автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка методов и средств обеспечения качества программ АСУП

ТВЕРСКОЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИ! ИНСТ1ГГУТ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОГРАММ АСУП

Специальность 05.13.06 - Автоматизированные

системы управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандитата технических наук

На правах рукописи

ГИБИН Юрий Васильевич

о

Теорь - 1993

Работа выложена на кафедре "Автоматизированные системы управления" Тверского политехнического института

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - ВНИИСтандарт. г. Ыисква

Защита состоится "/£" /чцЛ. 1993 г. в часов на заседании специализированного совета К 063.22.03 в Тверском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте по адресу: 170026, г.Тверь. наб. Аф. Никитина, 22. ауд. 212.

0 диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан а^^жс( 1993 г.

Ученый секретарь

Берзин Евгений Александрович

Масюков Вадим Арсеньевич

кандидат технических наук, доцент Яковлев Олег Евгеньевич

специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время качество программных средств вычислительной техники (ПС ВТ) остается наиболее узким местом в улучшении потребительских свойств вычислительных систем. Это приводит к большим затратам на поддержание ПС ВТ в работоспособном состоянии.

В данной работе исследование проблемы качества охватывает инструментально-технологическое обеспечение качества прикладных программ для решения экономических задач на этапах разработки. Это задачи учета и контроля, в основе которых лежат типовые процессы обработки информационных массивов (сортироЕка. слияние, уплотнение, редактирование и другие). т. е. задачи, решаемые рядом подсистем АСУП с помощью программ обработки данных (ПОД).

В настоящее время проблема проектирования и проблема качества программ решаются обособленно друг от друга. Применяемые методы проектирования практически инвариантны к заданным показателям качества разрабатываемой программы.

В соответствии с этим целью диссертации является повышение эффективности процесса разработки программных средств с заданным уровнем качества.

Для достижения поставленной цели в работе сформулирована научная задача: разработать методику и инструментальные программные средства, обеспечивающие получение программы обработки данных с заданными показателями качества.

Для решения этой задачи сформулированы две подзадачи:

- разработать методику оценки показателей качества программ обработки данных:

- разработать метод проектирования, обеспечивающий достижение заданного уровня качества программ обработки данных.

Сформулированные подзадачи по сути являются прямой и обратной задачами квалиметрпи.

Научная новизна исследования. На защиту выносятса следующие результаты:

-' методика- оценки уровня качества программ на базе автоматизированных методов оценки, включая комплекс основных показателей качества программ обработки данных:

- метод проектирования программ обработки данных _с с .-данными пска?г1телл!.:!1 качестга:

- метод синтеза программ обработки данных с учетом заданных показателей.

Практическая значимость работы состоит в том. что результаты проведенных исследований были положены в основу создания программных средств, обеспечивающих разработку автоматизированных систем управления предприятием:

Т-ЫОДА - Комплекс программ, обеспечивающих поддержку процесса конструирования программ систем обработки данных в диалоговом режиме из типовых процедур;

САПР ПО СОД - Система автоматизированного проектирования программного обеспечения для задач обработки данных в АСУП ( номер гос. per. 50870001593) ;

ШОК - Программное средство информационно-методической поддержки оценки качества программного обеспечения (номер гос. per. 50900000435).

Результаты работы были использованы при разработке "Методики оценки показателей качества ПС с использованием инструментальных средств" и "Методики формирования единичных показателей и определения базовых значений показателей качества ПС", которые внедрены в Государственном испытательном сертификационном центре ПС ВТ.

Апробация результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 14 конференциях, совещаниях и семинарах:

1, 2 и 3-й Международных научно-технических конференциях "Программное обеспечение ЭВМ" (Калинин, июль 1984, ноябрь 1967. ноябрь 1990);

Всесоюзной научно-технической конференции "Программные средства как продукта производственно-технического назначения" (Калинин, ноябрь 1985):

Всесоюзном научно-техническом семинаре "Экономика, организация и технология разработки и сопровождения программных средств" (Калинин, апрель 1986);

Всесоюзной научной конференции "Цроблемы совершенствования синтеза, тестирования и верификации программ" (Рига, ноябрь 1906);

Советско-польском семинаре по компьютерной поддержке проектных работ (Вроцлав, ПНР. май 1987);

Всесоюзном совещании "Программное обеспечение новой ин-

формацнонной технологии" (Калинин, ноябрь 1989):

Всесоюзном семинаре "Качество программных средств" (Калинин, март 1390); ,. . •

Конйеренции "Методы и средства повышения эффективности и качества программных систем" (Севастополь, апрель 1990);

Международной конференции "SOFTOOL USSR" (Москва, октябрь 1990);

Семинаре-совещании "Управление качеством программных средств вычислительной техники" (Севастополь, октябрь 1990);

2-м Всесоюзном семинаре "Управление качеством ТО ВТ" (Дагомыс. ноябрь 1990):

Международном семинаре "Качество программного обеспечения" (Санкт-Петербург, октябрь 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы объемом около 7 печатных листов.

Структура работы. Диссертация состоит ив введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. ООьем основной части работы составляет 134 страницы, включая 29 рисунков и 5 таблиц. Список литературы содержит 137 библиографических наименований. Приложение _ занимает 7 страниц. Общий обьем работы - 157 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается краткая характеристика исследуемой проблемы, принятых в работе путей ее решения, изложены основные положения работы.

В_пе)звой__1лав9 работы проведен анализ существующих подходов к проблеме качества разрабатываемого программного обеспечения и изложена формализованная постановка задачи.

В соответствии с принятой в стране концепцией качества UC инструментально-технологические средства, в последние годы получившие название CASE-систем (Computer Aided System engineering), представляют собой одно из главных направлений повышения качества программ. Проведенный в работе анализ проблемно-ориентированных средств разработки программ пока-, вал. что большинство из этих средств не отвечает одновременно трем требованиям: функциональная полнота, технологичность. заданный уровень качества разрабатываемых программ. Креме того, измерение уровня качества программ не-

автоматизированными методами сопряжено с высокими трудозатратами. Существующие методики оценки качества ПС не охватывают полностью весь. цикл процесса оценки, а автоматизированные методы измерения отдельных показателей не позволяет в целом оценить уровень качества программы.

В связи с этим разрабатываемая методика оценю! качества ПОД дсикла обеспечить наибольпее значение основного показателя э&Ьективности -системы контроля качества ка протяжении всего процесса разработки программы с учетом ограничений на ресурсы, выделенные на обеспечение ¡лчестьа.

При этом в основе технологического процесса должен лежать эффективный метод проектирования программ обработки данных, который обеспечивает высокую производительность как при разработке, так и при сопровождении программа, а также соблюдение следующих принципов: иерархичности, автономности, ограниченности, содержательности и адаптируемости.

Вторая глава работы посвящена разработке методики оценки качества программ обработки данных.

Зга методика охватывает все операции, предусмотренные ГОСТ 28195-89: выбор номенклатуры показателей качества оцениваемого программного средства, определение значений этих показателей, сравнение их с базовыми значениями и принятие решения о качестве программного средства.

1). Комплекс оснобных показателей качества программ обработки данных разработан с учетом назначения и требований области применения на основе общей номенклатуры показателей качества ГОСТ 28195-89.

В работе обосновано включение наиболее значимых единичных (измеряемых) показателей для рассматриваемого класса программ и дополнение новых показателей, процесс оценки которых можно автоматизировать.

В результате, количество оцениваемых показателей уменьшено втрое, и при этом около четверти единичных показателей можно измерить автоматизированными методами.

2). Особенность разработанной методики в части' определения значений показателей состоит в том. что в ней на основе аналитических и статистических исследований предложены, алгоритмы перехода от измеренных характеристик программы. которые могут иметь произвольные значении, к он?-

ночным элементам, пмеюцкм значения от О до 1. Это позволяет провести дальнейшая расчет показателей вшележапшх уровней в соответствии с указанным ГОСТом., • ■■

3). Принятии рескния о качестве программы осуществляется на основе разработанных обобщенных показателей, которые позволяют:

- сравнить показатели качества программного средства с заданными в техническом задании;

- сравнить два программных средства и выбрать наилучшее:

- Еыбрать программное средство, наиболее близкое к заданному эталону (реальному ш гипотетическому).

Основными обобщенными показателями, которые рассчитываются на основе значений показателей качества программа различных уровней (оценочных элементов, метрик, критериев) являются:

а) среднеЕзвекенная оценка:

где Olí и 02i - значения i-го показателя сравниваемых программ;

Bi - Бес (значимость) 1-го показателя, qo - общее количество сравниваемых показателей, б) степень близости к эталону:

qo

1-1

в) степень полноты проведенной оценки качества (показатель средневзвешенной полноты покрытия комплекса основных показателей качества):

со

(1)

■j

(2)

nEN meNo

б

где N - множество оцененных показателей;

Но - множество всех показателей.

Особенность предлагаемой процедуры принятия решения состоит в том. что она предусматривает анализ обобщенных показателей по различным уровням показателей качества: от потребительски-ориентированных до программно-ориентированных, что обеспечивает более точное соответствие результата решения цели решаемой задачи.

Таким образом, разработанная во второй главе методика оценки качества ГОД охватывает все операции процесса оценки и обеспечивает возможность их автоматизации, а построенная модель системы контроля качества дополняет методику в части ее эффективной привязки к конкретному технологическому процессу разработки программ.

Третья глава работы посвящена разработке метода проектирования программ обработки данных. В качестве объекта исследований был Быбран язык типовых операторов как наиболее пслно учитывающий специфику задач обработки данных и обеспечивающий наряду с высокой производительностью проектирования достаточную гибкость для получения заданных значений наиболее важных характеристик проектируемой программы.

Выбранный уровень языка проектирования определил основные решения при разработке метода проектирования. При этом в качестве основы использовался метод структурного программирования в форме пошагового уточнения. Как известно, целью данного метода является преодоление сложности разрабатываемой программы за счет упорядочения процесса ее написания..

Специфика задач обработки данных обуславливает применение ряда дополнительных правил, регламентирующих процесс структурного программирования для задач этого класса Суть этих правил сводится к упорядочению процесса принятия решений при разработке программы. Для процесса структурного проектирования порядок принятия решений е терминах системной архитектуры (СА) предлагается следующим (рис. 1).

На основании этой диаграммы в работе построена графовая иерархическая модель процесса проектировании программы обработки данных, выбран и обоснован маржрут при обходе граф« этой модели и выполнена расстановил шитролыж -точек.

Ногокчта разработанного >1гл--кт:::ч :.•••:-.г>,Г!-

Порядок, принятия решений в процессе разработки СА

-г Функциональный уровень задачи Процедурная схема Теоретико-мномэственкая операция Ключи обработки

Алгоритмы вычисления реквизитов

Рис. 1. Диаграмма иерархии процессов обработки данных

ется в том. что в отличие от традиционных методов, когда задача полностью описывается на языке спецификаций и подается на вход специального транслятора, данный метод позволяет решать задачу пошагово. Это значит, что система проектирования воспринимает задачу, начиная с самого общего описания (вычислительной граф-схемы). Далее выполняется детализация этого описания под управлением системы проектирования. Таким образом, поддерживается не только результат решения, но и процесс решения задачи (т.е. процесс проектирования программы).

Для реализации алгоритма проектирования и получения описания задачи для последующего синтеза программы в третьей главе разработан язык функциональных спецификаций (я1С). Описание вычислительной граф-схемы (ЕГО) программы, у. которой вершинами являются процедуры обработки, а дугами -массивы обрабатываемой информации, на ШС представляемся в виде композиции линейных подграфов (рис.2). Еид 'Ьайпа или процедуры определяет первая буква имени. Такое формализованное описание не только воспринимается системой проектирования, которая на его основе строит графическое изображение ВГС и использует для управления процессом проектирования, но и является достаточно наглядным для проектировщика.

Последующее описание задачи обработки данных разработчик вводит в Форме ответов на запросы системы в соответствии с алгоритмом проектирования на базе введенного описания ВГС.

Следующим этапом разработки является синтез программы по разработанным функциональным спецификациям.

Исследование задачи управления эффективностью л^екти-руемой nporr-.iv.vxi гмлолпсно на основе лаш><»л!г<п о мг"-,»гпя

VI М1

Т1

У2 М2

Т2

, и

VI

У1->Щ->Т1->Р1->Т2->К1->М1 У2->Ш->Т1

Рис. 2. ЕГО программ) и ее описание на ЯСС и мин

25 20 15 10 5

100

200

300

400

500

Количество записей входных файлов

Рис. 3. Динамические характеристики двух программных реализаций задачи

ОП. Кбайт 700

мин 3

Количество промежуточных файлов

Рис. 4. Быстродействие программ и необходимая оперативная память в зависимости от количества промежуточных файлов, создаваемых на ВЗУ

О

принципа конзейерной обработки записей информационных массивов ка базе тактовых процедур без создания промежуточных файлов на внешних запоминающих устройствах (ЕЗУ).

В работе исследованы возможности программной реализации . ВГС на базе импульсных тактоЕых процедур и разработаны алгоритмы обхода ВГС в процессу вычислений. Для простых ВГС агрегирующего типа (например, изображенной на рис, 2) разработана следующая управляющая программа: DO WHILE ( < не закончено формирование файла R >);

< запросить формирование записи файла R >:

CALL Т2;

IF < запись создана > THEN CALL V/l END:

Для более сложных ВГС базовая управляющая программа автоматически модифицируется в соответствии с разработанными в работе алгоритмами.

На рис. 3 представлены динамические характеристики двух программ, реализующих одну и - ту же типовую задачу AC.7IL-"Расчет потребности в материалах на изделие и на производственную программу предприятия", одна из которых разработана вручную на процедурном языке (кривая i), а вторая - в ерэде СППОД на базе тактовых процедур обработки данных без еззда-ия промежуточных файлов на ВЗУ (кривая 2).

Для некоторых ВГС, в которых присутствуют, несколько сортировок, альтернативные ветви, нетиповые процедуры, возможности организации сквозной конвейерной обработки ограничиваются наличием свободной оперативной памяти компьютера. В ряде случаев может потребоваться декемпозищя ВГС на • подграфы, что равносильно созданию промежуточных файлов на ВЗУ. Для рассматриваемой типовой задачи АСУП быстродействие программ и необходимая при этом оперативная память в зависимости от числа создаваемых промежуточных файлов представлена на рис. 4 (входные файлы содержат до 100 записей).

Разработанные в работе алгоритмы декомпозиции позволяют конструировать программы с учетом заданных требований к временной эффективности.

Таким образом, разработанный метод проектирования программ обработки данных обеспечивает получение высоких значений следующих показателей:

надежность - за счет управления процессом проектирования и диагностики принимаемых проектных решений, начиная ' с самого первого шага:

сопровождаемость - за счет получения структуры программы. отражающей процесс ее проектирования;

эффективность - за счет организации челночной (конвейерной) обработки записей:,

корректность - за счет повторного использования отлаженного кода

Адаптируемость метода проектирования к заданным на входе показателям качества достигается за счет:

возможности варьирования уровнем использования типовых элементов в разрабатываемой программе:

возможности управления быстродействием'программы путем изменения количества создаваемых промежуточных файлов на ВЗУ;

возможности организации работы со справочниками в

оперативной памяти (для повышения быстродействия);

возможности подключения дополнительных точек контроля и диагностики проектных решений.

В четвертой главе рассматриваются вопросы практического применения основных результатов работы. На их основе были разработаны система проектирования ПО АСУП (рис. 5) и система оценки качества ПС (рис. 6). Эти две системы в комплексе охватывают обе задачи квалиметрии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Определен и обоснован комплекс основных показателей качества программ обработки данных в АСУП. предложены методы их автоматизированной оценки. На этой основе разработана эффективная методика оценки показателей качества программ этого класса.

2. Разработан метод структурного проектирования программ обработки данных в АСУП с учетом заданных показателей качества и язык функциональных спецификаций, поддерживающий этод метод.

3. Разработана модель системы контроля качества программных средств на этапах разработки,' позволяющая оценить эффективность системы контроля.

БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЕМ

Диалоговый монитор

Блок диагностики

Блок графики

Блок спецификаций

Библиотека

заготовок

компонентов

ТРАНСЛЯТОР

Документация

БЛОК

ГЕНЕРАЦИИ

Программа

Рис. 5. Структура системы проектирования ПО АСУП

Адми-■нист-ратор

Рис. с.

Структура системы оценки качества ПС

4. Разработаны методы программной реализации вычислительных граф-схем задач обработки данных с минимизацией количества обменов с внешними устройствами.

5. Разработаны принципы построения, программно реализованы и сданы в промышленную эксплуатацию две версии системы проектирования программ обработки данных (ППП "Т-МОДА" и САПР ПО СОЛ) и ПС ИМОК, в которых практически применены полученные в диссертации научные результаты.

ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гибин Ю. В. Алгоритмы обработки результатов статического анализа программ // Качество программных средств: Тез. докл. Есесоюз. сем. - Калинин. 1990. - С. 42-43.

2. Гибин Ю. а . Волховер В. Г. . Гавриленкова В. 3. Комплекс программ, обеспечивающих поддержку процесса конструирования программ систем обработки данных в диалоговом режиме из типовых процедур (ППП "Т-ЫОДА"). Описание применения. -. Калинин: НПО "Центрпрограммсистем". 1985. - 27 с.

3. Гибин Ю. В. . Кальниш Г. И. Основные принципы построения технологической системы программирования для задач обработки данных // Программные средства как продукция производственно-технического назначения: Тез. докл. ^есоюз. конф. - Калинин. 1985. - С. 30-32.

4. Гибин Ю. В.. Кальниш Г. И. Повышение эффективности применения средств автоматизации программирования в разработке АСУ // Проблемы программного обеспечения: Сб. науч. тр. - Минск: НПО "Центрсистем". 1987. - С. 29-41.

5. Гибш: ¡0. В.. Кальниш Г. И. Принципы создания САПР программного обеспечения АСУ // Экономика, организация и технология разработки и сопровождения программных средств: Тез. докл. Всесоюэ. сем. - Калинин. 1986. - С. 94-97.

6. Гибин Ю. В. . Кальниш Г. И. Технологические аспекты применения и развития средств автоматизации программирования задач обработки данных // Программное обеспечение ЭВМ: Тез. докл. 2-й Меэдунар. конф. - Калинин. 1987. - С. 66-70.

7. Гибин Ю. В. Качество программ обработки данных, разработанных средствами автоматизированного проектирования // Управление качеством ПО ВТ: Тез. докл. Всесоюз. сем. - М.: 1990. - 0. 79-81.

8. Гибин Ю. Р. К вощссу создания технологических Фпаг-

ментов с повышенным уровнем автоматизации работ // Экономика. организация и технология разработки и сопровождения программных средств: Тез. докл. Вс-есок®. сем. - Секция 2. Калинин. 1986. - С. 48-50.

9. Гибин Ю. В;, Котов С. Л Интеллектуальный банк данных в системе оценки качества ПС Новые информационные технологии: Тез. докл. Всесо:оз. совещ. - Калинин, 19S9. - С. 113-114.

10. Гибин 10. В. . Котов С. Л.. Сватовой В. Е Статический анализ больших программных систем // Методы и средства повышения эффективности и качества программных систем: Тез. докл. конф. - Севастополь. 1990. - С. 19-20.

11.. Гибин Ю. В.. Котов С. Л Система оценки качества ПО ВТ // Управление качеством программных средств вычислительной техники: Тез. докл. сем.-совет - Севастополь, 1990. - С. 6-7.

12. Гибин 10. В. Настройка типовых процедур обработки данных по функциональным спецификациям // Прсграм'.'ные средства гак продукция произЕодстЕешю-техпического назначения: Тез. aoi'ji. Всесоюз. конф. - Калинин, lûCf;. - С. 106-109.

13. Гибин 10. В. Оценка конструктивных- показателей ПО по его статическим характеристикам // Методы и средства новы-, шения эффективности и качества программных с йоте w: Тез. докл. конф. , Севастополь. - 1990. - С. 17-19.

14. Гибни 10. В. Реализация синтеза программ обработки данных // Проблемы совершенствования синтеза, тестирования. верификации и отладки программ: Тез. докл. Всесоюз. конф. - Рига: ЛГУ им. И Стучки. 1986. - С. 84-86.

15. Кзльниш Г. И.. Модина JL С. , Гибин Ю. 2. Технологическая система программирования задач обработки данных // Программное обеспечение ЭВМ: Тез. докл. 1-й Мевдунэо. конф.

- Секция 2. Калинин. 1984. - С. 50-51.

16. Качество "программных средств вычислительной техники. Концепция. ГКВТИ СССР. Госстандарт СССР. Калинин. 1989.

- 34 с. (в соавторстве).

17. Качество программных средств вычислительной техники. Концепция. ПОЛИ СССР. Госстандарт ССОР. Г'-ч гол. Ка".г.нш. 1VOO. - 30 с. (в соавторстве^.

18. Котов С.Л, Гибин 1U В. Система оценки качества программных средств // Искусственный интеллект - основа новой информационной технологии: Сб. науч. тр./ Под ред. Д. А. Поспелова и II А. Семенова. - Калинин: НПО "Центрпрограммсистем", 1990. - С. 11-15.

19. Котов С. JL , Ильин Ю. В., Гибин И В. Принятие решений о качестве ПС в системе ШОК-ПК // Программное обеспечение ЭВМ: Тез. докл. 3-й Междунар. конф. - Тверь. 1990. - С. 28.

20. Котов С., Фейткова П., Гибин И Автоматизированная оценка качества ПС ВТ // Программное обеспечение ЭВМ: Тез. докл. 3-й Мелщунар. конф. - Тверь. 1990. - С. 5.

21. Концепция качества программных средств вычислительной техники // Управление качеством программных средств вычислительной техники: Тез. докл. сем. -совет. -Севастополь. 1990. - С. 4-5 (в соавторстве).

22. Программное средство информационно-методической поддержки оценки качества программного обеспечения СПС ИМОК). Описание применения. Номер гос. per. 50900000435. Калинин: НПО "Центрпрограммсистем". 1989. - 25 с. (в соавторстве).

23. Сватовой В. В. . Котов С. JL ,• Гибин Ю. Е Инструментальные средства поддержки работ по оценке качества с выдачей графической документации // Качество программных средств: Тез. докл. Всесоюз. сем. - Калинин. 1990. - С. 44-46.

24. Система автоматизированного проектирования программного обеспечения для задач обработки данных в АСУП (САПР ПО СОД). Описание применения. Номер гос. per. 50870001593. -Калинин: НПО "Центрпрограммсистем". 1987. - 28 с. (в соавторстве).