Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Основы проектирования программ. Этапы создания программного обеспечения)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время программирование занимает одну из наиболее значимых ниш. Это не просто способ заставить работать «железяки», но и поставить себя на путь развития своих способностей.

Нынешнее программирование многогранно и используется в таких важных сферах как строительство, бизнес и экономика, медицина, биология и физика. Большой процент физического труда в промышленности заменен на машинный и роботизированный труд, который управляется посредством программного обеспечения, что обеспечивает существенный прирост скорости, точности операций и эффективности производства. Такое богатство разнообразия применений обеспечивается солидным выбором языков программирования, у каждого из которых есть свои плюсы и минусы.

Только представьте, сколько пользы приносит программирование в наши дни, ведь использование в множестве развивающихся направлений науки и инфраструктуры, это далеко не всё. Как известно, программирование — это тяжелый умственный труд, а труд сделал из обезьяны человека. В условиях нашего, быстроразвивающегося мира, именно умственный труд определяет место человека в обществе. Таким образом тема программирования и создания программного обеспечения весьма актуальна.

В данной работе будут рассмотрена общая информация о программировании, а также поставленные в теме вопросы, такие как основы проектирования программ и основные этапы создания программного обеспечения (ПО).

ПРОГРАММИРОВАНИЕ, ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

1. Общая информация

В узком смысле (так называемое кодирование) под программированием понимается написание инструкций — программ — на конкретном языке программирования (часто по уже имеющемуся алгоритму — плану, методу решения поставленной задачи). Соответственно, люди, которые этим занимаются, называются программистами (на профессиональном жаргоне — кодерами), а те, кто разрабатывает алгоритмы — алгоритмистами, специалистами предметной области, математиками.
В более широком смысле под программированием понимают весь спектр деятельности, связанный с созданием и поддержанием в рабочем состоянии программ — программного обеспечения ЭВМ. Более точен современный термин — «программная инженерия» (также иначе «инженерия ПО»). Сюда входят анализ и постановка задачи, проектирование программы, построение алгоритмов, разработка структур данных, написание текстов программ, отладка и тестирование программы (испытания программы), документирование, настройка (конфигурирование), доработка и сопровождение. Программирование для ЭВМ основывается на использовании языков программирования, на которыхзаписывается программа. Чтобы программа могла быть понята и исполнена ЭВМ, требуется специальныйинструмент — транслятор.

В настоящее время активно используются интегрированные среды разработки, включающие в свой состав также редактор для ввода и редактирования текстов программ, отладчики для поиска и устранения ошибок, трансляторы с различных языков программирования, компоновщики для сборки программы из нескольких модулей и другие служебные модули.

В зависимости от назначения и / или способа написания программ различают:

· Прикладное программирование [application programming] - разработка и отладка программ для конечных пользователей, например бухгалтерских, обработки текстов и т. п.

· Системное программирование [system programming] - разработка средств общего программного обеспечения, в том числе операционных систем, вспомогательных программ, пакетов программ общесистемного назначения, например: автоматизированных систем управления, систем управления базами данных и т. д.

· Декларативное (логическое, продукционное) программирование [declarative programming, logical programming] - метод программирования, предназначенный для решения задач искусственного интеллекта. В указанном контексте программа описывает логическую структуру решения задачи, указывая преимущественно, что нужно сделать, не вдаваясь в детали, как это делается. Используются языки программирования типа Пролог.

· Объектно-ориентированное программирование, объектное программирование, ООП [OOP - Object-Oriented Programming] - метод программирования, основанный на использовании концепции объекта, абстрагирующего конкретные его реализации в предметной области. При этом данные тесно связываются с выполняемыми над объектами процедурами. Например, круг на экране монитора может рассматриваться как объект, данные о котором характеризуют положение (координаты) центра, величину радиуса, толщину и цвет линии. Процедуры, связанные с этим объектом, - перемещение, изменение размера, стирание и т. д. Объектно-ориентированное программирование разрабатывалось и усовершенствовалось в 1960-1970-х гг. В настоящее время используется в ряде языков программирования высокого уровня (Си++, Java, Смолток, ObjectLisp и др.). В начале 90-х гг. была выявлена потребность в выработке единых спецификаций, которые должны позволить программным продуктам различных фирм взаимодействовать друг с другом в общей информационной среде. Решение указанной задачи взяла на себя фирма OMG (США). Выработанная ею идеология «Бизнес-объекта» к 1997 г. получила достаточно широкое распространение при выработке промышленных программных приложений. Основу этой идеологии составляет «Общая архитектура брокера объектных запросов» - COBRA (Common Object Request Broker Architecture), центральной частью которой является спецификация на программный продукт (ORB – Object Request Broker), представляющий собой набор доменов или динамических библиотек, обеспечивающих взаимодействие различных программ в распределенной компьютерной среде. Кроме того, фирма OMG разработала спецификации обмена данными между брокерами различных фирм-производителей - GIOP (GeneralInter ORB Protocol), а с той же целью для Internet - HOP (InternetInter ORB Protocol). Поддержкой и развитием бизнес-объектной технологии занимается организованный в рамках OMG специальный комитет - BODTF (BusinessObjectDomainTaskForce). В 1998 г. этим комитетом была выпущена спецификация (BOCA - BusinessObjectComponentArchitecture), регламентирующая построение программных систем из компонент-объектов, созданных на основе технологии CORBA/IIOP. Подробнее см. [407, 423, 434].

· Параллельное программирование [concurrentprogramming] - разработка программ, обеспечивающих одновременное (параллельное) выполнение операций, связанных с обработкой данных.

· Процедурное (процедурно-ориентированное) программирование [procedure-orientedprogramming] - метод программирования, в соответствии с которым программы пишутся как перечни последовательно выполняемых команд. При этом используются процедурно-ориентированные языки программирования.

· Структурное программирование, модульное программирование [structuredprogramming, modularprogramming] - метод написания программ небольшими независимыми частями - модулями, каждый из которых связан с какой-либо процедурой или функцией. При этом результирующая программа организуется в виде совокупности взаимосвязанных по определенным правилам модулей. Это упрощает разработку сложных программных продуктов и их тестирование.

· Функциональное программирование [functionalprogramming] - метод программирования, основанный на разбиении алгоритма решения задачи на отдельные функциональные модули, а также описании их связей и характера взаимодействия. Для функционального программирования наиболее широко используются языки НОРЕ и ML. Элементы функционального программирования реализуются также другими языками, например Си.

· Эвристическое программирование [hueristicprogramming] - метод программирования, основанный на моделировании мыслительной деятельности человека. Используется для решения задач, не имеющих строго формализованного алгоритма или связанных с неполнотой исходных данных.

1. История создания первых языков программирования

Машинные коды и Ассемблер.

Физические принципы работы электронных устройств ЭВМ таковы, что компьютер может воспринимать команды, состоящие только из единиц и нулей - последовательность перепада напряжения, т. е. машинный код. На начальной стадии развития ЭВМ человеку было необходимо составлять программы на языке, понятном компьютеру, в машинных кодах. Каждая команда состояла из кода операций и адресов операндов, выраженных в виде различных сочетаний единиц и нулей. Итак, любая программа для процессора выглядела на то время как последовательность единиц и нулей.

Как показала в дальнейшем практика общения с компьютером, такой язык громоздок и неудобен. При пользовании им легко допустить ошибку, записав не в той последовательности 1 или 0. Программу очень трудно контролировать. Кроме того, при программировании в машинных кодах надо хорошо знать внутреннюю структуру ЭВМ, принцип работы каждого блока. И самое плохое в таком языке, что программы на данном языке - очень длинные последовательности единиц и нулей являются машинно зависимыми, т. е. для каждой ЭВМ необходимо было составлять свою программу, а также программирование в машинных кодах требует от программиста много времени, труда, повышенного внимания.

Довольно скоро стало понятно, что процесс формирования машинного кода можно автоматизировать. Уже в 1950 году для записи программ начали применять мнемонический язык - язык assembly. Язык ассемблера позволил представить машинный код в более удобной для человека форме: для обозначения команд и объектов, над которыми эти команды выполняются, вместо двоичных кодов использовались буквы или сокращенные слова, которые отражали суть команды. Например, на языке ассемблера команда сложения двух чисел обозначается, словом, add, тогда как ее машинный код может быть таким: 000010.

Ассемблер - язык программирования низкого уровня. Язык программирования низкого уровня - язык программирования, который ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности. В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора. Появление языка ассемблера значительно облегчило жизнь программистов, так как теперь вместо рябящих в глазах нулей и единиц, они могли писать программу командами, состоящими из символов приближенных к обычному языку. Для того времени этот язык был новшеством и пользовался популярностью т. к. позволял писать программы небольшого размера, что при тех машинах критерий значительный.

Но сложность разработки в нём больших программных комплексов привела к появлению языков третьего поколения - языков высокого уровня. Но на этом жизнь ассемблера не закончилась, он жив и посей день и не только жив, но и пользуется популярностью в узких кругах. Сейчас его используют в написании отдельных фрагментов программ или иногда в написании самих программ. Примеров может быть много, но самые яркие это использование ассемблера в написании драйверов, игр и загрузчиков ОС. Не стоит забывать, что у хакеров этот язык так же пользуется популярностью, да ещё какой! Но что же им так нравиться в нём? Конечно же, то, что скорость работы полученной программы значительно выше скорости программы, написанной на языке программирования высокого уровня. Это объясняется тем, что получившийся размер программы очень мал. А как же разработчики антивирусных программ? Они тоже не лыком шиты и так же используют ассемблер в некоторых модулях своих программ, что так же обеспечивает их быстродействие. А если бы не ассемблер некоторые программы загружались бы около часа! Так что ассемблер воистину вечный язык и ещё много, много лет он будет служить человечеству!

Язык программирования FORTRAN.

Первый язык высокого уровня.

В конце 1953 Джон Бэкус предложил начать разработку эффективной альтернативы ассемблеру для программирования на ПК IBM 704. Уже к середине 1954 была закончена черновая спецификация языка Fortran. Первое руководство для Fortran появилось в октябре 1956 вместе с первым компилятором, поставленным в апреле 1957. Компилятор был оптимизирующим, потому что клиенты отказывались использовать язык программирования высокого уровня, который был не в состоянии генерировать код с производительностью ниже, чем у ассемблера.

В то время сообщество относилось скептически к новому способу программирования и не верили в то, что Fortran позволит программировать быстрее и эффективнее. По словам самого Джона Бэкуса большая часть его работы была направлена на то, чтобы «быть ленивым». Ему жутко не нравилось писать программы под IBM 701 на ассемблере.

Язык был широко принят учеными для написания программ с интенсивными вычислениями. Включение комплексного типа данных сделало его особенно подходящим для технических приложений.

К 1960 году существовали версии Fortran для компьютеров IBM 709, 650, 1620, 7090. Его большая популярность побуждала конкурирующих изготовителей компьютеров создавать компиляторы Fortran для своих компьютеров. Таким образом, уже к 1963 существовало более 40 компиляторов для разных платформ. Именно поэтому Fortran считают первым широко используемым языком программирования.

Язык программирования ALGOL 58.

Поскольку FORTRAN оказался столь успешным языком, в Европе возникли опасения, что IBM будет доминировать в компьютерной отрасли. Немецкое общество прикладной математики (German society of applied mathematics -- GAMM) создало комитет по разработке универсального языка. В то же время Association for Computing Machinery (ACM) организовала похожий комитет в США. Несмотря на то, что у европейцев было некоторое беспокойство по поводу господства американцев, оба этих комитета слились в один.

Алгол был разработан в 1958 году, на недельной конференции в ETH (Цюрих, Швейцария) как универсальный язык программирования для широкого круга применений, а затем доработан комитетом, созданным Международной федерацией по обработке информации (IFIP). В комитет вошёл ряд ведущих европейских и американских учёных и инженеров-разработчиков языков.

Сначала работа столкнулась с большими трудностями непринципиального характера. Так, например, один из членов комитета вспоминал «десятичную бурю» -- крайне резкую дискуссию между американскими и европейскими участниками по поводу того, какой именно символ использовать в качестве разделителя целой и дробной части числа. Американцы стояли за точку, европейцы требовали применять традиционную в Европе запятую, и из-за такой мелочи работа оказалась под реальной угрозой срыва. Чтобы избежать конфликтов по мелким вопросам, было решено, что описание Алгола будет трёхуровневым, включающим уровень описаний, публикаций и реализации. Мелкие вопросы, типа выбора между точкой и запятой или используемого алфавита, были вынесены на второй-третий уровень, что позволило относительно быстро решить принципиальные вопросы. На уровне публикаций, согласованном позже, допускалось использование национальных ключевых слов и стандартов представления данных (в том числе и десятичной точки), уровень реализации определял язык совершенно строго -- согласно ему должны были строиться трансляторы.

Вначале предлагавшееся название ALGOL (ALGOrithmicLanguage) было отвергнуто. Но поскольку оно стало общеупотребительным, официальное имя IAL пришлось впоследствии изменить на ALGOL 58.

Новая версия появилась в 1960 г., и ALGOL 60 (с небольшими изменениями, сделанными в 1962 г.) с 60-х и до начала 70-х гг. прошлого века был стандартом академического языка программирования.

У нового языка нашлись как приверженцы, так и критики. В США Алгол приняли холодно, он был популярен только в академической среде, и то не повсеместно. Те, кто попытался реализовать Алгол, столкнулись с целым рядом сложностей.

Так, например, обнаружилось, что ни один из существовавших тогда компьютеров не поддерживал ввод-вывод всех 116 литер, из которых состоял алфавит Алгола.

А вот в Европе Алгол приняли с энтузиазмом. Он быстро завоевал популярность в академической среде, повсеместно шла разработка компиляторов, многие из которых, несмотря на сложности реализации, оказались весьма успешными. Алгол распространился от Великобритании до Дальнего востока СССР, став как универсальным языком описания алгоритмов в научных публикациях, так и средством реального программирования.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1. Общая информация

Проектирование программного обеспечения — процесс создания проекта программного обеспечения (ПО), а также дисциплина, изучающая методы проектирования. Проектирование ПО является частным случаем проектирования продуктов и процессов.

Целью проектирования является определение внутренних свойств системы и детализации её внешних (видимых) свойств на основе выданных заказчиком требований к ПО (исходные условия задачи). Эти требования подвергаются анализу.

Проектирование ПО включает следующие основные виды деятельности:

выбор метода и стратегии решения;
выбор представления внутренних данных;
разработка основного алгоритма;
документирование ПО;
тестирование и подбор тестов;
выбор представления входных данных.

Первоначально программа рассматривается как чёрный ящик. Ход процесса проектирования и его результаты зависят не только от состава требований, но и выбранной модели процесса, опыта проектировщика.

Модель предметной области накладывает ограничения на бизнес-логику и структуры данных.

В зависимости от класса создаваемого ПО, процесс проектирования может обеспечиваться как «ручным» проектированием, так и различными средствами его автоматизации. В процессе проектирования ПО для выражения его характеристик используются различные нотации — блок-схемы, ER-диаграммы, UML-диаграммы, DFD-диаграммы, а также макеты.

Проектированию обычно подлежат:

Архитектура ПО;
Устройство компонентов ПО;
Пользовательские интерфейсы.

В российской практике проектирование ведется поэтапно в соответствии со стадиями, регламентированными ГОСТ 2.103-68:

Техническое задание (по ГОСТ 2.103-68 к стадиям разработки не относится),
Техническое предложение,
Эскизный проект,
Технический проект,
Рабочий проект.

На каждом из этапов формируется свой комплект документов, называемый проектом (проектной документацией).
В зарубежной практике регламентирующими документами, например, являются Software Architecture Document, Software Design Document.

1. Этапы создания программного обеспечения

Современный подход к проектированию программ основан на декомпозиции задачи, которая в свою очередь основана на использовании абстракций. Целью при декомпозиции является создание модулей, которые представляют собой небольшие, относительно самостоятельные программы, взаимодействующие друг с другом по хорошо определенным и простым правилам. Если эта цель достигнута, то разработка отдельных модулей может осуществляться различными людьми независимо друг от друга, при этом объединенная программа будет функционировать правильно.

Различают абстракцию через параметризацию и через спецификацию. Смысл абстракции через параметризацию в том, что одним алгоритмом можно решать задачи, отличающихся различными исходными данными, задаваемыми как параметры. Смысл абстракции через спецификацию в том, что разными алгоритмами можно получить один и тот же искомый результат. При этом описываются результаты работы программы, смысл обращения к программе становится ясным через анализ ее спецификации, а не самого текста программы.

Разработка любой программы или программной системы начинается с определения требований к ней для конкретного набора пользователей и заканчиваете," эксплуатацией системы этими пользователями.

Существуют различные подходы и технологии разработки алгоритмов и программ. Хотя программирование в значительной степени искусство, тем не менее. можно систематизировать и обобщить накопленный профессиональный опыт.

По современным взглядам проектирование и разработку программ целесообразно разбить на ряд последовательных этапов:

постановка задачи;
проектирование программы;
построение модели;
разработка алгоритма;
реализация алгоритма;
анализ алгоритма и его сложности;
тестирование программы;
документирование.

Кратко остановимся на каждом из этих этапов.

При постановке задачи для крупных компьютерных программ необходимо провести следующие работы:

выработать требования (свойства, качества и возможности), необходимые для решения проблемы или достижения цели (как правило, эта деятельность носит экспертный характер);
разработать спецификации, включающие:

• цель программы;

• граничные условия;

• описание функций системы;

• спецификации входных и выходных данных;

• верификационные требования (установление тестовых случаев);

• тип и количество документов.

В ходе этой работы выявляются свойства, которыми должна обладать система в конечном виде (замысел), описываются функции системы, характеристики интерфейса.

Чтобы приступить к решению задачи необходимо точно ее сформулировать. В первую очередь это означает определение исходных и выходных данных, т. е. ответы на вопросы: а) что дано; б) что нужно найти. Дальнейшая детализация постановки задачи представляет собой ответы на серию вопросов такого рода:

• как определить решение;

• каких данных не хватает и все ли они нужны;

• какие сделаны допущения и т. п.

Проектирование программы. Сначала производится проектирование архитектуры программной системы. Это предполагает первичную (общую) стадию проектирования и заканчивается декомпозицией спецификаций в структуру системы. Обычно на модульном уровне по каждому модулю разрабатывается спецификация модуля:

• имя/цель – дается имя модулю и предложение о функции модуля с формальными параметрами;

• неформальное описание - обзор действий модуля;

• ссылки - какие модули ссылаются на него и на какие модули ссылается данный модуль;

• вход/выход - формальные и фактические параметры, глобальные, локальные и связанные (общие для ряда модулей) переменные;

• примечания - полезные комментарии общего характера по модулю.

Следующим шагом является детальное проектирование. На этом этапе происходит процедурное описание программы, выбор и оценка алгоритма для реализации каждого модуля. Входной информацией для проектирования являются требования и спецификации системы.

Для проектирования программ существуют различные подходы и методы. Современный подход к проектированию основан на декомпозиции, которая, в свою очередь, основана на использовании абстракции. Целью при декомпозиции является создание модулей, которые взаимодействуют друг с другом по определенным и простым правилам. Декомпозиция используется для разбиения программы на компоненты, которые затем могут быть объединены.

Методы проектирования архитектуры делятся на две группы:

1) ориентированные на обработку и

2) ориентированные на данные.

Методы, ориентированные на обработку, включают следующие общие идеи.

а) Модульное программирование. Основные концепции:

• каждый модуль реализует единственную независимую функцию;

• имеет единственную точку входа/выхода;

• размер модуля минимизируется;

• каждый модуль разрабатывается независимо от других модулей;

• система в целом построена из модулей. Исходя из этих принципов каждый модуль тестируется отдельно, затем после кодирования и тестирования происходит их интеграция и тестируется вся система.

б) Функциональная декомпозиция. Подобна стратегии «разделяй и управляй». Практически является декомпозицией в форме пошаговой детализации и концепции скрытия информации. Каждый модуль характеризуется субъективным решением проектировщика, связь осуществляется с помощью хорошо организованных интерфейсов.

в) Проектирование с использованием потока данных.

Использует поток данных как генеральную линию проектирования программы. Содержит элементы структурного проектирования сверху-вниз с пошаговой детализацией:

• экспертиза потоков данных и отображение графа потока данных;

• анализ входных, центральных и выходных преобразующих поток данных элементов;

• формирование иерархической структуры программы;

• детализация и оптимизация структуры программы.

г) Технология структурного анализа проекта.

Основана на структурном анализе с использованием специальных графических средств построения иерархических функциональных связей между объектами системы. Эффективна на ранних стадиях создания системы, когда диаграммы просты и читаемы.

Методы проектирования, основанные на использовании структур данных, описаны ниже.

а) Методология Джексона.

Здесь структура данных - ключевой элемент в построении проекта. Структура программы определяется структурой данных, подлежащих обработке. Программа представляется как механизм, с помощью которого входные данные преобразуются в выходные. В методе предусматривается:

• разработка и изображение структуры входных и выходных данных;

• изображение структуры программы путем соединения изображений этих структурных элементов:

• определение дискретных операций над структурами данных;

• построение алгоритмов обработки структур данных.

б) Методология Уорнера.

Подобна предыдущей, но процедура проектирования более детализирована. Используются следующие виды представления проекта:

• диаграммы организации данных (описывают входные и выходные данные);

• диаграммы логического следования (логический поток этих данных);

• список инструкций (команды, используемые в проекте);

• псевдокод (описание проекта);

• определение входных данных системы;

• организация входных данных в иерархическую структуру;

• детальное определение формата элементов входного файла;

• то же самое для выходных данных;

•спецификация программы: чтение, ветвление, вычисление, выходы, вызови подпрограмм;

• составление диаграммы (по типу блок-схем) указывающие логическую последовательность инструкций.

в) Метод иерархических диаграмм.

В этом методе определяется связь между входными, выходными данными и процессом обработки с помощью иерархической декомпозиции системы (без детализации). По сути, используются три элемента: вход, обработка, выход.

Алгоритм проектирования по этому методу заключается в следующих шагах:

• начать с наивысшего уровня абстракции, определив вход, выход, обработку;

• соединить каждый элемент входа и выхода с соответствующей обработкой;

• документировать каждый элемент системы, используя диаграммы;

• детализировать диаграммы, используя шаги 1 - 3.

г) Объектно-ориентированная методология проектирования.

Основана на концепции упрятывания информации и абстрактных типов данных. Рассматриваются данные, модули и системы в качестве объектов. Каждый объект содержит некоторую структуру данных с набором процедур, знающих как работать с этими данными. По этой методологии создаются абстракции по заданной проблемной области:

· определение проблемы;

· развитие неформальной стратегии, удовлетворяющей требованиям к системе;

· формализация стратегии;

· создание объектов и их атрибутов;

· определение операций над объектами;

· установка интерфейсов;

· реализация операций.

Построение модели в большинстве случаев является непростой задачей. Чтобы приобрести опыт в моделировании, необходимо изучить как можно больше известных и удачных моделей.

При построении моделей, как правило, используют два принципа: дедуктивный (от общего к частному) и индуктивный (от частного к общему).

Рис. 3.3. Схема построения модели при дедуктивном способе

При дедуктивном подходе (рис.3.3) рассматривается частный случай общеизвестной фундаментальной модели. Здесь при заданных предположениях известная модель приспосабливается к условиям моделируемого объекта. Например, можно построить модель свободно падающего тела на основе известного закона Ньютона та = mg - Fcoпp и в качестве допустимого приближения принять модель равноускоренного движения для малого промежутка времени.

Рис. 3.4. Схема построения модели при индуктивном способе

Индуктивный способ (рис.3.4) предполагает выдвижение гипотез, декомпозицию сложного объекта, анализ, затем синтез. Здесь широко используется подобие, аналогичное моделирование, умозаключение с целью формирования каких-либо закономерностей в виде предположений о поведении системы.

Технология построения модели при индуктивном способе:

1) эмпирический этап

• умозаключение;

• интуиция;

• предположение;

• гипотеза.

2) постановка задачи для моделирования;

3) оценки; количественное и качественное описание;

4) построение модели.

Разработка алгоритма - самый сложный и трудоемкий процесс, но и самый интересный в творческом отношении. Выбор метода разработки зависит от постановки задачи, ее модели. (О некоторых приемах и методах разработки алгоритмов говорилось ранее в гл. 1 и будет сказано в следующих разделах данной главы.) На этом этапе необходимо провести анализ правильности алгоритма, что очень непросто и трудоемко. Наиболее распространенная процедура доказательства правильности алгоритма — это прогон его на множестве различных тестов. Однако, это не гарантирует того. что не может существовать случая, в котором программа «не сработает». В общей методике доказательства правильности алгоритма предполагают, что алгоритм описан в виде последовательности шагов. Для каждого шага предлагается некое обоснование его правильности для всех подходящих входных (условиях до данного шага) и выходных данных (условиях после этого шага). Затем предлагается доказательство конечности алгоритма с окончательными исходными входными и выходными данными.

На этапе реализации алгоритма происходит конструирование и реализация алгоритма, включая:

• кодирование;

• интеграцию;

• тестирование (сертификацию).

По сути, проводится перевод проекта в форму программы для конкретного компьютера, сборка системы и ее прогон при тестовых и нормальных условиях для подтверждения ее работы в соответствии со спецификациями системы. Этот этап зависит от того, какой язык программирования выбран, на каком компьютере алгоритм будет реализован. С этим связаны выбор типов данных, вводимых структур данных, связь с окружающей средой и т. п. Важно осознавать интерактивность, вид транслятора (компилятор или интерпретатор), наличие библиотек подпрограмм, модулей и объектов.

Анализ алгоритма и его сложности необходим для оценки ресурсов компьютеров, на которых он будет работать, времени обработки конкретных данных, приспособления в работе в локальных сетях и телекоммуникациях. Хотелось бы также иметь для данной задачи количественный критерий для сравнения нескольких алгоритмов с целью выбора более простого и эффективного среди них.

Перед началом эксплуатации программы необходим этап ее отладки и тестирования.

Тестирование — это процесс исполнения программ с целью выявления (обнаружения) ошибок. Тестирование - процесс деструктивный, поэтому считается, чти тест удачный, если обнаружена ошибка. Хорошим считается тест, который имеет большую вероятность обнаружения еще не выявленной ошибки. Удачным считается тест, который обнаруживает еще не выявленную ошибку.

Существуют различные способы тестирования программ.

Тестирование программы как «черного ящика» (стратегия «черного ящика» определяет тестирование с анализом входных данных и результатов работы программы). Критерием исчерпывающего входного тестирования является использование всех возможных наборов входных данных.

Тестирование программы как «белого ящика» заключается в стратегии управления логикой программы, позволяет использовать ее внутреннюю структуру. Критерием выступает исчерпывающее тестирование всех маршрутов и управляющих структур программы.

Разумная и реальная стратегия тестирования - сочетание моделей «черного» и «белого ящиков».

Принципы тестирования:

• описание предполагаемых значении выходных данных или результатов должно быть необходимой частью тестового набора;

• тесты для неправильных и непредусмотренных входных данных следует разрабатывать так же тщательно, как для правильных и предусмотренных;

• необходимо проверять не только делает ли программа то, для чего она предназначена, но и не делает ли она то, что не должна делать;

• нельзя планировать тестирование в предположении, что ошибки не будут обнаружены;

• вероятность наличия необнаруженных ошибок в части программы пропорциональна числу ошибок, уже обнаруженных в этой части;

• тестирование - процесс творческий.

При разработке программ очень полезным бывает метод «ручного тестирования» без компьютера на основе инспекции и сквозного просмотра (тестирование «всухую»).

Инспекция и сквозной просмотр — это набор процедур и приемов обнаружения ошибок при чтении текста.

Основные типы ошибок, встречающихся при программировании:

• обращения к переменным, значения которым не присвоены или не инициализированы;

• выход индексов за границы массивов;

• несоответствие типов или атрибутов переменных величин;

• явные или неявные проблемы адресации памяти;

• ошибочные передачи управления;

• логические ошибки.

При проектировании процедуры тестирования предусматривают серии тестов, имеющих наивысшую вероятность обнаружения большинства ошибок. Для целей исчерпывающего тестирования создают эквивалентные разбиения входных параметров. причем предусматривают два класса: правильные входные данные и неправильные (ошибочные входные значения). Для каждого класса эквивалентности строят свой тест. Классом эквивалентности тестов можно назвать такое множество тестов, что выполнение алгоритма на одном из них гарантирует аналогичный результат прогона для других.

Особое внимание необходимо уделять тестам на граничных условиях. Граничные условия — это ситуации, возникающие непосредственно на, выше или ниже границ входных и выходных классов эквивалентности (т.е. вблизи границ эквивалентных разбиений). В частности, примерами классов эквивалентных тестов для алгоритма решения квадратного уравнения могут служить следующие классы: множество действительных, отличных от нуля, чисел а, b, с, таких, что b∙b - 4∙а∙с < 0; множество чисел а = 0, b и с не равны нулю; b = 0, а и с не равны нулю, и т.п.

Сам процесс тестирования может быть пошаговым и/или монолитным. В том и в другом случае используют стратегии нисходящего тестирования, - начиная с верхнего, головного модуля, и затем подключая последовательно другие модули (аппарат заглушек), и восходящего тестирования, начиная с тестирования отдельных модулей.

В процессе отладки программы используют метод грубой силы - использование выводов промежуточных данных по всей программе (трассировка) или использование автоматических средств. Например, в Турбо-Паскале имеется в наличии мощный аппарат автоматической отладки программ (режим DEBUG).

Есть золотое правило программистов - оформляй свои программы в том виде, в каком бы ты хотел видеть программы, написанные другими. К каждому конечному программному продукту необходимо документированное сопровождение в виде помощи (help), файлового текста (readme.txt).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе была рассмотрена общая информация касательно программирования и его истории, основы проектирования программного обеспечения и этапы создания программного обеспечения.

Чтобы достичь успеха в любом деле, нужно планировать каждое свое действие. Аналогично происходит и в программировании. Для того чтобы получить желаемый результат и не потерять вложенные средства, при реализации нового проекта необходимо тщательно проработать и спрогнозировать развитие событий на всех его этапах.

Разработка программных средств – одна из основных задач сегодняшнего времени, сейчас технологии постоянно усовершенствуются, а с ними должны развиваться и программные средства, и технологии их разработки. И прогресс очевиден: еще несколько десятков лет назад компьютер был лишь неким нереальным и придуманным образом в произведениях фантастов, а сейчас – он – неотъемлемая часть жизни современного человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Зелковец М., Шоу А., Гэннон Дж.. Принципы разработки программного обеспечения. - М.: Мир, 1982. - 368 с.
Информатика. Базовый курс, 2-е издание /Под ред. С. В. Симоновича.- СПб. :Питер, 2005. - 640 с.
Информатика в экономике: Учеб.пособие/Под ред. Проф. Б.Е. Одинцова, проф. А.Н. Романова. - М.:Вузовский учебник, 2008. - 478с.
Соболь Б.В. и др. Информатика: учебник - Ростов Н/Д: Феникс,2007.-446 с.
Майерс. Г. Надежность программного обеспечения. - М.: Мир, 1980. – 360 с.
Практикум по экономической информатике: Учеб. Пособие.Ч.3/ Под ред. П.П. Мельникова.-М.:Финансы и статистика; Перспектива, 2002. – 160 с.
Экономическая информатика: Учебник / Под ред. В.П. Косарева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 2004. - 592 с.
Проектирование программного обеспечения // Википедия. [2017—2017]. Дата обновления: 11.09.2017.
1. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=87573714 (дата обращения: 11.09.2017).
Программирование // Википедия. [2018—2018]. Дата обновления: 09.07.2018.
1. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=93842287 (дата обращения: 09.07.2018).
Норенков И.П. Системы автоматизированного пректирования: Учебное пособие для ВТУЗов: в 9 кн/Кн. 3: Федорук В.Г. Черненький В.М. Информационное и пограмное обеспечение. - М.: Высшая школа, 1986.-159 с.
Технология разработки программных средств: Методические указания / Э.И.Воробьёв, О.Ю.Макаров, А.В.Антиликаторов; Воронеж. гос.тех. ун-т.- Воронеж, 1997.- 24 с.
Курсовое проектирование. Организация, порядок проведения, оформление расчётно-пояснительной записки и графической части: Стандарт предприятия / Г.Д. Дель; Воронеж. гос. тех. ун-т. - Воронеж, 1998.- 48 с.