Понятие о логических устройствах последовательностного типа. (из методички Тлостанова)

Все цифровые устройства (ЦУ) принято разбивать на два класса: комбинационныеЦУ (КЦУ) и последовательностные ЦУ (ПЦУ).Для ПЦУ значения выходных переменных определяются не только входными переменными в данныймомент, но и их значениями в предшествующие моменты времени. Примером, поясняющим принцип работы ПЦУ, является телефон. Чтобы соединиться с определенным абонентом, следует набрать последовательность цифр, соответствующую его номеру. Произойдет ли подключение к нужному абоненту, когда набирается последняя цифра, зависит как от этой цифры, так и от ранеенабранной комбинации цифр. Изменения значений входных переменных ЦУ происходят дискретно во времени. При этом временные интервалы, в течение которых эти значения сохраняютсянеизменными, называют тактами работы ЦУ. Если пронумеровать такты в порядке их возрастания, то для некоторого k-го такта работы ПЦУ зависимость выходных переменных от входных в общем виде может быть задана соотношением (1)где -вектор выходных переменных, соответствующий k-ому такту работы;m – число выходов ПЦУ; - вектор входныхпеременных соответственно k-го, k-1, ., k-r тактов работы, j=0,1,.,r;n – число входов ПЦУ; -оператор преобразования ПЦУ.Для реализации зависимости (1) ПЦУ должно характеризоваться свойством запоминания входных переменных, т.е. устройство должно обладать памятью. Память ПЦУ может охватывать произвольное, но обязательно конечное число (r) тактов работы. Поэтому за ПЦУ закрепились также следующие наименования: ЦУ с памятью, многотактные ЦУ, конечные автоматы.Свойство запоминания информации обеспечивается наличием у ПЦУ r различныхустойчивых внутренних состояний Q₁, Q₂, ., Q_r, каждое из которых характеризуется определенной комбинацией сигналов во внутренних цепях ПЦУ. По аналогии со входными и выходными переменнымивнутренние переменные (состояния) кодируются двоичными L-разрядными числами.Значение L определяется из соотношения L=[log₂r]+1, где [.]обозначает целую часть log₂r.Из вышеизложенного следует: ПЦУ – это цифровой преобразователь информации, способный принимать различные состояния, хранить (сохранять) их, переходить под воздействием входных сигналов из одного состояния в другое и формировать выходные сигналы. Следовательно, задание оператора, реализуемого ПЦУ предполагает: во-первых, установление связи выходных переменных со входными ивнутренними переменными для одного и того же такта работы ПЦУ, т.е. связи вида (2)во-вторых, установление связи внутренних переменных для (k+1)-го такта со значениями входных и внутренних переменных k-го такта, т.е. связи вида (3)Приведенные соотношения именуют функциями (уравнениями) выходов (2) и переходов (3). Табличные формы представления указанных функций чаще являются более наглядными и удобными для анализа работы ПЦУ. Соответствующие таблицы называются таблицей выходов и таблицей переходов.

16. Жизненный цикл программного обеспечения, этапы

жизненного цикла программного обеспечения. (лекции Акбашевой мл.)

Жизненный цикл программного средства – это совокупность процессов (software process), которая отражает его различные состояния, начиная с момента принятия решения о необходимости создания программного средства и заканчивая его полным изъятием из эксплуатации.

Состав процессов жизненного цикла регламентируется стандартами. Международными организациями, такими, как:

• IEEE — читается «ай-трипл-и», Institute of Electrical and Electronic Engineers, Институт инженеров по электротехнике и электронике;

• ISO — International Standards Organization, Международная организация по стандартизации;

• EIA — Electronic Industry Association, Ассоциация электронной промышленности;

• IEC — International Electrotechnical Commission, Международная комиссия по электротехнике;

а также некоторыми национальными и региональными институтами и организациями (в основном, американскими и европейскими, поскольку именно они оказывают наибольшее влияние на развитие технологий разработки ПО во всем мире):

• ANSI — American National Standards Institute, Американский национальный институт стандартов;

• SEI — Software Engineering Institute, Институт программной инженерии;

• ECMA — European Computer Manufactures Association, Европейская ассоциация производителей компьютерного оборудования;

разработан набор стандартов, регламентирующих различные аспекты жизненного цикла и вовлеченных в него процессов.

Структура жизненного цикла в соответствии со стандартом ISO/IEC 12207 Международной организации по стандартизации (International Standards Organization) и Международной комиссии по электротехнике (International Electric engineering Commission) базируется на трёх группах процессов (рис 2.1):

1. Основные процессы.

2. Вспомогательные процессы.

3. Организационные процессы.

Каждый процесс характеризуется определёнными задачами и методами их решения, исходными данными и результатами.

Основные процессы:

· приобретение,

· поставка,

· разработка,

· эксплуатация,

· сопровождение.

Вспомогательные процессы (обеспечивающие выполнение основных процессов):

· документирование,

· обеспечение качества,

· управление конфигурацией,

· верификация,

· аттестация.

Организационные процессы:

· управление проектами,

· создание инфраструктуры проекта,

· определение,

· оценка и улучшение самого жизненного цикла,

· обучение.

Процесс разработки (development process) в соответствии со стандартом предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и охватывает работы по созданию программного обеспечения и его компонентов в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, а также подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствия качества программных продуктов, материалов, необходимых для обучения персонала, и т. д.

Рис. 2.1. Структура процессов жизненного цикла программного обеспечения

По стандарту процесс разработки включает следующие действия:

· подготовительную работу – выбор модели жизненного цикла (см. далее), стандартов, методов и средств разработки, а также составление плана работ;

· анализ требований к системе – определение ее функциональных возможностей, пользовательских требований, требований к надежности и безопасности, требований к внешним интерфейсам и т. д.;

· проектирование архитектуры системы – определение состава необходимого оборудования, программного обеспечения и операций, выполняемых обслуживающим персоналом;

· анализ требований к программному обеспечению – определение функциональных возможностей, включая характеристики производительности, среды функционирования компонентов, внешних интерфейсов, спецификаций надежности и безопасности, эргономических требований, требований к используемым данным, установке, приемке, пользовательской документации, эксплуатации и сопровождению;

· проектирование архитектуры программного обеспечения – определение структуры программного обеспечения, документирование интерфейсов его компонентов, разработку предварительной версии пользовательской документации, а также требований к тестам и плана интеграции;

· детальное проектирование программного обеспечения – подробное описание компонентов программного обеспечения и интерфейсов между ними, обновление пользовательской документации, разработка и документирование требований к тестам и плана тестирования компонентов программного обеспечения, обновление плана интеграции компонентов;

· кодирование и тестирование программного обеспечения – разработку и документирование каждого компонента, а также совокупности тестовых процедур и данных для их тестирования, тестирование компонентов, обновление пользовательской документации, обновление плана интеграции программного обеспечения;

· интеграцию программного обеспечения – сборку программных компонентов в соответствии с планом интеграции и тестирование программного обеспечения на соответствие квалификационным требованиям, представляющих собой набор критериев или условий, которые необходимо выполнить, чтобы квалифицировать программный продукт, как соответствующий своим спецификациям и готовый к использованию в заданных условиях эксплуатации;

· квалификационное тестирование программного обеспечения – тестирование программного обеспечения в присутствии заказчика для демонстрации его соответствия требованиям и готовности к эксплуатации; при этом проверяется также готовность и полнота технической и пользовательской документации

· интеграцию системы – сборку всех компонентов системы, включая программное обеспечение и оборудование;

· квалификационное тестирование системы – тестирование системы на соответствие требованиям к ней и проверка оформления и полноты документации;

· установку программного обеспечения – установку программного обеспечения на оборудовании заказчика и проверку его работоспособности;

· приемку программного обеспечения – оценку результатов квалификационного тестирования программного обеспечения и системы в целом и документирование результатов оценки совместно с заказчиком, окончательную передачу программного обеспечения заказчику.

Жизненный цикл состоит из логически завершённых частей, называемых стадиями. Каждая стадия порождает определённый набор документов и технических решений.

Различают следующие стадии жизненного цикла ПС: разработка ПС, производство программных изделий (ПИ) и эксплуатация ПС.

Стадия разработки (development) ПС состоит из этапа его внешнего описания, этапа конструирования, этапа кодирования (программирование в узком смысле) и этапа аттестации ПС. Всем этим этапам сопутствуют процессы документирования и управления (management) разработкой. Этапы конструирования и кодирования часто перекрываются, иногда довольно сильно. Это означает, что кодирование некоторых частей программного обеспечения может быть начато до завершения этапа конструирования.

Внешнее описание (Requirements document) ПС является описанием его поведения с точки зрения пользователя с фиксацией требований относительно его качества. Внешнее описание начинается с определения назначения ПС и требований к нему со стороны заказчика.

Конструирование (design) ПС охватывает процессы: разработку архитектуры, разработку структур программ и данных, а также их детальную спецификацию.

Кодирование (coding) – создание текстов программ на языках программирования, их отладка с тестированием ПС.

На этапе аттестации ПС производится оценка качества ПС, после успешного завершения которого разработка ПС считается законченной.

Программное изделие (ПИ) – экземпляр или копия, снятая с разработанного ПС. Изготовление ПИ – это процесс генерации и/или воспроизведения (снятия копии) программ и программных документов ПС с целью их поставки пользователю для применения по назначению. Производство ПИ – это совокупность работ по обеспечению изготовления требуемого количества ПИ в установленные сроки. Данная стадия в жизненном цикле ПС является, по существу, вырожденной (не существенной), так как представляет рутинную работу, которая может быть выполнена автоматически и без ошибок. Этим она принципиально отличается от стадии производства различной техники. В связи с этим в литературе эту стадию, как правило, не включают в жизненный цикл ПС.

Стадия эксплуатации ПС охватывает процессы хранения, внедрения и сопровождения ПС, а также транспортировки и применения ПИ по своему назначению. Она состоит из двух параллельно проходящих фаз: фазы применения ПС и фазы сопровождения ПС.

Применение (operation) ПС – это использование ПС для решения практических задач на компьютере путём выполнения программ.

Сопровождение (maintenance) ПС– это процесс сбора информации о его качестве в эксплуатации, устранения обнаруженных в нём ошибок, его доработки и модификации, а также извещения пользователей о внесённых в него изменениях.

Указанные действия можно сгруппировать, условно выделив следующие основные этапы разработки программного обеспечения (в скобках указаны соответствующие стадии разработки по ГОСТ 19.102-77 «Стадии разработки»):

· постановка задачи (стадия «Техническое задание»);

· анализ требований и разработка спецификаций (стадия «Эскизный проект»);

· проектирование (стадия «Технический проект»);

· реализация (стадия «Рабочий проект»).

Традиционно разработка также включала этап сопровождения (началу этого этапа соответствует стадия «Внедрение» по ГОСТ). Однако по международному стандарту в соответствии с изменениями, произошедшими в индустрии разработки программного обеспечения, этот процесс теперь рассматривается отдельно.

Условность выделения этапов связана с тем, что на любом этапе возможно принятие решений, которые потребуют пересмотра решений, принятых ранее.

Постановка задачи.Впроцессе постановки задачи четко формулируют назначение программного обеспечения и определяют основные требования к нему. Каждое требование представляет собой описание необходимого или желаемого свойства программного обеспечения. Различают функциональные требования, определяющие функции, которые должно выполнять разрабатываемое программное обеспечение, и эксплуатационные требования, определяющие особенности его функционирования.

Требования к программному обеспечению, имеющему прототипы, обычно определяют по аналогии, учитывая структуру и характеристики уже существующего программного обеспечения. Для формулирования требований к программному обеспечению, не имеющему аналогов, иногда необходимо провести специальные исследования, называемые предпроектными. В процессе таких исследований определяют разрешимость задачи, возможно, разрабатывают методы ее решения (если они новые) и устанавливают наиболее существенные характеристики разрабатываемого программного обеспечения. Для выполнения предпроектных исследований, как правило, заключают договор на выполнение научно-исследовательских работ. В любом случае этап постановки задачи заканчивается разработкой технического задания, фиксирующего принципиальные требования, и принятием основных проектных решений.

Анализ требований и определение спецификаций.Спецификациями называют точное формализованное описание функций и ограничений разрабатываемого программного обеспечения. Соответственно различают функциональные и эксплуатационные спецификации. Совокупность спецификаций представляет собой общую логическую модель проектируемого программного обеспечения.

Для получения спецификаций выполняют анализ требований технического задания, формулируют содержательную постановку задачи, выбирают математический аппарат формализации, строят модель предметной области, определяют подзадачи и выбирают или разрабатывают методы их решения. Часть спецификаций может быть определена в процессе предпроектных исследований и, соответственно, зафиксирована в техническом задании.

На этом этапе также целесообразно сформировать тесты для поиска ошибок в проектируемом программном обеспечении, обязательно указав ожидаемые результаты.

Проектирование.Основной задачей этого этапа является определение подробных спецификаций разрабатываемого программного обеспечения. Процесс проектирования сложного программного обеспечения обычно включает:

· проектирование общей структуры – определение основных компонентов и их взаимосвязей;

· декомпозицию компонентов и построение структурных иерархий в соответствии с рекомендациями блочно-иерархического подхода;

· проектирование компонентов.

Результатом проектирования является детальная модель разрабатываемого программного обеспечения вместе со спецификациями его компонентов всех уровней. Тип модели зависит от выбранного подхода (структурный, объектный или компонентный) и конкретной технологии проектирования. Однако в любом случае процесс проектирования охватывает как проектирование программ (подпрограмм) и определение взаимосвязей между ними, так и проектирование данных, с которыми взаимодействуют эти программы или подпрограммы. Принято различать также два аспекта проектирования:

· логическое проектирование, которое включает те проектные операции, которые непосредственно не зависят от имеющихся технических и программных средств, составляющих среду функционирования будущего программного продукта;

· физическое проектирование – привязка к конкретным техническим и программным средствам среды функционирования, т. е. учет ограничений, определенных в спецификациях.

Реализация.Реализация представляет собой процесс поэтапного написания кодов программы на выбранном языке программирования (кодирование), их тестирование и отладку.

Сопровождение. Сопровождение – это процесс создания и внедрения новых версий программного продукта. Причинами выпуска новых версий могут служить:

· необходимость исправления ошибок, выявленных в процессе эксплуатации предыдущих версий;

· необходимость совершенствования предыдущих версий, например, улучшения интерфейса, расширения состава выполняемых функций или повышения его производительности;

· изменение среды функционирования, например, появление новых технических средств и/или программных продуктов, с которыми взаимодействует сопровождаемое программное обеспечение.

На этом этапе в программный продукт вносят необходимые изменения, которые так же, как в остальных случаях, могут потребовать пересмотра проектных решений, принятых на любом предыдущем этапе. С изменением модели жизненного цикла программного обеспечения роль этого этапа существенно возросла, так как продукты теперь создаются итерационно: сначала выпускается сравнительно простая версия, затем следующая с большими возможностями, затем следующая и т. д. Именно это и послужило причиной выделения этапа сопровождения в отдельный процесс жизненного цикла в соответствии с стандартом ISO/IEC 12207.

Рассматриваемый стандарт только называет и определяет процессы жизненного цикла программного обеспечения, не конкретизируя в деталях, как реализовывать или выполнять действия и задачи, включенные в эти процессы. Эти вопросы регламентируются соответствующими методами, методиками и т. п. Прежде, чем перейти к подробному рассмотрению последних, проанализируем эволюцию схем разработки программного обеспечения от момента их появления до настоящего времени.

Некоторые отечественные и зарубежные источники предлагают выделять следующие этапы:

1) анализ требований, предъявляемых к системе (системный анализ). (Обычно проводится на основе первичного исследования потоков информации при традиционном проведении работ с фиксацией видов этих работ и их последовательности.);

2) определение целей, достигаемых разрабатываемыми программами;

3) выявление аналогов, обеспечивающих достижение подобных целей, их достоинств и недостатков;

4) постановка задачи на разработку новых программ, определение внешних спецификаций (т. е. описаний входной и выходной информации, а иногда и их форм) и способов (алгоритмов, методов) обработки информации;

5) оценка достижения целей разработки (Далее, при необходимости, этапы 1—5 могут быть итеративно повторены до достижения удовлетворительного облика изделия с описанием выполняемых им функций и некоторой ясностью реализации его функционирования.);

6) рассмотрение возможных вариантов структурного построения программного изделия: или в виде нескольких программ, или нескольких частей одной программы; результатом этой работы являются варианты архитектуры программной системы и (или) требования к структуре отдельных программных компонент; организация файлов для межпрограммного обмена данными;

7) разработка окончательного варианта архитектуры системы и разработка окончательной структуры программных компонент;

8) составление и проверка спецификаций модулей;

9) составление описаний логики модулей;

10) составление окончательного плана реализации программ;

11) кодирование и тестирование отдельных модулей и совокупности готовых модулей до получения готовой программы;

12) комплексное тестирование;

13) разработка эксплуатационной документации на программу;

14) проведение приемо-сдаточных и других испытаний;

15) корректировка программ по результатам испытаний;

16) окончательная сдача программного изделия заказчику;

17) тиражирование программного изделия;

18) сопровождение программы.

Современные технологии проектирования программного обеспечения (ПО) направлены на частичную автоматизацию этапов и на совмещение их во времени с целью сокращения сроков выполнения проектов.

В литературных источниках применяются наименования этапов, которые охватывают ряд приведенных этапов и по времени охватывают даже несколько стадий. Например, этап разработки программы.

17. Основные подходы программирования: структурные и

процедурные подходы программирования.