Технологии программирования
Шрифт:
Необходимость в проекте вызвана сложностью задачи.
Следующий пример показывает нелинейную зависимость роста сложности задачи от ее размера. Необходимо в уме сложить числа 4 и 3. Ответ, разумеется, — 7. Необходимо в уме перемножить числа 7 и 9. Ответ, конечно, — 63. Но если не знаете таблицу умножения, то надо выполнить нестандартное преобразование в виде многократного сложения. Трудно ли оно для вас? Необходимо в уме перемножить числа 289 и 347. Если вы не феноменальный счетчик, то хватит ли в вашей голове оперативной памяти? А сможете ли вы перемножить в уме шестизначные числа? Но если декомпозировать данную задачу на вычисление ряда произведений одного из сомножителей на отдельные цифры другого сомножителя и затем найденные произведения сложить (при этом записывать на бумаге все промежуточные результаты), то с этой задачей вполне может справиться заурядный человек.
Еще пример, показывающий один из путей снижения сложности задачи за счет ее декомпозиции на обозримые части.
Программа — очень сложный объект, содержащий до сотен тысяч и даже нескольких миллионов мыслей. Сложность программного продукта — отнюдь не случайное свойство, скорее необходимое. Его сложность определяется четырьмя основными причинами: сложностью задачи, сложностью управления процессом разработки, сложностью описания поведения отдельных подсистем, сложностью обеспечения гибкости конечного программного продукта.
В табл. 1.1 приведены пять признаков сложной системы вместе с примерами. Эти признаки инвариантны как для осязаемой системы из реального мира «музыкальный центр», так и для программной системы — текстового редактора.
Таблица 1.1.
Примеры музыкального центра и текстового редактора как сложных систем
| Признаки | Музыкальный центр | Текстовый редактор |
| 1. Сложность часто представляется в виде иерархии. Сложная система обычно состоит из взаимозависимых подсистем, которые в свою очередь также могут быть разделены на подсистемы и т. д., вплоть до самых низких уровней абстракции | Состоит из 6 подсистем: усилителя, блока цифрового управления системой, проигрывателя компакт-дисков, кассетной деки, радиоприемника, динамиков. Каждая из подсистем может быть в свою очередь разделена на подсистемы. Усилитель разделяется на фильтры, предварительные каскады усиления и усилитель мощности. Блок цифрового управления системой разделяется на процессор, панель кнопок, панель индикации и на цифроаналоговые, аналого-цифровые преобразователи. Проигрыватель компакт-дисков — на лазер, устройство управления лазером, цифроаналоговый преобразователь и т. д. | Состоит из файлов: описания глобальных констант и переменных, библиотеки модулей поддержки дисплея, библиотеки модулей поддержки клавиатуры, библиотеки модулей поддержки главного «меню», набора модулей самого редактора. Библиотека модулей поддержки клавиатуры в свою очередь включает модуль строчного редактора, который использует такие модули файла библиотеки поддержки дисплея, как отображения строки на экране и перемещения курсора в заданную позицию, а также еще целый ряд внутренних модулей |
| 2. Выбор низшего уровня абстракции является в значительной мере произвольным и в большей степени определяется наблюдателем | В качестве низшего уровня абстракции можно выбрать узлы, выполняющие законченные функции обработки электронных или звуковых сигналов: усилительные каскады — усиливают сигналы, фильтры — обеспечивают исключение помех соответствующих частот и т. д. При необходимости улучшить функцию какого-либо узла необходимо рассмотреть более низкий уровень абстракции, т. е. операционные усилители, транзисторы, диоды и др. | Системные аналитики в качестве низшего уровня абстракции в программах используют модули. Кодировщики, реализующие модули, в качестве низшего уровня абстракции используют алгоритмические структуры (операторы) языка высокого уровня и структуры данных |
| 3. Внутриэлементные связи обычно прочнее межэлементных связей. Поэтому взаимодействия частей внутри элементов системы оказываются естественным образом отделенными от взаимодействия между самими элементами. (Различие между внутри- и межэлементными взаимодействиями обусловливает разделение системы на абстрактные автономные части, которые можно изучать по отдельности.) | Каждый узел, как правило, имеет или один (управляющий), или два входа (управляющий и сигнальный) и только один выход (обработанный сигнал). Связи между узлами обеспечиваются соединением входов и выходов различных узлов. Узел работает как «черный ящик», внутриэлементные связи которого «не видны» извне. Количество внутриэлементных связей существенно больше, чем межэлементных | Связи между модулями реализованы с помощью аргументов (в количестве от 0 до 10) функций и небольшого количества глобальных переменных. Внутримодульные связи реализованы с помощью общих для модуля переменных (обычно от 10 до нескольких десятков). Поскольку переменные доступны из любой точки модуля, то такая связь является связью типа «все со всеми» |
| 4. Иерархические системы обычно
| Каждый из электронных узлов устройства выполнен, в конечном итоге, из одних и тех же типовых элементов: полупроводниковых приборов (транзисторов и диодов), сопротивлений, конденсаторов различных номиналов и способов изготовления. Различаются порядок и комбинации использования этих элементов в разных узлах | Каждый модуль представляет собой набор одних и тех же вычислительных структур (операторов) и стандартных функций, по-разному взаимодействующих друг с другом через общие данные в каждом из модулей |
| 5. Работающая сложная система неизбежно оказывается результатом развития работающей простой системы. Сложная система, разработанная от начала до конца на бумаге, никогда не работает и нельзя заставить ее заработать. Обычно первоначально создают простую работающую систему, которую развивают в последующих версиях на основе новых идей, полученных при эксплуатации | Прототипы музыкального центра: радиоприемник, кассетный магнитофон, проигрыватель компакт-дисков. Музыкальный центр является комбинацией и дальнейшим развитием этих систем: улучшены подсистемы усиления и фильтрации звука, улучшены динамики, добавлен цифровой процессор для обработки звука | Сначала появились простейшие текстовые редакторы как строчные, так и экранные для набора и корректировки текстов в режиме пишущей машинки. Затем появились текстовые процессоры, форматирующие текст и осуществляющие проверку орфографии. Далее появились интегрированные системы, включающие процессоры: текстовые, графические, электронных таблиц, баз данных и деловой графики |
Проектирование — это разработка проекта, процесс создания спецификации, необходимой для построения в заданных условиях еще несуществующего объекта на основе первичного описания этого объекта. Результатом проектирования является проектное решение или совокупность проектных решений, удовлетворяющих заданным требованиям. Заданные требования обязательно должны включать форму представления решения.
Спецификация в сфере проектной деятельности — это какое-либо описание в точных терминах.
Проектным документом называют документ, выполненный по заданной форме, в котором представлено какое-либо проектное решение. В программировании проектные решения оформляются в виде программной документации. Различают внешнюю программную документацию, которая согласуется с заказчиком, и внутреннюю промежуточную документацию проекта, которая необходима самим программистам для их работы.
Проект (от лат. projectus — брошенный вперед) — совокупность проектных документов в соответствии с установленным перечнем, которая представляет результат проектирования.
Проектной ситуацией называют реальность (ситуацию), в которой ведется проектирование. Паровоз и электровоз проектировались в разных проектных ситуациях, определенных уровнем знаний человечества. Именно поэтому XIX в. стал веком паровоза.
Любая задача характеризуется необходимостью преобразования некоторой исходной ситуации в ситуацию, называемую решением. Говоря о любой задаче, всегда имеем ее информационные элементы:
— информация об условии (условие задачи) — что задано;
— информация о решении (признаки исходной ситуации) — что требуется получить;
— информация о технологии преобразования условия в решение — как решить.
Проектная задача (англ. Engineering Task) характеризуется неопределенностью априори информации: что требуется получить, что задано. Более того, способ решения задачи является объектом проектирования. И наконец, решение проектной задачи должно быть найдено в рамках ограничений внешней среды проектирования: доступных денежных средств, заранее заданных сроков, возможностями технических средств и инструментария программирования, научных знаний, программных заделов и т. д.
Проектные задачи по плечу только тем, кто способен воспринимать явление целиком и в мельчайших деталях одновременно, остроумно связывая эти детали между собой. Именно таких людей всегда называли инженерами, да и сам термин происходит от латинского ingenium, что означает природный ум, а также изобретательность. Инженер-программист — специалист по решению проектных задач. Инженер-системотехник — инженер инженеров, специалист по решению проектных задач создания таких особо сложных искусственных систем, как автоматизированные системы.
Источником, первопричиной всякой проектной деятельности является субъект — человек или группа людей, испытывающие дискомфорт в существующей ситуации.
«Лежа на теплой печи» (находясь в комфортной ситуации), можно мечтать о решении мировых проблем и ничего не делать. Однако страх перед грядущим дискомфортом (замерзание, голод) вернет мечтателя в реальную ситуацию и потребует нахождения способа решения и самого решения проблемы дальнейшего его существования (заготовка дров и продуктов).