Урок 1 Решение задач

A. Методика разработки ПО

Следование определенным этапам, выработанным за многие годы профессиональными разработчиками ПО, помогает упростить решение задач, связанных с программированием. В этом курсе вы познакомитесь с последовательностью шагов, которая называется методикой разработки программного обеспечения. Эту методика представляет собой стратегию создания программных решений с использованием LabVIEW. Следуйте ей при решении своих задач.

Методика разработки ПО включает в себя следующие этапы:

1.Постановка задачи и написание сценария

2.Проектирование алгоритма и/или блок-схемы.

3.Реализация проекта.

4.Тестирование и верификация реализации.

5.Сопровождение и обновление реализации.

Все практические упражнения курса построены на базе этой методики. В большинстве упражнений вам дается готовый сценарий и проект, а вы должны выполнить реализацию, тестирование и сопровождение. Большинство инструкций, которые даются в этом курсе, должны помочь вам создавать успешные реализации.

Пример: управление температурой печи. На этом примере,

разбираемом в течение урока, иллюстрируется каждый шаг описанной методики разработки ПО.

B. Сценарий

На этом этапе разработки программы определяется суть задачи, чтобы можно было подойти к ее решению с учетом всех необходимых факторов. Во время этого этапа вы сможете исключить лишние факторы и сконцентрироваться на главной проблеме, требующей решения. Правильно представляя задачу с самого начала, можно сэкономить время при проектировании и реализации.

Пример: управление температурой печи. Предположим, вам требуется выдержать материал в печи при заданной температуре в течение определенного времени. Для этого не обязательно знать тип материала или время суток. Необходимо знать время выдержки, значение температуры и способ регулировки температуры в печи.

C. Проектирование

Определив суть задачи, можно приступать к проектированию решения. Для этого проводится анализ задачи, в ходе которого определяются, в частности, входные и выходные данные программы, а также любые дополнительные требования.

Урок 1 Решение задач

Определив, что будет на входе и на выходе, можно разрабатывать алгоритм, блок-схему и/или диаграмму переходов, которые помогут перейти к программированию.

Определение входных данных

Входные данные — это те исходные величины, которые вы хотите обработать в процессе решения задачи.

Пример: управление температурой печи. Для программы управления печью входными данными будут время выдержки (в секундах), температура выдержки (в градусах Кельвина) и текущая температура печи (в градусах Кельвина).

Определение выходных данных

Выходные данные представляют собой результат вычисления, обработки, или некоторое состояние, являющееся результатом решения задачи.

Пример: управление температурой печи. Выходным значением программы управления печью будет состояние переключателя on/off, подающего напряжение на нагреватель печи. Напряжение подается на обмотку нагревателя в результате изменения состояния переключателя. Когда напряжение подано или снято, температура печи сразу же начинает меняться.

Определение дополнительных требований

Рассмотрите все остальные факторы, которые могут влиять на решение задачи. Например, нужно ли использовать какие-то конкретные единицы измерения, скажем, сантиметры или секунды?

Пример: управление температурой печи. В качестве дополнительного требования примем, что печь не может начать работу, пока внутренняя температура не сравняется с внешней.

Разработка алгоритма решения задачи

Определив входные и выходные данные, а также дополнительные требования, можно создавать алгоритм. Алгоритм — это последовательность шагов по обработке входных и выработке выходных данных.

Пример: управление температурой печи. Приведенный ниже алгоритм описывает работу печи:

1.Измерить внешнюю температуру.

2.Измерить внутреннюю температуру.

3.Если внутренняя температура не равна внешней, вернуться к шагу 1.

4.Измерить внутреннюю температуру.

5.Если внутренняя температура больше или равна требуемой, выключить нагрев.

6.Если текущая температура меньше требуемой, включить нагрев.

Урок 1 Решение задач

7.Если истекшее время меньше времени выдержки, вернуться к шагу 4.

8.Выключить нагрев.

Разработка блок-схемы

Блок-схема визуально представляет последовательность решения задачи. Польза блок-схем в том, что они помогают прослеживать более сложные алгоритмы. Например, можно легко увидеть, что на каком-то шаге к конечному решению ведут два пути, и соответственно спланировать код.

Пример: управление температурой печи. В этом примере можно выполнять проектирование, пользуясь как алгоритмом, так и блоксхемой. На рис. 1-1 показана блок-схема, соответствующая алгоритму из предыдущего подраздела.

Урок 1 Решение задач

Рис. 1-1. Блок-схема программы управления печью.

Разработка диаграммы переходов

Диаграммы переходов — это блок-схемы особого типа, которые широко используется при создании конечных автоматов (state machines) LabVIEW. Диаграмма переходов позволяет четко выявить состояния программы и условия переходов из одного состояние в другое. Для обозначения стационарного состояния на диаграмме переходов используется помеченный кружок, а переход между состояниями обозначается стрелкой с подписью.

Урок 1 Решение задач

Состояние — это часть программы, которая удовлетворяет условию, выполняет действие или ожидает события. Переход — это условие, действие или событие, которое заставляет программу переходить в следующее состояние.

Начало программы обозначается закрашенным кружком (показан слева).

Конец программы обозначается концентрическим кружком (показан слева).

Пример: управление температурой печи. В этом примере также можно использовать диаграмму переходов, которая показана на рис. 1-2. При разработке ВП допустимо пользоваться и блок-схемой, и диаграммой переходов, однако полученные программные решения могут различаться.

A < B

T = Y

Измерить

температуру

печи

T >= X

Проверить время

A >= B

Выключить нагрев

Рис. 1-2. Диаграмма переходов для примера с печью.

D. Реализация

На этапе реализации создается код, соответствующий алгоритму или блок-схеме. При написании кода на текстовом языке программирования каждое действие алгоритма элегантно транслируется в одну или несколько строк кода, в зависимости от степени детализации. LabVIEW, будучи графическим языком

Урок 1 Решение задач

программирования, позволяет создавать код непосредственно по блок-схеме. Реализация ВП на основе блок-схемы или диаграммы переходов более подробно рассматривается в уроке 11,

Стандартные методы и образцы проектирования.

E. Тестирование

Тестирование и верификация являются важными составными частями методики разработки ПО. Обязательно протестируйте свою реализацию двумя типами данных: логичными и нелогичными с точки зрения решаемой задачи. Тестирование логичными данными позволяет убедиться, что входные значения дают ожидаемый результат. Тестируя программу нелогичными данными, вы проверите, насколько эффективно обрабатываются ошибки.

Пример: управление температурой печи. Для тестирования стратегии обработки ошибок в примере с печью, можно задать температуру выдержки меньше температуры окружающей среды. Эффективная система обработки ошибок предупредит пользователя, что печь может только нагреваться, но не охлаждаться.

F. Сопровождение

Сопровождение — это непрерывный процесс устранения ошибок в программе, в ходе которого также меняется исходный способ решения задачи.

Пример: управление температурой печи. После написания кода вы можете столкнуться с тем, что заказчик хочет добавить датчик температуры в другую зону печи, чтобы повысить отказоустойчивость системы. Добавлять функции к программе легче, если вы с самого начала закладываете возможность ее масштабирования.