Методы проектирования программных систем

В 60-70-е годы эффективность применения компьютеров резко возросла. В результате стало выгодно создавать все больше прикладных программ повышенной сложности. В качестве основных инструментов создания программных продуктов начали применяться алгоритмические языки высокого уровня. Эти языки расширили возможности отдельных программистов и групп разработчиков, что в свою очередь привело к увеличению уровня сложности программных систем. В эти годы было разработано много методов, помогающих справиться с растущей сложностью программ. Наибольшее распространение получило структурное проектирование по методу сверху-вниз, или комбинированный метод. Он был непосредственно основан на топологии языков высокого уровня типа FORTRAN и COBOL. В этих языках основной базовой единицей является подпрограмма, и программа в целом принимает форму дерева, в котором одни подпрограммы в процессе работы вызывают другие подпрограммы. Структурное программирование использует именно такой подход: алгоритмическая декомпозиция применяется для разбиения большой задачи на маленькие.

Способ управления сложными системами был известен еще в древности: divide et impera (разделяй и властвуй). При проектировании сложной программной системы необходимо составлять ее из небольших подсистем, каждую из которых можно отладить независимо от других. В этом случае мы не выходим за пределы возможностей человека, отпущенных ему природой: при разработке любого уровня системы нам нужно будет одновременно держать в уме информацию лишь о немногих ее частях (отнюдь не о всех!).

Начиная с 60-70-х годов стали появляться компьютеры еще больших возможностей. Значение структурного подхода осталось прежним, но оказалось, что структурный подход не работает, если объем программы превышает приблизительно 100 000 строк. В последнее время появились десятки методов, в большинстве которых устранены очевидные недостатки структурного проектирования.

В настоящее время методы проектирования можно разделить на три основные группы:

¨ метод структурного проектирования “сверху-вниз”;

¨ метод организации потоков данных;

¨ объектно-ориентированное проектирование.

Примеры методов структурного проектирования приведены в работах Йордана и Константина (Yourdon E. and Constantine), Вирта (Wirth N.), Даля, Дейкстры и Хоара (Dahl O., Dijkstra E.W., and Hoare C. A. R.) и др. В каждом из этих подходов присутствует алгоритмическая декомпозиция. Следует отметить, что большинство существующих программ написано в соответствии с одним из этих методов. Тем не менее структурный подход не позволяет выделять абстракции и обеспечивать защиту доступа к данным, не представляет он также достаточных средств для организации параллелизма. Структурный подход не может обеспечить создание предельно сложных систем, и он, как правило, неэффективен при использовании объектно-ориен­тированных языков программирования.

Метод организации потоков данных полнее всего описан в работе Джексона (Jackson M.), а также Уорниера и Орра (Orr K.). В этом методе структура программной системы строится как организация преобразований входных потоков в выходные. Метод организации потоков данных, как и структурный метод, с успехом применялся при решении ряда сложных задач, в частности, в системах информационного обеспечения, где существуют прямые связи между входными и выходными потоками системы и где не требуется уделять много внимания быстродействию.

В основе объектно-ориентированного проектирования (OOD) лежит представление о том, что программную систему необходимо проектировать как совокупность взаимодействующих друг с другом объектов, рассматривая каждый объект как экземпляр определенного класса, причем классы при этом образуют иерархию. Объектно-ориентированный подход отражает топологию новых языков высокого уровня, таких, как Smalltalk, Object Pascal, C++ и Ada.

Дата добавления: 2014-01-04