курсовая работа. Учебное пособие по дисциплине технология разработки программного обеспечения специальность Программирование в компьютерных системах
 Скачать 7.57 Mb.
|
1.2 .Методы анализа, ориентированные на структуры данныхЭлементами проблемной области для любой системы являются потоки, процессы и структуры данных. При структурном анализе активно работают только с потоками данных и процессами. Методы, ориентированные на структуры данных, обеспечивают: определение ключевых информационных объектов и операций; определение иерархической структуры данных; компоновку структур данных из типовых конструкций – последовательности, выбора, повторения; последовательность шагов для превращения иерархической структуры данных в структуру программы. Наиболее известны два метода: метод Варнье – Орра и метод Джексона. Метод Варнье-Орра В методе Варнье – Орра для представления структур применяют диаграммы Варнье. Для построения диаграмм Варнье используют 3 базовых элемента: последовательность, выбор, повторение .  аПоследовательность b c  Выбор a + c а(1,n), где n – количество повторений Повторение Рис..3. Базовые элементы в диаграммах Варнье-Орра Как показано на рис. 4 с помощью этих элементов можно строить информационные структуры с любым количеством уровнем иерархии.  Первичный Заглавные новости раздел Национальные новости Местные новости  Редакторский Редакторские колонки (1,3)раздел Письма (1,N) Газета Критика (0,1) Вторичный Спортивные новости Раздел + Коммерческие новости Рис. 4. Структура газеты в виде диаграммы Варнье Как видим, для представления структуры газеты здесь используется три уровня иерархии. Метод анализа Джексона. Как и метод Варнье – Орра, метод Джексона появился в период революции структурного программирования. Фактически оба метода решали одинаковую задачу: распространить базовые структуры программирования (последовательность, выбор, повторение) на всю область конструирования сложных программных систем. Именно поэтому основные выразительные средства этих методов оказались так похожи друг на друга. Метод Джексона (1975) включает 6 шагов. Три шага выполняются на этапе анализа, а остальные – на этапе проектирования. Объект - действий. Определяются объекты – источники или приемники информации и действия – события реального мира, воздействующие на объекты. Объект- структура. Действия над объектами представляются диаграммами Джексона. Начальное моделирование. Объекты и действия представляются как обрабатывающая модель. Определяются связи между моделью и реальным миром. Доопределение функций. Выделяются и описываются сервисные функции. Учет системного времени. Определяются и оцениваются характеристики планирования будущих процессов. Реализация. Согласование с системной средой, разработка аппаратной платформы. 2. Основы проектирования программных систем Этапы проектирования Известно, что технологический цикл конструирования программной системы (ПС) включает три процесса – анализ, синтез и сопровождение. В ходе анализа ищется ответ на вопрос: «Что должна делать будущая система?». Именно на этой стадии закладывается фундамент успеха всего проекта. Известно множество неудачных реализаций из-за неполноты и неточностей в определении требований к системе. В процессе синтезаформируется ответ на вопрос: «Как, каким образом система будет реализовывать предъявляемые к ней требования?». Выделяют три этапа синтеза (рис. 5).: проектирование ПС,кодирование ПС, тестирование ПС . Рассмотрим информационные потоки процесса синтеза. Этап проектирования питают требования к ПС, представленные информационной, функциональной и поведенческой моделями анализа. Иными словами, модели анализа поставляют этапу проектирования исходные сведения для работы. Информационная модель описывает информацию, которую, по мнению заказчика, должна обрабатывать ПС. Функциональная модель определяет перечень функций обработки. Поведенческая модель фиксирует желаемую динамику системы (режимы ее работы). На выходе этапа проектирования – разработка данных, разработка архитектуры и процедурная разработка ПС. Разработка данных – это результат преобразования информационной модели анализа в структуры данных, которые потребуются для реализации программной системы. Разработка архитектуры выделяет основные структурные компоненты и фиксирует связи между ними. Процедурная разработка описывает последовательность действий в структурных компонентах, то есть определяет их содержание. Кодирование, тестирование. Создаются тексты программных модулей, проводится тестирование для объединения и проверки ПС. На проектирование, кодирование и тестирование приходится более 75% стоимости конструирования ПС. Принятые здесь решения оказывают решающее воздействие на успех реализации ПС и легкость, с которой ПС будет сопровождаться. Следует отметить, что решения, принимаемые в ходе проектирования, делают его стержневым этапом процесса синтеза. Важность проектирования можно определить одним словом - качество. Справедлива следующая аксиома разработки: может быть плохая ПС при хорошем проектировании, но не может быть хорошей ПС при плохом проектировании. Проектирование – единственный путь, обеспечивающий правильную трансляцию требований заказчика в конечный программный продукт.  Рис. 5. Информационные потоки процесса синтеза ПС. 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 тестам на языках программирования. Обычно в проектировании выделяют две ступени: предварительное проектирование и детальное проектирование.  Рис. 6. Информационные связи процесса проектирования 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). Схема информационных связей процесса проектирования приведена на рис. 6. Предварительное проектирование включает три типа деятельности: Структурирование системы. Система структурируется на несколько подсистем, где под подсистемой понимается независимый программный компонент. Определяются взаимодействия подсистем. Моделирование управления. Определяется модель связей управления между частями системы. Декомпозиция подсистем на модули. Каждая подсистема разбивается на модули. Определяются типы модулей и межмодульные соединения. Рассмотрим вопросы структурирования, моделирования и декомпозиции более подробно. 2.2 Структурирование системы Известны четыре модели системного структурирования: модель хранилища данных; модель клиент-сервер; трехуровневая модель; модель абстрактной машины. В модели хранилища данных(рис. 7) подсистемы разделяют данные, находящиеся в общей памяти. Как правило, данные образуют БД. Предусматривается система управления этой базой.  Рис. 7. Модель хранилища данных Модель клиент-сервер используется для распределенных систем, где данные распределены по серверам (рис. 8). Для передачи данных применяют сетевой протокол, например TCP/IP.  Рис. 8. Модель клиент-сервер Трехуровневая модельявляется развитием модели клиент-сервер (рис.9).  Рис. 9. Трехуровневая модель 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. Преимущества трехуровневой модели: упрощается такая модификация уровня, которая не влияет на другие уровни; отделение прикладных функций от функций управления БД упрощает оптимизацию всей системы. Модель абстрактной машиныотображает многослойную систему (рис. 10). Каждый текущий слой реализуется с использованием средств, обеспечиваемых слоем-фундаментом.  Рис. 10. Модель абстрактной машины 2.3 Моделирование управления Известны два типа моделей управления: модель централизованного управления; модель событийного управления. В модели централизованного управления одна подсистема выделяется как системный контроллер. Ее обязанности – руководить работой других подсистем. Различают две разновидности моделей централизованного управления: модель вызов-возврат (рис. 11) модель менеджера (рис. 12), которая используется в системах параллельной обработки.  Рис. 11. Модель вызов-возврат  Рис. 12. Модель менеджера В модели событийного управления системой управляют внешние события. Используются две разновидности модели событийного управления: широковещательная модель модель, управляемая прерываниями. В широковещательной модели (рис. 13) каждая подсистема уведомляет обработчика о своем интересе к конкретным событиям. Когда событие происходит, обработчик пересылает его подсистеме, которая может обработать это событие. Функции управления в обработчик не встраиваются.  Рис. 13. Широковещательная модель  Рис. 14. Модель, управляемая прерываниями В модели, управляемой прерываниями (рис. 14), все прерывания разбиты на группы – типы, которые образуют вектор прерываний. Для каждого типа прерывания есть свой обработчик. Каждый обработчик реагирует на свой тип прерывания и запускает свой процесс. 2.4 Декомпозиция подсистем на модули Известны два типа моделей модульной декомпозиции: модель потока данных; модель объектов. В основе модели потока данных лежит разбиение по функциям. Модель объектов основана на слабо сцепленных сущностях, имеющих собственные наборы данных, состояния и наборы операций. Очевидно, что выбор типа декомпозиции должен определяться сложностью разбиваемой подсистемы. 3. Модульность 3.1. Свойства, обоснование Модуль – фрагмент программного текста, являющийся строительным блоком для физической структуры системы. Как правило, модуль состоит из интерфейсной части и части – реализации. Модульность – свойство системы, которая может подвергаться декомпозиции на ряд внутренне связных и слабо зависящих друг от друга модулей. По определению Г.Майерса, модульность – свойство ПО, обеспечивающее интеллектуальную возможность создания сколь угодно сложной программы. Проиллюстрируем эту точку зрения.  Пусть  - функция сложности решения проблемы   -функция затрат времени на решение проблемы  . Для двух проблем  и  из соотношения  следует, что  Этот вывод интуитивно ясен: решение сложной проблемы требует большего времени. Далее. Из практики решения проблем человеком следует: Это соотношение и есть обоснование модульности. Оно приводит к заключению «разделяй и властвуй» - сложную проблему легче решить, разделив ее на управляемые части. Фактически, это аргумент в пользу модульности. Однако здесь отражена лишь часть реальности, ведь здесь не учитываются затраты на межмодульный интерфейс. Как показано на рис. 15, с увеличением количества модулей (и уменьшением их размера) эти затраты также растут.  Рис. 15. Затраты на модульность Таким образом, существует оптимальное количество модулей Opt, которое приводит к минимальной стоимости разработки. Нет необходимого опыта для гарантированного предсказания Opt. Впрочем, разработчики знают, что оптимальный модуль должен удовлетворять двум критериям: снаружи он проще, чем внутри; его проще использовать, чем построить. 3.2 Информационная закрытость Принцип информационной закрытости (автор – Д. Парнас, 1972) утверждает: содержание модулей должно быть скрыто друг от друга . Как показано на рис. 16, модуль должен определяться и проектироваться так, чтобы его содержимое (процедуры и данные) было недоступно тем модулям, которые не нуждаются в такой информации (клиентам).  Рис. 16. Информационная закрытость модуля Информационная закрытость означает следующее: все модули независимы, обмениваются только информацией, необходимой для работы; доступ к операциям и структурам данных модуля ограничен. Достоинства информационной закрытости: обеспечивается возможность разработки модулей различными, независимыми коллективами; обеспечивается легкая модификация системы (вероятность распространения ошибок очень мала, так как большинство данных и процедур скрыто от других частей системы). Идеальный модуль играет роль «черного ящика», содержимое которого невидимо клиентам. Он прост в использовании – количество «ручек и органов управления» им невелико (аналогия с эксплуатацией телевизора). Его легко развивать и корректировать в процессе сопровождения программной системы. Для обеспечения таких возможностей система внутренних и внешних связей модуля должна отвечать особым требованиям. Обсудим характеристики внутренних и внешних связей модуля. 3.3 Связность модуля Связность модуля (Cohesion) – это мера зависимости его частей. Связность – внутренняя характеристика модуля. Чем выше связность модуля, тем лучше результат проектирования,то есть тем «черней» его ящик (капсула, защитная оболочка модуля), тем меньше «ручек управления» на нем находится и тем проще эти «ручки». Для измерения связности используют понятие силы связности (СС). Существует 7 типов связности: Связность по совпадению (СС=0). В модуле отсутствуют явно выраженные внутренние связи. Логическая связность (СС=1). Части модуля объединены по принципу функционального подобия. Например, модуль состоит из разных подпрограмм обработки ошибок. При использовании такого модуля клиент выбирает только одну из подпрограмм. Недостатки: сложное сопряжение; большая вероятность внесения ошибок при изменении сопряжения ради одной из функций. Временная связность (СС=3). Части модуля не связанны, но необходимы в один и тот же период работы системы. Недостаток: сильная взаимная связь с другими модулями, отсюда сильная чувствительность к внесению изменений. Процедурная связность (СС=5). Части модуля связаны порядком выполняемых ими действий, реализующих некоторый сценарий поведения. Коммуникативная связность (СС=7). Части модуля связанны по данным (работают с одной и той же структурой данных). Информационная (последовательная) связность (СС=9). Выходные данные одной части используются как входные данные в другой части модуля. Функциональная связность (СС=10).части модуля вместе реализуют одну функцию. Отметим, что типы связности 1, 2, 3 – результат неправильного планирования архитектуры, а тип связности 4 – результат небрежного планирования архитектуры приложения. Общая характеристика типов связности представлена в табл. 4.1. Таблица 4.1. Характеристика связности модуля
Функциональная связность Функционально связный модуль содержит элементы, участвующие в выполнении одной и только одной проблемной задачи. Примеры функционально связных модулей: Вычислять синус угла; Проверять орфографию; Читать запись файла; Вычислять координаты цели; Вычислять зарплату сотрудника; Определять место пассажира. Каждый из этих модулей имеет единичное значение. Когда клиент вызывает модуль, выполнятся только одна работа, без привлечения внешних обработчиков. Например, модуль «Определять место пассажира» должен делать только это; он не должен распечатывать заголовки страницы. Некоторые из функционально связных модулей очень просты (например, Вычислять синус угла или Читать запись файла), другие сложны (например, Вычислять координаты цели). Модуль Вычислять синус угла, очевидно, реализует единичную функцию, но как может модуль Вычислять зарплату сотрудника выполнять только одно действие? Ведь каждый знает, что приходится определять начисленную сумму, вычеты по рассрочкам, подоходный налог, социальный налог, алименты и т.д.! Дело в том, что, несмотря на сложность модуля и на то, что его обязанность исполняют несколько подфункций, если его действия можно представить как единую проблемную функцию (с точки зрения клиента), тогда считают, что модуль функционально связен. Приложения, построенные из функционально связных модулей, легче всего сопровождать. Соблазнительно думать, что любой модуль можно рассматривать как одно-функциональный, но не надо заблуждаться. Существует много разновидностей модулей, которые выполняют для клиентов перечень различных работ, и этот перечень нельзя рассматривать как единую проблемную функцию. Критерий при определении уровня связности этих нефункциональных модулей – как связаны друг с другом различные действия, которые они исполняют. Информационная связность При информационной (последовательной) связности элементы – обработчики модуля образуют конвейер для обработки данных – результаты одного обработчика используются как исходные данные для следующего обработчика. Приведем пример: Модуль Прием и проверка записи прочитать запись из файла проверить контрольные данные в записи удалить контрольные поля в записи вернуть обработанную запись Конец модуля В этом модуле 3 элемента. Результаты первого элемента (прочитать запись из файла) используются как входные данные для второго элемента (проверить контрольные данные в записи) и т.д. Сопровождать модули с информационной связностью почти так же легко, как и функционально связные модули. Правда, возможности повторного использования здесь ниже, чем в случае функциональной связности. Причина – совместное применение действий модуля с информационной связностью полезно далеко не всегда. Коммуникативная связность При коммуникативной связности элементы – обработчики модуля используют одни и те же данные, например внешние данные. Пример коммуникативно- связного модуля: Модуль Отчет и средняя зарплата используется Таблица зарплаты служащих сгенерировать Отчет по зарплате вычислить параметр Средняя зарплата вернуть Отчет по зарплате. Средняя зарплата Конец модуля Здесь все элементы модуля работают со структурой «Таблица зарплаты служащих». С точки зрения клиента проблема применения коммуникативно связного модуля состоит в избыточности получаемых результатов. Например, клиенту требуется только отчет по зарплате, он не нуждается в значении средней зарплате. Такой клиент будет вынужден выполнять избыточную работу – выделение в полученных данных материала отчета. Почти всегда разбиение коммуникативно связного модуля на отдельные функционально связные модули улучшает сопровождаемость системы. Попытаемся провести аналогию между информационной и коммуникативной связью. Модули с коммуникативной и информационной связью подобны в том, что содержат элементы, связанные по данным. Их удобно использовать, потому что лишь не многие элементы в этих модулях связаны с внешней средой. Главное различие между ними – информационно связной модуль работает подобно сборочной линии; его обработчики действуют в определенном порядке; в коммуникативно связном модуле порядок выполнения действий безразличен. В нашем примере не имеет значения, когда генерирует отчет (до, после или одновременно с вычислением средней зарплаты). Процедурная связность При достижении процедурной связности мы попадаем в пограничную область между хорошей сопровождаемостью (для модулей с более высокими уровнями связности) и плохой сопровождаемостью (для модулей с более низкими уровнями связности). Процедурно связный модуль состоит из элементов, реализующих независимые действия, для которых задан порядок работы, то есть порядок передачи управления. Зависимости по данным между элементами нет. Например: Модуль Вычисление средних значений используется Таблица-А, Таблица-В вычислить среднее по Таблице-А вычислить среднее по Таблице-В вернуть среднееТабл-А, среднееТабл-В Конец модуля Этот модуль вычисляет среднее значение для двух полностью несвязных таблиц Таблица-А и Таблица-В, каждая из которых имеет по 300 элементов. Теперь представим себе программиста, которому поручили реализовать данный модуль. Соблазнившись возможностью минимизации кода (использовать один цикл в интересах двух обработчиков, ведь они находятся в нутрии единого модуля!), программист пишет: Модуль Вычисление средних значений используется Таблица-А, Таблица-В суммаТабл-А := 0 суммаТабл-В := 0 для i := 1 до 300 суммаТабл-А := суммаТабл-А + Таблица-А(i) суммаТабл-В := суммаТабл-В + Таблица-В(i) конец для среднееТабл-А := суммаТабл-А / 300 среднееТабл-В := суммаТабл-В / 300 вернуть среднееТабл-А, среднееТабл-В Конец модуля Для процедурной связности этот случай типичен – независимый (на уровне проблемы) код стал зависимым (на уровне реализации). Прошли годы, продукт сдали заказчику. И вдруг возникла задача сопровождения – модифицировать модуль под уменьшение размера таблицы В. Оцените, насколько удобно ее решать. Временная связность При связности по времени элементы-обработчики модуля привязаны к конкретному периоду времени (из жизни программной системы). Классическим примером временной связности является модуль инициализации. Элементы данного модуля почти не связаны друг с другом (за исключением того, что должны выполняться в определенное время). Они все – часть программы запуска системы. Зато элементы более тесно взаимодействуют с другими модулями, что приводит к сложным внешним связям. Модуль со связностью по времени испытывает те же трудности, что и процедурно связный модуль. Программист соблазняется возможностью совместного использования кода (действиями, которые связаны только по времени), модуль становиться трудно, использовать повторно. Процедурно связные модули и модули с временной связностью очень похожи. Степень их непрозрачности изменяется от темного серого до светло-серого цвета, так как трудно объявить функцию такого модуля без перечисления ее внутренних деталей. Различие между ними подобно различию между информационной и коммуникативной связностью. Порядок выполнения действий более важен в процедурно связных модулях. Кроме того, процедурные модули имеют тенденцию к совместному использованию циклов и ветвлений, а модули с временной связностью чаще содержат более линейных код. Логическая связность Элементы логически связного модуля принадлежат к действиям одной категории, и из этой категории клиент выбирает выполняемое действие. Рассмотрим следующий пример: Модуль Пересылка сообщения переслать по электронной почте переслать по факсу послать в телеконференцию переслать по ftp-протоколу Конец модуля Как видим, логически связный модуль – мешок доступных действий. Действия вынуждены совместно использовать один и тот же интерфейс модуля. В строке вызова модуля значение каждого параметра зависит от используемого действия. При вызове отдельных действий некоторые параметры должны иметь значение пробела, нулевые значения и т.д. (хотя клиент все же должен использовать их и знать их типы). Действия в логически связном модуле попадают в одну категорию, хотя имеют не только сходства, но и различия. К сожалению, это заставляет программиста «завязывать код действий в узел», ориентируясь на то, что действия совместно используют общие строки кода. Поэтому логически связный модуль имеет: Уродливый внешний вид с различными параметрами, обеспечивающими, например, четыре вида доступа; Запутанную внутреннюю структуру с множеством переходов, похожую на волшебный лабиринт. В итоге модуль становится сложным как для понимания, так и для сопровождения. Связность по совпадению Элементы связного по совпадению модуля вообще не имеют никаких отношений друг с другом: Модуль Разные функции (какие-то параметры) поздравить с Новым годом (…) проверить исправность аппаратуры (…) заполнить анкету героя (…) измерить температуру (…) вывести собаку на прогулку (…) запастись продуктами (…) Конец модуля Связный по совпадению модуль похож на логически связный модуль. Его элементы-действия не связны ни потоком данных, ни потоком управления. Но в логически связном модуле действия, по крайней мере, относятся к одной категории; в связном по совпадению модуле даже это не так. Словом, связные по совпадению модули имеют все недостатки логически связных модулей и даже усиливают их. Применение таких модулей вселяет ужас, поскольку один параметр используется для разных целей. Чтобы клиент мог воспользоваться модулем Разные функции, этот модуль (подобно всем связным по совпадению модулям) должен быть «белым ящиком», чья реализация полностью видима. Такие модули делают системы менее понятными и труднее сопровождаемыми, чем системы без модульности вообще! К счастью, связность по совпадению встречается редко. Среди ее причин можно назвать: бездумный перевод существующего монолитного кода в модули; необоснованные изменения модулей с плохой (обычно временной) связностью, приводящие к добавлению флажков. 3.4. Алгоритм определения связности модуля Приведем алгоритм определения уровня связности модуля. Если модуль – единичная проблемно-ориентированная функция, то уровень связности – функциональный; конец алгоритма. В противном случае перейти к пункту 2. Если действия внутри модуля связны, то перейти к пункту 3. Если действия внутри модуля никак не связны, то перейти к пункту 6. Если действия внутри модуля связаны данными, то перейти к пункту 4. Если действия внутри модуля связны потоком управления, перейти к пункту 5. Если порядок действий в нутрии модуля важен, то уровень связности – информационный. В противном случае уровень связности – коммуникативный. Конец алгоритма. Если порядок действий внутри модуля важен, то уровень связности – процедурный. В противном случае уровень связности – временной. Конец алгоритма. Если действия внутри модуля принадлежит к одной категории, то уровень связность – логический. Если действия внутри модуля не принадлежат к одной категории, то уровень связности – по совпадению. Конец алгоритма. Возможны более сложные случаи, когда с модулем ассоциируются несколько уровней связности. В этих случаях следует применять одно из двух правил: правило параллельной цепи. Если все действия модуля имеют несколько уровней связности, то модулю присваивают самый сильный уровень связности; правило последовательной цепи. Если действия в модуле имеют разные уровни связности, то модулю присваивают самый слабый уровень связности. Например, модуль может содержать некоторые действия, которые связаны процедурно, а также другие действия, связные по совпадению. В этом случае применяют правило последовательной цепи и в целом модуль считают связным по совпадению. 3.5. Сцепление модулей Сцепление (Coupling) – мера взаимозависимости модулей по данным. Сцепление – внешняя характеристика модуля, которую желательно уменьшать. Количественно сцепление измеряется степенью сцепления (СЦ). Выделяют 6 типов сцепления. Сцепление по данным (CЦ=1). Модуль А вызывает модуль В. Все входные и выходные параметры вызываемого модуля – простые элементы данных (рис. 17).  Рис.17. Сцепление по данным Сцепление по образцу (СЦ=3). В качестве параметров используют структуры данных (рис. 18).  Рис. 18. Сцепление по образцу Сцепление по управлению (СЦ=4). Модуль А явно управляет функционированием модуля В (с помощью флагов или переключателей), посылая ему управляющие данные (рис.19).  Рис. 19. Сцепление по управлению Сцепление по внешним ссылкам (СЦ=5). Модули А и В ссылаются на один и тот же глобальный элемент данных. 2Сцепление по общей области (СЦ=7). Модули разделяют одну и ту же глобальную структуру данных (рис. 4.16). Сцепление по содержанию (СЦ=9). Один модуль прямо ссылается на содержание другого модуля (не через его точку входа). Например, коды их команд перемежаются друг с другом (рис. 20).  Рис. 20. Сцепление по общей области и содержанию На рис. 20 видим, что модули В и D сцеплены по содержанию, а модули С, Е и N сцеплены по общей области. 4. Сложность программной системы В простейшем случае сложность системы определяется как сумма мер сложности ее моделей. Сложность модуля может вычисляться различными способами. Способ 1. Например, М. Холстед (1977) предложил меру длины N модуля :  где  - число различных операторов,  - число различных операндов.В качестве второй метрики М. Холстед рассматривал объем  модуля (количество символов для записи всех операторов и операндов текста программы): Вместе с тем известно, что любая сложная система состоит из элементов и системы связей между элементами и что игнорировать внутрисистемные связи неразумно. Способ 2. Том Мак Кейб (1976) при оценке сложности ПС предложил исходить из топологии внутренних связей. Для этой цели он разработал метрику цикломатической сложности:  где  - количество дуг, а  - количество вершин в управляющем графе ПС.Это был шаг в нужном направлении. Дальнейшее уточнение оценок сложности потребовало, чтобы каждый модуль мог представляться как локальная структура, состоящая из элементов и связей между ними. Таким образом, при комплексной оценке сложности ПС необходимо рассматривать меру сложности модулей, меру сложности внешних связей (между модулями) и меру сложности внутренних связей (внутри модулей). Традиционно со внешними связями сопоставляют характеристику «сцепление», а с внутренними связями – характеристику «связность». 5. Характеристики иерархической структуры программной системы Иерархическая структура программной системы – основной результат предварительного проектирования. Она определяет состав модулей ПС и управляющие отношения между модулями. В этой структуре модуль более высокого уровня (начальник) управляет модулем нижнего уровня (подчиненным). Иерархическая структура не отражает процедурные особенности программной системы, то есть последовательность операций, их повторение, ветвление и т. д. Рассмотрим основные характеристики иерархической структуры, представленной на рис. 21. Первичными характеристиками являются количество вершин (модулей) и количество ребер (связей между модулей). К ним добавляют две глобальные характеристики – высота и ширина: высота – количество уровней управления; ширина – максимальное из количеств модулей, размещенных на уровнях управления. В нашем примере высота = 4, а ширина = 6. Локальными характеристиками модулей структуры являются коэффициент объединения по входу коэффициент разветвления по выходу.  Рис. 21. Иерархическая структура программной системы Коэффициент объединения по входу Fan_in(i) – это количество модулей, которые прямо управляют i–м модулем. В примере для модуля n: Fan_in (n) =4. Коэффициент разветвления по выходу Fan_out(i) – это количество модулей, которыми прямо управляет i-й модуль. В примере дл модуля m: Fan_out (m) =3. Возникает вопрос: как оценить качество структуры? Из практики проектирования известно, что лучшее решение обеспечивается иерархической структурой в виде дерева. Степень отличия реальной проектной структуры от дерева характеризуется невязкой структурой. Как определить «невязку»? Вспомним, что полный граф (complete graph) с n вершинами имеет количество ребер  а дерево (tree) с таким же количеством вершин – существенно меньшее количество ребер  тогда формулу невязки можно построить, сравнивая количество ребер полного графа, реального графа и дерева. Для проектной структуры с n вершинами и е ребрами невязка определяется по выражению  значение невязки лежит в диапазоне от 0 до 1. Если Nev = 0, то проектная структура является деревом, если Nev = 1, то проектная структура – полный граф. Ясно, что невязка дает грубую оценку структуры. Для увеличения точности оценки следует применить характеристики связности и сцепления. Хорошая структура должна иметь низкое сцепление и высокую связность. Контрольные вопросы Какие задачи решаются на этапе анализа? Что такое диаграмма потоков данных? Как формируется иерархия диаграмм потоков данных? Как организован словарь требований? Что показывает спецификация процессов? Какие методы, ориентированные на структуры данных вы знаете? Из каких базовых элементов состоят диаграммы Варнье? Какие особенности имеет этап проектирования? Решение каких задач обеспечивает предварительное проектирование? Какие модели системного структурирования вы знаете? Чем отличается клиент-серверная модель от 3-уровневой модели? Какие типы моделей управления вы знаете? Какие существуют разновидности централизованного управления? Поясните разновидности моделей событийного управления. Поясните понятия модуля и модульности. Приведите обоснование модульности. Перечислите основные характеристики модуля. В чем заключается принцип информационной закрытости модуля? Что такое связность модуля? Перечислите и проранжируйте типы связности модуля. Какая связность является наилучшей? Наихудшей? Почему? Почему логическая связность является нежелательной для модуля? Приведите алгоритм определения связности модуля. Что такое сцепление модуля? Какие существуют типы сцепления? Охарактеризуйте наилучшее и наихудшее сцепление. Какие подходы к оценки сложности модуля вы знаете? Что такое цикломатическая сложность модуля, как она вычисляется? Укажите характеристики иерархической структуры программной системы. Что определяет невязка структуры? Как с помощью невязки можно оценить качество проектирования модуля? Какая структура модуля представляется наиболее удачной? |