Основы проектирования приборов и систем. Лекции

(НИР).

1.2 Выполнение НИР:

1)определение структуры входных и выходных данных;

2)предварительный выбор методов решения задач;

3)обоснование целесообразности применения ранее разработанных программ;

4)определение требований к техническим средствам;

5)обоснование принципиальной возможности решения поставленных задач.

1.3 Разработка и утверждение технического задания:

4.2Разработка программной документации в соответствии с требованиями ГОСТ

19.101-77.

4.3Испытание программы:

Специалистам в области разработки программного обеспечения известно, что наиболее важными стадиями в жизненном цикле разработки являются начальные стадии, так как ошибки, допущенные на них, требуют значительных затрат на исправление в конечных стадиях.

Результатом выполнения первой стадии Техническое задание является ТЗ, оформленное в соответствии с ГОСТ 19.105-78.

На стадии эскизного проекта конкретное содержание работ и их объем определяет степень сложности разрабатываемого программного обеспечения. Результатом выполнения является полное описание архитектуры программного обеспечения. Как правило, это описание выполняется на нескольких уровнях иерархии. На верхнем уровне детализации описываются основные подсистемы, которым присваиваются

имена, устанавливаются связи между подсистемами, их функции, получаемые путем декомпозиции предполагаемых функций программного обеспечения. Затем процедура декомпозиции выполняется для каждой подсистемы, выделяются модули, составляющие данную подсистему. В конечном итоге, получается иерархически организованная система, состоящая из уровней, каждый из которых представляет собой совокупность взаимосвязанных модулей.

Единицы, выделяемые на различных иерархических уровнях функциональной архитектуры системы, определяются по усмотрению разработчика. Стандарты ЕСПД различают программные единицы только с точки зрения их документирования.

Результаты стадии эскизного проекта отображаются в документе Пояснительная записка к эскизному проекту , оформленному в соответствии с ГОСТ 19.105 и ГОСТ 19.404. После утверждения пояснительной записки она становится программным документам, правила дублирования, учета, хранения которого определяются следующими стандартами:

ГОСТ 19.601-78. ЕСПД. Общие правила дублирования, учета и хранения; ГОСТ 19.602-78. ЕСПД. Правила дублирования, учета и хранения программных документов,

выполненных печатным способом.

Последующие стадии и этапы разработки программного обеспечения могут выявить необходимость внесения изменений в эскизный проект. Эти изменения должны быть отражены в пояснительной записке в соответствии со следующими стандартами:

ГОСТ 19.603-78. ЕСПД. Общие правила внесения изменений; ГОСТ 19.604-78. ЕСПД. Правила внесения изменений в программные документы, выполненные

печатным способом.

В качестве примера, приведем фрагмент расширенного описания работ стадии эскизного проекта:

1)разработка плана совместных работ на разработку программного обеспечения;

2)разработка и обоснование математической модели системы на компьютере, описание результатов моделирования;

3)разработка и обоснование алгоритмов и временных графиков функционирования программного обеспечения по всем режимам работы;

4)разработка и обоснование ресурсов памяти для реализации алгоритмов;

5)разработка перечня документов на программное обеспечение;

6)разработка и обоснование структуры базы данных, внешних входных и выходных данных;

7)разработка и обоснование алгоритмов информационного обеспечения;

8)определение взаимосвязей между видами программ;

9)разработка и обоснование набора тестов для проверки программного обеспечения;

10)разработка и обоснование организации наращивания и развития программного обеспечения;

11)оформление пояснительной записки и ведомости эскизного проекта программного обеспечения (в соответствии с ГОСТ 19.105, ГОСТ 19.404 и ГОСТ 2.106. ЕСКД. Текстовые документы);

12)согласование и утверждение эскизного проекта.

Содержанием работ на стадии технического проекта является проектирование структуры программного обеспечения. Результат - реализующий заданный и утвержденный в техническом задании комплекс программ, как иерархическая структура программных модулей, заданных своими функциональными спецификациями. Форма представления результата документ Пояснительная записка к техническому проекту согласно ГОСТ 19.105, ГОСТ 19.404.

Разработка структуры программного обеспечения заключается в выполнении следующих действий:

1)выделение всех программных компонентов по функциональным признакам,

2)определение функциональных спецификаций модулей

3)уточнение внешних функциональных спецификаций, структуры входных и выходных данных,

4)определение операционной среды, языковых средств и конфигурации аппаратных средств.

Спецификации модулей являются внешними характеристиками и содержат все сведения, необходимые вызывающим модулям. На последующих стадиях разработки спецификации оформляются в виде комментариев в начале текста исходной программы модуля. На данной стадии спецификации оформляются в виде комментария на принятом в организации, занимающейся разработкой программного обеспечения, языке спецификаций.

В качестве примера, приведем фрагмент расширенного описания работ стадии технического проекта:

1)разработка плана совместных работ на разработку программного обеспечения;

2)распараллеливание задач применительно к возможностям компьютера и систем обмена информации, разработка организационной структуры программ;

3)формализация программно-аппаратных и внутризадачных интерфейсов;

4)разработка алгоритмов управления вычислительным процессом и процессами обмена, его исследование и оптимизация;

5)разработка и комплексное решение вопросов обеспечения устойчивой работы на программном

уровне;

6)разработка модели и исследование на ней возможности реализации всех функций системы управления в рамках имеющихся вычислительных ресурсов на основе выбранного управляющего алгоритма и оптимизация структуры программ до получения удовлетворяющего результата;

7)уточнение структуры и определение формы представления базы данных, внешних входных и выходных данных;

8)разработка проекта описания программы для каждого вида программ программного обеспечения;

9)уточнение алгоритмов программного обеспечения и алгоритмов информационного обеспечения в процессе решения задач;

10)разработка проекта описания текстовых программ программного обеспечения;

11)разработка плана реализации программного обеспечения;

12)разработка проектов технических условий на программное обеспечение;

13)разработка и обоснование решений по надежности функционирования программного обеспечения;

14)разработка программы и правил испытаний программного обеспечения;

15)уточнение временных графиков функционирования программ программного обеспечения в процессе решения задач;

16)оформление пояснительной записки и ведомости технического проекта программного обеспечения (в соответствии с ГОСТ 19.105, ГОСТ 19.404 и ГОСТ 2.106);

17)согласование и утверждение технического проекта.

Содержанием работ на стадии рабочего проекта является описание программного обеспечения на выбранном проблемно-ориентированном языке (кодирование), отладка, разработка, согласование и утверждение порядка и методики испытаний, разработка программных документов, проведение тестирования, корректировка программ и программной документации по результатам тестирования, проведение приемосдаточных испытаний. Результат - программное обеспечение в форме программной документации, в форме документации на программное обеспечение или в форме программного изделия.

На стадии внедрения осуществляется подготовка и передача программного обеспечения и программной документации для сопровождения или изготовления, оформление и утверждение акта о передаче программного обеспечения на сопровождение или изготовление.

Лекция 22

1.1Оценка качества программных средств при создании автоматизированных систем (2 часа)

Рассмотрим документ: ГОСТ 28195-89. Оценка качества программных средств. Общие положения.

1.1.1Назначение операций оценки качества программных средств

Оценка качества осуществляется на всех этапах жизненного цикла программного средства при: планировании показателей качества программного средства; контроле качества на отдельных этапах разработки (техническое задание, технический проект,

рабочий проект); контроле качества в процессе производства программного средства;

проверке эффективности модификации программного средства на этапе сопровождения.

Оценка качества программного средства представляет собой совокупность операций, включающих выбор номенклатуры показателей качества оцениваемого программного средства, определение значений этих показателей и сравнение их с базовыми значениями.

Оценку качества проводят специалисты организаций: разработчика - на этапах разработки программного средства;

испытательных центров и центров сертификации программного средства - на этапах испытаний и внедрения;

изготовителя - на этапах тиражирования программного средства; пользователя - на этапах внедрения, сопровождения и эксплуатации программного средства.

Фазы жизненного цикла программного средства приведены в таблице 18. Таблица 18. Фазы жизненного цикла программного средства

1.1.2Основные задачи, решаемые при оценке качества программных средств:

планирование уровня качества;

контроль значений показателей качества в процессе разработки и испытаний; эксплуатационный контроль заданного уровня качества; выбор базовых образцов по подклассам и группам;

методическое руководство разработкой нормативно-технических документов по оценке качества.

1.1.3Методы определения показателей качества программных средств

Различают следующие методы определения показателей качества программных средств:

по способам получения информации о программных средствах - измерительный, регистрационный,

органолептический, расчетный; по источникам получения информации - традиционный, экспертный, социологический.

Измерительный метод основан на получении информации о свойствах и характеристиках программного средства с использованием инструментальных средств. Например, с использованием этого метода определяется объем программного средства:

число строк исходного текста программ; число строк комментариев; число операторов и операндов; число исполненных операторов; число ветвей в программе; число точек входа (выхода);

время выполнения ветви программы; время реакции и другие показатели.

Регистрационный метод основан на получении информации во время испытаний или функционирования программного средства, когда регистрируются и подсчитываются определенные события, например:

время и число сбоев и отказов; время передачи управления другим модулям; время начала и окончания работы.

Органолептический метод основан на использовании информации, получаемой в результате анализа восприятия органов чувств (зрения, слуха), и применяется для определения таких показателей как удобство применения, эффективность и т.п.

Расчетный метод основан на использовании теоретических и эмпирических зависимостей (на ранних этапах разработки), статистических данных, накапливаемых при испытаниях, эксплуатации и сопровождении программного средства. При помощи расчетного метода определяются:

длительность и точность вычислений; время реакции; необходимые ресурсы.

Определение значений показателей качества программного средства экспертным методом осуществляется группой экспертов-специалистов, компетентных в решении данной задачи, на базе их опыта и интуиции. Экспертный метод применяется в случаях, когда задача не может быть решена никаким другим из существующих способов или другие способы являются значительно более трудоемкими. Экспертный метод рекомендуется применять при определении:

показателей наглядности; полноты и доступности программной документации; легкости освоения; структурности.

Социологические методы основаны на обработке специальных анкет-вопросников.

1.1.4Номенклатура показателей качества программных средств

Номенклатура показателей качества и характеризуемые ими свойства программных средств приведены в таблице 19, где представлены два уровня иерархической структуры показателей качества программного средства:

первый уровень определяет группы показателей качества программного средства, характеризующие потребительски-ориентированные свойства, которые соответствуют потребностям населения и экспорта продукции;

второй уровень определен комплексными показателями качества программного средства, характеризующими программно-ориентированные свойства, которые обеспечивают достижение требуемых потребительски-ориентированных свойств.

Таблица 19. Номенклатура показателей качества и характеризуемые ими свойства программных средств

1.1.5 Выбор номенклатуры показателей качества для программного средства по его назначению и требований областей применения

Выбор номенклатуры показателей качества для программного средства осуществляется с учетом его назначения и требований областей применения:

операционные системы и средства их расширения; программные средства управления базами данных; инструментально-технологические средства программирования;

программные средства интерфейса и управления коммуникациями; программные средства организации вычислительного процесса (планирования, контроля); сервисные программы; программные средства обслуживания вычислительной техники;

прикладные программы для научных исследований; прикладные программы для проектирования;

прикладные программы для управления техническими устройствами и технологическими процессами;

прикладные программы для решения экономических задач; прочие программные средства.

1.1.6Методика оценки качества программных средств

Оценка качества ПС проводится на фазах жизненного цикла (таблица 14) и включает: выбор номенклатуры показателей; оценку показателей;

сопоставление значений показателей, полученных в результате сравнения с базовыми значениями.

Показатели качества объединены в систему из четырех уровней. Каждый вышестоящий уровень содержит в качестве составляющих показатели нижестоящих уровней.

1)Для обеспечения возможности получения интегральной оценки по группам показателей качества используют факторы качества (1-й уровень):

надежность ПС; сопровождаемость; удобство применения; эффективность; универсальность; (гибкость); корректность.

2)Каждому фактору качества соответствует определенный набор критериев качества (комплексные показатели - 2-й уровень):

устойчивость функционирования; работоспособность;

структурность; простота конструкции; наглядность; повторяемость; легкость освоения;

доступность эксплуатационных программных документов; удобство эксплуатации и обслуживания; уровень автоматизации; временная эффективность; ресурсоемкость; гибкость; мобильность; модифицируемость; полнота реализации; согласованность;

логическая корректность; проверенность.

3)Критерии качества определяют одной или несколькими метриками (3-й уровень).

4)Метрики составляются из оценочных элементов (единичных показателей - 4-й уровень), определяющих заданное в метрике свойство.

Пример взаимосвязи факторов, критериев и метрик с фазами жизненного цикла программного средства приведен на рисунке 122.

Рисунок - 122. Фазы реализации, тестирования, изготовления, обслуживания (сопровождения)

Выбор оценочных элементов в метрике зависит от функционального назначения оценочного элемента и определяется с учетом данных, полученных при проведении испытаний различных видов, а также по результатам эксплуатации программного средства.

Для накопления информации об оценочных элементах формируется справочник оценочных элементов на основе ранее полученных данных о качестве аналогичных программных средствах.

Оценка качества программного средства проводится в определенной последовательности: на фазе анализа проводится выбор показателей и их базовых значений;

для показателей качества на всех уровнях (факторы, критерии, метрики, оценочные элементы) принимается единая шкала оценки от 0 до 1;

показатели качества на каждом вышестоящем уровне (кроме уровня оценочных элементов) определяются показателями качества нижестоящего уровня, то есть:

~результаты оценки каждого фактора определяются результатами оценки соответствующих ему критериев;

~результаты оценки каждого критерия определяются результатами оценки соответствующих ему метрик;

~результаты оценки каждой метрики определяются результатами оценки определяющих ее оценочных элементов;

впроцессе оценки качества программного средства на каждом уровне (кроме уровня оценочных элементов) проводятся вычисления показателей качества программного средства, то есть определение количественных значений абсолютных показателей (Рij, где j - порядковый номер показателя данного уровня для i-го показателя вышестоящего уровня) и относительных показателей (Kij), являющихся функцией показателя Рij и базового значения Pijбаз;

каждый показатель качества 2-го и 3-го уровней (критерий и метрика) характеризуется двумя числовыми параметрами:

~количественным значением;

~весовыми коэффициентами (Vij);

сумма весовых коэффициентов показателей уровня (l) относящихся к i-му показателю вышестоящего уровня (l - 1), есть величина постоянная. Сумма весовых коэффициентов (Vij) принимается равной 1:

,

где j = 1, п,

п - число показателей уровня (l) относящихся к i-ому показателю вышестоящего уровня (l - 1); общая оценка качества программного средства в целом формируется экспертами по набору

полученных значений оценок факторов качества; для оценки качества программного средства различного назначения методом экспертного опроса

составляется таблица значений базовых показателей качества программного средства;

определение усредненной оценки (mkq) оценочного элемента по нескольким его значениям (mэ) проводится по формуле:

,

где t - число значений оценочного элемента; k - порядковый номер метрики;

q - порядковый номер оценочного элемента;

итоговая оценка k-й метрики j-го критерия ведется по формуле:

,

где Q - число оценочного элемента в k-й метрике;

абсолютные показатели критериев i-го фактора качества определяются по формуле:

,

где n - число метрик, относящихся к j-му критерию;

относительный показатель j-го критерия i-го фактора качества вычисляется по формуле:

;

фактор качества (Kiф) вычисляется по формуле:

,

где N - число критериев качества, относящихся к i-му фактору.

Качество программного средства определяется путем сравнения полученных расчетных значений показателей с соответствующими базовыми значениями показателей существующего аналога или расчетного программного средства, принимаемого за эталонный образец.

Значения базовых показателей программного средства должны соответствовать значениям показателей, отражающих современный уровень качества и прогнозируемый мировой уровень.

В качестве аналогов выбираются реально существующие программные средства того же функционального назначения, что и сравниваемое, с такими же основными параметрами, подобной структуры и применяемые в условиях эксплуатации.

Лекция 23

1.1Виды испытаний автоматизированных систем (1 час)

Рассмотрим документ: ГОСТ 34.603-92. Информационная технология. Виды испытаний

автоматизированных систем.

1) Общие положения

Испытания автоматизированных систем проводят на стадии "Ввод в действие" с целью проверки соответствия создаваемой системы требованиям технического задания.

Испытания представляют собой процесс проверки выполнения заданных функций системы, определения и проверки соответствия требованиям технического задания количественных и качественных характеристик системы, выявления и устранения недостатков в действиях системы и в разработанной документации.

Для автоматизированных систем устанавливают следующие основные виды испытаний:

предварительные; опытная эксплуатация; приемочные.

Допускается дополнительно проведение других видов испытаний.

В зависимости от взаимосвязей испытываемых в системе объектов испытания могут быть: автономные, которые охватывают части системы (их проводят по мере готовности частей системы к

сдаче в опытную эксплуатацию); комплексные, которые проводят для групп взаимосвязанных частей системы или для системы в

целом.

Для планирования проведения всех видов испытаний разрабатывают документ Программа и методика испытаний , который устанавливает необходимый и достаточный объем испытаний, обеспечивающий заданную достоверность получаемых результатов.

Предварительные испытания системы проводят для определения ее работоспособности и решения вопроса о возможности приемки системы в опытную эксплуатацию. Предварительные испытания выполняют после проведения отладки и тестирования поставляемых программных и технических средств системы и представления им соответствующих документов о их готовности к испытаниям, а также после ознакомления персонала системы с эксплуатационной документацией.

Опытную эксплуатацию системы проводят с целью определения фактических значений количественных и качественных характеристик системы и готовности персонала к работе в условиях функционирования системы, определения фактической эффективности системы, корректировке документации.

Приемочные испытания системы проводят для определения соответствия системы техническому заданию, оценки качества опытной эксплуатации и решения вопроса о возможности приемки системы в постоянную эксплуатацию. Приемочным испытаниям системы должна предшествовать ее опытная эксплуатация на объекте.

На испытаниях системы проверке подвергают: комплекс программных и технических средств; персонал; эксплуатационную документацию; систему в целом.

При испытаниях системы проверяют:

качество выполнения комплексом программных и технических средств автоматических функций во всех режимах функционирования системы согласно техническому заданию;

знание персоналом эксплуатационной документации и наличие у него навыков, необходимых для выполнения установленных функций во всех режимах функционирования системы, согласно техническому заданию;