Предмет: Технология разработки программных продуктов.

Тема:Инструментальные средства коллективной разработки программного обеспечения.

Образовательная

Ознакомление с инструментальными средствами коллективной разработки ПО.

Развивающая:

Развивать умение слушать других, делать выводы и обобщать полученные знания

Воспитательная:

Воспитывать чувство значимости предмета в профессиональной деятельности, аккуратности в работе

Межпредметные связи:

Английский язык

Операционные системы

Информационные технологии

Основы алгоритмизации и программирования

Оборудование: доска, мел, письменные принадлежности, проектор, ПК

Тип урока: комбинированный

Метод обучения: Объяснительно иллюстративный

Ход урока:

1.Организационный момент

Проверка готовности кабинета

Объявление темы

2. Постановка цели урока

3.Повторение пройденного материала

Инструменты разработки программных средств.

Инструментальные среды разработки и сопровождения программных средств и принципы их классификации

Основные классы инструментальных сред разработки и сопровождения программных средств

Инструментальные среды программирования

4.Сообщение новых знаний

Понятие компьютерной технологии разработки программных средств и ее рабочие места

Инструментальные системы технологии программирования

Инструментальные средства разработки программ

5. Восприятие и осознание учащимися нового материала

6. Осмысление обобщение и систематизация знаний

7. Подведение итогов урока ипостановка домашнего задания

Выучить содержимое темы

Гагарина Л.Г. стр. С.257-259.

Ответить на вопросы:

16.4. Понятие компьютерной технологии разработки программных средств и ее рабочие места

Имеются некоторые трудности в выработке строгого определения CASE-технологии (компьютерной технологии разработки ПС). CASE - это абревиатура от английского Computer-Aided Software Engineering (Компьютерно-Помогаемая Инженерия Программирования). Но без помощи (поддержки) компьютера ПС уже давно не разрабатываются (используется хотя бы компилятор). В действительности, в это понятие вкладывается более узкий (специальный) смысл, который постепенно размывается (как это всегда бывает, когда какое-либо понятие не имеет строгого определения). Первоначально под CASE понималась инженерия ранних этапов разработки ПС (определение требований, разработка внешнего описания и архитектуры ПС) с использованием программной поддержки (программных инструментов). Теперь под CASE может пониматься и инженерия всего жизненного цикла ПС (включая и его сопровождение), но только в том случае, когда программы частично или полностью генерируются по документам, полученным на указанных ранних этапах разработки. В этом случае CASE-технология стала принципиально отличаться от ручной (традиционной) технологии разработки ПС: изменилось не только содержание технологических процессов, но и сама их совокупность.

В настоящее время компьютерную технологию разработки ПС можно характеризовать использованием

• программной поддержки для разработки графических требований и графических спецификаций ПС,
• автоматической генерации программ на каком-либо языке программирования или в машинном коде (частично или полностью),
• программной поддержки прототипирования.

Говорят также, что компьютерная технология разработки ПС является "безбумажной", т.е. рассчитанной на компьютерное представление программных документов. Однако, уверенно отличить ручную технологию разработки ПС от компьютерной по этим признакам довольно трудно. Значит, самое существенное в компьютерной технологии не выделено.

На наш взгляд, главное отличие ручной технологии разработки ПС от компьютерной заключается в следующем. Ручная технология ориентирована на разработку документов, одинаково понимаемых разными разработчиками ПС, тогда как компьютерная технология ориентирована на обеспечение семантического понимания (интерпретации) документов программной поддержкой компьютерной технологии. Семантическое понимание документов дает программной поддержке возможность автоматически генерировать программы. В связи с этим существенной частью компьютерной технологии становится использование формальных языков уже на ранних этапах разработки ПС: как для спецификации программ, так и для спецификации других документов. В частности, широко используются формальные графические языки спецификаций. Именно это позволяет рационально изменить и саму совокупность технологических процессов разработки и сопровождения ПС.

Из проведенного обсуждения можно определить компьютерную технологию разработки ПС как технологию программирования, в которой используются программные инструменты для разработки формализованных спецификаций программ и других документов (включая и графические спецификации) с последующей автоматической генерацией программ и документов (или хотя бы значительной их части) по этим спецификациям.

Теперь становятся понятными и основные изменения в жизненном цикле ПС для компьютерной технологии. Если при использовании ручной технологии основные усилия по разработке ПС делались на этапах собственно программирования (кодирования) и отладки (тестирования), то при использовании компьютерной технологии - на ранних этапах разработки ПС (определения требований и функциональной спецификации, разработки архитектуры). При этом существенно изменился характер документации. Вместо целой цепочки неформальных документов, ориентированной на передачу информации от заказчика (пользователя) к различным категориям разработчикам, формируются прототип ПС, поддерживающий выбранный пользовательский интерфейс, и формальные функциональные спецификации (иногда и формальные спецификации архитектуры ПС), достаточные для автоматического синтеза (генерации) программ ПС (или хотя бы значительной их части). При этом появилась возможность автоматической генерации части документации, необходимой разработчикам и пользователям. Вместо ручного программирования (кодирования) - автоматическая генерация программ, что делает не нужной автономную отладку и тестирование программ: вместо нее добавляется достаточно глубокий автоматический семантический контроль документации. Появляется возможность автоматической генерации тестов по формальным спецификациям для комплексной (системной ) отладки ПС. Существенно изменяется и характер сопровождения ПС: все изменения разработчиком-сопроводителем вносятся только в спецификации (включая и прототип), остальные изменения в ПС осуществляются автоматически.

С учетом сказанного жизненный цикл ПС для компьютерной технологии можно представить следующей схемой (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Жизненный цикл программного средства для компьютерной технологии.

Прототипирование ПС является необязательным этапом жизненного цикла ПС при компьютерной технологии, что на рис. 16.3 показано пунктирной стрелкой. Однако использование этого этапа во многих случаях и соответствующая компьютерная поддержка этого этапа является характерной для компьютерной технологии. В некоторых случаях прототипирование делается после (или в процессе) разработки спецификаций ПС, например, в случае прототипирования пользовательского интерфейса. Это показано на рис. 16.3 пунктирной возвратной стрелки. Хотя возврат к предыдущим этапам мы допускаем на любом этапе, но здесь это показано явно, так как прототипирование является особым подходом к разработке ПС (см. лекцию 3). Прототипирование пользовательского интерфейса позволяет заменить косвенное описание взаимодействия между пользователем и ПС при ручной технологии (при разработке внешнего описания ПС) прямым выбором пользователем способа и стиля этого взаимодействия с фиксацией всех необходимых деталей. По существу, на этом этапе производится точное описание пользовательского интерфейса, понятное программной поддержке компьютерной технологии, причем с ответственным участием пользователя. Все это базируется на наличие в программной поддержке компьютерной технологии настраиваемой оболочки с обширной библиотекой заготовок различных фрагментов и деталей экрана. Такое прототипирование, по-видимому, является лучшим способом преодоления барьера между пользователем и разработчиком.

Разработка спецификаций ПС распадается на несколько разных процессов. Если исключить начальный этап разработки спецификаций (определение требований), то в этих процессах используются методы, приводящие к созданию формализованных документов, т. е. используются формализованные языки спецификаций. При этом широко используются графические методы спецификаций, приводящие к созданию различных схем и диаграмм, которые определяют структуру информационной среды и структуру управления ПС. К таким структурам привязываются фрагменты описания данных и программ, представленные на алгебраических языках спецификаций (например, использующие операционную или аксиоматическую семантику), или логических языках спецификаций (базирующихся на логическом подходе к спецификации программ). Такие спецификации позволяют в значительной степени или полностью автоматически генерировать программы. Существенной частью разработки спецификаций является создание словаря именованных сущностей, используемых в спецификациях.

Автоматизированный контроль спецификаций ПС использует то обстоятельство, что значительная часть спецификаций представляется на формальных языках. Это позволяет автоматически осуществлять различные виды контроля: синтаксический и частичный семантический контроль спецификаций, контроль полноты и состоятельности схем и диаграмм (в частности, все их элементы должны быть идентифицированы и отражены в словаре именованных сущностей), сквозной контроль сбалансированности уровней спецификаций и другие виды контроля в зависимости от возможностей языков спецификаций.

Генерация программ ПС. На этом этапе автоматически генерирует скелеты кодов программ ПС или полностью коды этих программ по формальным спецификациям ПС.

Автоматизированное документирование ПС. Предполагает возможность генерации различных форм документов с частичным заполнением их по информации, хранящейся в репозитории. При этом количество видов документов сокращается по сравнению с традиционной технологией.

Комплексное тестирование и отладка ПС. На этом этапе тестируются все спецификации ПС и исправляются обнаруженные при этом ошибки. Тесты могут создаваться как вручную, так и автоматически (если это позволяют используемые языки спецификаций) и пропускаются через сгенерированные программы ПС.

Аттестация ПС имеет прежнее содержание.

Сопровождение ПС существенно упрощается, так как основные изменения делаются только в спецификациях.

Рабочее место компьютерной технологии разработки ПС представляет собой инструментальную среду, поддерживающую все этапы жизненного цикла этой технологии. В этой среде существенно используется репозиторий. В репозитории хранится вся информация, создаваемая в процессе разработки ПС (в частности, словарь именованных сущностей и все спецификации). По существу, рабочее место компьютерной технологии является интегрированным хотя бы по пользовательскому интерфейсу и по данным. Основными инструментами такого рабочего места являются:

• конструкторы пользовательских интерфейсов;
• инструмент работы со словарем именованных сущностей;
• графические и тестовые редакторы спецификаций;
• анализаторы спецификаций;
• генератор программ;
• документаторы.

14.5. Инструментальные системы технологии программирования

Инструментальная система технологии программирования - это интегрированная совокупность программных и аппаратных инструментов, поддерживающая все процессы разработки и сопровождения больших ПС в течение всего его жизненного цикла в рамках определенной технологии. Выше уже отмечалось (см. п. 14.3), что она помимо интегрированности обладает еще свойствами комплексности и ориентированности на коллективную разработку. Это означает, что она базируется на согласованности продукции технологических процессов. Тем самым, инструментальная система в состоянии обеспечить, по крайней мере, контроль полноты (комплектности) создаваемой документации (включая набор программ) и согласованности ее изменения (версионности). Поддержка инструментальной системой фазы сопровождения ПС, означает, что она должна обеспечивать управление конфигурацией ПС . Кроме того, инструментальная система поддерживает управление работой коллектива и для разных членов этого коллектива обеспечивает разные права доступа к различным фрагментам продукции технологических процессов и поддерживает работу менеджеров по управлению коллективом разработчиков. Инструментальные системы технологии программирования представляют собой достаточно большие и дорогие ПС, чтобы как-то была оправданна их инструментальная перегруженность. Поэтому набор включаемых в них инструментов тщательно отбирается с учетом потребностей предметной области, используемых языков и выбранной технологией программирования.

С учетом обсужденных свойств инструментальных систем технологии программирования можно выделить три их основные компоненты:

• репозиторий,
• инструментарий,
• интерфейсы.

Инструментарий - набор инструментов, определяющий возможности, предоставляемые системой коллективу разработчиков. Обычно этот набор является открытым и структурированным. Помимо минимального набора (встроенные инструменты ), он содержит средства своего расширения (импортированными инструментами ). Кроме того, в силу интегрированности по действиям он состоит из некоторой общей части всех инструментов (ядра ) и структурных (иногда иерархически связанных) классов инструментов.

Интерфейсы разделяются на пользовательский и системные. Пользовательский интерфейс обеспечивает доступ разработчикам к инструментарию. Он реализуется оболочкой системы. Системные интерфейсы обеспечивают взаимодействие между инструментами и их общими частями. Системные интерфейсы выделяются как архитектурные компоненты в связи с открытостью системы - их обязаны использовать новые (импортируемые ) инструменты, включаемые в систему.

Самая общая архитектура инструментальных систем технологии программирования представлена на рис. 16.4.

Рис. 16.4. Общая архитектура инструментальных систем технологии программирования.

Различают два класса инструментальных систем технологии программирования: инструментальные системы поддержки проекта и языково-зависимые инструментальные системы.

Инструментальная система поддержки проекта - это открытая система, способная поддерживать разработку ПС на разных языках программирования после соответствующего ее расширения программными инструментами, ориентированными на выбранный язык. Набор инструментов такой системы поддерживает разработкой ПС, а также содержит независимые от языка программирования инструменты, поддерживающие разработку ПС (текстовые и графические редакторы, генераторы отчетов и т.п.). Кроме того, он содержит инструменты расширения системы. Ядро такой системы обеспечивает, в частности, доступ к репозиторию.

Языково-зависимая инструментальная система - это система поддержки разработки ПС на каком-либо одном языке программирования, существенно использующая в организации своей работы специфику этого языка. Эта специфика может сказываться и на возможностях ядра (в том числе и на структуре репозитория), и на требованиях к оболочке и инструментам. Примером такой системы является среда поддержки программирования на Аде (APSE ).

7.1. Инструментальные средства разработки программ

Инструментальное программное обеспечение (Software tools) - программное обеспечение, используемое в ходеразработки, корректировки или развития других программ:

редакторы, компиляторы, отладчики, вспомогательные системныепрограммы, графические пакеты и др.

Сюда входят языки программирования, интегрированные среды разработки программ, CASE-системы и др.

7.1.2. Выбор языка программирования

Существующие на сегодняшний день языкипрограммирования можно выделить в следующие группы :

Универсальные языки высокого уровня;

Специализированные языки разработчика программного обеспечения;

Специализированные языки пользователя;

Языки низкого уровня.

В группе универсальных языков высокого уровня безусловным лидером на сегодня является язык C++. Действительно, он имеет ряд достоинств:

Масштабируемость. На языке C++ разрабатываютпрограммы для самых различных платформ и систем;

Возможность работы на низком уровне с памятью,адресами, портами, что при неосторожном использовании может легко превратиться в недостаток;

C++ имеет мощный препроцессор, унаследованный от С, но, как и любой другой мощный инструмент, требуетосторожного использования;

Возможность создания обобщенных алгоритмов для разных типов данных, их специализация и вычисления на этапе компиляции, используя шаблоны.

При этом язык C++ обладает рядом существенныхнедостатков:

Подключение интерфейса внешнего модуля через препроцессорную вставку заголовочного файла (#include)серьезно замедляет компиляцию при подключении большогоколичества модулей;

Недостаток информации о типах данных во времякомпиляции;

Сложность для изучения и компиляции;

Некоторые преобразования типов неинтуитивны. Вчастности, операция над беззнаковым и знаковым числамивыдает беззнаковый результат.

Для C++ существует большое количество библиотек классов, поддерживающих создание пользовательского интерфейса,клиент-серверных приложений, работу с базами данных и т. д.,

поэтому пока альтернативы C++ нет . Для второстепенныхпроектов иногда используется Visual Basic. Язык Javaрассматривался как альтернатива Basic, но из-за отсутствия визуального

средства разработки форм он пока остается малопригодным.

Современный Object Pascal, как и Pascal, предложенный Н. Виртом в середине 70-х годов XX в., остается наиболее привлекательным для обучения основам программирования в силу своей

простоты, структурированности и обнаружения компиляторомбольшого количества не только синтаксических, но и семантических ошибок.

В нынешнее время в отличие от 60-х годов XX в. языкипрограммирования создаются крайне редко. За последние 15 лет можно отметить лишь две новинки, получившие широкоераспространение - это Java (Sun Microsystems, 1995 г.), ставшийпопулярным во многом благодаря технологии его использования в Интернете и появления такого понятия, как виртуальная Java-машина, и С# (Microsoft, 2000 г.), созданный на основе C++.

Создателем языка является сотрудник Microsoft Андреас Хейлсберг. Он стал известным в мире программистов задолго дотого, как пришел в Microsoft. Хейлсберг входил в число ведущих

разработчиков одной из самых популярных сред разработки - Delphi. В Microsoft он участвовал в создании версии Java - J++, так что опыта в написании языков и сред программирования ему не занимать. Как отмечал сам Андреас Хейлсберг, С# создавался как язык компонентного программирования, и в этом одно из главных достоинств языка, направленное на возможностьповторного использования созданных компонентов.

Другие достоинства языка С#:

Сохраняет лучшие черты популярных языковпрограммирования C/C++, на основе которых он создан. В связи с этим облегчается переход программистов от C++ к С#;

Является проще и надежнее C++. Простота и надежность главным образом связаны с тем, что на С# хотя идопускаются, но не поощряются такие опасные свойства C++,

как указатели, адресация, разыменование, адреснаяарифметика;

Является полностью объектно-ориентированным языком, где даже типы, встроенные в язык, представлены классами;

Реализует возможности наследования и универсализации;

Учитывает все возможности Framework .Net, так как С# создавался параллельно с данной средой;

Благодаря каркасу Framework .Net, ставшему надстройкой над операционной системой, программисты С# получают те же преимущества работы с виртуальной машиной, что и

программисты Java. Эффективность кода даже повышается, поскольку исполнительная среда CLR представляет собой компилятор промежуточного языка, в то время как

виртуальная Java-машина является интерпретатором байт-кода;

Мощная библиотека каркаса поддерживает удобствопостроения различных типов приложений на С#, позволяя легко строить Web-службы, другие виды компонентов,

достаточно просто сохранять и получать информацию из базы данных и других хранилищ данных;

Является источником надежного и эффективного кода.

Кроме вышеописанных языков к группе универсальных принадлежат также Modula, Ada, COBOL, FORTRAN инекоторые другие. Каждый из вышеописанных языков имеет своиособенности и, соответственно, свою область применения. В настоящее время универсальные языки программированияприменяются в самых различных областях человеческой деятельности, таких как:

Научные вычисления (языки C++, FORTRAN, Java);

Системное программирование (языки C++, Java);

Обработка информации (языки C++, COBOL, Java);

Искусственный интеллект (LISP, Prolog);

Издательская деятельность (Postscript, TeX);

Удаленная обработка информации (Perl, PHP, Java, C++);

Описание документов (HTML, XML).

С течением времени одни языки развивались, приобретали новые черты и остались востребованными, другие утратили свою актуальность и сегодня представляют в лучшем случае чистотеоретический интерес (Focal, PL/1 и др.). В значительной степени это связано с такими факторами:

Наличие среды программирования, поддерживающейразработку приложений на конкретном языкепрограммирования;

Удобство сопровождения и тестирования программ;

Стоимость разработки с применением конкретного языка программирования;

Четкость и ортогональность конструкций языка;

Применение объектно-ориентированного подхода.

Специализированные языки разработчика используют длясоздания конкретных типов программного обеспечения. К нимотносят:

Языки баз данных;

Языки создания сетевых приложений;

Языки создания систем искусственного интеллекта и т. д.

Специализированные языки пользователя обычно являютсячастью профессиональных сред пользователя, характеризуютсяузкой направленностью и разработчиками программногообеспечения не используются.

Языки низкого уровня позволяют осуществлятьпрограммирование практически на уровне машинных команд. При этомполучают самые оптимальные как с точки зрения времени

выполнения, так и с точки зрения объема необходимой памятипрограммы. Недостатком их является то, что они не поддерживают принципов структурного программирования .

В настоящее время языки типа ассемблера обычноиспользуют:

При написании сравнительно простых программ, дляобращения к техническим средствам, например драйверов;

В виде вставок в программы на языках высокого уровня, например, для ускорения преобразования данных в циклах с большим количеством повторений.

В большей степени выбор языка программированияопределяется опытом разработчика, требованиями ведущей разработку организации или просто устоявшимся мнением.

7.7.3. Выбор среды программирования

Интегрированной средой разработки программного обеспечения называют систему программных средств, используемуюпрограммистами для разработки программного обеспечения .

Обычно среда разработки включает в себя текстовыйредактор, компилятор и/или интерпретатор, компоновщик, отладчик и справочную систему. Иногда также содержит системууправления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя.

Многие современные среды разработки также включают инспектор объектов, браузер классов и диаграмму иерархии классов,которые используются для объектно-ориентированной разработки ПО.

Обычно среда разработки предназначается для одногоопределенного языка программирования, как, например, Visual Basic или Deiphi, но существуют среды разработки, предназначенные для нескольких языков, такие как Eclipse или Microsoft Visual Studio.

Примеры сред разработки - Turbo Pascal, Borland C++, GNU toolchain, DrPython.

В последнее время, с развитием объектно-ориентированного программирования, широкое распространение получилиупоминавшиеся ранее среды визуального программирования, в

которых наиболее распространенные блоки программного кодапредставлены в виде графических объектов.

Наиболее часто используемыми являются визуальные среды Delphi, C++ Builder фирмы Borland (Inprise Corporation), Visual C++, Visual Basic фирмы Microsoft, Visual Ada фирмы IBM и др.

Большую популярность в наши дни получила технология.NET Framework, предложенная фирмой Microsoft в качестве платформы для создания как обычных программ, так ивеб-приложений. Основным преимуществом.NET являетсясовместимость различных служб, написанных на разных языках.

Например, служба, написанная на C++ для.NET, может обратиться к методу класса из библиотеки, написанной на Delphi; на С#можно написать класс, наследующий от класса, написанного на Visual Basic .NET, а исключение, выброшенное методом, написанным на С#, может быть поймано и обработано в Delphi.

Так же как и в случае с выбором языка программирования, выбор среды программирования определяется характеромпроекта, привычками и навыками разработчика, веяниями времени, требованиями заказчика и просто общественным мнением: «Все подобные разработки должны выполняться в среде...

Технология программирования в целом и средства поддержки разработки ПО, в частности, развиваются настолько быстро, что даже простое перечисление основ­ных инструментальных систем заняло бы в этой книге слишком много места. Вот почему ниже мы остановимся кратко лишь на нескольких проектах в области технологии программирования, которые интересны в контексте данного издания.

Любая развитая технологическая система должна поддерживать все основные этапы создания проектируемого программного комплекса. Для достижения этой цели в общей структуре типовой технологической системы поддержки разработ­ки (рис. 6.3) обычно выделяют базу данных проекта; подсистему автоматизации проектирования и программирования; подсистемы отладки, документирования и сопровождения, а также подсистему управления ходом выполнения проекта.

Рис. 6.3. Общая структура типовой технологической системы поддержки разработки

Развитые библиотечные системы поддержки разработки используются в настоя­щее время во всем мире во всех сколько-нибудь серьезных программных проек­тах. Но в подавляющем большинстве случаев такие системы достигли уровня удобства работы с ними квалифицированных программистов. Нас же, прежде всего, интересуют системы и проекты, в которых имеются тенденции к экспли­цитному представлению технологических знаний, даже если они и не базируют­ся на идеях и методах ИИ.

Один из таких проектов - Gandalf - ориентирован на ав­томатизированную генерацию систем разработки программного обеспечения. Исследования, выполняемые в рамках проекта Gandalf, касаются трех аспектов поддержки проектирования ПО: управление проектом, контроль версий и инкрементное программирование, а также интеграция их в единую среду. Управление в Gandalf-среде базируется на предположении, что разрабатываемый проект дол­жен трактоваться как множество абстрактных типов данных, над которыми могут выполняться лишь определенные операции. Средством, реализующим данную концепцию, явилась система SDC (Software Development Control), представляю­щая собой набор программ, первоначально реализованных на языке Shell в систе­ме UNIX, а позднее переведенная на язык С.

Исследования в области контроля версий были начаты еще Л. Коопридером на базе проекта FAFOS , где изначально анализировались возможности создания семейства операционных систем. Была разработана нота­ция для описания взаимодействия между подсистемами, для описания различ­ных версий подсистем (исходного и объектного кода, документации и т. п.) и для описания действующих на этапе разработки механизмов (компиляция, редакти­рование связей и т. п.). Затем был создан специальный язык Intercol как средство описания взаимосвязи и версий модулей в системе. И, наконец, в систему были встроены знания о том, как конструировать систему из частей, не заставляя зани­маться этим пользователя. В развитие этих работ была создана система SUCE, в рамках которой отслеживались различия между реализациями (версиями, кото­рые действительно дают код для ряда спецификаций) и композициями (версия­ми, определяющими новые подсистемы как группы существующих подсистем).

В системе LOIPE (Language-Oriented Incremental Programming Environment) инкрементная компиляция выполняется на уровне отдельной процедуры. Достоин­ством такого подхода является то, что при коррекции процедуры на уровне ло­кальных объектов или типов перекомпилируется только она. Если же меняется спецификация, то перекомпилируются и все зависящие от нее процедуры. Поль­зовательский интерфейс с LOIPE-системой базируется на подсистеме синтакси­чески-ориентированного редактирования ALOE (A Language-Oriented Editor). Целью разработки этой подсистемы было исследование возможности создания и использования синтаксически-ориентированных редакторов в качестве базиса для сред программирования.

Анализ литературы последних лет по технологии программирования показыва­ет, что новой ветвью в технологии промышленной разработки и реализации, сложных и значительных по объему систем программного обеспечения явля­ется CASE-технология (Computer Aided Software Engineering) .

Первоначально CASE-технология появилась в проектах создания промышлен­ных систем обработки данных. Это обстоятельство наложило свой отпечаток и на инструментальные средства CASE-технологии, где самое серьезное внимание уделялось, по крайней мере, в ранних CASE-системах, поддержке проектирова­ния информационных потоков. В настоящее время наблюдается отход от ориен­тации на системы обработки данных, и инструментальные средства CASE-тех­нологии становятся все более универсальными.

Все средства поддержки CASE-технологии делятся на две большие группы: САSE-Toolkits и CASE-Workbenches. Хороших русских эквивалентов этим терми­нам нет. Однако первые часто называют «инструментальными сундучками» (па­кетами разработчика, технологическими пакетами), а вторые - «станками для производства программ» (технологическими линиями).

По определению CASE-Toolkit - коллекция интегрированных программных средств, обеспечивающих автоматическое ассистирование в решении задач одно­го типа в процессе создания программ.

Такие пакеты используют общее «хранилище» для всей технической и управля­ющей информации по проекту (репозиторий), снабжены общим интерфейсом с пользователем и унифицированным интерфейсом между отдельными инстру­ментами пакета. Как правило, CASE-Toolkit концентрируются вокруг поддерж­ки разработки одной фазы производства программ или на одном типе приклад­ных задач.

Все вышесказанное справедливо и по отношению к CASE-WorkBench. Но здесь, кроме того, обеспечивается автоматизированная поддержка анализа решаемых задач по производству программного обеспечения, которая базируется на общих предположениях о процессе и технологии такой деятельности; поддерживается автоматическая передача результатов работ от одного этапа к другому, начиная со стадии проектирования и кончая отчуждением созданного программного продук­та и его сопровождением.

Таким образом, CASE-WorkBench является естественным «замыканием» технологии разработки, реализации и сопровождения программного обеспечения.

В настоящее время «типовая» система поддержки CASE-технологии имеет функци­ональные возможности, представленные на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Функциональные возможности типовой системы поддержки CASE-технологии

Как следует из этой Н-диаграммы, в CASE-среде должны поддерживаться все ос­новные этапы разработки и сопровождения процессов создания программных систем. Однако уровень такой поддержки существенно различен. Так, например, если говорить об этапах анализа и проектирования, большинство инструмен­тальных пакетов поддерживает экранные и отчетные формы, создание прототипов, обнаружение ошибок. Значительная часть этих средств предназначена для ПЭВМ. Многие поддерживают такие широко используемые методологии, как структурный анализ DeMarco или Gane/Sarson, структурное проектирование Yourdan/Jackson и некоторые другие. Существуют специализированные пакеты разработчиков для создания информационных систем, например Ana Tool (Ad­vanced Logical Software) для Macintosh; CA-Universe/Prototype (Computer Asso­ciates International) для ПЭВМ. Имеются CASE-среды и для поддержки разра­ботки систем реального времени.

В среде разработчиков ПО существуют две оценки данного подхода: часть из них считает, что CASE-технология кардинально меняет процессы разработки и эксп­луатации ПО, другие отрицают это и оставляют за инструментальными сред­ствами CASE лишь функцию автоматизации рутинных работ . Од­нако анализ литературы показывает, что CASE средства все-таки «сдвигают» технологии разработки ПО с управления выполнением проектов в сторону мето­да прототипизации. И этот сдвиг, на наш взгляд, чрезвычайно важная тенденция в современной технологии программирования.

Этап 1: до середины 50-х .

Основные затраты связаны с кодированием (в машинных кодах). Появляются автокоды (языки с использованием мнемонических обозначений команд) и трансляторы с них (ассемблеры).

Реализуются возможности раздельной компиляции и перемещаемости программ. Появляются загрузчики и компоновщики программ.

Этап 2: середина 50-х – середина 60-х гг.

Увеличиваются размеры программ, выявляется разрыв между понятиями проблемных областей и машинно-ориентированных языков. Появляются различные языки высокого уровня (алгоритмические, универсальные):

Fortran (1954-1957);

Algol-60 (1958-1960);

Cobol (1959-1961);

и трансляторы с них (компиляторы). Изобретаются и опробуются почти все основные типы данных, операции над ними, управляющие структуры и способы изображения их в программах, различные варианты параметризации подпрограмм.

Этап 3: середина 60-х – начало 70-х гг.

Резко увеличиваются размеры ПО, происходит переход к коллективному характеру работ. Повышаются требования к ПО вследствие перехода к товарному производству.

Изменяется соотношение затрат на разработку ПО (40% и более тратится на отладку, проектирование и документирование), кодирование – один из самых простых видов работ. Используются и создаются "большие" языки программирования – ПЛ/1, АЛГОЛ-68, СИМУЛА-67, обобщающие и интегрирующие ранее найденные решения.

Появляются развитые системы программирования с оптимизирующими и отладочными трансляторами, макробиблиотеками, библиотеками стандартных программ, специализированных текстовыми редакторами, средствами анализа и диалоговой отладки в терминах входного языка. Разрабатываются развитые операционные системы, первые СУБД, многочисленные системы автоматизации документирования, системы управления программной конфигурацией (отслеживания модификаций и сборки версий ПО).

Этап 4 (“этап кризиса в развитии ПО”): начало 70-х–середина 70-х гг.

Несмотря на развитие инструментальных средств, производительность труда программистов не растёт. Более того, вследствие повышения требований к ПО и нелинейного роста его сложности, производительность труда падает. Срываются сроки разработки ПО, растёт его стоимость, непредсказуемо его качество, не срабатывают традиционные методы (предоставление дополнительных человеческих и материальных ресурсов), что характеризуется как "кризис ПО".

Получают признание методологии структурного программирования (Дейкстра, 1968г.), формируются основы технологии программирования (язык Паскаль (Н.Вирт), 1971г.).

Этап 5:1976г.– наше время. Этап посткризисного развития инструментальных средств.

1976г. – публикация работы Боэма, где вводится понятие жизненного цикла ПО и указывается, что основные затраты приходятся не на разработку, а на сопровождение программ.

Языки программирования:

C (начало 1970-х, впервые достаточно полно описан в 1978 г.);

Modula-2 (1978 г., развитие – язык Oberon (1988));

Prolog (1972 г., распространение получил с 1980 г.);

Smalltalk (1970-е годы, в 1980 был представлен как Smalltalk-80);

C++ (начало 1980-х гг., название – 1983, в привычном сегодня виде существует с 1990 г.);

Java (версия Java 1.0 – 1996 г., Java 2.0 – 1998, Java 5 – 2004...);

C# (1998–2001, версия 1.0 – 2000–2002, версия 2.0 – 2003-2005, версия 3.0 – 2004–2008, версия 4.0 – 2008–2010).

Развиваются интегрированные инструментальные среды разработки программ. Получает признание объектно-ориентированный подход к проектированию и программированию. Разрабатываются программы, поддерживающие создание ПО на каждом этапе.

Контрольные вопросы:

1. Какие действия включает в себя разработка программного продукта?

2. Какие этапы в разработке программ выделяются в рамках Rational Unified Process (RUP)?

3. Что обеспечивает использование инструментальных средств?

4. Какие составные части входят в программу? Назначение каждой из частей.

5. Определения программы и программного обеспечения.

6. Какими свойствами должно обладать программное обеспечение?

7. Какие языки программирования применяют при разработке программ?

8. Определение инструментального программного обеспечения.

9. На какие четыре группыможно разбить инструментальное ПО? Примеры ПО для каждой группы.

10. По каким критериям можно сравнивать программы из одного класса?

11. Какие этапы выделяют в развитии инструментальных средств разработки ПО?

12. Назначение и основные характеристики компиляторов (ассемблеров) и редакторов связей.

13. Назначение и основные характеристикиредакторов текстов.

14. Назначение и основные характеристикиотладчиков.

15. Назначение и основные характеристикипрограмм создания инсталляторов.

16. Назначение и основные характеристикиредакторов ресурсов.

17. Назначение и основные характеристикипрофилировщиков.

18. Назначение и основные характеристикипрограмм поддержки версий.

19. Назначение и основные характеристикипрограмм создания файлов помощи (документации).

20. Назначение и основные характеристикигенераторов документации.

21. Назначение и основные характеристикидизассемблеров и декомпиляторов.

22. Назначение и основные характеристикипрограмм отслеживания активности системы и изменений, происходящих в системе.

23. Назначение и основные характеристикипрограмм-вериферов и контейнеров.

24. Назначение и основные характеристики программ для защиты разрабатываемого программного обеспечения (протекторов).

25. Назначение и основные характеристикиSDK.

26. Назначение и основные характеристики парсеров.

27. Назначение технологических стандартов.

ТЕМА: Методологии разработки ПО.

Литература: 1. Зелковиц М., Шоу А., Гэннон Дж. Принципы разработки программного обеспечения.

2. Гецци К., Джазайери М., Мандриоли Д. Основы инженерии программного обеспечения.

3. Камаев В. А., Костерин В. В. Технологии программирования.

Рассмотрим понятия методологии, метода и средства.

Определение 1: Метод (от греч. methodos - способ исследования или познания, теория или учение) - прием или система приемов практического осуществления чего-нибудь в какой-либо предметной области, совокупность приемов или операций практического или теоретического освоения действительности, подчиненных решению конкретных задач.

Метод включает средства - с помощью чего осуществляется действие и способы - каким образом осуществляется действие.

Определение 2: Методология - это система принципов, а также совокупность идей, понятий, методов, способов и средств, определяющих стиль разработки программного обеспечения.

Методология - это реализация стандарта. Сами стандарты лишь говорят о том, что должно быть, оставляя свободу выбора и адаптации.

Конкретные вещи реализуются через выбранную методологию. Именно она определяет, как будет выполняться разработка. Существует много успешных методологий создания программного обеспечения. Выбор конкретной методологии зависит от размера команды, от специфики и сложности проекта, от стабильности и зрелости процессов в компании и от личных качеств сотрудников.

Методологии представляют собой ядро теории управления разработкой программного обеспечения.

В зависимости от используемой модели жизненного цикла методологии делятся на:

Водопадные (каскадные);

Итерационные (спиральные).

Также существует и более общая классификация на:

Прогнозируемые;

Адаптивные.

Прогнозируемые методологии фокусируются на детальном планировании будущего. Известны запланированные задачи и ресурсы на весь срок проекта. Команда с трудом реагирует на возможные изменения. План оптимизирован исходя из состава работ и существующих требований. Изменение требований может привести к существенному изменению плана, а также дизайна проекта. Часто создается специальный комитет по «управлению изменениями», чтобы в проекте учитывались только самые важные требования.

Адаптивные методологии нацелены на преодоление ожидаемой неполноты требований и их постоянного изменения. Когда меняются требования, команда разработчиков тоже меняется. Команда, участвующая в адаптивной разработке, с трудом может предсказать будущее проекта. Существует точный план лишь на ближайшее время. Более удаленные во времени планы существуют лишь как декларации о целях проекта, ожидаемых затратах и результатах.

Каскадная разработка или модель водопада (англ. waterfall model) - модель процесса разработки программного обеспечения, в которой процесс разработки выглядит как поток, последовательно проходящий фазы анализа требований, проектирования, реализации, тестирования, интеграции и поддержки.

Принципиальной особенностью каскадного подхода является: переход на следующую стадию осуществляется только после того, как будет полностью завершена работа на текущей стадии, и возвратов на пройденные стадии не предусматривается . Каждая стадия заканчивается получением некоторых результатов, которые служат в качестве исходных данных для следующей стадии (рис. 1).

Рис. 1. Каскадная модель жизненного цикла.

Каждая стадия завершается выпуском комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков. Критерием качества разработки при таком подходе является точность выполнения спецификаций технического задания.

Преимущества применения каскадного способа:

На каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающий требованиям полноты и согласованности;

Выполняемые в логической последовательности стадии работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении электронных информационных систем, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их технически как можно лучше.

В то же время этот подход обладает рядом недостатков, вызванных, прежде всего тем, что реальный процесс создания программного обеспечения никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему. Процесс создания ПО носит, как правило, итерационный характер: результаты очередной стадии часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на предыдущих стадиях. Таким образом, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим стадиям и уточнении или пересмотре ранее принятых решений (рис. 2). Изображенную схему можно отнести к отдельной модели - модели с промежуточным контролем, в которой межстадийные корректировки обеспечивают большую надежность по сравнению с каскадной моделью, хотя увеличивают весь период разработки.

Основным недостатком каскадной модели является существенное запаздывание с получением результатов и, как следствие, высокий риск создания системы, не удовлетворяющей изменившимся потребностям пользователей. Это объяснятся двумя причинами:

Пользователи не в состоянии сразу изложить все свои требования и не могут предвидеть, как они изменятся в ходе разработки;

За время разработки могут произойти изменения во внешней среде, которые повлияют на требования к системе.

Рис. 2. Каскадная модель ЖЦ на практике.

В рамках каскадного подхода требования к разрабатываемому продукту фиксируются в виде технического задания на все время его создания, а согласование получаемых результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждой стадии (при этом возможна корректировка результатов по замечаниям пользователей, если они не затрагивают требования, изложенные в техническом задании). Таким образом, пользователи могут внести существенные замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. Пользователи могут получить систему, не удовлетворяющую их потребностям. В результате приходится начинать новый проект, который может постигнуть та же участь.

Для преодоления перечисленных проблем в середине 80-х годов была предложена спиральная модель жизненного цикла (рис.3).

Рис. 3. Спиральная (итерационная) модель ЖЦ.

Ее принципиальной особенностью является следующее: прикладное ПО создается не сразу, как в случае каскадного подхода, а по частям с использованием метода прототипирования .

Под прототипом понимается действующий программный компонент, реализующий отдельные функции и внешние интерфейсы разрабатываемого ПО. Создание прототипов осуществляется в несколько итераций, или витков спирали. Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации. На каждой итерации производится тщательная оценка риска превышения сроков и стоимости проекта, чтобы определить необходимость выполнения еще одной итерации, степень полноты и точности понимания требований к системе, а также целесообразность прекращения проекта.

Спиральная модель избавляет пользователей и разработчиков от необходимости точного и полного формулирования требований к системе на начальной стадии, поскольку они уточняются на каждой итерации. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта, и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Спиральная модель - классический пример применения эволюционной стратегии конструирования. Спиральная модель (автор Барри Боэм, 1988) базируется на лучших свойствах классического жизненного цикла и макетирования, к которым добавляется новый элемент - анализ риска, отсутствующий ранее.

Спиральная модель определяет четыре действия, представляемые отдельными секторами спирали:

1. Планирование - определение целей, вариантов и ограничений.

2. Анализ риска - анализ вариантов и распознавание/выбор риска.

3. Конструирование - разработка продукта следующего уровня.

4. Оценивание - оценка заказчиком текущих результатов конструирования.

Интегрирующий аспект спиральной модели очевиден при учете радиального измерения спирали. С каждой итерацией по спирали (продвижением от центра к периферии) строятся все более полные версии ПО.

В первом витке спирали определяются начальные цели, варианты и ограничения, распознается и анализируется риск. Если анализ риска показывает неопределенность требований, на помощь разработчику и заказчику приходит макетирование (используемое в квадранте проектирования). Для дальнейшего определения проблемных и уточненных требований может быть использовано моделирование. Заказчик оценивает инженерную (конструкторскую) работу и вносит предложения по модификации. Следующая фаза планирования и анализа риска базируется на предложениях заказчика. В каждом цикле по спирали результаты анализа риска формируются виде «продолжать, не продолжать». Если риск слишком велик, проект может быть остановлен.

В большинстве случаев движение по спирали продолжается, с каждым шагом продвигая разработчиков к более общей модели системы.

При итеративном способе недостающую часть работы можно выполнять на следующей итерации. Главная же задача - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Спиральная модель не исключает каскадного подхода на завершающих стадиях проекта в тех случаях, когда требования к системе оказываются полностью определенными.

Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующую стадию. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждую из стадий ЖЦ. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных на предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

Достоинства спиральной модели:

Наиболее реально (в виде эволюции) отображает разработку программного обеспечения;

Позволяет явно учитывать риск на каждом витке эволюции разработки;

Включает шаг системного подхода в итерационную структуру разработки;

Использует моделирование для уменьшения риска и совершенствования программного изделия.

Недостатки спиральной модели:

Новизна (отсутствует достаточная статистика эффективности модели);

Повышенные требования к заказчику;

Трудности контроля и управления временем разработки.

На сегодняшний день можно выделить следующие итеративные методологии разработки программного обеспечения:

Rational Unified Process (RUP)

Гибкие методологии разработки (SCRUM, KANBAN, DSDM, MSF, ALM, XP)

Гибкая методология разработки (англ. Agile software development).

Большинство гибких методологий нацелены на минимизацию рисков, путём сведения разработки к серии коротких циклов, называемых итерациями , которые обычно длятся одну-две недели. Каждая итерация сама по себе выглядит как программный проект в миниатюре, и включает все задачи, необходимые для выдачи мини-прироста по функциональности: планирование, анализ требований, проектирование, кодирование, тестирование и документирование. Хотя отдельная итерация, как правило, недостаточна для выпуска новой версии продукта, подразумевается, что гибкий программный проект готов к выпуску в конце каждой итерации. По окончании каждой итерации, команда выполняет переоценку приоритетов разработки.

Agile-методы делают упор на непосредственное общение лицом к лицу. Большинство agile-команд расположены в одном офисе. Как минимум она включает и «заказчиков» (заказчики которые определяют продукт, также это могут быть менеджеры продукта, бизнес-аналитики или клиенты). Офис может также включать тестировщиков, дизайнеров интерфейса, технических писателей и менеджеров.

Одной из наиболее известных и передовых гибких методик является методология SCRUM.

SCRUM - методология, предназначенная для небольших команд (до 10 человек). Весь проект делится на итерации (спринты) продолжительностью 30 дней каждый. Выбирается список функций системы, которые планируется реализовать в течение следующего спринта. Самые важные условия - неизменность выбранных функций во время выполнения одной итерации и строгое соблюдение сроков выпуска очередного релиза, даже если к его выпуску не удастся реализовать весь запланированный функционал. Руководитель разработки проводит ежедневные 20 минутные совещания, которые так и называют - scrum, результатом которых является определение функции системы, реализованных за предыдущий день, возникшие сложности и план на следующий день. Такие совещания позволяют постоянно отслеживать ход проекта, быстро выявлять возникшие проблемы и оперативно на них реагировать.

KANBAN – гибкая методология разработки программного обеспечения, ориентированная на задачи.

Основные правила:

Визуализация разработки:

o разделение работы на задачи;

o использование отметок о положение задачи в разработке;

Ограничение работ, выполняющихся одновременно, на каждом этапе разработки;

Измерение времени цикла (среднее время на выполнение одной задачи) и оптимизация процесса.

Преимущества KANBAN:

Уменьшение числа параллельно выполняемых задач значительно уменьшает время выполнения каждой отдельной задачи;

Быстрое выявление проблемных задач;

Вычисление времени на выполнение усредненной задачи.

DYNAMIC SYSTEM DEVELOPMENT METHOD (DSDM) появился в результате работы консорциума из 17 английских компаний. Целая организация занимается разработкой пособий по этой методологии, организацией учебных курсов, программ аккредитации и т.п. Кроме того, ценность DSDM имеет денежный эквивалент.

Все начинается с изучения осуществимости программы и области ее применения. В первом случае, вы пытаетесь понять, подходит ли DSDM для данного проекта. Изучать область применения программы предполагается на короткой серии семинаров, где программисты узнают о той сфере бизнеса, для которой им предстоит работать. Здесь же обсуждаются основные положения, касающиеся архитектуры будущей системы и план проекта.

Далее процесс делится на три взаимосвязанных цикла: цикл функциональной модели отвечает за создание аналитической документации и прототипов, цикл проектирования и конструирования - за приведение системы в рабочее состояние, и наконец, последний цикл - цикл реализации - обеспечивает развертывание программной системы.

Базовые принципы, на которых строится DSDM:

Активное взаимодействие с пользователями;

Частые выпуски версий;

Самостоятельность разработчиков в принятии решений;

Тестирование в течение всего цикла работ.

Как и большинство других гибких методологий, DSDM использует короткие итерации, продолжительностью от двух до шести недель каждая. Особый упор делается на высоком качестве работы и адаптируемости к изменениям в требованиях.

MICROSOFT SOLUTIONS FRAMEWORK (MSF) - методология разработки программного обеспечения, предложенная корпорацией Microsoft. MSF опирается на практический опыт Microsoft и описывает управление людьми и рабочими процессами в процессе разработки решения.

Базовые концепции и принципы модели процессов MSF:

Единое видение проекта - все заинтересованные лица и просто участники проекта должны чётко представлять конечный результат, всем должна быть понятна цель проекта;

Управление компромиссами - поиск компромиссов между ресурсами проекта, календарным графиком и реализуемыми возможностями;

Гибкость – готовность к изменяющимся проектным условиям;

Концентрация на бизнес-приоритетах - сосредоточенность на той отдаче и выгоде, которую ожидает получить потребитель решения;

Поощрение свободного общения внутри проекта;

Создание базовых версии - фиксация состояния любого проектного артефакта, в том числе программного кода, плана проекта, руководства пользователя, настройки серверов и последующее эффективное управление изменениями, аналитика проекта.

MSF предлагает проверенные методики для планирования, проектирования, разработки и внедрения успешных IT-решений. Благодаря своей гибкости, масштабируемости и отсутствию жестких инструкций MSF способен удовлетворить нужды организации или проектной группы любого размера. Методология MSF состоит из принципов, моделей и дисциплин по управлению персоналом, процессами, технологическими элементами и связанными со всеми этими факторами вопросами, характерными для большинства проектов.

Application Lifecycle Management (ALM) - разработанная и поддерживаемая компанией Borland.

Extreme Programming (XP) -экстремальное программирование, поддерживаемое открытым сообществом независимых разработчиков.

Инструментальное программное обеспечение (Software tools) - программное обеспечение, используемое в ходе разработки, корректировки или развития других программ: редакторы, компиляторы, отладчики, вспомогательные системные программы, графические пакеты и др.

Сюда входят языки программирования, интегрированные среды разработки программ, CASE-системы и др.

Выбор языка программирования

Существующие на сегодняшний день языки программирования можно выделить в следующие группы :

• универсальные языки высокого уровня;
• специализированные языки разработчика программного обеспечения;
• специализированные языки пользователя;
• языки низкого уровня.

В группе универсальных языков высокого уровня безусловным лидером на сегодня является язык С++. Действительно, он имеет ряд достоинств:

• масштабируемость. На языке С++ разрабатывают программы для самых различных платформ и систем;
• возможность работы на низком уровне с памятью, адресами, портами, что при неосторожном использовании может легко превратиться в недостаток;
• C++ имеет мощный препроцессор, унаследованный от С, но, как и любой другой мощный инструмент, требует осторожного использования;
• возможность создания обобщенных алгоритмов для разных типов данных, их специализация и вычисления на этапе компиляции, используя шаблоны.

При этом язык C++ обладает рядом существенных недостатков:

• подключение интерфейса внешнего модуля через препро-цессорную вставку заголовочного файла (#include) серьезно замедляет компиляцию при подключении большого количества модулей;
• недостаток информации о типах данных во время компиляции;
• сложность для изучения и компиляции;
• некоторые преобразования типов неинтуитивны. В частности, операция над беззнаковым и знаковым числами выдает беззнаковый результат.

Для C++ существует большое количество библиотек классов, поддерживающих создание пользовательского интерфейса, клиент-серверных приложений, работу с базами данных и т. д., поэтому пока альтернативы C++ нет . Для второстепенных проектов иногда используется Visual Basic. Язык Java рассматривался как альтернатива Basic, но из-за отсутствия визуального средства разработки форм он пока остается малопригодным. Современный Object Pascal, как и Pascal, предложенный Н. Виртом в середине 70-х годов XX в., остается наиболее привлекательным для обучения основам программирования в силу своей простоты, структурированности и обнаружения компилятором большого количества не только синтаксических, но и семантических ошибок.

В нынешнее время в отличие от 60-х годов XX в. языки программирования создаются крайне редко. За последние 15 лет можно отметить лишь две новинки, получившие широкое распространение - это Java (Sun Microsystems, 1995 г.), ставший популярным во многом благодаря технологии его использования в Интернете и появления такого понятия, как виртуальная Java-машина, и C# (Microsoft, 2000 г.), созданный на основе C++.

Создателем языка является сотрудник Microsoft Андреас Хейлсберг. Он стал известным в мире программистов задолго до того, как пришел в Microsoft. Хейлсберг входил в число ведущих разработчиков одной из самых популярных сред разработки - Delphi. В Microsoft он участвовал в создании версии Java - J++, так что опыта в написании языков и сред программирования ему не занимать. Как отмечал сам Андреас Хейлсберг, C# создавался как язык компонентного программирования, и в этом одно из главных достоинств языка, направленное на возможность повторного использования созданных компонентов.

Другие достоинства языка С#:

• сохраняет лучшие черты популярных языков программирования C/C++, на основе которых он создан. В связи с этим облегчается переход программистов от C++ к С#;
• является проще и надежнее C++. Простота и надежность главным образом связаны с тем, что на C# хотя и допускаются, но не поощряются такие опасные свойства C++, как указатели, адресация, разыменование, адресная арифметика;
• является полностью объектно-ориентированным языком, где даже типы, встроенные в язык, представлены классами;
• реализует возможности наследования и универсализации;
• учитывает все возможности Framework .Net, так как C# создавался параллельно с данной средой;
• благодаря каркасу Framework .Net, ставшему надстройкой над операционной системой, программисты C# получают те же преимущества работы с виртуальной машиной, что и программисты Java. Эффективность кода даже повышается, поскольку исполнительная среда CLR представляет собой компилятор промежуточного языка, в то время как виртуальная Java-машина является интерпретатором байт-кода;
• мощная библиотека каркаса поддерживает удобство построения различных типов приложений на С#, позволяя легко строить Web-службы, другие виды компонентов, достаточно просто сохранять и получать информацию из базы данных и других хранилищ данных;
• является источником надежного и эффективного кода.

Кроме вышеописанных языков к группе универсальных

принадлежат также Modula, Ada, COBOL, FORTRAN и некоторые другие. Каждый из вышеописанных языков имеет свои особенности и, соответственно, свою область применения. В настоящее время универсальные языки программирования применяются в самых различных областях человеческой деятельности, таких как:

• научные вычисления (языки C++, FORTRAN, Java);
• системное программирование (языки C++, Java);
• обработка информации (языки C++, COBOL, Java);
• искусственный интеллект (LISP, Prolog);
• издательская деятельность (Postscript, ТеХ);
• удаленная обработка информации (Perl, РНР, Java, C++);
• описание документов (HTML, XML).

С течением времени одни языки развивались, приобретали новые черты и остались востребованными, другие утратили свою актуальность и сегодня представляют в лучшем случае чисто теоретический интерес (Focal, PL/1 и др.). В значительной степени это связано с такими факторами:

• наличие среды программирования, поддерживающей разработку приложений на конкретном языке программирования;
• удобство сопровождения и тестирования программ;
• стоимость разработки с применением конкретного языка программирования;
• четкость и ортогональность конструкций языка;
• применение объектно-ориентированного подхода.

Специализированные языки разработчика используют для создания конкретных типов программного обеспечения. К ним относят:

• языки баз данных;
• языки создания сетевых приложений;
• языки создания систем искусственного интеллекта и т. д.

Специализированные языки пользователя обычно являются частью профессиональных сред пользователя, характеризуются узкой направленностью и разработчиками программного обеспечения не используются.

Языки низкого уровня позволяют осуществлять программирование практически на уровне машинных команд. При этом получают самые оптимальные как с точки зрения времени выполнения, так и с точки зрения объема необходимой памяти программы. Недостатком их является то, что они не поддерживают принципов структурного программирования .

В настоящее время языки типа ассемблера обычно используют:

• при написании сравнительно простых программ, для обращения к техническим средствам, например драйверов;
• в виде вставок в программы на языках высокого уровня, например, для ускорения преобразования данных в циклах с большим количеством повторений.

В большей степени выбор языка программирования определяется опытом разработчика, требованиями ведущей разработку организации или просто устоявшимся мнением.

Сущность и понятие инструментального программного обеспечения

Инструментальное программное обеспечение (ИПО) - программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ.

Применяется инструментальное обеспечение в фазе разработки. Инструментальное программное обеспечение - это совокупность программ, используемых для помощи программистам в их работе, для помощи руководителям разработки программного обеспечения в их стремлении проконтролировать процесс разработки и получаемую продукцию. Наиболее известными представителями этой части программного обеспечения являются программы трансляторов с языков программирования, которые помогают программистам писать машинные команды. Инструментальными программами являются трансляторы с языков Фортран, Кобол, Джо-виал, Бейсик, АПЛ и Паскаль. Они облегчают процесс создания новых рабочих программ. Однако трансляторы с языков это только наиболее известная часть инструментальных программ; существует же их великое множество.

Использование вычислительных машин для помощи в создании новых программ далеко не очевидно для людей, не являющихся профессиональными программистами. Часто же бывает так, что профессионалы рассказывают об инструментальном (фаза разработки) и системном (фаза использования) программном обеспечении на едином дыхании, предполагая, что не посвященному в тайны их мастерства известно об этой роли инструментального программного обеспечения. Так же как и в фазе использования (для прикладных программ), системное обеспечение работает и в фазе разработки, но только совместно с инструментальным обеспечением. Инструментальное ПО или системы программирования - это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования (языке системного программирования) нужно иметь следующие компоненты:

1. Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы.

2. Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое.

3. Редактор связей или сборщик, который выполняет связывание объектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение - исполнимый код.

Исполнимый код - это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение.ЕХЕ или.СОМ.

В последнее время получили распространение визуальный методы программирования (с помощью языков описания сценариев), ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специальных редакторов.

Наиболее популярные редакторы (системы программирования программ с использованием визуальных средств) визуального проектирования:

Borland Delphi - предназначен для решения практически любых задачи прикладного программирования.

Borland C++ Builder - это отличное средство для разработки DOS и Windows приложений.

Microsoft Visual Basic - это популярный инструмент для создания Windows-программ.

Microsoft Visual C++ - это средство позволяет разрабатывать любые приложения, выполняющиеся в среде ОС типа Microsoft Windows

Таким образом, сущность инструментального программного обеспечения заключается в создании любой исполняемой программы, путем преобразования формально логических выражений в исполняемый машинный код, а также его контроль и корректировка.

Задачи и функции инструментального программного обеспечения

Для инструментального программного обеспечения, как особой разновидности программного обеспечения, характерны общие и частные

функции, как и для всего программного обеспечении в целом. Общие функции рассмотрены нами выше, а специализированными функциями, присущими только данному типу программ, являются:

1. Создание текста разрабатываемой программы с использованием специально установленных кодовых слов (языка программирования), а также определенного набора символов и их расположения в созданном файле - синтаксис программы.

2. Перевод текста создаваемой программы в машинно-ориентированный код, доступный для распознавания ЭВМ. В случае значительного объема создаваемой программы, она разбивается на отдельные модули и каждый из модулей переводится отдельно.

3. Соединение отдельных модулей в единый исполняемый код, с соблюдением необходимой структуры, обеспечение координации взаимодействия отдельных частей между собой.

4. Тестирование и контроль созданной программы, выявление и устранение формальных, логических и синтаксических ошибок, проверка программ на наличие запрещенных кодов, а также оценка работоспособности и потенциала созданной программы.

Виды инструментального программного обеспечения

Исходя из задач, поставленных перед инструментальным программным обеспечением, можно выделить большое количество различных по назначению видов инструментального программного обеспечения:

Текстовые редакторы

Интегрированные среды разработки

Компиляторы

Интерпретаторы

Линковщики

Парсеры и генераторы парсеров (см. Javacc)

Ассемблеры

Отладчики

Профилировщики

Генераторы документации

Средства анализа покрытия кода

Средства непрерывной интеграции

Средства автоматизированного тестирования

Системы управления версиями и др.

Следует отметить, что оболочки для создания прикладных программ создаются также инструментальными программами и поэтому могут быть отнесены к прикладным программам. Рассмотрим кратко назначения некоторых инструментальных программ.

Текстовые редакторы.

Текстовый редактор - компьютерная программа, предназначенная для обработки текстовых файлов, такой как создание и внесение изменений.

Состав САПР

САПР - система, объединяющая технические сред­ства, математическое и программное обеспечение, пара­метры и характеристики которых выбирают с максималь­ным учетом особенностей задач инженерного проектиро­вания и конструирования. В САПР обеспечивается удоб­ство использования программ за счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных проб­лемно-ориентированных языков и наличия информаци­онно-справочной базы.

Структурными составными составляющими САПР яв­ляются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечиваю­щие выполнение некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов.

По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

К проектирующим относятся подсистемы, выполняю­щие проектные процедуры и операции, например:

· подсистема компоновки машины;

· подсистема проектирования сборочных единиц;

· подсистема проектирования деталей;

· подсистема проектирования схемы управления;

· подсистема технологического проектирования.

К обслуживающим относятся подсистемы, предназна­ченные для поддержания работоспособности проектирую­щих подсистем, например:

· подсистема графического отображения объектов про­ектирования;

· подсистема документирования;

· подсистема информационного поиска и др.

В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида проектирующих подсистем:

· объектно-ориентированные (объектные);

· объектно-независимые (инвариантные).

К объектным подсистемам относят подсистемы, выпол­няющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования, например:

· подсистема проектирования технологических систем;

· подсистема моделирования динамики, проектируемой конструкции и др.

К инвариантным подсистемам относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например:

· подсистема расчетов деталей машин;

· подсистема расчетов режимов резания;

· подсистема расчета технико-экономических показа­телей и др.

Процесс проектирования реализуется в подсистемах в виде определенной последовательности проектных про­цедур и операций. Проектная процедура соответствует части проектной подсистемы, в результате выполнения которой принимается некоторое проектное решение. Она состоит из элементарных проектных операции, имеет твердо установленный порядок их выполнения и направ­лена на достижение локальной цели в процессе проекти­рования. Под проектной операцией понимают условно Выделенную часть проектной процедуры или элементар­ное действие, совершаемое конструктором в процессе проектирования. Примерами проектных процедур могут служить процедуры разработки кинематической или ком­поновочной схемы станка, технологии обработки изделий и т. п., а примерами проектных операций - расчет при­пусков, решение какого-либо уравнения и т. п.

Структурное единство подсистем САПР обеспечивается строгой регламентацией связей между различными ви­дами обеспечения, объединенных общей для данной под­системы целевой функцией. Различают следующие виды обеспечения:

· методическое обеспечение - документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;

· лингвистическое обеспечение - языки проектирова­ния, терминология;

· математическое обеспечение - методы, математические модели, алгоритмы;

· программное обеспечение - документы с текстами про­грамм, программы на машинных носителях и эксплуата­ционные документы;

· техническое обеспечение - устройства вычислитель­ной и организационной техники, средства передачи дан­ных, измерительные и другие устройства и их сочетания;

· информационное обеспечение - документы, содержа­щие описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные;

· организационное обеспечение - положения и инструк­ции, приказы, штатное расписание и другие документы, регламентирующие организационную структуру подраз­делений и их взаимодействие с комплексом средств авто­матизации проектирования.

· 64 CALS-технологии .

CALS-технологии служат средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему. Целью интеграции автоматизированных систем проектирования и управления является повышение эффективности создания и использования сложной техники.

В современных условиях становления глобального информационного общества роль информации и информационных технологий в подготовке будущего специалиста значительно возрастает. В ближайшем будущем стратегический потенциал общества будут составлять не энергетические ресурсы, а информация и научные знания. Информация становится главным ресурсом научно-технического и социально-экономического развития общества, существенно влияет на ускоренное развитие науки, техники и различных отраслей производства, играет значительную роль в процессе модернизации образования. Ценностно-смысловая характеристика образования в вузе и профессиональная деятельность специалистов должна выражаться в формировании интеллектуальной профессиональной среды, наиболее полно реализующей задачи научно-исследовательской и проектной деятельности.

Широкая компьютеризация всех видов деятельности человечества: от традиционных интеллектуальных задач научного характера до автоматизации производственной, торговой, коммерческой, банковской и других видов деятельности служит для повышения эффективности производства. В условиях рыночной экономики конкурентную борьбу успешно выдерживают только предприятия, применяющие в своей деятельности современные информационные технологии.

Именно информационные технологии, наряду с прогрессивными технологиями материального производства, позволяют существенно повышать производительность труда и качество продукции и в то же время значительно сокращать сроки постановки на производство новых изделий, отвечающих запросам и ожиданиям потребителей. Все сказанное в первую очередь относится к сложной наукоемкой продукции, в том числе к продукции технического назначения.

Опыт, накопленный в процессе внедрения разнообразных автономных информационных систем, позволил осознать необходимость интеграции различных информационных технологий в единый комплекс, базирующийся на создании в рамках предприятия или группы предприятий (виртуального предприятия) интегрированной информационной среды, поддерживающей все этапы жизненного цикла выпускаемой продукции. Профессиональная среда наиболее полно раскрывает возможности для профессионального совершенствования, используя новые информационные технологии в науке и в сфере управления производственными процессами. Инновационные технологии в области индустрии переработки информации с внедрением CALS-(Continuous Acquisition and Life cycle Support) технологии – непрерывной информационной поддержки жизненного цикла проектируемого объекта, переводит автоматизацию управления производственными процессами на новый уровень.

Использование информационных технологий, основанных на идеологии CALS, является одним из факторов, способствующих более эффективному внедрению системы автоматизированного управления предприятием.

CALS-технологии служат средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему. Целью интеграции автоматизированных систем проектирования и управления является повышение эффективности создания и использования сложной техники.

Суть концепции CALS состоит в применении принципов и технологий информационной поддержки на всех стадиях жизненного цикла продукции, основанного на использовании интегрированной информационной среды, обеспечивающей единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции (включая государственные учреждения и ведомства), поставщиков (производителей) продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Эти принципы и технологии реализуются в соответствии с требованиями международных стандартов, регламентирующих правила управления и взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными .

При использовании CALS-технологии повышается качество изделий за счет более полного учета имеющейся информации при проектировании и принятии управленческих решений, а также сокращаются материальные и временные затраты на проектирование и изготовление продукции. В процессе внедрения данной технологии обоснованность решений, принимаемых в автоматизированной системе управления предприятием (АСУП), будет выше, если лицо, принимающее решение и соответствующие программы управления, имеет оперативный доступ не только к базе данных АСУП, но и к базам данных других автоматизированных систем и, следовательно, может оптимизировать планы работ, содержание заявок, распределение исполнителей, выделение финансов и т.п. При этом под оперативным доступом следует понимать не просто возможность считывания данных из базы данных, но и легкость их правильной интерпретации, т.е. согласованность по синтаксису и семантике с протоколами, принятыми в АСУП. Технологические подсистемы должны с высокой точностью воспринимать и правильно интерпретировать данные, поступающие от подсистем автоматизированного конструирования. Этого не так легко добиться, если основное предприятие и организации-смежники работают с разными автоматизированными системами . Кроме того, становится актуальной проблема защиты информации по всему периметру действия технологических подсистем.

Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания ранее выполненных удачных разработок компонентов и устройств, многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю CALS-технологии. Доступность и защита опять же обеспечиваются согласованностью форматов, способов, руководств в разных частях общей интегрированной системы. Кроме того, появляются более широкие возможности для специализации предприятий, вплоть до создания виртуальных предприятий, что также способствует снижению затрат.

В процессе внедрения CALS-технологии существенно снижаются затраты на эксплуатацию, благодаря реализации функций интегрированной логистической поддержки. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации и т.п. Эти преимущества интеграции данных достигаются применением современных CALS-технологий.

Промышленные автоматизированные системы могут работать автономно, и в настоящее время организация процесса управления производством происходит на этой основе. Однако эффективность автоматизации будет заметно выше, если данные, генерируемые в одной из систем, будут доступны в других системах, поскольку принимаемые в них решения станут более обоснованными .

Опыт внедрения CALS-технологии показывает, чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных автоматизированных систем, требуется создание единого информационного пространства в рамках как отдельных предприятий, так и, что более важно, в рамках объединения предприятий. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изделиях на различных этапах их жизненного цикла.

Унификация формы достигается использованием стандартных форматов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании.

Унификация содержания, понимаемая как однозначная правильная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его жизненного цикла, обеспечивается разработкой онтологий (метаописаний) приложений, закрепляемых в прикладных протоколах CALS.

САПР – что это?

Итак, что же собой представляют системы автоматизированного проектирования? Под САПР подразумеваются автоматизированные системы, которые призваны реализовывать ту или иную информационную технологию путем проектирования. На практике САПР представляют собой технические системы, которые позволяют таким образом автоматизировать, обеспечить функционирование процессов, которые составляют разработку проектов. Под САПР в зависимости от контекста может иметься в виду:

программное обеспечение, применяемое в качестве основного элемента соответствующей инфраструктуры;

Совокупность технических и кадровых систем (в том числе и тех, что предполагают использование САПР в виде программного обеспечения), применяемых на предприятии с целью автоматизации процесса разработки проектов;

Таким образом, можно выделить широкую и более узкую трактовку термина, о котором идет речь. Тяжело сказать, какая из этих трактовок чаще применяется в бизнесе. Все зависит от конкретной сферы использования систем автоматизированного проектирования, а также от тех задач, для решения которых предполагается применять данные системы. Так, например, в контексте отдельно взятого цеха на производстве, под САПР предполагается конкретная программа для автоматизированного проектирования. Если речь идет о стратегическом планировании развития организации, то такое понятие как САПР скорее всего будет соответствовать масштабной инфраструктуре, которая задействуется с целью повышения эффективности разработки различных проектов. Необходимо отметить, что сам термин САПР представляет собой аббревиатуру, которая может расшифровываться по-разному. В общем случае данная аббревиатура соответствует сочетанию слов «система автоматизированного проектирования». Также существуют и другие варианты расшифровки данной аббревиатуры. Например, довольно распространен вариант «система автоматизации проектных работ». По смыслу английским аналогом термина САПР является аббревиатура CAD, в некоторых случаях также используется CAX.Давайте более подробно рассмотрим следующий вопрос: в каких целях могут создаваться системы автоматизированного проектирования в машиностроении и других сферах?

САПР: цели создания

Основной целью разработки САПР является повышение эффективности труда специалистов предприятия, которые решают различные производственные задачи, в том числе и те, которые связаны с инженерным проектированием. В данном случае повышение эффективности может осуществляться за счет следующих факторов:

Снижения трудоемкости процесса проектирования;

Сокращения сроков реализации проектов;

Снижения себестоимости проектных работ, и издержек, связанных с эксплуатацией;

Обеспечение повышения качества инфраструктуры проектирования.

Снижение издержек на проведение испытаний и моделирование.

САПР – это инструмент, который позволяет добиться отмеченных преимуществ за счет следующих факторов:

Эффективная информационная поддержка специалистов, участвующих в разработке проектов;

Автоматизация документации;

Применение концепций параллельного проектирования;

Унификация различных решений;

Применение математического моделирования, как альтернативы дорогостоящим испытаниям;

Оптимизация методов проектирования;

Повышение качества процессов управления бизнесом.

Теперь давайте рассмотрим, в какой структуре может быть представлена система автоматического проектирования.

САПР: классификации

К наиболее распространенным критериям классификации САПР относится отраслевое назначение. Выделяют следующие типы:

1. Автоматизированное проектирование инфраструктуры машиностроения;
2. САПР для электронного оборудования;
3. САПР в сфере строительства.

Первый тип систем САПР может быть использован в широком спектре отраслей: авиастроении, автомобилестроении, судостроении, производстве товаров народного потребления. Также соответствующая инфраструктура может быть использована с целью разработки как отдельных деталей, так и различных механизмов при использовании всевозможных подходов в рамках моделирования и проектирования.

Системы САПР второго типа используются для проектирования готового электронного оборудования и его отдельных элементов, например, интегральных микросхем, процессоров, и других типов аппаратного обеспечения.

САПР третьего типа могут быть задействованы с целью проектирования различных сооружений, зданий, элементов инфраструктуры.

Еще одним критерием, по которому можно классифицировать системы автоматизированного проектирования, является целевое назначение. Здесь выделяют:

Средства проектирования, используемые с целью автоматизации двумерных или трехмерных геометрических моделей, для формирования конструкторской документации;

Системы, используемые с целью разработки различных чертежей;

Системы, разработанные для геометрического моделирования;

Системы, предназначенные для автоматизации расчетов в рамках инженерных проектов и динамического моделирования;

Средства автоматизации, применяемые с целью технологической оптимизации проектов;

Системы, предназначенные для компьютерного анализа различных параметров по проектам.

Данная классификация считается условной.

В автоматизированную систему технологического проектирования может входить широкий спектр функций из числа перечисленных выше. Конкретный перечень возможностей САПР прежде всего определяет разработчик данной системы. Давайте рассмотрим, какие задачи он может решать.

Инструментальные системы разработки программного обеспечения Инструментальное программное обеспечение