Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Алгоритмы и структуры данных. Учебное пособие
.pdf
11
анализ требований к программному обеспечению – определение
Рис.1.2. Структура процессов жизненного цикла
программного обеспечения
12
функциональных возможностей, включая характеристики
производительности, среды функционирования компонентов, внешних
интерфейсов, спецификаций надежности и безопасности, эргономических
требований, требований к используемым данным, установке, приемке,
пользовательской документации, эксплуатации и сопровождению;
проектирование архитектуры программного обеспечения –
определение структуры программного обеспечения, документирование
интерфейсов его компонентов, разработку предварительной версии
пользовательской документации, а также требований к тестам и плана
интеграции;
детальное проектирование программного обеспечения – подробное
описание компонентов программного обеспечения и интерфейсов между
ними, обновление пользовательской документации, разработка и
документирование требований к тестам и плана тестирования
компонентов программного обеспечения, обновление плана интеграции
компонентов;
анализ требований к системе – определение ее функциональных
возможностей, пользовательских требований, требований к надежности и
безопасности, требований к внешним интерфейсам и т. д.;
кодирование и тестирование программного обеспечения –
разработку и документирование каждого компонента, а также
совокупности тестовых процедур и данных для их тестирования,
тестирование компонентов, обновление пользовательской документации,
обновление плана интеграции программного обеспечения;
интеграцию программного обеспечения – сборку программных
компонентов в соответствии с планом интеграции и тестирование
программного обеспечения на соответствие квалификационным
требованиям, представляющих собой набор критериев или условий,
которые необходимо выполнить, чтобы квалифицировать программный
продукт, как соответствующий своим спецификациям и готовый к
использованию в заданных условиях эксплуатации;
13
квалификационное тестирование программного обеспечения –
тестирование программного обеспечения в присутствии заказчика для
демонстрации его соответствия требованиям и готовности к
эксплуатации; при этом проверяется также готовность и полнота
технической и пользовательской документации
интеграцию системы сборку всех компонентов системы, включая
программное обеспечение и оборудование;
квалификационное тестирование системы – тестирование системы
на соответствие требованиям к ней и проверка оформления и полноты
документации;
установку программного обеспечения установку программного
обеспечения на оборудовании заказчика и проверку его
работоспособности;
приемку программного обеспечения оценку результатов
квалификационного тестирования программного обеспечения и системы в
целом и документирование результатов оценки совместно с заказчиком,
окончательную передачу программного обеспечения заказчику.
Указанные действия можно сгруппировать, условно выделив
следующие основные этапы разработки программного обеспечения (в
скобках указаны соответствующие стадии разработки по ГОСТ 19.10277
«Стадии разработки»):
постановка задачи (стадия «Техническое задание»);
анализ требований и разработка спецификаций (стадия «Эскизный
проект»);
проектирование (стадия «Технический проект»);
реализация (стадия «Рабочий проект»).
Постановка задачи. В процессе постановки задачи четко
формулируют назначение программного обеспечения и определяют
основные требования к нему. Каждое требование представляет собой
описание необходимого или желаемого свойства программного
обеспечения.
14
Различают функциональные требования, определяющие функции,
которые должно выполнять разрабатываемое программное обеспечение, и
эксплуатационные требования, определяющие особенности его
функционирования.
Требования к программному обеспечению, имеющему прототипы,
обычно определяют по аналогии, учитывая структуру и характеристики
уже существующего программного обеспечения. Для формулирования
требований к программному обеспечению, не имеющему аналогов, иногда
необходимо провести специальные исследования, называемые
предпроектными. В процессе таких исследований определяют
разрешимость задачи, возможно, разрабатывают методы ее решения (если
они новые) и устанавливают наиболее существенные характеристики
разрабатываемого программного обеспечения. Для выполнения
предпроектных исследований, как правило, заключают договор на
выполнение научноисследовательских работ. В любом случае этап
постановки задачи заканчивается разработкой технического задания,
фиксирующего принципиальные требования, и принятием основных
проектных решений.
Анализ требований и определение спецификаций. Спецификациями
называют точное формализованное описание функций и ограничений
разрабатываемого программного обеспечения. Соответственно различают
функциональные и эксплуатационные спецификации.
Совокупность спецификаций представляет собой общую логическую
модель проектируемого программного обеспечения. Для получения
спецификаций выполняют анализ требований технического задания,
формулируют содержательную постановку задачи, выбирают
математический аппарат формализации, строят модель предметной
области, определяют подзадачи и выбирают или разрабатывают методы
их решения. Часть спецификаций может быть определена в процессе
предпроектных исследований и, соответственно, зафиксирована в
техническом задании.
15
На этом этапе также целесообразно сформировать тесты для поиска
ошибок в проектируемом программном обеспечении, обязательно указав
ожидаемые результаты.
Проектирование. Основной задачей этого этапа является определение
подробных спецификаций разрабатываемого программного обеспечения.
Процесс проектирования сложного программного обеспечения обычно
включает:
проектирование общей структуры определение основных
компонентов и их взаимосвязей;
декомпозицию компонентов и построение структурных иерархий в
соответствии с рекомендациями блочноиерархического подхода;
проектирование компонентов.
Результатом проектирования является детальная модель
разрабатываемого программного обеспечения вместе со спецификациями
его компонентов всех уровней. Тип модели зависит от выбранного
подхода структурный, объектный или компонентный и конкретной
технологии проектирования. Однако в любом случае процесс
проектирования охватывает как проектирование программ (подпрограмм)
и определение взаимосвязей между ними, так и проектирование данных, с
которыми взаимодействуют эти программы или подпрограммы. Принято
различать также два аспекта проектирования:
логическое проектирование, которое включает те проектные
операции, которые непосредственно не зависят от имеющихся
технических и программных средств, составляющих среду
функционирования будущего программного продукта;
физическое проектирование привязка к конкретным техническим
и программным средствам среды функционирования, т. е. учет
ограничений, определенных в спецификациях.
Реализация. Реализация представляет собой процесс поэтапного
написания кодов программы на выбранном языке программирования
(кодирование), их тестирование и отладку.
16
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте определение термина «технология
программирования».
2. Перечислите составляющие технологических инструкций.
3. Перечислите известные вам виды технологий.
4. Сформулируйте определение термина «жизненный цикл
программного обеспечения».
5. Назовите стандарт, описывающий структуру жизненного цикла
программного обеспечения.
2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРОГРАММЫ
И МОДУЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ
2.1. Цель модульного программирования
Приступая к разработке каждой программы ПС, следует иметь в виду,
что она, как правило, является большой системой, поэтому должны БЫТЬ
приняты меры для ее упрощения. Для этого такую программу
разрабатывают по частям, которые называются программными модулями
[6 - 8]. А сам такой метод разработки программ называют модульным
программированием [7, 8].
Программный модуль это любой фрагмент описания процесса,
оформляемый как самостоятельный программный продукт, пригодный
для использования в описаниях процесса. Это означает, что каждый
программный модуль программируется, компилируется и отлаживается
отдельно от других модулей программы, и тем самым, физически
разделен с другими модулями программы. Более того, каждый
разработанный программный модуль может включаться в состав разных
программ, если выполнены условия его использования, декларированные
в документации по этому модулю. Таким образом, программный модуль
17
может рассматриваться и как средство борьбы со сложностью программ, и
как средство борьбы с дублированием в программировании (т.е. как
средство накопления и многократного использования программистских
знаний).
3. ПОСТАНОВКА И АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ЗАДАЧ
3.1. Понятие алгоритма
Для составления программы, предназначенной для решения на ЭВМ
какой-либо задачи, требуется составление алгоритма ее решения.
Алгоритм это точное предписание, которое определяет процесс,
ведущий от исходных данных к требуемому конечному результату.
Алгоритмами, например, являются правила сложения, умножения,
решения алгебраических уравнений, умножения матриц и т.п. Слово
алгоритм происходит от algoritmi, являющегося латинской
транслитерацией арабского имени хорезмийского математика IX в.
альХорезми. Благодаря латинскому переводу трактата альХорезми
европейцы в XII в. познакомились с позиционной системой счисления, и в
средневековой Европе алгоритмом называлась десятичная позиционная
система счисления и правила счета в ней.
Применительно к ЭВМ алгоритм определяет вычислительный
процесс, начинающийся с обработки некоторой совокупности возможных
исходных данных и направленный на получение определенных этими
исходными данными результатов. Термин вычислительный процесс
распространяется и на обработку других видов информации, например,
символьной, графической или звуковой.
Если вычислительный процесс заканчивается получением
результатов, то говорят, что соответствующий алгоритм применим к
рассматриваемой совокупности исходных данных. В противном случае
говорят, что алгоритм неприменим к совокупности исходных данных.
Любой применимый алгоритм обладает следующими основными
свойствами:
результативностью;
18
определенностью;
массовостью;
дискретностью;
конечностью.
Результативность означает возможность получения результата после
выполнения конечного количества операций.
Определенность состоит в совпадении получаемых результатов
независимо от пользователя и применяемых технических средств.
Массовость заключается в возможности применения алгоритма к
целому классу однотипных задач, различающихся конкретными
значениями исходных данных.
Дискретность означает разбиение алгоритма на конечную
последовательность действий или шагов при его выполнении.
Конечность означает то, что алгоритм должен выполняться за
конечное время.
Для задания алгоритма необходимо описать следующие его элементы:
набор объектов, составляющих совокупность возможных исходных
данных, промежуточных и конечных результатов;
правило начала;
правило непосредственной переработки информации (описание
последовательности действий);
правило окончания;
правило извлечения результатов.
Алгоритм всегда рассчитан на конкретного исполнителя. В нашем
случае таким исполнителем является ЭВМ. Для обеспечения возможности
реализации на ЭВМ алгоритм должен быть описан на языке, понятном
компьютеру, то есть на языке программирования.
Таким образом, можно дать следующее определение программы.
Программа для ЭВМ представляет собой описание алгоритма и
данных на некотором языке программирования, предназначенное для
последующего автоматического выполнения.
19
3.2. Способы описания алгоритмов
К основным способам описания алгоритмов можно отнести
следующие:
словесно-формульный;
структурный или блок-схемный;
с помощью граф-схем;
с помощью сетей Петри.
Перед составлением программ чаще всего используются словесноформульный и блок-схемный способы. Иногда перед составлением
программ на низкоуровневых языках программирования типа языка
Ассемблера алгоритм программы записывают, пользуясь конструкциями
некоторого высокоуровнего языка программирования. Удобно
использовать программное описание алгоритмов функционирования
сложных программных систем. Так, для описания принципов
функционирования ОС использовался Алголоподобный высокоуровневый
язык программирования.
При словесно-формульном способе алгоритм записывается в виде
текста с формулами по пунктам, определяющим последовательность
действий.
Пусть, например, необходимо найти значение следующего
выражения:
у = 2а – (х + 6).
Словесно-формульным способом алгоритм решения этой задачи
может быть записан в следующем виде:
1. Ввести значения, а и х.
2. Сложить х и 6.
3. Умножить a на 2.
4. Вычесть из 2а сумму (х + 6).
5. Вывести у, как результат вычисления выражения.
При блок-схемном описании алгоритм изображается
геометрическими фигурами (блоками), связанными по управлению
20
линиями (направлениями потока) со стрелками. В блоках записывается
последовательность действий.
Данный способ по сравнению с другими способами записи алгоритма
имеет ряд преимуществ. Он наиболее нагляден: каждая операция
вычислительного процесса изображается отдельной геометрической
фигурой. Кроме того, графическое изображение алгоритма наглядно
показывает разветвления путей решения задачи в зависимости от
различных условий, повторение отдельных этапов вычислительного
процесса и Другие детали.
Оформление программ должно соответствовать определенным
требованиям. В настоящее время действует единая система программной
документации (ЕСПД), которая устанавливает правила разработки,
оформления программ и программной документации. В ЕСПД
определены и правила оформления блоксхем алгоритмов (ГОСТ 19.70190 (ИСО 5807-85) Единая система программной документации (ЕСПД).
Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и
правила выполнения).
Операции обработки данных и носители информации изображаются
на схеме соответствующими блоками. Большая часть блоков по
построению условно вписана в прямоугольник со сторонами, а и b.
Минимальное значение, а = 10 мм, увеличение а производится на число,
кратное 5 мм. Размер b = 1,5a. Для отдельных блоков допускается
соотношение между, а и b, равное 1:2. В пределах одной схемы
рекомендуется изображать блоки одинаковых размеров. Все блоки
нумеруются. Виды и назначение основных блоков приведены в табл. 3.1.
Линии, соединяющие блоки и указывающие последовательность
связей между ними, должны проводиться параллельно линиям рамки.
Стрелка в конце линии может не ставиться, если линия направлена слева
направо или сверху вниз. В блок может входить несколько линий, то есть
блок может являться преемником любого числа блоков. Из большинства
блоков может выходить только одна линия. Блок Решение может иметь в
качестве продолжения один из двух блоков, и из него выходят две линии.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]