Введение к работе
з
Актуальность работы. В настоящее время разработка любого программ-юго обеспечения (ПО) не рассматривается без привлечения методов анализа структуры ПО и его структурного проектирования. Успешное развитие вычис-штельной техники и операционных систем (ОС), особенно в направлении Улучшения графических возможностей, позволило вести проектирование ПО на зснове структурно-графического представления. Такое представление ПО ллучшает такие свойства программ, как: попимаемость, эффективность, сопро-зождаемость и т. д. Так же на основе структурно-графического представления ножно решать ряд задач, связанных с анализом свойств, распараллеливанием, лгтимизацией ПО, а также подготовкой его к тестированию и т. д.
Многие ученые (В.Е. Котов, В.В. Липаев, А.А. Саркисян, L. Lamport, Ra-Tiamorthy, и др.), ведущие исследования в этой области, отмечают недостаточную развитость традиционных подходов к созданию ПО.
В ряде работ они подчеркивают плохую проработанность теоретических эснов и совокупности методов для проектирования ПО на основе представления его в виде графа, схемы, структуры и пр.
Вышеизложенное показывает, что существует необходимость в разработке новых подходов к созданию ПО, которые бы позволили повысить понимае-мость, структурированность, оптимизируемость программ, а вследствие этого ускорили бы их разработку, улучшили эффективность и надежность.
Основываясь на анализе современного состояния проблемы ^^зработкп высоконадежного и эффективного ПО на основе его структурно-графического представления, можно сделать вывод о том, что актуальность данной темы определяется.
. отсутствием высокоэффективных методов анализа ПО и представления его в структурно-графической форме;
недостаточной проработанностью методов анализа представления ПО и определения его свойств;
отсутствием высокоэффективных методов синтеза ПО на основе его структурно-графического представления. Особенно это относится к ПО, созданного с помощью современной концепции объектно-ориентированного программирования (ООП);
. отсутствием набора инструментальных средств (ИС) поддержки разработки ПО на основе структурно-графического представления,
. отсутствием технологии проектирования ПО, основанного на таких методах и средствах.
Исследования и разработки проводились в Кибернетическом центре Томского политехнического университета в соответствии с утвержденными планами НИР в составе Государственной научно-технической программе по информатизации высших учебных заведений России по теме «Разработка среды программирования Паскаль-программ на основе системы ТРАНСВИР» (в соответствии с договором № 8-03/95-(5 пит/95)) и в составе программы Университеты
России по теме «Методы анализа и адаптации программ для выполнения на МВС в реальном масштабе времени».
Цель работы и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка методов проектирования и оценки качества программ на основе их структурно-графического представления. Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:
1. Развитие теоретических основ представления ПО в структурно-
графическом виде.
2. Разработка алгоритмов анализа структурно-графического представления
и методов оценки качества программ.
3. Разработка методов проектирования ПО на основе структурно-
графического представления.
4. Создание инструментальных средств, предназначенных для реализации
предложенных подходов и методов.
Для проверки работоспособности созданных методов рассматривается решение ряда задач проектирования реальных программ.
Методы исследований. В работе использованы методы теории множеств, теории параллельных вычислений, теории алгоритмов, теории графов и комбинаторики и теории моделирования.
Научную новизну полученных результатов определяют.
. способ представления программ в структурно-графическом виде, а именно совокупность представления в виде взаимосвязанных деревьев, графа управляющих связей, графа информационных связей;
. методология анализа программ и получения их структурно-графического представления;
. система критериев оценки качества программ, представленных в структурно-графической форме.
. методы проектирования ПО на основе структурно-графического представления;
. совокупность инструментальных средств, реализующих предложенные способы, методы и методики.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Практически значимыми являются созданные модели, методики, методы, алгоритмы и инструментальные программные средства. Инструментальное ПО предназначено для работы на ПЭВМ типа IBM PC AT в ОС Windows NT и создано с помощью интегрированной среды программирования Delphi 3.0. В состав разработанных ИС входят следующие пакеты программ: "Томограф Паскаль-программ", система визуального проектирования программ (СВиПП), система проектирования модели ПО для распределенных СРВ. Суммарный объем созданных программных пакетов составляет более 16000 операторов.
«Томограф Паскаль-программ» использовался при разработке программ расчета и визуализации обмотки трансформаторов и программы-тренажера для имитации работы системы преобразования и управления двигательной уста-
новкой ориентации в НГЩ «Полюс», что подтверждено соответствующим актом внедрения.
Система СВиПП внедрена в КЦ ТПУ с J 997 в системе подготовки школьников старших классов по курсу «Информатика и вычислительная техника», что подтверждено соответствующим актом внедрения.
Система проектирования модели ПО для распределенных СРВ использовалась на кафедре Автоматизации проектирования Томского политехнического университета при выполнении цикла лабораторных работ и курсового проекта по курсу «Автоматизированные системы проектирования систем реального времени».
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Структурно-графические представления в сравнении с текстовыми являются более удобными и понимаемыми при практическом анализе и синтезе программ как вручную, так и автоматизированными методами.
-
Предложенная совокупность структурно-графических представлений, ряд методов и алгоритмов для получения таких моделей позволяют повысить уровень формализации при решении задач автоматизированного проектирования и анализа программ.
-
Разработанная система критериев оценки качества программ по структурно-графическому представлению, совокупность методов и правил внесения изменений позволяют не только оценить качество ПО, но и создать условия для улучшения ічач^\_твз.
-
Разработанные методы проектирования ПО на основе структурно-графического представления повышают надежность разработанного ПО и сокращают сроки проектирования
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Научные основы высоких технологий» (г. Новосибирск, 1997 г.), на Международной научно-технической конференции «VIII Бенардосовские чтения» (г. Ііваново, 1997 г.), на второй региональной научно-технической конференции студентов и молодых специалистов «Радиотехнические и информационные системы и устройства» (г. Томск, 1997 г.), на Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (г. Новосибирск, 1998 г.), на втором Российско-Корейской, международном симпозиуме по науки и технологиям KORUS 98 (г. Томск, 1998 г.).
Разработанная методика опенки качества программ апробирована в независимой испытательной лаборатории программных средств и баз данных Томского фонда «Прогресс», о чем дано соответствующее заключение.
Система анализа и представления ПО в структурно-графическом виде «Томограф Паскаль-программ» официально зарегистрирована в Российском агентстве по правовой охране программ для ЭВМ, баз данных и топологии интегральных микросхем (РосАПО) за №980155. «Томограф Паскаль-программ» получил сертификат соответствия № РОСС RU.ME20.H00087 в системе сертификации ГОСТ Р Госстандарта РФ.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи. Личный вклад:
-
Основные идеи по представлению программ в структурно-графической форме принадлежат В.К. Погребному и автору.
-
Методы получения структурно-графического представления ПО из текста программ разработаны лично автором.
-
Разработка системы основных свойств программ, представленных в структурно-графическом виде проведена и автором совместно с В.К. Погребным.
-
Методы оценки основных свойств программ и теоретическое обоснование возможности их использования получены лично автором.
-
Теоретические основы проектирования ПО для распределенных систем реального времени (СРВ) на основе структурно-графического представления разработаны В.К. Погребным и Д.В. Погребным.
-
Алгоритм создания модели ПО для распределенных СРВ в виде графа потока данных разработаны лично автором.
-
Теоретическое обоснование и способы проектирования объектно-ориентированных программ на основе структурно-графического представления принадлежат лично автору.
-
Программные средства инструментальной системы анализа программ «Томограф Паскаль-программ» разработаны автором, за исключением создания части базовых классов графических примитивов, разработка которых принадлежит Д.В. Погребному.
9. Программные средства проектирования программ на основе их струк
турно-графического представления (система СВиПП) и программные средства
для создания модели ПО для распределенных СРВ разработаны автором.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 114 наименований и приложения. Объем основного текста диссертации составляет 143 страницы машинописного текста, иллюстрированного 30 рисунками.
