Оценка принципов разработки ПО

Рис. 6.  Модель параллельной программы в виде графа "процессы - каналы"

Использование двух моделей параллельных вычислений позволяет лучше разделить проблемы, которые проявляются при разработке параллельных методов. Первая модель – граф "подзадачи – сообщения" – позволяет сосредоточиться на вопросах выделения подзадач одинаковой вычислительной сложности, обеспечивая при этом низкий уровень информационной зависимости между подзадачами. Вторая модель – граф "процессы – каналы" – концентрирует внимание на вопросах распределения подзадач по процессорам, обеспечивая еще одну возможность снижения трудоемкости информационных взаимодействий между подзадачами за счет размещения на одних и тех же процессорах интенсивно взаимодействующих процессов. Кроме того, эта модель позволяет лучше анализировать эффективность разработанного параллельного метода и обеспечивает возможность более адекватного описания процесса выполнения параллельных вычислений.

Дадим дополнительные пояснения для используемых понятий в модели "процессы – каналы":

- под процессом будем понимать выполняемую на процессоре программу, которая использует для своей работы часть локальной памяти процессора и содержит ряд операций приема/передачи данных для организации информационного взаимодействия с другими выполняемыми процессами параллельной программы;

- канал передачи данных с логической точки зрения может рассматриваться как очередь сообщений, в которую один или несколько процессов могут отправлять пересылаемые данные и из которой процесс-адресат может извлекать сообщения, отправляемые другими процессами.

В общем случае, можно считать, что  каналы возникают динамически в  момент выполнения первой операции приема/передачи с каналом. По степени общности канал может соответствовать одной или нескольким командам приема данных процесса-получателя; аналогично, при передаче сообщений канал может использоваться одной или несколькими командами передачи данных одного или нескольких процессов. Для снижения сложности моделирования и анализа параллельных методов будем предполагать, что емкость каналов является неограниченной и, как результат, операции передачи данных выполняются практически без задержек простым копированием сообщений в канал. С другой стороны, операции приема сообщений могут приводить к задержкам (блокировкам), если запрашиваемые из канала данные еще не были отправлены процессами – источниками сообщений.

Следует отметить важное достоинство  рассмотренной модели "процессы – каналы" – в ней проводится четкое разделение локальных (выполняемых на отдельном процессоре) вычислений и действий по организации информационного взаимодействия одновременно выполняемых процессов. Такой подход значительно снижает сложность анализа эффективности параллельных методов и существенно упрощает проблемы разработки параллельных программ.

3.2 CASE-системЫ

В последние годы на мировом  рынке программных продуктов  появилось много программных средств, называемых CASE-системами или CASE-средствами. Слово CASE представляет собой сокращение от Computer Aided Software Engineering. В русскоязычной литературе нет соответствующего общепринятого термина. С нашей точки зрения есть два наиболее соответствующих оригиналу и назначению CASE-систем перевода: ``Программная инженерия, поддерживаемая компьютером'' и менее буквальный, но более отвечающий сути перевод ``Средства разработки программ с помощью компьютера''. Теоретическое осмысливание этого явления и его места в технологии программирования находится на очень ранних стадиях.

В современных условиях создание сложных программных приложений невозможно без использования таких систем автоматизированного конструирования ПО. CASE-системы существенно сокращают сроки и затраты разработки, оказывая помощь инженеру в проведении рутинных операций, облегчая его работу на самых разных этапах жизненного цикла разработки.

Рассмотрим спектр значений, фактически покрываемых термином CASE-система, а так же его соотношение с  классическим термином  ''среда программирования'' и ''среда разработки программ''. Мы увидим, что при буквальном рассмотрении CASE-системой можно назвать всякую программную систему, помогающую в разработке программ, включая любой транслятор. Но реально к CASE-системам можно отнести системы, поддерживающие этап анализа проектируемого программного продукта и фиксацию результатов такого анализа в виде соответствующих спецификаций. По мере развития CASE, этим термином начали обозначать различные программные средства, относящиеся к автоматизации проектирования и разработки программ. Поэтому, имеет смысл ввести некоторую классификацию CASE-систем.

Приведенная технология базируется в основном на стандартах IEEE [10,11] (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и электронике). Термин "внедрение" используется в широком смысле и включает все действия от оценки первоначальных потребностей до полномасштабного использования CASE-средств в различных подразделениях организации-пользователя. Процесс внедрения CASE-средств состоит из следующих этапов:

• определение потребностей в CASE-средствах;
• оценка и выбор CASE-средств;
• выполнение пилотного проекта;
• практическое внедрение CASE-средств.

Процесс успешного внедрения CASE-средств не ограничивается только их использованием. На самом деле он охватывает планирование и реализацию множества технических, организационных, структурных процессов, изменений в общей культуре организации, и основан на четком понимании возможностей CASE-средств.

На способ внедрения CASE-средств  может повлиять специфика конкретной ситуации. Например, если заказчик предпочитает конкретное средство, или оно оговаривается требованиями контракта, этапы внедрения должны соответствовать такому предопределенному выбору. В иных ситуациях относительная простота или сложность средства, степень согласованности или конфликтности с существующими в организации процессами, требуемая степень интеграции с другими средствами, опыт и квалификация пользователей могут привести к внесению соответствующих корректив в процесс внедрения.

Приведем краткий обзор некоторых CASE-средств.

- Power Designer компании Sybase. В состав Power Designer входят следующие модули:

Process Analyst - средство для  функционального моделирования,  поддерживает нотацию Йордона - ДеМарко, Гейна - Сарсона и несколько других.

Data Analyst - инструмент для  построения модели "сущность-связь"  и автоматической генерации на ее основе реляционной структуры.

Application Modeler - инструмент  для автоматической генерации  прототипов программ обработки данных на основе реляционных моделей, построенных в Data Analyst.

- Silverrun компании Silverrun Technologies Ltd. CASE-система Silverrun состоит из следующих инструментов:

BPM - построение DFD-диаграмм. Поддерживает нотации Йордона-ДеМарко,  Гейна - Сарсона, Уорда-Меллора  и многие другие. Данный инструмент позволяет автоматически проверить целостность построенной модели, причем список критериев проверки определяется пользователем (например: отсутствие имен у элементов модели, потоки данных типа "хранилище - хранилище" или "внешняя сущность - внешняя сущность" и т.д.)

ERX - построение диаграмм "сущность-связь". Поддерживаются  не только бинарные связи, но и связи более высоких порядков, имеется возможность определения атрибутов у связей. Построенные ER-модели с помощью внешней утилиты могут быть сконвертированы в реляционный структуры (в той версии, с которой я работал, при этом, к сожалению, терялись атрибуты связей).

RDM - инструмент реляционного  моделирования, позволяет генерировать SQL-скрипты для создания таблиц  и индексов примерно для 25 целевых СУБД.

- BPWin и ERWin компании LogicWorks.LogickWorks выпускает два взаимнодополняющих инструмента проектирования информационных систем:

BPWin - функциональное моделирование  на основе методологии IDEF0. Допускается также использовние нотации IDEF3 и DFD в нотации Йордона - ДеМарко. Имеется возможность экспорта построенных моделей в системы функционально-стоимостного анализа (ABC - Activity Based Costing) и информационного моделирования ERWin.

ERWin - средство информационного  моделирования, используется нотация IDEF1X. Поддерживаются свыше 20 целевых СУБД, имеется возможность генерации прототипов прикладных программ для Visual Basic, Delphi и т.д.

- Designer/2000 компании Oracle. Данный продукт компании Oracle, возможно, наиболее полно поддерживает все этапы создания приложений обработки данных. Однако, следует оговориться, что, в отличие от других средств, он поддерживает практически одну целевую СУБД - Oracle Server (имеется еще возможность генерации скриптов на ANSI SQL). То же самое касается и средств создания пользовательсокго интерфейса. Хотя возможна генерация прототипов программ для языков Visual Basic, C, Java, полностью все возможности Designer/2000 реализуются только при использовании его вместе со средством разработки Oracle Developer/2000. В состав Oracle Designer/2000 включены модули: инструментарий анализа предметной области, генераторы структур, инструментарий проектирования приложения, генераторы данных и кода.

- Rational Rose. Это CASE-система для визуального моделирования объектно-ориентированных программных продуктов. Визуальное моделирование — процесс графического описания разрабатываемого программного обеспечения. В его составе выделяют шесть элементов: строку инструментов, панель «инструменты диаграммы», окно диаграммы, браузер, окно спецификации, окно документации. В процессе генерации Rational Rose отображает логическое описание класса в каркас программного кода — в коде появляются языковые описания имени класса, свойств класса и заголовки методов. Кроме того, для описания тела каждого метода формируется программная заготовка. Появляются и программные связи классов. Автоматическая генерация была задана настройкой среды — свойствами генерации. Система обеспечивает настройку параметров генерации для уровней класса, роли, свойства (атрибута) и проекта в целом.

3.3  инновационные возможности

Время от времени возникают тенденции  в области изменения технологий, которые затрагивают всю отрасль и до самого основания сотрясают мир программного обеспечения. Параллельное программирование, интерес к которому недавно вновь возрос в связи с появлением многоядерных процессоров, как раз является потрясением такого рода. Переход к параллельным вычислениям заставляет полностью пересмотреть традиционные принципы линейного программирования, что приведет к появлению новых средств разработки, новых концепций программирования и новых моделей многозадачности. Разработчики программных решений и системной архитектуры теперь получили разнообразные возможности для создания абсолютных новых приложений. Компании могут рассчитывать на то, что в будущем энергосберегающая производительность и перспективные приложения дадут толчок к появлению инноваций, увеличению жизненного цикла продукции, а также создадут другие конкурентные преимущества для тех, кто внедряет эту технологию уже сейчас.

В обстановке отсутствия четких стандартов и перестройки структуры, сопровождающих любое изменение технологий, компании имеют отличную возможность максимально эффективно воспользоваться сложившейся ситуацией, начав адаптировать свои приложения для использования всех преимуществ многопоточности и энергосберегающей производительности, реализованных в микроархитектуре Intel® Core™. Корпорация Intel поддерживает компании, которые решились на этот шаг, предоставляя им широкий спектр средств разработки и технологий – от университетских курсов и организации повышения квалификации до готовых компонентов, позволяющих ускорить разработку многопоточных приложений [2]. В этой статье обсуждаются направления развития и потенциал многопоточного программирования, новые модели использования, а также перспективные методы разработки программ будущего, учитывая то, что сейчас уже планируется дальнейший переход от двухъядерных и четырехъядерных процессоров к многоядерным.

В ближайшее время большинство новых компьютеров будет оснащено двухъядерными или четырехъядерными процессорами на базе технологий Intel®. Широкое внедрение многоядерных технологий позволяет по новому взглянуть на вычислительные возможности компьютеров, и порождает всплеск творческой активности по созданию инновационных решений. Разработчики клиентских приложений могут исследовать новые способы применения многозадачности, которые в прошлом не имели практического значения или были сложны в реализации. Например, важные системные задачи теперь могут выполняться постоянно – непрерывный и упреждающий поиск вирусов, автоматическое резервное копирование, гарантирующее сохранение всех рабочих файлов, интеллектуальная система мониторинга потоков работ, способная прогнозировать потребности пользователя и выдавать информацию в реальном времени по запросу. С ростом распространения многоядерных клиентских ПК список полезных приложений, которые могут непрерывно выполняться в фоновом режиме, будет постоянно расти.

По мере появления дополнительных вычислительных возможностей перед разработчиками откроются перспективы, лежащие далеко за пределами простого повышения быстродействия приложений. Голосовое управление, IP-телефония и видеотелефония, новые электронные секретари, доступ к информации в реальном времени, расширенные возможности управления через IP, многоуровневые функции поиска и извлечения данных – вот лишь несколько примеров преимуществ, которые могут получить пользователи мощных вычислительных систем с быстрым реагированием. Эта программная экосистема готова к внедрению дополнительных инновационных моделей использования, охватывающих совершенно новые области.