В современных информационных технологиях важное место отводится инструментальным средствам и средам разработки АС, в частности, системам разработки и сопровождения их ПО. Эти технологии и среды образуют системы, называемые CASE-системами.
Используется двоякое толкование аббревиатуры CASE, соответствующее двум направлениям использования CASE-систем. Первое из них — Computer Aided System Engineering — подчеркивает направленность на поддержку концептуального проектирования сложных систем, преимущественно слабоструктурированных. Далее CASE-системы этого направления будем называть системами CASE для концептуального проектирования. Второе название — Computer Aided Software Engineering переводится, как автоматизированное проектирование программного обеспечения, соответствующие CASE-системы называют инструментальными CASE или инструментальными средами разработки ПО (одно из близких к этому названий — RAD — Rapid Application Development).
Среди систем CASE для концептуального проектирования различают системы функционального, информационного или поведенческого проектирования. Наиболее известной методикой функционального проектирования сложных систем является методика SADT (Structured Analysis and Design Technique), предложенная в 1973 г. Р.Россом и впоследствии ставшая основой международного стандарта IEEE 1320.1-1998 IDEF0 (Integrated DEFinition 0).
Системы информационного проектирования реализуют методики инфологического проектирования БД. Широко используются язык и методика создания информационных моделей приложений, закрепленные в методике IDEF1X (IEEE 1320.2-1998). Кроме того, развитые коммерческие СУБД, как правило, имеют в своем составе совокупность CASE-средств проектирования приложений.
Основные положения стандартов IDEF0 и IDEF1X использованы также при создании комплекса стандартов ISO 10303, лежащих в основе технологии STEP для представления в компьютерных средах информации, относящейся к проектированию и производству в промышленности.
Поведенческое моделирование сложных систем используют для определения динамики функционирования сложных систем. В его основе лежат модели и методы имитационного моделирования систем массового обслуживания, сети Петри, возможно применение конечно-автоматных моделей, описывающих поведение системы, как последовательности смены состояний.
Применение инструментальных CASE-систем ведет к сокращению затрат на разработку ПО за счет уменьшения числа итераций и числа ошибок, к улучшению качества продукта за счет лучшего взаимопонимания разработчика и заказчика, к облегчению сопровождения готового ПО,
Среди инструментальных CASE-систем различают интегрированные комплексы инструментальных средств для автоматизации всех этапов жизненного цикла ПО (такие системы называют Workbench) и специализированные инструментальные средства для выполнения отдельных функций (Tools). Средства CASE-систем по своему функциональному назначению принадлежат к одной из следующих групп
1. средства программирования;
2. средства управления программным проектом;
3. средства верификации (анализа) программ;
Средства документирования.
К средствам программирования относятся компиляторы с алгоритмических языков; построители диаграмм потоков данных; планировщики для построения высокоуровневых спецификаций и планов ПО (возможно на основе баз знаний, реализованных в экспертных системах); интерпретаторы языков спецификаций и языков четвертого поколения; прототайпер для разработки внешних интерфейсов — экранов, форм выходных документов, сценариев диалога; генераторы программ определенных классов (например, конверторы заданных языков, драйверы устройств программного управления, постпроцессоры); кросс-средства; отладчики программ. При этом под языками спецификаций понимают средства укрупненного описания разрабатываемых алгоритмов и программ, к языкам 4GL относят языки для компиляции программ из набора готовых модулей, реализующих типовые функции достаточно общих приложений (чаще всего это функции технико-экономических систем).
Управление программным проектом называют также управлением конфигурациями ПО. Этому понятию соответствуют корректное внесение изменений а программную систему при ее проектировании и сопровождении, контроль целостности проектных данных, управление версиями проекта, организация параллельной работы членов коллектива разработчиков. Использование средств управления конфигурациями позволяет создавать программные системы из сотен и тысяч модулей, значительно сокращать сроки разработки, успешно модернизировать уже поставленные заказчикам системы.
Основой средств управления программным проектом является репозиторий — БД проекта. Именно в репозитории отражена история развития программного проекта, содержатся все созданные версии (исходный программный код, исполняемые программы, библиотеки, сопроводительная документация и т.п.) с помощью репозитория осуществляется контроль и отслеживание вносимых изменений.
Средства верификации служат для оценки эффективности исполнения разрабатываемых программ и определения наличия в них ошибок и противоречий. Различают статические и динамические анализаторы. В статических анализаторах ПО исследуется на наличие неопределенных данных, бесконечных циклов, недопустимых передач управления и т.п. Динамический анализатор функционирует в процессе исполнения проверяемой программы; при этом исследуются трассы, измеряются частоты обращений к модулям и т.п. Используемый математический аппарат — сети Петри, теория массового обслуживания.
В последнюю из перечисленных групп входят документаторы для оформления программной документации, например, отчетов по данным репозитория; различные редакторы для объединения, разделения, замены, поиска фрагментов программ и других операций редактирования.
Проектирование ПО с помощью CASE-систем включает в себя несколько этапов. Начальный этап — предварительное изучение проблемы. Результат представляют в виде исходной диаграммы потоков данных и согласуют с заказчиком. На следующем этапе выполняют детализацию ограничений и функций программной системы, и полученную логическую модель вновь согласуют с заказчиком. Далее разрабатывают физическую модель, т.е. определяют модульную структуру программы, выполняют инфологическое проектирование БД, детализируют граф-схемы программной системы и ее модулей.
Подсистема CASE в составе системной среды САПР предназначена для адаптации САПР к нуждам конкретных пользователей, разработки и сопровождения прикладного ПО. Ее можно рассматривать как специализированную САПР, в которой объектом проектирования являются новые версии подсистем САПР, в частности, версии, адаптированные к требованиям конкретного заказчика. Другими словами, такие CASE-подсистемы позволяют пользователям формировать сравнительно с малыми затратами усилий варианты прикладных программно-методических комплексов (ПМК) из имеющегося базового набора модулей под заданный узкий диапазон конкретных условий проектирования. В таких случаях CASE-подсистемы называют инструментальными средами.
CASE-система, как система проектирования ПО, содержит компоненты для разработки структурных схем алгоритмов и "экранов" для взаимодействия с пользователем в интерактивных процедурах, средства для инфологического проектирования БД, отладки программ, документирования, сохранения "истории" проектирования и т.п. Наряду с этим, в CASE-подсистему САПР входят и компоненты с специфическими для САПР функциями.
Так, в состав САПР Microstation (фирма Bentley Systems) включена инструментальная среда Microstation Basic и язык MDL (Microstation Development Language) c соответствующей программной поддержкой. Язык MDL — C-подобный, с его помощью можно лаконично выразить обращения к проектным операциям и процедурам. В целом среда Microstation Basic близка по своим функциям к среде MS Visual Basic, в ней имеются генератор форм, редактор, конструктор диалога, отладчик.
САПР Спрут (российская фирма Sprut Technologies) вообще создана как инструментальная среда для разработки пользователем потоков задач конструкторского и технологического проектирования в машиностроении с последующим возможным оформлением потоков в виде пользовательских версий САПР. Сконструированный поток поддерживается компонентами системы, в число которых входят графические 2D и 3D подсистемы, СУБД, продукционная экспертная система, документатор, технологический процессор создания программ для станков с ЧПУ, постпроцессоры.
Другой пример CASE-системы в составе САПР - система CAS.CADE фирмы MatraDatavision, с ее помощью фирма в свое время разработала очередную версию Euclid Quantum своей САПР Euclid.
Декларативное программирование
Декларативный подход в разработке компьютерных программ появился в начале 70-х годов. Он не получил столь широкого применения как процедурный, поскольку был направлен на относительно узкий круг задач искусственного интеллекта. При его применении программист описывает свойства исходных данных, их взаимосвязи, свойства, которыми должен обладать результат, а не алгоритм получения результата. Разумеется, для получения результата этот алгоритм все равно нужен, но он должен порождаться автоматически той системой, которая поддерживает декларативно-ориентированный язык программирования. При логическом варианте такого подхода (прежде всего это относится к языку Про лог, PROLOG) задача описывается совокупностью фактов и правил в некотором формальном логическом языке, при функциональном варианте –
в виде функциональных соотношений между фактами (язык Лисп, LISP).
Процедурно-ориентированное программирование развивается и в другом направлении – так называемого, параллельного программирования. В привычных алгоритмах и программах действия совершаются последовательно одно за другим. Однако логика решения множества задач вполне допускает одновременное выполнение нескольких операций, что ведет к многократному увеличению эффективности. Реализация параллельных алгоритмов на ЭВМ стала возможной с появлением многопроцессорных компьютеров, в которых специалисты видят будущее вычислительной техники.
За последнее десятилетие в области средств автоматизации программирования сформировалось новое направление под общим названием CASE-технология (Computer Aided Software Engineering-CASE) – средство для создания информационных систем.
Основная цель CASE-систем состоит в автоматизировании всего процесса создания программного обеспечения. CASE-система позволяет исследовать прототип создаваемой программной системы на основе ее модели.
CASE-технологии позволяют поддерживать коллективную работу над проектом за счет возможности работы в локальной сети, экспорта–импорта любых фрагментов проекта, организации управления проектом.
Сегодня лидирующей в мире CASE-системой считается Rational Rose корпорации Rational Software. Система Rational Rose нацелена на создание модулей с использованием языка Unified Modeling Language (UML).
Последняя версия CASE-системы компании Rational Software Rational Rose 98 успешно применяется для создания коммерческого ПО и поддерживает популярные языки программирования Java, Си++, Смолток, Ада, Visual Basic, Power Builder и Forte. Кроме того, пакет Rose 98 способен генерировать описания на языках Interface Definition Language (IDL) для приложений CORBA (технологии распределенных вычислений) и Data Definition Language (DDL) для приложений доступа к базам данных, в том числе и Oracle 8. Разумеется, поддержка того или иного языка программирования зависит от того, о какой редакции пакета Rational Rose 98 идет речь. К примеру, нельзя требовать многого от самого простого варианта пакета – Rose 98 Modeler Edition. Зато Rose 98 Enterprise Edition оснащен от души.
- ₽
·
Нельзя не отметить, что система Rose – признанный лидер среди средств визуального моделирования, и, используя ее, можно интерактивно разрабатывать архитектуру создаваемого приложения, генерировать его исходные тексты и параллельно работать над документированием разрабатываемой системы.