Основы проектирования программных средств. Этапы и его место в жизнненом цикле конструирования программных систем

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ  МАТЕМАТИКИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК И ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по предмету «Разработка и Стандартизация Программных  Средств и Информационных Технологий»

 на  тему

 «ОСНОВЫ  ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ.  Этапы проектирования и его  место в жизненном цикле конструирования  программных систем».

Игра  «Pah-Tum»

 
 
 
 
                                                   Выполнил:

                                                   студентка 2 курса

                                                   специальности «ПИвЭ»

                                                   группа 395  Дворникова Е.Л.

                                                   Руководитель:

                                                   доцент, к.т.н.

                                                   Воробьева М.С. 
 
 
 
 
 
 
 

Тюмень 2011

Аннотация 

В первой главе  рассматривается содержание этапа  проектирования и его место в  жизненном цикле конструирования  программных систем. Дается обзор  архитектурных моделей ПО, обсуждаются  классические проектные характеристики: модульность, информационная закрытость, сложность, связность, сцепление и  метрики для их оценки.

Во второй главе  представлено описание реализации практического  задания игры «PAH-TUM»:

• формулировка задания;
• описание структуры используемых текстовых, типизированных файлов или файлов базы данных;
• техническое описание программы (язык или среда программирования, требуемая операционная система, используемая оперативная и дисковая память, требования к компьютеру);
• инструкцию пользователя с иллюстрациями основных этапов работы.

 

Оглавление

Аннотация 3

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ. Этапы проектирования и его место  в жизненном цикле  конструирования  программных систем. 5

1.1. Основные этапы технологического процесса разработки программ. 5

Постановка  задачи. 5

Выбор алгоритма. 7

1.2. Особенности этапа проектирования 8

Модульность 10

Информационная  закрытость 11

Связность модуля 12

Функциональная  связность 13

Информационная  связность 14

Процедурная связность 15

Логическая  связность 17

Определение связности модуля 19

Сложность программной системы 20

Характеристики  иерархической структуры  программной системы 21

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ. Игра «PAH-TUM». 24

2.1 Техническое задание  ПС 24

2.1.1. Введение 24

2.1.2. Основание для  разработки 24

2.1.3. Назначение разработки 24

2.1.4. Требования к программе 24

2.1.5. Технико-экономические  показатели 24

2.1.6. Стадии и этапы  разработки 24

2.2 Функциональная модель 26

2.3. Описание программы 27

2.3.1. Общие сведения 27

2.3.2. Функциональное назначение 27

2.3.3. Описание логической  структуры 27

2.3.4. Вызов и загрузка 28

2.3.7. Руководство пользователя 28

ЛИТЕРАТУРА 29

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ. Этапы проектирования и его место в жизненном цикле конструирования программных систем.

1. Основные  этапы технологического процесса разработки программ.

1. Постановка  задачи.
2. Построение математической модели.
3. Разработка (выбор и адаптация) алгоритма.
4. Составление программы.
5. Тестирование и отладка.
6. Сдача в эксплуатацию.

Постановка  задачи.  
На этом этапе раскрывается организационно-экономическая сущность задачи:

• формулируется цель ее решения
• определяется взаимосвязь с другими задачами
• указывается периодичность ее решения
• раскрывается состав и форма представления входной, промежуточной и выходной информации
• характеризуются формы и методы контроля достоверности информации
• описываются формы взаимодействия пользователя с ЭВМ

Завершается постановка задачи описанием контрольного примера, демонстрирующего порядок решения  задачи традиционным способом.  
Построение математической модели объекта.  
На этом этапе производится анализ и исследование задачи.  
Структура этапа:

1. Анализ существующих аналогов задачи.
2. Анализ технических и программных средств.
3. Разработка математической модели.
4. Разработка структур данных.

Математическая  модель - это система математических соотношений (формул, уравнений, неравенств и т.д.), отражающих существенные свойства объекта или явления.  
Математическая запись постановки задачи отличается высокой точностью отображения ее сущности, лаконичностью записи, однозначностью понимания, но она может быть выполнена не для всех задач.  
При выборе метода решения предпочтение отдается методу, который:

1. Обеспечивает необходимую точность и не обладает свойством вырождения (бесконечного зацикливания).
2. Позволяет использовать уже готовые стандартные программы.
3. Ориентирован на минимальный объем информации.
4. Наиболее быстрое получение результатов.

Выбор алгоритма.

Типы алгоритмов.

1. Если задача может быть решена прямым способом, то говорят, что она имеет детерминированный алгоритм. В таких алгоритмах отсутствует элемент неопределенности, недопустимо применение метода проб и ошибок. К таким задачам относятся математические уравнения, проверка данных, печать отчетов.
2. Методы проб и ошибок, повторов, откатов назад или случайного выбора.  
   Например, нахождение делителей числа, поиск кратчайшего пути, задача о восьми ферзях (найти такой способ расстановки, при котором ни один из ферзей не находился бы под угрозой других).
3. Предназначен не для поиска ответа на поставленную задачу, а для моделирования физических систем с помощью ЭВМ.

2. Особенности этапа проектирования 

Проектирование  — итерационный процесс, при помощи которого требования к ПС транслируются  в инженерные представления ПС. Вначале  эти представления дают только концептуальную информацию (на высоком уровне абстракции), последующие уточнения приводят к формам, которые близки к текстам  на языках программирования.

Обычно в проектировании выделяют две ступени: предварительное  проектирование и детальное проектирование. Предварительное проектирование формирует  абстракции архитектурного уровня, детальное  проектирование уточняет эти абстракции, добавляет подробности алгоритмического уровня. Кроме того, во многих случаях  выделяют интерфейсное проектирование, цель которого — сформировать графический  интерфейс пользователя (GUI).  

Предварительное проектирование обеспечивает:

• идентификацию подсистем;
• определение основных принципов управления подсистемами, взаимодействия подсистем.

Предварительное проектирование включает три типа деятельности:

1. Структурирование системы. Система структурируется на несколько подсистем, где под подсистемой понимается независимый программный компонент. Определяются взаимодействия подсистем.

2. Моделирование управления. Определяется модель связей управления между частями системы.

3. Декомпозиция подсистем на модули. Каждая подсистема разбивается на модули. Определяются типы модулей и межмодульные соединения.

Рассмотрим вопросы  структурирования, моделирования и  декомпозиции более подробно. 
Структурирование системы

Известны четыре модели системного структурирования:

• модель хранилища данных;
• модель клиент-сервер;
• трехуровневая модель;
• модель абстрактной машины.

В модели хранилища данных подсистемы разделяют данные, находящиеся в общей памяти. Как правило, данные образуют БД. Предусматривается система управления этой базой.

Модель клиент-сервер используется для распределенных систем, где данные распределены по серверам. Для передачи данных применяют сетевой протокол, например TCP/IP. 

Трехуровневая модель является развитием модели клиент-сервер.

Уровень графического интерфейса пользователя запускается  на машине клиента. Бизнес-логику образуют модули, осуществляющие функциональные обязанности системы. Этот уровень  запускается на сервере приложения. Реляционная СУБД

хранит данные, требуемые уровню бизнес-логики. Этот уровень запускается на втором сервере - сервере базы данных.