных испытаний на соответствие

квалификационным требованиям к

программному объекту;

уточнение документации пользователя (при необходимости);

проведение аудиторской проверки и документальное оформление

результатов;

доработка программного продукта по результатам аудиторской

проверки (при необходимости);

подготовка ПС к вводу в действие.

5. Внедрение ПС:

а) ввод в действие ПС:

разработка и документальное оформление плана ввода в действие

программного продукта в среде эксплуатации, определенной

в договоре;

ввод в действие программного продукта в соответствии с планом и

условиями договора; документальное оформление работ;

б) обеспечение приемки ПС:

обеспечение проведения заказчиком оценки готовности к приемке и

приемочным испытаниям; документальное оформление результатов

оценки готовности;

поставка программного продукта заказчику;

первоначальное и непрерывное обучение и поддержка персонала

заказчика в соответствии с условиями договора.

Вспомогательные процессы

1) Документирование – процесс формализованного описания

информации, созданной в процессе или работе жизненного

цикла. Данный

процесс состоит из набора работ, при помощи которых планируют,

проектируют, разрабатывают, выпускают, редактируют, распространяют и

сопровождают те документы, в которых нуждаются все заинтересованные

лица. Данный процесс состоит из работ: подготовка процесса; проекти-

рование и разработка; выпуск.

2) Обеспечение качества – процесс обеспечения соответствующих

гарантий того, что программные продукты и процессы

в жизненном цикле

проекта соответствуют установленным требованиям и утвержденным

планам. Обеспечение качества должно быть организационно и полномочно

независимым от субъектов, непосредственно связанных с разработкой

программного продукта. Данный процесс состоит из подготовки процесса;

обеспечения продукта; обеспечения процесса; обеспечения систем

качества.

Организационные процессы

1) Управление – процесс, состоящий из общих работ и задач,

которые могут быть использованы любой стороной, управляющей

соответствующим процессом. Администратор отвечает за управление

продуктом, проектом, работами и задачами соответствующего процесса,

который состоит из подготовки и определения области управления;

планирования; выполнения и контроля; проверки и оценки; завершения.

2) Создание инфраструктуры – процесс установления и

обеспечения инфраструктуры, необходимой для любого другого процесса.

Инфраструктура может

содержать технические и программные средства,

инструментальные средства, методики, стандарты и условия для

разработки. Этот процесс состоит из подготовки процесса; создания

инфраструктуры; сопровождения инфраструктуры.

3) Усовершенствование – процесс установления, оценки,

измерения, контроля и улучшения любого процесса жизненного цикла ПС.

Процесс состоит из создания процесса; оценки процесса; усовер-

шенствования процесса.

4) Обучение – процесс

обеспечения первоначального и

продолженного обучения персонала. Должно быть запланировано и

заранее выполнено обучение персонала с целью готовности его к работам

по разработке программного проекта. Данный процесс состоит из

подготовки процесса; разработки учебных материалов; реализация плана

обучения.

Методика оценки трудоёмкости должна охватывать все указанные

выше работы процесса разработки ПС, а также вспомогательные и

организационные процессы.

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

2.1. Проблемы и задачи проектирования программных средств

ПС современных ИС являются типичными сложными системами со

всеми их особенностями (наличие общей задачи и единой цели

функционирования, иерархическая система связей, сложность поведения

системы и др.), обуславливающими проблемы их проектирования. К ним

относятся [2, 5]:

1) проблемы рационального структурного построения ПС,

включающие:

– оптимизацию структуры ПС по критерию максимального

использования ресурсов ЭВМ;

– контроль

вычислительного процесса и обеспечение надёжности ПС;

– обеспечение простой корректировки ПС и др.;

2) проблемы технологии разработки ПС, включающие:

– разработку моделей алгоритмов и др. компонентов ИС;

– автоматизацию программирования на основе унификации типовых

компонент программ;

– обеспечение отладки и испытаний программ;

– автоматизацию изготовления документации и др.;

3) проблемы стандартизации и унификации ПС

, включающие:

– стандартизацию структуры и правил сопряжения программ по

передаче управления и по обменной информации;

– унификацию правил и методов построения ПС, общих правил

иерархии и взаимодействия программ и методов организации

вычислительного процесса;

– стандартизацию методов и требований к обеспечению и измерению

качества ПС;

– стандартизацию языков программирования.

2.2. Этапы жизненного цикла

программных средств

По длительности ЖЦ ПС можно разделить на 2 класса [5]:

а) с малым, б) большим временем жизни.

ПС с малым временем ЖЦ (до 3 лет) и объёмом 1 – 10 тысяч команд

разрабатываются обычно в НИИ и вузах одним специалистом.

ПС с большим временем ЖЦ (10 – 20 лет, из которых 70 – 90 %

приходится на эксплуатацию и сопровождение), с объёмом 10 – 1000

команд разрабатываются большими коллективами специалистов и

создаются на основе промышленного регламентированного проек-

тирования. ЖЦ таких программ

включает в себя этапы [2]: системный

анализ, проектирование, эксплуатацию, сопровождение. Наиболее

специфическим, трудноформализуемым и тесно связанным с

функциональным назначением является этап системного анализа, на

котором формируются назначение и основные показатели качества ПС.

Этапы проектирования, эксплуатации и сопровождения сильно

различаются целями, задачами, методами и средствами. Процесс

эксплуатации идёт параллельно и независимо от этапа

сопровождения и

сводится к исполнению программ на ЭВМ и обеспечению достоверности и

надёжности результатов.

Этап сопровождения состоит в эксплуатационном обслуживании,

развитии функциональных возможностей и характеристик ПС, а также в

тиражировании ПС и переносе их на различные типы ЭВМ.

Наиболее трудоёмким является этап проектирования, требующий

методической, технологической, инструментальной и организационной

поддержки [2, 5].

2.3. Виды поддержки и стадии этапа проектирования

Методическая поддержка включает в себя комплекс стандартов,

инструкций и методик, определяющих правила создания программ и

конкретизирующих языки проектирования, правила использования

символов, структурного построения и другие методические основы

процесса создания программ.

Технологическая поддержка является детализацией документов

методической поддержки, регламентирующей конкретную технологию

обеспечения ЖЦ программ.

Эти документы определяют допустимую

трудоёмкость и длительность каждого этапа и обеспечивают нужное

качество при допустимых затратах ресурсов.

Инструментальная поддержка состоит из ПС и средств

вычислительной техники, обеспечивающих автоматизацию создания ПС и

определяющих её программную и аппаратную оснащённость.

Процесс разработки ПС делится на стадии [5]: техническое

проектирование и рабочее проектирование.

Первая

стадия включает этапы: структурное проектирование,

подготовка технических средств, разработка программ.

Вторая стадия включает этапы: завершение разработки программ,