Программный процесс и модель программного процесса. Методы программной инженерии. Что такое CASE системы?

Одним из основных понятий программной инженерии является понятие жизненного цикла программного продукта и программного процесса.
Жизненный цикл – непрерывный процесс, начинающийся с момента принятия решения о создании ПО и заканчивающийся снятием его с эксплуатации. Жизненный цикл разбивается на отдельные процессы.
Процесс – совокупность действий и задач, имеющих целью достижение значимого результата. Основными процессами (иногда называют этапами или фазами) жизненного цикла являются:
Разработка спецификации требований (результат – описания требований к программе, которые обязательны для выполнения – описание того, что программа должна делать)
Разработка проекта программы (результат – описание того, как программа будет работать)
Кодирование (результат – исходный код и файлы конфигурации)
Тестирование программы (результат - контроль соответствия программы требованиям).
Документирование (результат – документация к программе).
Кроме основных, существует много дополнительных и вспомогательных процессов, связанных не созданием продукта, а с организацией работ (нефункциональные процессы): создание инфраструктуры, управление конфигурацией, управление качеством, обучение, разрешение противоречий.
Процесс должен быть установлен. Полное установление процесса предполагает:
Описание процесса – детальное описание действий и операций процесса

Обучение процессу – проведение занятий с персоналом по освоению процесса
Введение метрик – установление количественных показателей хода выполнения

Контроль выполнения – измерение метрических показателей и оценка хода выполнения

Усовершенствование – изменение процесса при меняющихся условиях применения

Применение полных (тяжелых) процессов требует дополнительных ресурсов (зачастую существенных) и далеко не всегда окупается полученным результатом. Поэтому, выбор состава процессов, степени их установленности (полноты установленности) в каждом конкретном случае может быть сделан по-разному в соответствии с выбранной моделью процесса.
Модель программного процесса?

Модель программного процесса — это упрощенное описание программного процесса, представленное с некоторой точки зрения. Модель задается в виде практических этапов, необходимых для создания ПО. В модели мы говорим, что и как мы будем делать. Т.е. какие процессы, с какой степенью конкретизации и в какой последовательности мы будем выполнять. Выбор модели процесса является первым шагом в создании ПО. Правильны выбор модели очень важен, т.к. во многом определяет успех проекта. Выбор тяжелых процессов может утопить проект, а слишком легкое отношение к процессам – к потере контроля над ходом выполнения.
В соответствии с двумя типами процессов – основных и дополнительных - можно говорить о двух типах моделей процесса: модели процесса разработки (модели жизненного цикла) и модели организации работ по выполнению разработки.

К первым типам моделей (модели жизненного цикла) относятся модели, в которых описывается порядок выполнения действий по созданию продукта. К наиболее известным моделям относятся:
Водопадная (каскадная) модель – процесс разбивается но последовательное выполнение стадий; каждая стадия начинается после полного завершения предыдущей, продукт создается завершением последней стадии и должен полностью соответствовать изначально установленным требованиям.
Спиральная (циклическая) модель – процесс также разбивается на стадии, но стадии выполняются циклическим повторением. На первом цикле создается прототип продукта, выполняющий часть требований. Дальнейшие циклы связаны с наращиванием прототипа до полного удовлетворения требований.

Компонентная модель предполагает сборку продукта из заранее написанных частей – компонент. Основной упор делается на интеграцию и совместное тестирование компонент.

Формальная модель основана на формальном описании требований с последующим преобразованием (трансляцией) требований в исходный код. Применение формальной модели гарантирует соответствие кода описанным требованиям.

Следует отметить, что различия между этими моделями существуют только в теории. На практике спиральная модель может быть дополнена элементами каскадной и компонентной. Задача программного инженера – подобрать правильную их комбинацию, ориентируясь только на конечный результат.
Ко второму типу моделей – моделей организации работ относятся:
Модель потока работ (workflow model) — показывает последовательность действий, выполняемых людьми на различных этапах разработки ПО. Для каждого действия указываются входы, выходы (результаты) и связи по входам и выходам.

Модель потоков данных (data flow model) — представляет процесс в виде последовательного преобразования данных. Каждое преобразование может выполняться одним или несколькими действиями.

Ролевая модель — показывает роли людей, участвующих в программном процессе, а также действия и результаты, за которые они отвечают.

Метод программной инженерии — это структурный подход к созданию ПО, который способствует производству высококачественного продукта эффективным в экономическом аспекте способом. В этом определении есть две основные составляющие: (а) создание высококачественного продукта и (б) экономически эффективным способом. Иными словами, метод – это то, что обеспечивает решение основной задачи программной инженерии: создание качественного продукта при заданных ресурсах времени, бюджета, оборудования, людей.
Начиная с 70-х годов создано достаточно много методов разработки ПО. Наиболее известны:
Метод структурного анализа и проектирования Том ДеМарко (1978),

Метод сущность-связь проектирования информационных систем Чен (1976)

Метод объектно-ориентированного анализа Буч (1994), Рамбо (1991).

Метод программной индустрии основан на идее создания моделей ПО с поэтапным преобразованием этих моделей в программу – окончательную модель решаемой задачи. Так, на этапе спецификаций создается модель – описание требований, которая далее преобразуется в модель проекта ПО, проект – в программный код. При этом важно, чтобы модели метода представлялись графически с помощью некоторого языка представления моделей.
Методы должны включать в себя следующие компоненты:
Описание моделей системы и нотация, используемая для описания этих моделей (например, объектные модели, конечно-автоматные модели и т.д.)

Правила и ограничения, которые надо выполнять при разработке моделей (например, каждай объект должен иметь одинаковое имя)

Рекомендации — эвристики, характеризующие хорошие приемы проектирования в данном методе (скажем, рекомендация о том, что ни у одного объекта не должно быть больше семи подобъектов)
Руководство по применению метода — описание последовательности работ (действий), которые надо выполнить для построения моделей (все атрибуты должны быть задокументированы до определения операций, связанных с этим объектом)

Нет идеальных методов, все они применимы только для тех или иных случаев. Нет абсолютных методов – применяемые на практике методы могут включать элементы различных подходов. Выбор метода составляет задачу специалиста по программной инженерии.
Модель прецедентов (требований)
Для каждого действия – прецедента дается его содержательное описание. Далее на основе этой модели путем поэтапного ее уточнения и преобразования будут строиться другие модели программы.
Модель классов
Каждый преподаватель работает на факультете, но при этом, каждый преподаватель может работать на нескольких факультетах и на каждом факультете могут работать несколько преподавателей.

Модель сущность-связь

Для каждой сущности представлены ее атрибуты. Выделены ключевые атрибуты, однозначно идентифицирующие экземпляры сущностей (у покупателя это код). Установлены связи между сущностями: Покупатель получает Накладную. Отмечены свойства связей: один покупатель может получать несколько накладных.

Далее эта модель преобразуется в реляционную модель базы данных для хранения информации о выделенных сущностях.

Нотации модели

Что такое CASE?
CASE - Computer Aided System Engineering - различного рода инструментальные программы, используемые для поддержки процесса создания программ
CASE средства могут быть классифицированы по нескольким признакам:
По уровню применения:
Upper CASE -средства анализа требований
Middle CASE - средства проектирования
Low CASE - cсредства разработки приложений
Специализированные

Средства проектирования баз данных
Средства реинжиниринга (восстановления) модели (формирование ERD на основе анализа схем БД или формирования диаграмм на основе анализа программных кодов)
Вспомогательные

Планирования и управления проектом
Конфигурационного управления
Тестирования
Интегрированные CASE охватывают все этапы и процессы создания ПО от анализа требований до тестирования и выпуска документации. Интегрированные CASE выступают, как правило, в виде набора согласованных по интерфейсу средств, предназначенных для поддержки отдельных этапов процесса.
В настоящее время существует очень много CASE средств и фирм, специализирующихся на их разработке (Rational). При выборе CASE средств следует руководствоваться основным принципом: сначала метод создания ПО, а потом – CASE средства, применимые для этого метода. Выбор наоборот чреват нехорошими последствиями.
Computer Aided System Engineering - использование компьютеров для поддержки процесса создания программ.
Это широкий спектр программ – инструментальных средств, применяемых на разных этапах разработки ПО: спецификации требований, проектирования, кодирования, тестирования, документирования