Проблемы разработки сложных программных систем

Большинство современных программных систем объективно очень сложны. Эта сложность обусловлена многими причинами, главная из которых логическая сложность решаемых ими задач. Пока вычислительных машин было мало, их возможности были ограничены. ЭВМ применялись в узких областях науки и техники и основном там, где решаемые задачи были хорошо детерминированы и требовали больших вычислений. В настоящее время, когда созданы мощные компьютерные сети, появилась возможность переложить на них решение сложных ресурсоёмких задач. В процесс компьютеризации вовлекаются новые предметные области и усложняются постановки задач для уже освоенных областей.

Дополнительные факторы, увеличивающие сложность разработки программных систем:

1). Сложность форматного определения требований к программным системам.

2). Отсутствие удовлетворительных средств описания поведения дискретных систем с большим числом состояний при недетерминированной последовательности входных воздействий.

3). Коллективная разработка.

4). Необходимость увеличения степени повторяемости кодов.

Сложность определения требований обуславливается двумя факторами:

1). При определении требований необходимо учитывать большое количество различных факторов.

2) Разработчики программных систем не являются специалистами в автоматизируемых предметных областях и наоборот.

Вместе взятые эти факторы существенно увеличивают сложность процесса разработки. Очевидно, что они все напрямую связаны со сложностью объекта разработки программной системы.

Блочно-иерархический подход к созданию сложных систем

Большинство сложных систем в природе и технике имеет иерархическую внутреннюю структуру. Это связано с тем, что связи элементов сложных систем различны по типу и по силе, что позволяет рассматривать системы как совокупность взаимозависимых подсистем. Внутренние связи элементов таких подсистем сильнее, чем связи между подсистемами. Используя то же различие связей, каждую подсистему можно разделить на подсистемы и т.д. до самого нижнего «элементарного» уровня (выбор уровня, компоненты которого следует считать элементарными, остается за исследователем). На элементарном уровне система состоим из немногих типов подсистем, по-разному скомбинированных и организованных. Иерархии такого типа получили название «целое – часть».

Поведение системы в целом сложнее поведения отдельных частей, из-за более сильных внутренних связей особенности системы в основном обусловлены отношениями между ее частями, а не частями как таковыми.

В природе существует и иерархия «простое – сложное» или иерархия развития (усложнения) систем в процессе эволюции. Здесь любая функционирующая система является результатом развития более простой системы (данный вид иерархии реализуется механизмом наследования ООП).

Программные системы – отражение природных и технических систем – обычно являются иерархическими, т.е. обладают описанными выше свойствами. На этих свойствах иерархических систем строится блочно-иерархический подход к их исследованию или созданию. Этот подход предполагает сначала создавать части таких объектов (блоки, модули), а затем собирать из них сам объект.

Процесс разбиения сложного объекта на сравнительно независимые части называется декомпозицией. При декомпозиции учитывают, что связи между отдельными частями должны быть слабее, чем связи элементов внутри частей. Чтобы из полученных частей можно было собрать разрабатываемый объект, в процессе декомпозиции необходимо определить все виды связей частей между собой.

При создании сложных объектов процесс декомпозиции выполняется многократно: каждый блок декомпозируют на части, пока не получают блоки, которые сравнительно легко разработать. Такой метод разработки получил название пошаговой детализации.

В процессе декомпозиции стараются выделить аналогичные блоки, которые можно было бы разрабатывать на общей основе. Таким образом обеспечивают увеличение степени повторяемости кодов и, соответственно, снижение стоимости разработки.

Результат декомпозиции обычно представляют в виде схемы иерархии, на нижнем уровне которой располагают сравнительно простые блоки, а на верхнем – объект, подлежащий разработке. На каждом иерархическом уровне описания блоков выполняют с определенной точностью детализации, абстрагируясь от несущественных деталей. Следовательно, для каждого уровня используют свои формы документации и свои модели, отражающие сущность процессов, выполняемых каждым блоком. Для объекта в целом формулируют лишь самые общие требования, а блоки нижнего уровня олжны быть специфицированы так, чтобы из них можно было собрать работающий объект. Чем больше блок, тем более абстрактным должно быть его описание.

При соблюдении этого принципа разработчик сохраняет возможность осмысления проекта и может принимать наиболее правильные решения на каждом этапе, что называют локальной оптимизацией.

Итак, в основе блочно – иерархического подхода лежат декомпозиция и иерархическое упорядочение. Важную роль играют принципы:

- непротиворечивость – контроль согласованности элементов между собой;

- полнота – контроль на присутствие лишних элементов;

- формализация – строгость методического подхода;

- повторяемость – необходимость выделения одинаковых блоков для удешевления и ускорения разработки;

- локальная оптимизация – оптимизация в пределах уровня иерархии.

Совокупность языков моделей, постановок задач, методов описаний некоторого иерархического уровня называют уровнем проектирования.

Каждый объект в процессе проектирования приходится рассматривать с нескольких сторон. Различные взгляды на объект проектирования называют аспектами проектирования.