Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Современная практика и пути совершенствования методов проецтирования прикладного прогааммного обеспечения 14
1.1. Тенденции развития и особенности прикладного программного обеспечения в экономических приложениях 14
1.2. Анализ существующих систем проектирования программных средств АСУ 30
I.3. Основные пути совершенствования метоп -дов проектирования прикладного программного обеспечения ACT с использованием средств СУБД 48
ГЛАВА 2. Разработка методов автоматизированного проектирования пр0грамм на основе реля ционной модели данных 61
2.1. Построение реляционной модели базы данных проектирования программ 61
2.2. Операции исчисления отношений БД проекта программного обеспечения 76
2.3. Разработка алгоритмического обеспечения процесса проектирования прикладных про граммных средств АСУ 91
ГЛАВА 3 . Автоматизированное проектирование прикладного программного обеспечения асу на основе реляционных СУБД 113
3.1. Основные компоненты реляционной СУБД, используемые при проектировании программ в экономических приложееияхх... ИЗ
3.2. Разработка программных средств проектирования Б среде реляционной СУБД...
3.3. Автоматизированное проектирование программного обеспечения учетных задач на примере АСУ предприятиями Миндор строя УССР 141
3.4. Оценка эффективности методов автоматизированного проектирования программного обеспечения на основе СУБД 159
Заключение 172
Литература 176
Приложения 189
- Анализ существующих систем проектирования программных средств АСУ
- Операции исчисления отношений БД проекта программного обеспечения
- Разработка алгоритмического обеспечения процесса проектирования прикладных про граммных средств АСУ
- Автоматизированное проектирование программного обеспечения учетных задач на примере АСУ предприятиями Миндор строя УССР
Анализ существующих систем проектирования программных средств АСУ
Необходимость углубленного анализа технологии проектирования определяется ведущей ролью проектных: работ в снижении стоимости программного обеспечения и повышении производительности труда в программировании для экономических приложений. Техно -логия проектирования программ представляет собой сложную дис -циплину, включающую множество разделов: методы, принципы, по -казатели и т.д. В I.I было показано, что основная доля проектных работ по трудоемкости приходится на описание, обновление, доработку и совершенствование программных компонентов проекта на стадиях создания, отладки и сопровождения системы. Множество способов и приемов описания, обновления и совершенствования программ образует методы проектирования, которые составляют фундамент любой технологии проектирования и поэтому проектные методы будут являться основным объектом рассмотрения в анали -зируемых системах проектирования.
Оценка и обобщение основных тенденций развития программного обеспечения и особенностей программирования в рамках интенсивно развивающейся экономики дает ключ к анализу существующих систем проектирования АСУ. Учет особенностей программного обеспечения, свойственных экономическим приложениям, и полнота охвата методами проектирования всех стадий создания, отладки и сопровождения программных средств является основными критериями в определении качества систем проектирования. Ответ на них позволит выявить недостатки систем проектирования, которые ухудшают технико-экономические показатели программного обеспечения.
Проектирование,как и любоп вид интеллектуальной деятельности, представляет собой процесс преобразования информации. Б этой связи информационным аспектом представления методов про -ектирования в виде совокупности процессов создания и обновле -ния проектной информации, будет уделено основное внимание при рассмотрении систем проектирования. Такой подход даст возможность оценить уровень автоматизации существующих направлений в технологии проектирования.
При рассмотрении систем проектирования будем придерживаться следующей последовательности: сначала уделим внимание доказательному и верификационному подходам, которые знаменуют со -бой попытки математизации техники проектирования. Далее проанализируем основные методы нисходящего, модульного, восходящего и структурного проектирования программного обеспечения, представляющие собой начало технологического этапа развития проектных дисциплин, для которого характерно рассмотрение всего жизнен -него цикла программ, начиная с определения требований к проекту и заканчивая сопровождением программ; в период эксплуатации систем обработки данных. В заключении оценим существующие инструментальные системы проектирования, в которых реализуются возможности автоматизации: проектной деятельности в программировании, достигнутые в настоящее время.
Сущность верификационного подхода заключается в следующем: на вход системы верификации вводится проверяемая программа и текст сопровождающий ее проектной документации. В ходе работы системы верификации оба текста сопоставляются и на выходе пе -чатается перечень ошибочных операторов программной системы. Однако практическое использование метода верификации имеет значительную трудность - необходимо отлаживать не только програм -му, но и текст документации на нее, причем верификация текста документации ничуть не легче верификации самой программы.
При использовании доказательного подхода строится совокупность математических утверждений, опредеяяющих правильное (корректное) программное обеспечение. Далее доказывается правиль -ность проекта программной системы при- помощи правил математи -ческой логики. Практическое использование доказательного под -хода также сопряжено со значительными трудностями. Дело в том, что объем работ для доказательства свойств программы на поря -док больше, чем объем работы, затраченной на написание самой программы. Этот факт приобретает особую роль для больших про -ектов. Например, подтверждение правильности комплекса программ в 5 тысяч строк потребует 50 тысяч строк доказательства. По мнению автора ГіОз , текст такой длины с большей вероятностью содержит хотя бы несколько ошибок. При наличии хотя бы одной ошибки все доказательство становится неверным и приводит к ошибочному заключению о правильности программного обеспечения.
Анализ показывает, что доказательный и верификационный подходы затрагивают только один небольшой этап отладки - экспер 33 тизу соответствия программной системы проектным требованиям. использование доказательного и верификационного подходов на стадиях проектирования, изменения проекта при отладке и сопровождении затруднено в виду большой сложности математической постановки и решения проектных задач с учетом особенностей технологии программирования в экономических; приложениях.
Рассмотренные подходы обеспечивают правильность проекта программного обеспечения апостериорным путем, то есть программа рассматривается как уже сущестуующий объект и только потом исследуется на корректность. Такой принцып не обеспечивает в должной мере повышения производительности труда в программировании и снижения стоимости разработки программных средств. Наиболее перспективным направлением совершенствования технологии проектирования является поиск приемов построения заведомо правильных программ. Такой подход получил название конструктивного. Требование конструктивной правильности при разработке программ означает, что она правильна по построению и послеуующих доказательств не требуется. Анализ материалов рюследований по технологии проектирования показывает [70, НО, 108, 81, III, 62], что основную группу конструктивных методов составляют структурный, нисходящий, модульный и восходящий методы проек -тирования.
Операции исчисления отношений БД проекта программного обеспечения
Каждый отдельный метод проектирования позволяет реализовать только часть проектных работ по стадиям технологии, то же касается возможностей внесения изменений в программное обеспечение -каждый отдельный метод ограничен своим уровнем иерархии, проек -та. Таким образом, для наиболее полного охвата всех стадий технологии и возможности внесения всех видов изменений, отражающих специфику программирования в экономических; приложениях, необходимо комплексное сочетание методов исходящего, модульного, восходящего и структурного проектирования на основе единого информационного обеспечения.
В качестве основных критериев анализа будем использовать: пол -ноту и комплексность применяемых методов проектирования, полноту охвата стадий разработки, учет особенностей программирования в экономических, приложениях, уровень информационного обеспече -ния проектных работ.
Р - технология производства программ создана в институте кибернетики АН УОСР. Основным лингвистическим средством техно -логии является язык нагруженных, ориентированных графов. Организация проектирования в Р-технологии использует элементы нисхо -дящего метода.
Применение Р-технологии дает повышение производительности труда программистов и снижение стоимости разработки, однако полученные результаты несколько ниже ожидаемых. В течение эксплуатации Р-технологии проявился ряд проблем, связанных с качест -вом проектирования, техникой отладки программ, возможностями широкого освоения инструментального комплекса пользователями. В Р-технологии недостаточно проработаны вопросы описания спецификации для функциональных и вычислительных компонентов в эконо -мических приложениях, недостаточно средств для детализации, связи входных данных с выходными и с процессами их обработки. Не -которые особенности языкового обеспечения Р-технологии не удовлетворяют структурному подходу к проектированию.
Среди инструментальных, средств Р-технологии отсутствуют специально выделенные компоненты, обеспечивающие поддержку модульного, восходящего и структурного методов проектирования и их комплексное сочетание. Отсутствуют также средства создания и поддержания сложных, взаимосвязанных структур данных. Для организация и хранения проектной информации используются независимые файлы, не применяется единая БД для описания и обновления программного обеспечения. Р-технология не охватывает в полной мере стадии проектирования и сопровождения. Лингвистические средства нагруженных ориентированных графов представляют опре -деленные трудности для освоения различных категорий пользователей.
Технологический комплекс программиста (Т1Ш) представляет собой набор средств для выполнения в основном этапов программирования и отладки программного обеспечения, при этом разработ -чику представляется возможность использовать модульный и структурный методы выполнения работ. Стадии проектирования и сопро -вождения, а также нисходящий и восходящий методы остаются неохваченными средствами автоматизации. В рамках инструментальных средств ТКП сделана попытка создания и ведения единой БД проектирования. Однако, в качестве основного метода для хранения и поддержания компонентов программ используется библиотечный ме -тод доступа, вследствие чего ТКП реализует только обычные функции изменения символических библиотек, не обеспечивая обновле -ния взаимосвязанных элементов проекта и манипулирования со сложными структурами программ, ТКП не позволяет обновлять специфи -кации и функциональные требования к программному обеспечению, так как в библиотеках просто не содержится такой информации.
Одно из направлений автоматизации проектирования ЛОУ развивается в институте проблем управления в рамках научно-исследовательского проекта "Автоматизация разработки информационно-управляющих систем" (АРЕУС) [5, 17, 16, Iiv]. Развиваемый подход основан на архитектурной концепции проектирования АСУ, которая переносит внимание с алгоритмов и программ на информацию и ор
Разработка алгоритмического обеспечения процесса проектирования прикладных про граммных средств АСУ
При разработке методологической основы диссертации использованы произведения классиков марксизма-ленинизма. Программа КПСС, директивные материалы партии и правительства. Разработка исходной теоретической концепции и, в дальнейшем, рекомендаций по совершенствованию методов проектирования прикладного програм много обеспечения для экономических приложений основаны на результатах научных исследований по общей технологии программирования, автоматизации проектирования систем управления, теории управления и вопросам хозяйственного строительства. При иссле -дований проблем автоматизированного применения методов проектирования программных средств использовались принципы теории реляционных баз данных аппарата исчисления отношений реляцион -ной алгебры и теории алгоритмизации.
На защиту выносятся следующие основные положения: I. Технологической и инструментальной основой средств построения функциональных и обеспечивающих подсистем АСУ является комплекс основных методов проектирование прикладного программ -ного обеспечения. Для учета специфики программирования в экономиччских приложениях; необходимы автоматизированные средства комплексного сочетания основных методов нисходящего, модульного, восходящего и структурного проектирования на всех стадиях разработки и сопровождения программного обеспечения, а также наличие единой информационной базы проектных данных, позволяющей хранить и обновлять прикладные программы. 2. Одним из наиболее эффективных направлений совершенствования методов проектирования прикладного программного обеспе -чения в экономических приложениях; является применение средств реляционных СУБД для автоматизации проектных работ. Для использования реляционной СУБД в проектных целях необходимо решение следующих задач: построение базы данных (БД) программного обеспечения и определение технологии выполнения методоБ проекти -рования на основе средств манипулирования проектными данными. 3. Разработка методики построения реляционной модели БД программного обеспечения и методики формализации методов нис -ходящего, модульного, восходящего и структурного проектирования на основе операций исчисления отношений БД проекта. 4. Разработка алгоритмического и программного обеспечения методов автоматизированного проектирования на основе средств реляционных СУБД и аппробация их на примере АСУ предприятий Мин дорстроя УССР и ряда предприятий машиностроительных отраслей промышленности.
Научная новизна диссертационного исследования заключается Б том, что впервые разработаны основные положения методики применения средств реляционных-БД для автоматизации проектирова -ния прикладного программного обеспечения АСУ. Построена реляционная модель БД проектирования программных средств, дано теоретическое обоснование применимости операций исчисления отношений для загрузки и обновления проектной информации Б рамках основных методов проектирования. Разработано алгоритмическое обеспечение и комплекс программных средств, позволяющих автоматизировать выполнение методов нисходящего, модульного, восходящего и структурного орорктирования я счетом мртбований йи хомплексного сочетания на всех стадиях построения и сопровождения программных компонентов. Апробация программных средств проектирования выполнена на основе математического обеспече -ния 00 ЕС ЭВМ, алгоритмического языка PL/I и программных средств реляционной СУБД "Пальма".
Полученные в диссертации, результаты направлены на повышение эффективности проектных работ в программном обеспечении АСУ специально с учетом специфики экономических приложений. При этом, использование рекомендаций и предложений, обоснованных в работе, позволяет сократить сроки разработки прикладных про -граммных систем, затраты на проектирование, внедрение и экс -плуатацию подсистем информационного и программного обеспече -ния АСУ. Рекомендации по организации информационной базы проектирования обеспечивают построение автоматизированных средств проектирования программ на основе реально функционирующей реляционной СУБД. Предложенные методы автоматизированного про -ектирования и разработанные программные средства для их поддержки имеют приложение при определении структуры прикладных; программных средств АСУ, выполнении работ по программтрованию, совершенствованию и обновлению обеспечивающих: подсистем АСУ в период сопровождения. Обоснованная концепция автоматизирован -ного проектирования отвечает современным подходам совершенст -Бования технологии программирования и организации автоматизи рованных банков данных.
Основные результаты исследования и рекомендации внедрены при непосредственном участии автора в ходе проектирования подсистем программного обеспечения АСУ предприятий дорожного строительства на ГИВЦ Миндорстроя УССР. Ряд положений использован при разработке Общесистемного математического обеспечения ОСЕС ЭВМ и справочника терминов и толкового словаря по технологии и организации программирования прикладных" задач в АСУ различного назначения и ВЦ (задаииеГКНТ СССР, исполнитель ИК АН УССР). Проведенные исследования нашли свое отражение в докладах и сообщениях, сделанных на Республиканских и отраслевых конферен -циях и семинарах за период I980-I984 гг.
Автоматизированное проектирование программного обеспечения учетных задач на примере АСУ предприятиями Миндор строя УССР
В настоящее время обработка информации на ЭМ немыслима без мощного программного обеспечения и соответствующих систем проектирования, программирования и сопровождения программных средств. По данным публикации Гб2, с. ЗІ проектирование алгоритмов и программ обработки информации в значительной степени определяет стоимость (50-6С$) и длительность разработки АСУ, а главное - эффективность решения основных целевых задач АСУ. При этом, по мнению автора [116I , имеется тенденция к увеличению удельного веса стоимости прикладного программного обеспечения в новых разработках, и ожидается, что к 1985 году стоимость комплексов программ достигнет 75-802з Б общем объеме расходов на вычислительные средства.
Повышение удельного веса программного обеспечения в стоимо -сти вычислительных систем обусловливается, во-первых, резким количественным ростом объема программ, закладываемых в современные системы, а, во-вторых, относительно низкими темпами роста производительности труда программистов. Так, в США с 1958 по 1978 гг годовой объем производства программ вырос в 17 раз, а производительность труда программистов - лишь в два раза [21 . Измене -ние соотношения расходов между программным обеспечением и аппа -ратными средствами вычислительной техники в пользу первого сви -детельствует о значительном возрастании потребностей в программировании для нужд АСУ. Для удовлетворения таких потребностей необходимо всемерное совершенствование технологии программирования, внедрение новых форм и методов проектирования программ, обеспечивающих снижение себестоимости программирования, повы -шение производительности труда при разработке АСУ.
Традиционными направлениеми совершенствования программного обеспечения в экономических приложениях были в последние годы автоматизация программирования и отладки программ. Однако сейчас узким местом стало сопровождение программных систем, то есть модификация и полная переделка в процессе эксплуатации. Так, по данным исследования ГіІ5] доля затрат на доработку и совершенствовавние уже разработанных программ намного превышают стоимость первоначальной разработки программного обеспече -ния. Анализ данного исследования дает возможность наглядно представить затраты на программирование по стадиям разработки ( рис. I).выработка Kонцепций 20% программное- Рис. I. Соотношение затрат ресурсов на различные стадии программного обеспечения
Б целом сопровождение программных средств АСУ составляет большую часть в издержках их разработки и может достигать 8(#, а период сопровождения достигает несколько лет. На основании оценок приведенных в публикации [lI5j получается, что органи -зация-разработчик в течение срока эксплуатации несет расходы по сопровождению программ, равные 20($ стоимости их первоначаль -ной разработки. Если организация сама разрабатывает средства программного обеспечения для собственных нужд, то затраты на их сопровождение составляют 30-4($ бюджета вычислительного центра, а общая стоимость программ - 350-450 уровня первоначальной цены. В противном случае, издержки сопровождения еще выше. При этом, по мнению экспертв, средний срок эксплуатации пакета программ составляет около пяти лет. Далее его сопровождение нецелесообразно, и для организации становится выгоднее разра -батывать новый вариант.
Обобщенный анализ публикаций [ііб, 21, 115І показывает,что на сопровождение тратится до 70 програмистских ресурсов,стоимость сопровождения оказывается в 3-5 раз выше стоимости пер -Боначальной разработки, а средний срок жизни прикладной прог -раммы не превышает ІИ месяцев. В такой ситуации разработчики пытаются производить стандартные программные средства, то есть одинаково пригодные для многих пользователей, однако доля таких средств пока еще не велика. Большая часть прикладного программного обеспечения АСУ приходится на специально разрабо -тайное и считается, что выпуск таких программ растет опережающими темпами по сравнению со стандартными. Оценка данных по указанным публикациям свидетельству!, что стандартные программные средства соглашаются приобрести не более 10 организаций и учреждений, на которые они рассчитаны.
Значительное возрастание роли программного обеспечения характерно йменню для экономических приложений. В настоящее время накоплен большой опыт в разработке сложных программных систем различного назначения - не только АСУ, но и систем автоматизации проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РАПИРА) и проектирования программного обеспечения для специализированных ЭВМ и микропроцессоров (ЯУЗА, ТЕМП) Гб l]. Обобщение технике -экономических показателей по этим проектам дает наглядное представление об особенностях программирования в экономической сфере (АСУ) - наиболее низкой производительности труда и высоком уровне стоимости программного обеспечения (рис. 2).
В рамках исследований, выполняемых по диссертационной работе, анализировались проекты программного обеспечения АСУ пред -приятиями Миндорстроя УССР. На примере Киевского облдорстроя был собран и обобщен обширный материал по технологии программирования в экономических приложениях для подсистем учета труда и заработной платы дорог и дорожных сооружений, матеркально-тех -нических ресурсов. Достигнутый уровень производитеЛБНОСти труда в программировании для этих проектов составляет примерно 1,8 команд в чел/день, а стоимость проектирования - не ниже 12 руб. на одну команду.
