1. Назначение внешнего описания программного средства и его роль в обеспечении качества программного средства. Разработчикам больших программных средств приходится решать весьма специфические и трудные проблемы, особенно, если это ПС должно представлять собой программную сис-тему нового типа, в плохо компьютеризированной предметной области. Разработка ПС на-чинается с процесса формулирования требований к ПС, в котором, исходя из довольно смутных пожеланий заказчика, должен быть создан документ, достаточно точно определяющий задачи разработчиков ПС. Этот документ мы называем внешним описанием ПС. Очень часто требования к ПС путают с требованиями к процессам его разработки (технологическим процессам). Последние не следует включать во внешнее описание, если только они не связаны с оценкой качества ПС. В случае необходимости требования к технологическим процессам можно оформить в виде самостоятельного документа, который будет использоваться при управлении разработкой ПС. Внешнее описание ПС играет роль точной постановки задачи, решение которой должно обеспечить разрабатываемое ПС. Более того, оно должно содержать всю информацию, кото-рую необходимо знать пользователю для применения ПС. Оно является исходным докумен-том для трех параллельно протекающих процессов: • разработки текстов (конструирования и кодирования) программ, входящих в ПС, • разработки документации по применению ПС и • разработки существенной части комплекта тестов для тестирования ПС. Ошибки и неточности во внешнем описании, в конечном счете, трансформируются в ошибки самой ПС и обходятся особенно дорого, во-первых, потому, что они делаются на са-мом раннем этапе разработки ПС, и, во-вторых, потому, что они распространяются на три па-раллельных процесса. Это требует принятия особенно серьезных мер по их предупреждению. Исходным документом для разработки внешнего описания ПС является определение тре-бований к ПС. Но так как через этот документ передается от заказчика (пользователя) к разра-ботчику основная информация относительно требуемого ПС, то формирование этого доку-мента представляет собой довольно длительный и трудный итерационный процесс взаимодействия между заказчиком и разработчиком, с которого и начинается этап разработки требований к ПС. Трудности, возникающие в этом процессе, связаны с тем, что: • пользователи часто плохо представляют, что им на самом деле нужно • использование компьютера в "узких" местах деятельности пользователей может на самом деле потребовать принципиального изменения всей технологии этой деятель-ности (о чем пользователи, как правило, и не догадываются) • проблемы, которые необходимо отразить в определении требований, могут не иметь определенной формулировки, что приводит к постепенному изменению понимания разработчиками этих проблем. В связи с этим определению требований часто предшествует процесс системного анализа, в котором выясняется: • насколько целесообразно и реализуемо "заказываемое" ПС, • как повлияет такое ПС на деятельность пользователей и • какими особенностями оно должно обладать. Иногда бывает полезным разработка упрощенной версии требуемого ПС, называемую про-тотипом ПС. Анализ "пробного" применения прототипа позволяет выявить действительные потребности пользователей и существенно уточнить требования к ПС. В определении внешнего описания легко бросаются в глаза две самостоятельные его части: • Описание поведения ПС определяет функции, которые должна выполнять ПС, и потому его называют функциональной спецификацией ПС. Функциональная спе-цификация определяет допустимые фрагменты программ, реализующих декларированные функции. • Требования к качеству ПС должны быть сформулированы так, чтобы разработчику были ясны цели, которые он должен стремиться достигнуть при разработке этого ПС. Эту часть внешнего описания будем называть спецификацией качества ПС (в литературе ее часто называют нефункциональной спецификацией, но она, как прави-ло, включает и требования к технологическим процессам). Она, в отличие от функ-циональной спецификации, представляется в неформализованном виде и играет роль тех ориентиров, которые в значительной степени определяют выбор подходящих альтернатив при реализации функций ПС, а также определяет стиль всех документов и программ требуемого ПС. Тем самым, спецификация качества играет решающую роль в обеспечении требуемого качества ПС. Обычно разработка спецификации качества предшествует разработке функциональной спецификации ПС, так как некоторые требования к качеству ПС могут предопределять включение в функциональную спецификацию специальных функций, например, функции защиты от несанкционированного доступа к некоторым объектам информационной среды. Таким образом, структуру внешнего описания ПС можно выразить формулой:
Внешнее описание ПС = определение требований + спецификация качества ПС + функ-циональная спецификация ПС
Внешнее описание определяет, что должно делать ПС и какими внешними свойствами оно должно обладать. Оно не отвечает на вопросы, как обеспечить требуемые внешние свойства ПС и как это ПС должно быть устроено. Внешнее описание должно достаточно точно и пол-но определять задачи, которые должны решить разработчики требуемого ПС. В то же время оно должно быть понято представителем пользователя на его основании заказчиком доста-точно часто принимается окончательное решение на заключение договора на разработку ПС. Внешнее описание играет большую роль в обеспечении требуемого качества ПС, так как спецификация качества ставит для разработчиков ПС конкретные ориентиры, управляющие выбором приемлемых решений при реализации специфицированных функций.
4.2. Определение требований к программному средству. Определение требований к ПС являются исходным документом разработки ПС заданием, отражающим в абстрактной форме потребности пользователя. Они в общих чертах определя-ют замысел ПС, характеризуют условия его использования. Неправильное понимание по-требностей пользователя трансформируются в ошибки внешнего описания. Поэтому разра-ботка ПС начинается с создания документа, достаточно полно характеризующего потребно-сти пользователя и позволяющего разработчику адекватно воспринимать эти потребности. Определение требований представляет собой смесь фрагментов на естественном языке, различных таблиц и диаграмм. Такая смесь, должна быть понятной пользователю, не ориен-тирующемуся в специальных программистских понятиях. Обычно в определении требований не содержится формализованных фрагментов, кроме случаев достаточно для этого подготов-ленных пользователей (например, математически) формализация этих требований составля-ет содержание дальнейшей работы коллектива разработчиков. Неправильное понимание требований заказчиком, пользователями и разработчиками связа-но обычно с различными взглядами на роль требуемого ПС в среде его использования. Поэто-му важной задачей при создании определения требований является установление контекста использования ПС, включающего связи между этим ПС, аппаратурой и людьми. Лучше всего этот контекст в определении требований представить в графической форме (в виде диаграмм) с добавлением описаний сущностей используемых объектов (блоков ПС, компонент аппаратуры, персонала и т.п.) и характеристики связей между ними. Известны три способа разработки определения требований к ПС: • управляемая пользователем разработка, • контролируемая пользователем разработка, • независимая от пользователя разработка. В управляемой пользователем разработке определения требований к ПС определяются за-казчиком, представляющим организацию пользователей. Это происходит обычно в тех случаях, когда организация пользователей (заказчик) заключает договор на разработку требуемого ПС с коллективом разработчиков и требования к ПС являются частью этого договора. Роль разработчика ПС в создании этих требований сводится, в основном, в выяснении того, насколько понятны ему эти требования с соответствующей критикой рассматриваемого документа. Это может приводить к созданию нескольких редакций этого документа в процессе заключения указанного договора. В контролируемой пользователем разработке требования к ПС формулируются разработ-чиком при участии представителя пользователей. Роль пользователя в этом случае сводится к информированию разработчика о своих потребностях в ПС, а также к контролю того, чтобы формулируемые требования действительно выражали его потребности в ПС. Разработанные требования, как правило, утверждаются представителем пользователя. В независимой от пользователя разработке требования к ПС определяются без какого-либо участия пользователя (на полную ответственность разработчика). Это происходит обычно то-гда, когда разработчик решает создать ПС широкого применения в расчете на то, разрабо-танное им ПС найдет спрос на рынке программных средств. С точки зрения обеспечения надежности ПС наиболее предпочтительным является контро-лируемая пользователем разработка.
4.3. Спецификация качества программного средства. Разработка спецификации качества сводится, по существу, к построению своеобразной мо-дели качества требуемого ПС. В этой модели должен быть перечень всех тех достаточно эле-ментарных свойств, которые необходимо обеспечить в требуемом ПС и которые в совокупно-сти образуют приемлемое для пользователя качество ПС. При этом каждое из этих свойств должно быть в достаточной степени конкретизировано с учетом определения требований к ПС и возможности оценки его наличия у разработанного ПС или необходимой степени обладания им этим ПС. Для конкретизации качества ПС по каждому из критериев используется стандартизован-ный набор достаточно простых свойств ПС, однозначно интерпретируемых разработчиками. Такие свойства мы будем называть примитивами качества ПС. Некоторые из примитивов могут использоваться по нескольким критериям. Ниже приводится зависимость критериев качества от примитивов качества ПС. Функциональность: завершенность. Надежность: завершенность, точность, автономность, устойчивость, защищенность. Легкость применения: П-документированность, информативность (только применительно к документации по применению), коммуникабельность, устойчивость, защищенность. Эффективность: временнáя эффективность, эффективность по ресурсам (по памяти), эф-фективность по устройствам. Сопровождаемость. С данным критерием связано много различных примитивов качества. Однако их можно распределить по двум группам, выделив два подкритерия качества: изучае-мость и модифицируемость. Изучаемость это характеристики ПС, которые позволяют ми-нимизировать усилия по изучению и пониманию программ и документации ПС. Модифици-руемость это характеристики ПС, которые позволяют автоматически настраивать на усло-вия применения ПС или упрощают внесение в него вручную необходимых изменений и доработок. Изучаемость: С-документированность, информативность (здесь применительно к докумен-тации по сопровождению), понятность, структурированность, удобочитаемость. Модифицируемость: расширяемость, модифицируемость (в узком смысле, как примитив качества), структурированность, модульность. Мобильность: независимость от устройств, автономность, структурированность, модуль-ность. Ниже даются определения используемых примитивов качества ПС. Завершенность (completeness) свойство, характеризующее степень обладания ПС всеми необходимыми частями и чертами, требующимися для выполнения своих явных и неявных функций. Точность (accuracy) мера, характеризующая приемлемость величины погрешности в вы-даваемых программами ПС результатах с точки зрения предполагаемого их использования. Автономность (self-containedness) свойство, характеризующее способность ПС выпол-нять предписанные функции без помощи или поддержки других компонент программного обеспечения. Устойчивость (robustness) свойство, характеризующее способность ПС продолжать кор-ректное функционирование, несмотря на задание неправильных (ошибочных) входных дан-ных. Защищенность (defensiveness) свойство, характеризующее способность ПС противостоять преднамеренным или нечаянным деструктивным (разрушающим) действиям пользователя. П-документированность (u. documentation) свойство, характеризующее наличие, полно-ту, понятность, доступность и наглядность учебной, инструктивной и справочной документа-ции, необходимой для применения ПС. Информативность (accountability) свойство, характеризующее наличие в составе ПС ин-формации, необходимой и достаточной для понимания назначения ПС, принятых предполо-жений, существующих ограничений, входных данных и результатов работы отдельных ком-понент, а также текущего состояния программ в процессе их функционирования. Коммуникабельность (communicativeness) свойство, характеризующее степень, в которой ПС облегчает задание или описание входных данных, и способность выдавать полезные све-дения в достаточно простой форме и с простым для понимания содержанием. Временнáя эффективность (time efficiency) мера, характеризующая способность ПС вы-полнять возложенные на него функции в течение определенного отрезка времени. Эффективность по ресурсам (resource efficiency) мера, характеризующая способность ПС выполнять возложенные на него функции при определенных ограничениях на используемые ресурсы (используемую память). Эффективность по устройствам (device efficiency) мера, характеризующая экономич-ность использования устройств машины для решения поставленной задачи. С-документировапнность (documentation) свойство, характеризующее с точки зрения на-личия документации, отражающей требования к ПС и результаты различных этапов разработ-ки данного ПС, включающие возможности, ограничения и другие черты ПС, а также их обос-нование. Понятность (understandability) свойство, характеризующее степень, в которой ПС позво-ляет изучающему его лицу понять его назначение, сделанные допущения и ограничения, входные данные и результаты работы его программ, тексты этих программ и состояние их реализации. Этот примитив качества синтезирован из таких примитивов ИСО, как согласо-ванность, самодокументированность, четкость и, собственно, понятность (текстов программ). Структурированность (structuredness) свойство, характеризующее программы ПС с точ-ки зрения организации взаимосвязанных их частей в единое целое определенным образом (например, в соответствии с принципами структурного программирования). Удобочитаемость (readability) свойство, характеризующее легкость восприятия текста программ ПС (отступы, фрагментация, форматированность). Расширяемость (augmentability) свойство, характеризующее способность ПС к использо-ванию большего объема памяти для хранения данных или расширению функциональных воз-можностей отдельных компонент. Модифицируемость (modifiability) мера, характеризующая ПС с точки зрения простоты внесения необходимых изменений и доработок на всех этапах и стадиях жизненного цикла ПС. Модульность (modularity) свойство, характеризующее ПС с точки зрения организации его программ из таких дискретных компонент, что изменение одной из них оказывает минималь-ное воздействие на другие компоненты. Независимость от устройств (device independence) свойство, характеризующее способ-ность ПС работать на разнообразном аппаратном обеспечении (различных типах, марках, мо-делях компьютеров).
4.4. Функциональная спецификация программного средства. С учетом назначения функциональной спецификации ПС и тяжелых последствий неточно-стей и ошибок в этом документе, функциональная спецификация должна быть математически точной. Это не означает, что она должна быть формализована настолько, что по ней можно было бы автоматически генерировать программы, решающие поставленную задачу. А означа-ет лишь, что она должна базироваться на понятиях, построенных как математические объек-ты, и утверждениях, однозначно понимаемых разработчиками ПС. Достаточно часто функ-циональная спецификация формулируется на естественном языке. Тем не менее, использова-ние математических методов и формализованных языков при разработке функциональной спецификации весьма желательно, поэтому этим вопросам будет посвящена отдельная лекция. Функциональная спецификация состоит из трех частей: • описания внешней информационной среды, к которой должны применяться программы разрабатываемой ПС; • определение функций ПС, определенных на множестве состояний этой информацион-ной среды (такие функции будем называть внешними функциями ПС); • описание нежелательных (исключительных) ситуаций, которые могут возникнуть при выполнении программ ПС, и реакций на эти ситуации, которые должны обеспечить соответ-ствующие программы. В первой части должны быть определены на концептуальном уровне все используемые ка-налы ввода и вывода и все информационные объекты, к которым будет применяться разраба-тываемое ПС, а также существенные связи между этими информационными объектами. При-мером описания информационной среды может быть концептуальная схема базы данных или описание сети датчиков и приборов, которой должна управлять разрабатываемая ПС. Во второй части вводятся обозначения всех определяемых функций, специфицируются все входные данные и результаты выполнения каждой определяемой функции, включая указание их типов и заданий всех соотношений (или ограничений), которым должны удовлетворять эти данные и результаты. И, наконец, определяется семантика каждой из этих функций, что является наиболее трудной задачей функциональной спецификации ПС. Обычно эта семантика описывается неформально на естественном языке примерно так, как это делается при описании семантики многих языков программирования. Эта задача может быть в ряде случаев существенно облегчена при достаточно четком описании внешней информационной среды, если внешние функции задают какие-либо манипуляции с ее объектами. В третьей части должны быть перечислены все существенные случаи, когда ПС не сможет нормально выполнить ту или иную свою функцию (с точки зрения внешнего наблюдателя). Примером такого случая может служить обнаружение ошибки во время взаимодействия с пользователем, или попытка применить какую-либо функцию к данным, не удовлетворяю-щим соотношениям, указанным в ее спецификации, или получение результата, нарушающего заданное ограничение. Для каждого такого случая должна быть определена (описана) реакция ПС.
4.5. Методы контроля внешнего описания программного средства. Разработка внешнего описания обязательно должна завершаться проведением тщательного и разнообразного контроля правильности внешнего описания. Целью этого процесса являет-ся найти как можно больше ошибок, сделанных на этом этапе. Учитывая, что результатом этого этапа является, как правило, еще неформализованный текст, то здесь на первый план выступают психологические факторы контроля. Можно выделить следующие методы контро-ля, применяемые на этом этапе: * статический просмотр, * смежный контроль, * пользовательский контроль, * ручная имитация. Первый метод предполагает внимательное прочтение текста внешнего описания разработ-чиком с целью проверка его полноты и непротиворечивости, а также выявления других неточностей и ошибок. Смежный контроль спецификации качества сверху это ее проверка со стороны разработ-чика требований к ПС, а смежный контроль функциональной спецификации это ее провер-ка разработчиками требований к ПС и спецификации качества. Смежный контроль внешнего описания снизу это его изучение и проверка разработчиками архитектуры ПС и текстов программ, а также разработчиками документации по применению и разработчиками комплекта тестов. Пользовательский контроль внешнего описания выражает участие пользователя (заказчи-ка) в принятии решений при разработке внешнего описания и его контроле. Если разработка требований к ПС велась под управлением пользователя, то пользовательский контроль внеш-него описания, по существу, означает его смежный контроль сверху. Однако, если предста-вителю пользователя оказывается трудно самостоятельно разобраться во внешнем описании, создается специальная группа разработчиков, выполняющая роль пользователя (и взаимодействующая с ним) для проведения такого контроля. Ручная имитация выражает своеобразный динамический контроль внешнего описания, точнее говоря, функциональной спецификации ПС. Для этого необходимо подготовить ис-ходные данные (тесты) и на основании функциональной спецификации осуществить имитацию поведения (работы) разрабатываемого ПС. При этом такую имитацию осуществляет специально назначенный разработчик, выполняющий, по существу, роль будущих программ ПС. Разновидностью такого контроля является имитация за терминалом. В этом случае данные вводятся в компьютер человеком, играющего роль пользователя, и передаются с помощью несложной программы на другой терминал, за которым сидит разработчик, выполняющий роль программ ПС. Полученные результаты передаются через компьютер на первый терминал.
