Якунин Ю.Ю. Технологии разработки программного обеспечения

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕХНОЛОГИИ

РАЗРАБОТКИ

ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Банк тестовых заданий в системе UniTest

Учебная программа дисциплины

Учебное пособие

Учебное пособие по курсовому проектированию

Лабораторный практикум

Методические указания по самостоятельной работе

Красноярск

ИПК СФУ

2008

Электронный

учебно-методический комплекс

УДК 004.3

ББК 32.973

Я49

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Технологии разра-

ботки программного обеспечения» подготовлен в рамках инновационной образова-

тельной программы «Инновационно-образовательный центр технологий поддержки

жизненного цикла и качества продукта», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки;

Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дис-

циплин

Якунин, Ю. Ю.

Я49 Технологии разработки программного обеспечения. Версия 1.0 [Электрон-

ный ресурс] : электрон. учеб. пособие / Ю. Ю. Якунин. – Электрон. дан.

(3 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Технологии разработки программ-

ного обеспечения : УМКД № 183-2007 / рук. творч. коллектива

Ю. Ю. Якунин). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel

Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц

; 512 Мб

оперативной памяти ; 3 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ;

операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ;

Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf).

ISBN 978-5-7638-0975-6 (комплекса)

ISBN 978-5-7638-1435-4 (пособия)

Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802414

от 21.11.2008 г. (комплекса)

Настоящее издание является частью электронного учебно-методического ком-

плекса по дисциплине «Технологии разработки программного обеспечения», вклю-

чающего учебную программу, учебное пособие по курсовому проектированию, лабо-

раторный практикум, методические указания по самостоятельной работе, контрольно-

измерительные материалы «Технологии разработки программного обеспечения. Банк

текстовых заданий», наглядное пособие «Технологии разработки программного обес-

печения. Презентационные материалы».

Рассмотрены технологии, методики и стандарты, обеспечивающие процесс разра-

ботки программных систем. Особое внимание уделено новой технологии, ориентиро-

ванной на архитектуру, управляемую моделью (MDA), и языкам модельной разработ-

ки (UML и OCL).

Предназначено для студентов направления 230100.62 «Информатика и вычисли-

тельная техника» укрупненной группы 230000 «Вычислительная техника и информа-

ционные технологии».

Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ

в качестве учебного пособия

Редактор Н. Н. Вохман

Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий элек-

тронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке

мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного про-

дукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрирован-

ными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 01.10.2008

Объем 3 Мб

Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79



Технологии разработки программного обеспечения. Учеб. пособие -3-

Введение .................................................................... 7

Я .......................................................... 8

1.1. Основные этапы развития технологии разработки .................................... 8

указание последовательности выполнения технологических операций; ..... 8

1.1.1. Этап 1. «Стихийное» программирование .............................................. 9

1.1.2. Этап 2. Структурный подход к программированию

(60–70-е гг. ХХ в.) ................................................................................................................ 11

1.1.3. Этап 3. Объектный подход к программированию

(с середины 1980-х гг. до нашего времени) ..................................................................... 13

1.1.4. Этап 4. Компонентный подход и CASE-технологии

(с середины 1990-х гг. до нашего времени) ..................................................................... 15

1.1.5. этап 5. Разработка, ориентированная на архитектуру и CASE-

технологии (с начала XXI в. до нашего времени) ............................................................ 17

1.2. Эволюция моделей жизненного цикла программного обеспечения ...... 18

1.2.1. Каскадная модель .................................................................................. 18

1.2.2. Спиральная модель ............................................................................... 21

1.2.3. Макетирование ....................................................................................... 23

1.2.4. Быстрая разработка приложений ......................................................... 25

1.2.5. Компонентно-ориентированная модель .............................................. 26

1.2.6. XР-процесс ............................................................................................. 27

1.3. Стандарты, регламентирующие процесс разработки программного

обеспечения....................................................................................................................... 30

1.3.1. ГОСТ Р ИСО 9000–2001. Системы менеджмента качества.

Основные положения и словарь ....................................................................................... 30

1.3.2. ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 15504 ................................................................. 40

1.3.3. ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207–99. Информационная технология.

Процессы жизненного цикла программных средств........................................................ 55

2.1. Введение в системный анализ ...................................................................... 61

2.1.1. Системные ресурсы ............................................................................... 62

2.2. Анализ проблемы и моделирование предметной области с

использованием системного подхода ......................................................................... 63

2.2.1. Основные положения ............................................................................ 63

2.2.3. Этап 2. Выделение основных причин, стоящих за проблемой .......... 64

2.2.4. Этап 3. Выявление заинтересованных лиц и пользователей ............ 67

2.2.5. Этап 4. Определение границ системы-решения ................................. 68

2.2.6. Этап 5. Выявление ограничений, налагаемых на решение ............... 69

2.3. Методология ARIS ............................................................................................ 71

ОГЛАВЛЕНИЕ



Технологии разработки программного обеспечения. Учеб. пособие -4-

2.3.1. Организационная модель ...................................................................... 74

2.3.2. Диаграмма цепочки добавленного качества ....................................... 76

2.3.3. Модели еEPC ......................................................................................... 77

2.4. Стандарты IDEF0–IDEF3 .................................................................................. 79

2.4.1. Методология описания бизнес-процессов IDEF3 ............................... 79

2.4.2. Методология функционального моделирования IDEF0 ..................... 88

Я104

3.1. Методы определения требований .............................................................. 104

3.1.1. Интервьюирование .............................................................................. 104

3.1.2. «Мозговой штурм» и отбор идей ........................................................ 107

3.1.3. Совместная разработка приложений (JAD – Joint Application Design)109

3.1.4. Раскадровка .......................................................................................... 111

3.1.5. Обыгрывание ролей ............................................................................ 113

3.1.6. CRC-карточки (Class – Responsibility – Collaboration, класс –

обязанность – взаимодействие) ...................................................................................... 114

3.1.7. Быстрое прототипирование ................................................................ 114

3.2. Формализация требований ........................................................................... 117

3.2.1. Метод вариантов использования и его применение ........................ 118

3.2.2. Псевдокод ............................................................................................. 121

3.2.3. Конечные автоматы ............................................................................. 122

3.2.4. Графические деревья решений .......................................................... 123

3.2.5. Диаграммы деятельности ................................................................... 123

3.3. Техническое задание (ГОСТ 34.602–89) ...................................................... 124

3.3.1. Общие сведения .................................................................................. 125

3.3.2. Назначение и цели создания (развития) системы ............................ 125

3.3.3. Характеристики объекта автоматизации ........................................... 125

3.3.4. Требования к системе ......................................................................... 125

3.3.5. Состав и содержание работ по созданию (развитию) системы ....... 130

3.3.6. Порядок контроля и приемки системы ............................................... 130

3.3.7. Требования к составу и содержанию работ по подготовке

объекта автоматизации к вводу системы в действие ................................................... 130

3.3.8. Требования к документированию ....................................................... 131

3.3.9. Источники разработки ......................................................................... 131

М .... 132

4.1. Планирование архитектуры ......................................................................... 132

4.1.1. Архитектурно-экономический цикл ..................................................... 132

4.1.2. Программный процесс и архитектурно-экономический цикл ........... 134

4.1.3. Суть программной архитектуры .......................................................... 136

4.2. Проектирование архитектуры ...................................................................... 146

4.2.1. Атрибутный метод проектирования ................................................... 146

4.2.2. Создание макета системы .................................................................. 148

4.3. Документирование программной архитектуры ........................................ 150

4.3.1. Варианты применения архитектурной документации ...................... 150

ОГЛАВЛЕНИЕ



Технологии разработки программного обеспечения. Учеб. пособие -5-

4.3.2. Представления ..................................................................................... 150

4.3.3. Документирование представления .................................................... 152

4.4. Методы анализа архитектуры ...................................................................... 160

4.4.1. Метод анализа компромиссных архитектурных решений –

комплексный подход к оценке архитектуры ................................................................... 160

4.4.2. Метод анализа стоимости и эффективности – количественный

подход к принятию архитектурно-проектных решений ................................................. 162

A .......................................... 167

5.1. Использование архитектуры, управляемой моделью ............................ 167

5.1.1. Концепция архитектуры, управляемой моделью .............................. 167

5.1.2. Модельные точки зрения и модели MDA ........................................... 168

5.2. Язык объектных ограничений OCL ............................................................. 171

5.2.1. Типы данных и операции OCL ............................................................ 173

5.2.2. Инфиксная форма записи выражений OCL ....................................... 173

5.2.3. Последовательности доступа к объектам в языке OCL ................... 174

5.2.4. Операции над коллекциями ................................................................ 175

5.3. Возможности технологии ECO ..................................................................... 178

5.3.1. Введение в технологию ЕСО .............................................................. 178

5.3.2. Модель ЕСО ......................................................................................... 179

5.3.3. Пространство имен ЕСО ..................................................................... 180

5.4. Разработка приложений на основе ECO .................................................... 180

5.4.1. Этапы создания приложения по технологии ECO ............................ 180

5.4.2. Создание простого MDA-приложения ................................................ 181

6. ДОКУМЕНТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ

СИСТЕМ В СООТВЕТСТВИИ С ГОСТ ................... 191

6.1. Управление документированием программного обеспечения ............. 191

6.1.1. Область применения ........................................................................... 191

6.1.2. Роль руководителей ............................................................................ 192

6.1.3. Функции программной документации ................................................. 192

6.1.4. Установление стратегии документирования ..................................... 194

6.1.5. Определение стандартов и руководств по документированию ....... 195

6.1.6. Установление процедуры документирования ................................... 199

6.1.7. Распределение ресурсов для документирования ............................ 200

6.1.8. Планирование документирования ...................................................... 201

6.2. Требования к содержанию документов на автоматизированные

системы ............................................................................................................................ 202

6.2.1. Общие положения ................................................................................ 202

6.2.2. Требования к содержанию документов по общесистемным

решениям .......................................................................................................................... 202

6.2.3. Требования к содержанию документов с решениями по

организационному обеспечению ..................................................................................... 212

6.2.4. Требования к содержанию документов с решениями по

программному обеспечению ............................................................................................ 215

ОГЛАВЛЕНИЕ



Технологии разработки программного обеспечения. Учеб. пособие -6-

6.2.5. Другие разделы .................................................................................... 216

6.3. Принципы разработки руководства программиста ................................. 217

6.3.1. Общие положения ................................................................................ 217

6.3.2. Содержание разделов ......................................................................... 217

6.4. Разработка руководства пользователя ..................................................... 218

6.4.1. Общие замечания ................................................................................ 218

6.4.2. Содержание разделов руководства ................................................... 220

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................ 222

К ........................ 223



Технологии разработки программного обеспечения. Учеб. пособие -7-

Процесс современной разработки программного обеспечения ориенти-

рован на жизненный цикл программного продукта. Все существующие в на-

стоящее время технологии, методики и стандарты напрямую или косвенно

касаются или регламентируют этапы жизненного цикла как по функциональ-

ному наполнению, так и по содержанию.

Процесс разработки программных систем тесно связан с областью

управления проектами, потому что любой программный продукт являет

ся

уникальным результатом. От организации этого процесса напрямую зависят

основные характеристики выполнения программного проекта – сроки выпол-

нения, запланированный бюджет, качество выпускаемого продукта.

Но профессиональное управление проектами само по себе не может

обеспечить достижение указанных характеристик. Немаловажную роль в

этом играет архитектура программной системы, опыт и квалификация участ-

ников команды разработки, а также пра

вильное документирование всех про-

цессов разработки программного обеспечения.

В данном курсе уделяется большое внимание российским стандартам,

регламентирующим организацию процесса разработки и документирование

отдельных этапов. Раскрывается понятие архитектуры программной системы

и ее важность. Рассматривается методика разработки, ориентированная на

архитектуру, управляемую моделью (MDA), которая раскрывает практиче-

скую значимость этого подхода.



Технологии разработки программного обеспечения. Учеб. пособие -8-

Технологией программирования называют совокупность методов и

средств, используемых в процессе разработки программного обеспечения.

Как любая другая технология, технология программирования представляет

собой набор технологических инструкций, включающих:

указание последовательности выполнения технологических операций;

перечисление условий, при которых выполняется та или иная опера-

ция;

описания самих операций, где для ка

ждой операции определены ис-

ходные данные, результаты, а также инструкции, нормативы, стандарты,

критерии, методы оценки и т. п. (см. рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структура описания технологической операции

Кроме набора операций и их последовательности, технология также

определяет способ описания проектируемой системы, точнее модели, ис-

пользуемой на конкретном этапе разработки.

Различают технологии, используемые на конкретных этапах разработки

или для решения отдельных задач этих этапов, и технологии, охватывающие

несколько этапов или весь процесс разработки. В основе первых, как прави-

ло, лежит ограниченно применимый ме

тод, позволяющий решить конкрет-

ную задачу. В основе вторых – базовый метод или подход, определяющий

совокупность методов, используемых на разных этапах разработки, или про-

ектируемой системы, точнее модели, используемой на конкретном этапе раз-

работки.

Технологиче-

ская опе

ация

Методические материалы,

инструкции, нормативы и

стандарты, критерии оценки

ез

льтатов

Результаты в

стандартном

представле-

нии

Исполнители, про-

граммные и техниче-

ские средства

Исходные данные в

стандартном пред-

ставлении (доку-

менты, рабочие ма-

териалы, результа-

ты предыдущей

операции)

1. ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1. Основные этапы развития технологии разработки



Технологии разработки программного обеспечения. Учеб. пособие -9-

Чтобы разобраться в существующих технологиях программирования и

определить основные тенденции их развития, целесообразно рассматривать

эти технологии в историческом контексте, выделяя основные этапы развития

программирования как науки.

Этот этап охватывает период от момента появления первых вычисли-

тельных машин до середины 60-х гг. XX в. В это время практически отсутст-

вовали технологии разработки программного обеспеч

ения и программирова-

ние фактически было искусством. Первые программы имели простейшую

структуру. Они состояли из собственно программы на машинном языке и об-

рабатываемых ею данных (рис. 1.2

). Сложность программ в машинных кодах

ограничивалась способностью программиста одновременно мысленно от-

слеживать последовательность выполняемых операций и местонахождение

данных при программировании.

Рис. 1.2. Структура первых программ

Появление ассемблеров позволило вместо двоичных или шестнадцате-

ричных кодов использовать символические имена данных и мнемоники ко-

дов операций. В результате программы стали более «читаемыми».

Создание языков программирования высокого уровня, таких как FOR-

TRAN и ALGOL, существенно упростило программирование вычислений,

снизив уровень детализации операций. Это, в свою очередь, позволило уве-

личить сложность программ.

Революционным было появление в языка

х средств, позволяющих опе-

рировать подпрограммами. (Идея написания подпрограмм появилась гораздо

раньше, но отсутствие средств поддержки в первых языковых средствах су-

щественно снижало эффективность их применения.) Подпрограммы можно

было сохранять и использовать в других программах. В результате были соз-

даны огромные библиотеки расчетных и служебных подпрограмм, которые

по мере надобности вызывались из разрабатываемой программы.

Типичная программа того времени состояла из основной програ

ммы,

области глобальных данных и набора подпрограмм (в основном библиотеч-

ных), выполняющих обработку всех данных или их части (рис. 1.3

Программа

Данные

1. ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1. Основные этапы развития технологии разработки



Технологии разработки программного обеспечения. Учеб. пособие -10-

Рис. 1.3. Принцип работы программ с глобальной областью данных

Рис. 1.4. Принцип работы программы,

использующей подпрограммы с локальными данными

Слабым местом такой архитектуры было то, что при увеличении коли-

чества подпрограмм возрастала вероятность искажения части глобальных

данных какой-либо подпрограммой. Например, подпрограмма поиска корней

уравнения на заданном интервале по методу деления отрезка пополам меняет

величину интервала. Если при выходе из подпрограммы не предусмотреть

восстановления первоначального интервала, то в глобальной области

окажет

ся неверное значение интервала. Чтобы сократить количество таких

ошибок, было предложено в подпрограммах размещать локальные данные

(рис. 1.4

Сложность разрабатываемого программного обеспечения при исполь-

зовании подпрограмм с локальными данными по-прежнему ограничивалась

возможностью программиста отслеживать процессы обработки данных, но

уже на новом уровне. Однако появление средств поддержки подпрограмм

позволило осуществлять разработку программного обеспечения нескольким

программистам параллельно.

В начале 60-х гг. XX в. разразился «кризис программирования». Он

выражался в том, что фирмы, взявшиеся за разработку сложного п

рограмм-

ного обеспечения такого, как операционные системы, срывали все сроки за-

Основная программа

Глобальные данные

Подпрограммы с локальными данными

анные

Основная программа

Данные

1 N 2

По

ог

аммы