Что такое средство проектирования
Средства проектирования приложений
Средства разработки программ
Опубликовано sim в Чт, 2009-10-15 16:57
Выделены и охарактеризованы основные этапы разработки программного обеспечения. Для каждого этапа приведены и описаны средства, которые могут быть применены для достижения целей этапа.
Терминология
Прежде чем приступить к рассмотрению средств разработки, которые могут быть применены для создания программ, необходимо определиться с основными понятиями, терминами, которые будут использоваться в статье. В соответствии с тематикой статьи базовым термином для нас, конечно же, является «средства разработки программ». Применительно к области разработки программного обеспечения данное определение может звучать следующим образом:
Средства разработки программного обеспечения – совокупность приемов, методов, методик, а также набор инструментальных программ (компиляторы, прикладные/системные библиотеки и т.д.), используемых разработчиком для создания программного кода Программы, отвечающего заданным требованиям.
С учетом данного определения термин «Разработка программ» будет звучать следующим образом:
Разработка программ – сложный процесс, основной целью которого является создание, сопровождение программного кода, обеспечивающего необходимый уровень надежности и качества. Для достижения основной цели разработки программ используются средства разработки программного обеспечения.
Основные средства, используемые на разных этапах разработки программ
В зависимости от предметной области и задач, поставленных перед разработчиками, разработка программ может представлять собой достаточно сложный, поэтапный процесс, в котором задействовано большое количество участников и разнообразных средств. Для того, чтобы определить, когда и в каких случаях какие средства применяются, выделим основные этапы разработки программного обеспечения. Наибольший интерес для проблематики рассматриваемого вопроса представляют следующие этапы разработки:
1. Проектирование приложения.
2. Реализация программного кода приложения.
3. Тестирование приложения.
Здесь сознательно опущены этапы, связанные с написанием технического задания, планирования сроков, бюджета и т.д. Причина этого заключается в том, что на данных этапах, за редким исключением, практически не используются специфические средства разработки.
Средства проектирования приложений
На этапе проектирования приложения в зависимости от сложности разрабатываемого программного продукта, напрямую зависящего от предъявляемых требований, выполняются следующие задачи проектирования:
1. Анализ требований.
2. Разработка архитектуры будущего программного обеспечения.
3. Разработка устройств основных компонент программного обеспечения.
4. Разработка макетов Пользовательских интерфейсов.
Результатом проектирования обычно является «Эскизный проект» (Software Design Document) или «Технический проект» (Software Architecture Document). Задача «Анализ требований» обычно выполняется с использованием методов системологии (анализа и синтеза) с учетом экспертного опыта проектировщика. Результатом анализа обычно является содержательная или формализованная модель процесса функционирования программы. В зависимости от сложности процесса для построения данных моделей могут быть применены различные методы и вспомогательные средства. В общем случае для описания моделей обычно применяются следующие нотации (в скобках приведены программные средства, которые могут быть использованы для получения моделей):
Иногда, когда разрабатываемый программный продукт предназначен для автоматизации какой-либо сложной деятельности задача Анализа (Моделирования) выполняется до составления технических требований к будущему продукту. Результаты анализа позволяют сформировать обоснованные требования к той или иной функциональности разрабатываемой программы и просчитать реальную выгоду от внедрения разрабатываемого продукта. Более того, иного получается так, что по результатам анализа первоначальные цели и задачи автоматизации кардинально меняются или по результатам оценки эффективности разработки и внедрения принимается решение продукт не разрабатывать.
Целью второй и третьей задачи из приведенного списка задач является разработка модели (описания) будущей системы, понятной для кодировщика – человека, который пишет код программы. Здесь огромное значение имеет то, какую парадигму программирования (парадигму программирования также необходимо рассматривать как средство разработки) необходимо использовать при написании программы. В качестве примера основных парадигм необходимо привести следующее:
Выбор её во многом зависит от сложившихся привычек, опыта, традиций, инструментальных средств, которыми располагает коллектив разработчиков. Иногда разрабатываемый программный продукт настолько сложен, что для решения ряда задач в разных компонентах системы используются разные парадигмы. Необходимо отметить, что выбор того или иного подхода накладывает ограничения на средства, которые будут применены на этапе реализации программного кода. Результатом решения данной задачи в зависимости от подхода могут быть (в скобках приведены программные средства, которые могут быть использованы для их получения):
Разработка макетов пользовательских интерфейсов подразумевает создание наглядного представления того, как будут выглядеть те или иные видеоформы, окна в разрабатываемом приложении. Решение данной задачи основывается на применение средств дизайнера, которые в данной статье рассматриваться не будут.
ОБЗОР СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Каждый этап характеризуется определёнными задачами и методами решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. При анализе средств проектирования, их следует рассматривать не локально, а в комплексе, что позволяет охарактеризовать их плюсы, минусы и место в общем цикле создания ИС
Необходимая платформа для ИС может формироваться из компонентов различных фирм производителей. Однако выбрать и сформировать разные средства, каждое из которых может являться одним из лидеров в своём классе, достаточно тяжело, а порой и нереально.
В общем случае стратегия выбора средств проектирования для определенного применения зависит от следующих факторов:
• характеристика предметной области;
• целей, потребностей и ограничений проекта ИС, включая квалификацию участвующих в процессе проектирования;
• используемой методологии проектирования.
Современные средства проектирования могут быть разделены на две большие группы. Первую группу составляют CASE-системы (как независимые, так и интегрированные с СУБД), которые обеспечивают проектирование БД и приложений в комплексе с интегрированными средствами разработки приложений «клиент-сервер» (например: Westmount I-CASE+Uniface, Designer/2000+Developer/2000). Их основное достоинство заключается в том, что они позволяют разрабатывать всю информационную систему полностью (функциональные спецификации, логику процессов, интерфейс с пользователем и базу данных), оставаясь в одной технологической среде. Инструменты этой категории, как правило, обладают высокой сложностью, широкой сферой применения и гибкостью.
Вторую группу составляют средства проектирования БД, реализующие ту или иную методологию, как правило, «сущность-связь» («entity-relationship») и рассматриваемые в комплексе со средствами разработки приложений. К средствам этой категории можно отнести: SILVERRUN+JAM, ERwin/ERX+PowerBuilder и другие.
Помимо указанных категорий, средства проектирования можно сортировать по следующим признакам:
применяемым методологиям и моделям систем и БД;
степени интегрированности с СУБД;
В разряд средств проектирования попадают как дешевые системы для персональных компьютеров с весьма ограниченными возможностями, так и дорогостоящие системы для неоднородных вычислительных платформ и операционных сред. Так, современный рынок программных средств насчитывает около трехсот различных CASE-систем, наиболее мощные из которых используются ведущими западными фирмами.
Применение средств проектирования требует от потенциальных пользователей специальной подготовки и обучения. Внедрение средств проектирования происходит медленно, однако по мере получения практических навыков и общей культуры проектирования, применения этих средств резко возрастает, причем наибольшая потребность в использовании средств проектирования испытывается на начальных этапах разработки, а именно на этапах анализа и спецификации требований. Это объясняется тем, что цена ошибок, допущенных на начальных этапах, на несколько порядков превышает цену ошибок, выявленных на более поздних этапах разработки.
На сегодняшний день Российский рынок программного обеспечения располагает следующими наиболее развитыми средствами проектирования:
На рынке постоянно появляются как новые системы, так и новые версии и модификации систем (например, CASE/4/0, System Architect и т.д.).
Некоторое представление о возможностях наиболее развитых средств проектирования может дать краткая характеристика следующих программ:
Westmount I-CASE 3.2 (CADRE Technologies Inc.)
Westmount I-CASE представляет собой программный продукт, обеспечивающий выполнение следующих функций:
графическое проектирование архитектуры системы (проектирование состава и связи вычислительных средств, распределения задач системы между вычислительными средствами, моделирование отношений типа «клиент- сервер», анализ использования мониторов транзакций и особенностей функционирования систем в реальном времени);
проектирование диаграмм потоков данных, «сущность-связь», структур данных, структурных схем программ и последовательностей экранных форм;
генерация кода программ на 4GL целевой СУБД с полным обеспечением программной среды и генерация SQL-кода для создания таблиц БД, индексов, ограничений целостности и хранимых процедур;
программирование на языке C со встроенным SQL;
управление версиями и конфигурацией проекта;
генерация проектной документации по стандартным и индивидуальным шаблонам;
экспорт и импорт данных проекта в формате CDIF.
Westmount I-CASE можно использовать в конфигурации «клиент-сервер», при этом база проектных данных может располагаться на сервере, а рабочие места разработчиков могут быть клиентами.
Westmount I-CASE функционирует на всех основных UNIX-платформах и VMS. В качестве целевой СУБД могут использоваться ORACLE, Informix, Sybase и Ingres.
В качестве отдельного продукта поставляется интерфейс Westmount-Uniface Bridge, обеспечивающий совместное использование двух систем в рамках единой технологической среды проектирования (при этом схемы БД, структурные схемы программ и последовательности экранных форм непосредственно в режиме on-line, без создания каких-либо файлов экспорта- импорта, переносятся в репозиторий Uniface, и, наоборот, прикладные модели, сформированные средствами Uniface, могут быть перенесены в репозиторий Westmount I-CASE. Возможные рассогласования между репозиториями двух систем устраняются с помощью специальной утилиты).
Uniface 6.1 представляет собой среду разработки крупномасштабных приложений «клиент-сервер» и имеет следующую компонентную архитектуру:
Application Objects Repository (репозиторий объектов приложений) содержит метаданные, автоматически используемые всеми остальными компонентами на протяжении жизненного цикла ИС.
Application Model Manager поддерживает прикладные модели, каждая из которых представляет собой подмножество общей схемы БД с точки зрения данного приложения.
В качестве примера можно привести результаты предварительного анализа перечисленных выше средств проектирования, которые сведены в краткую таблицу характеристик, приведенную ниже.
Таблица характеристик средств проектирования
Методы и средства проектирования ИС
Организация проектирования предполагает определение методов взаимодействия проектировщиков между собой и с заказчиком в процессе создания проекта ЭИС, которые могут также поддерживаться набором специфических средств.
Метод – процедура или техника генерации описаний компонентов ИС.
Так, по степени автоматизации методы проектирования разделяются на методы:
• компьютерного проектирования, которое производит генерацию или конфигурацию (настройку) проектных решений на основе использования специальных инструментальных программных средств.
По степени использования типовых проектных решений различают следующие методы проектирования:
• оригинального (индивидуального) проектирования, когда проектные решения разрабатываются «с нуля» в соответствии с требованиями к ЭИС, характеризуется тем, что все виды проектных работ ориентированы на создание индивидуальных для каждого объекта проектов, которые в максимальной степени отражают все его особенности;
• типового проектирования, предполагающего конфигурацию ЭИС из готовых типовых проектных решений (программных модулей), выполняется на основе опыта, полученного при разработке индивидуальных проектов. Типовые проекты как обобщение опыта для некоторых групп организационно-экономических систем или видов работ в каждом конкретном случае связаны со множеством специфических особенностей и различаются по степени охвата функций управления, выполняемым работам и разрабатываемой проектной документации.
По степени адаптивности проектных решений методы проектирования классифицируются на методы:
• реконструкции, когда адаптация проектных решений выполняется путем переработки соответствующих компонентов (перепрограммирования программных модулей);
• параметризации, когда проектные решения настраиваются (перегенерируются) в соответствии с изменяемыми параметрами;
• реструктуризации модели, когда изменяется модель проблемной области, на основе которой автоматически перегенерируются проектные решения.
Для конкретных видов технологий проектирования свойственно применение определенных средств разработки ЭИС, которые поддерживают выполнение как отдельных проектных работ, этапов, так и их совокупностей. Поэтому перед разработчиками ЭИС, как правило, стоит задача выбора средств проектирования, которые по своим характеристикам в наибольшей степени соответствуют требованиям конкретного предприятия.
Средства проектирования должны быть:
· охватывать в совокупности все этапы жизненного цикла ЭИС;
· технически, программно и информационно совместимыми;
· простыми в освоении и применении;
Рис. 3. Классификация средств проектирования
Средства проектирования без использования ЭВМ применяются на всех стадиях и этапах проектирования ЭИС. Как правило, это средства организационно-методического обеспечения операций проектирования и в первую очередь различные стандарты, регламентирующие процесс проектирования систем, единая система классификации и кодирования информации, унифицированная система документации, модели описания и анализа потоков информации и т.п.
Средства проектирования с использованием ЭВМ могут применяться как на отдельных, так и на всех стадиях и этапах процесса проектирования ЭИС и соответственно поддерживают разработку элементов проекта системы, разделов проекта системы, проекта системы в целом. Все множество средств проектирования с использованием ЭВМ делят на четыре подкласса.
1. относятся операционные средства, поддерживающие проектирование операций обработки информации. К данному подклассу средств относятся:
· библиотеки стандартных подпрограмм и классов объектов;
· макрогенераторы, генераторы программ типовых операций обработки данных;
· средства расширения функций операционных систем (утилиты);
· простейшие инструментальные средства проектирования (тестирования и отладки программ, поддержки процесса документирования проекта и т.п).
Особенность последних программ заключается в том, что с их помощью повышается производительность труда проектировщиков, но не разрабатывается законченное проектное решение.Таким образом, средства данного подкласса поддерживают отдельные операции проектирования ЭИС и могут применяться независимо друг от друга.
2. относят средства, поддерживающие проектирование отдельных компонентов проекта ЭИС. К данному подклассу относятся средства общесистемного назначения:
• системы управления базами данными (СУБД);
• методоориентированные пакеты прикладных программ (решение задач дискретного программирования, математической статистики и т.п.);
• оболочки экспертных систем;
• интегрированные ППП (интерактивная среда с встроенными диалоговыми возможностями, позволяющая интегрировать вышеперечисленные программные средства).
Для перечисленных средств проектирования характерно их использование для разработки технологических подсистем ЭИС: ввода информации, организации хранения и доступа к данным, вычислений, анализа и отображения данных, принятия решений.
3. относятся средства, поддерживающие проектирование разделов проекта ЭИС. В этом подклассе выделяют функциональные средства проектирования. К функциональным средствам проектирования систем обработки информации относятся типовые проектные решения, функциональные пакеты прикладных программ, типовые проекты.
Функциональные средства направлены на разработку автоматизированных систем, реализующих функции, комплексы задач и задачи управления. Разнообразие предметных областей порождает многообразие средств данного подкласса, ориентированных на тип организационной системы (промышленная, непромышленная сферы), уровень управления (например, предприятие, цех, отдел, участок, рабочее место), функцию управления (планирование, учет и т.п.).
4. относятся средства, поддерживающие разработку проекта на стадиях и этапах процесса проектирования. К данному классу относится подкласс средств автоматизации проектирования ЭИС (CASE-средства). Современные CASE-средства, в свою очередь, классифицируются в основном по двум признакам:
1) по охватываемым этапам процесса разработки ЭИС;
Методы и средства проектирования
Проектирование— процесс создания проекта-прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, его состояния.
Основные средства проектирования:
-стандартные средства операционных систем, обеспечивающих автоматическое прохождение на ЭВМ определенного класса задач;
-процедуры, реализующие типовые процессы обработки данных, например контроль выходной информации и ее сортировку;
-инструментальные средства, к которым относится совокупность взаимосвязанных специальных программных средств, предназначенных для инструментальной поддержки отдельных элементов процесса проектирования АИС. Это создание и актуализация словаря данных, документирование проекта, автоматизация контроля проектирования и др.;
-системы автоматизированного проектирования (САПР), предполагающие использование ЭВМ на всех этапах создания АИС и занимающие высшую ступень в эволюции средств проектирования системы.
В методах проектирования различают классы и подклассы:
—типовое проектирование. Подклассы: элементы, подсистемы, объектное, групповое. Средства: стандартные средства операционных систем; типовые компоненты (ТПР, ППП); некоторые инструментальные средства.
—автоматизированное проектирование. Подклассы: модульное; др. Средства: стандартные средства операционных систем САПР; взаимосвязанный комплекс инструментальных средств.
Средства проектирования подразделяются на :
Общие требования к средствам проектирования:
-полный охват всего процесса создания АИС;
-совместимость, требующая согласованных решений как в процессе создания системы и ее обеспечивающих подсистем, так и в процессе их функционирования;
-универсальность в своем классе, допускающем возможность применения одних и тех же средств для различных объектов;
-д.б. легко доступными, не требующими особых усилий в освоении и просты в реализации;
-возможность организации процесса проектирования в режиме интерактивного взаимодействия разработчика системы, проектировщика и ЭВМ;
-д.б. адаптированными и экономически эффективными.
Типовое проектирование— индустриальный метод создания АИС, использующий ТПР и ППП, характеризуется наличием апробированных, типовых организационно-экономических, технических, информационных, математических и программных средств автоматизации управления. Достоинства: уменьшает трудоемкость, снижает стоимость и сокращает сроки проектирования, повышая его качество путем более полного охвата задач функциональных подсистем, строгого соблюдения требований нормативных документов, применения передовых технических решений. Типовое проектирование призвано устранить дублирование проектов, создать основу для расширения обмена готовыми типовыми компонентами, облегчить разработку рекомендаций по изменению организационной структуры и методов управления с учетом отраслевых и внутрихозяйственных особенностей. Процесс типового проектирования заключается в выборе и привязке указанных средств в соответствии с треб-ми конкретной системы. Типовая часть АИС представляет собой комплекс информационного, программного и технического обеспечения. Типовой характер первого достигается путем строгого соблюдения единства структуры информационной базы, состава массивов, форм входных и выходных документов; второго- на использовании ППП, и последнего в результате применения ЭВМ одного или совместных типов.
ТПР создаются по модульному принципу, когда каждое проектное решение расчленяется на отдельные составные части- модули, которые реализуют определенную часть ТПР. Это позволяет создать проект новой автоматизированной системы путем сочетания отдельных типовых модулей.
При использовании подсистемного метода проектирования предполагается более высокая степень интеграции типовых элементов системы, когда для каждой подсистемы создаются проекты решений и пакеты прикладных программ. Выделение подсистем- в зависимости от объекта хозяйственно-производственного процесса. Для каждой из подсистем разрабатывается свое автоматизированное проектное решение и ППП, которые могут быть общесистемного или функционального назначения. К первой группе относятся ППП управления данными, типовых процедур их обработки, методовматематической статистики и дискретного программирования, решения непрерывных задач, например дифференциальных уравнений. Во вторую группу входят пакеты, ориентированные на промышленные предприятия с дискретным или непрерывным характером производства, на непромышленную сферу, отраслевое управление.
Важное требование, предъявляемое к ППП,- совместимость, т.к. при проектировании АИС целесообразно использовать сразу несколько пакетов. Проектирование систем с применением ППП фактически сводится к привязке выбранных по определенным параметрам пакетов к конкретным условиям объекта автоматизации. Достоинства: менее трудоемкий процесс, занимает меньше времени по сравнению с оригинальным проектированием, реализует прогрессивные методы обработки данных, упрощает документирование проекта, т.к. используется документация пакетов, повышается надежность проектируемых систем.
Метод объектного проектирования базируется на применении типовых проектов автоматизированных систем управления. Применяется недостаточно широко, т.к. слишком много разнообразных объектов, а модификация типового проекта системы в соответствии с конкретными условиями объекта автоматизации требует больших трудовых и материальных затрат. Отдельной группой выделяется метод группового проектирования. Его сущность: предварительно подбирается группа объектов, однотипных по характеристикам их информационных систем, среди них выбирается базовый объект, для которого и разрабатывается проект, причем могут использоваться различные методы и способы проектирования, главное- это обеспечение его высокой адаптивности. Основная сфера применения этого метода- непромышленные объекты (например склады), т.к. они более устойчивы с позиции экономической информационной системы.
Разработкой, внедрением, сопровождением и эксплуатацией корпоративных информационных систем (или сокращенно КИС) занимаются специалисты по информационным технологиям (ИТ).
Информационные технологии являются очень широким понятием, поскольку они определяют методы и средства создания, сбора, регистрации, передачи, обработки, хранения и выдачи информации в информационных системах.
В настоящее время наряду с названием Корпоративные информационные системы (КИС) употребляются, например, следующие названия:
· Автоматизированные системы управления (АСУ);
· Интегрированные системы управления (ИСУ);
· Интегрированные информационные системы (ИИС);
· Информационные системы управления предприятием (ИСУП).