Введение. 
Программная инженерия. 
Визуальное моделирование программных систем

Разработка программных систем состоит из трех последовательных этапов: анализа, проектирования и реализации.

Развитие современных информационных технологий определяет постоянное повышение уровня сложности программного обеспечения. Попытка улучшения существующих систем для их адаптации к новейшим технологиям приводит к возникновению ряда технических и организационных проблем.

Современные крупные проекты в области программного обеспечения характеризуют следующие особенности:

• — сложность описания (большое количество функций, элементов данных и взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа процессов;
• — совокупность взаимодействующих информационных и программных компонентов (модулей) системы, имеющих локальные задачи и цели функционирования (например, модуль генерации учебно-тренировочных заданий для компьютерной обучающей системы и т.и.).

Создание программных систем — логически сложная и трудоемкая работа, требующая высокой квалификации всех участников разработки. Однако до настоящего времени разработка программных систем нередко осуществляется на интуитивном уровне неформализованными методами, включающими элементы искусства, практический опыт и отсутствие экспериментальной проверки качества функционирования.

Решение задачи качественной разработки следует искать в применении современных методов программной инженерии. Качество — это цель инженерной деятельности; разработка качественных программных систем — цель программной инженерии.

Различные стили программирования требуют разных подходов к разработке программного обеспечения. При разработке традиционного программного обеспечения хорошо зарекомендовал себя структурный подход. Современные системы на основе графического интерфейса, в том числе и информационные системы, требуют объектного программирования, и поэтому объектный подход является наилучшим способом проектирования таких систем.

Объектно-ориентированный подход подразумевает разделение системы на компоненты с разной степенью детализации. В основе этой декомпозиции лежат классы объектов. Классы связаны отношениями и обмениваются сообщениями, вызывающими операции над объектами.

Несмотря на то, что объектно-ориентированные языки программирования существовали еще в начале 1970;х гг., объектноориентированный подход к проектированию систем получил распространение лишь в 1990;х гг.

Исходными принципами программной инженерии, лежащими в основе современных технологий разработки, являются итеративность, модульная архитектура системы и визуальное моделирование. Реализация этих принципов должна осуществляться с использованием систем автоматизированного проектирования. Данный подход обеспечивает преимущества объектно-ориентированных методов и является платформой для создания инфраструктуры разработки информационных систем.

В соответствии с принципами программной инженерии один из основных этапов проектирования программного обеспечения — визуальное моделирование систем.

Модель программной системы — это формальное описание системы, в котором выделены основные объекты, составляющие систему, и отношения между этими объектами. В описаниях представляется замысел, или смысл системы. Модель всегда представляет собой некоторый уровень абстракции, охватывая лишь существенные черты.

Графические языки моделирования уже продолжительное время широко используются в программной индустрии. Основная причина их появления состоит в том, что языки программирования не обеспечивают нужный уровень абстракции, способный облегчить процесс проектирования систем.

Объектно-ориентированная технология визуального моделирования программных систем является преобладающей для построения систем любой степени сложности в самых различных областях.

Унификация множества объектно-ориентированных языков графического моделирования, применяемых в конце 1980;х — начале 1990;х гг., привела к появлению унифицированного языка б моделирования UML (Unified Modeling Language) открытого стандарта. UML — это семейство графических нотаций, в основе которых лежит единая метамодель, которая выражает семантику и структуру для моделей. Метамодель определяет характеристики этих элементов, возможные связи между ними, а также выявляет, что означают эти взаимосвязи.

Модели на языке UML содержат два основных аспекта: семантическую информацию (семантику) и визуальное представление (нотацию). С точки зрения семантики программная система — это набор взаимосвязанных логических конструкций: классов, ассоциаций, состояний, сообщений и т. п. Семантические элементы определяют содержание модели, ее смысл. Семантика используется для создания программного кода, контроля правильности модели, измерения ее сложности.

Нотация — это визуальное представление семантики модели. Визуальное представление отображает семантическую информацию, дает возможность непосредственно просматривать и редактировать модель.

Язык UML стал базовой технологией визуализации и разработки программных систем, он применяется для современного интегрированного инструментария автоматизированной разработки программного обеспечения — CASE-средств (Computer Aided Software Engineering). Объектно-ориентированное средство проектирования, реализующее CASE-технологии, — IBM Rational Rose — поддерживает визуальное моделирование на унифицированном языке UML.

UML позволяет создать своеобразный чертеж, подробно описывающий архитектуру системы, поскольку за каждым графическим символом стоит хорошо определенная семантика. С помощью такого описания (или модели) упрощается разработка и обновление программной системы. Спецификация UML не определяет конкретный процесс разработки, однако использовать этот язык моделирования удобнее всего в итеративном процессе.

В учебнике приводится описание UML-диаграмм для сквозного примера моделирования программной системы. Книга содержит упражнения на построение диаграмм программного обеспечения с помощью инструментального средства IBM Rational Rose на языке моделирования UML. Выполнение упражнений направлено на формирование у обучающихся навыков самостоятельного практического применения современных методов и средств проектирования программного обеспечения информационных систем, основанных на использовании визуального моделирования.

В результате изучения материалов учебника студент будет:

знать

• • сущность и методы программной инженерии;
• • проблемы разработки программного обеспечения;
• • модели процесса разработки программного обеспечения;
• • цели, значение и принципы виртуального моделирования систем;
• • характеристику и классификацию CASE-средств;
• • технологию и инструментальные средства IBM Rational;

уметь

• • использовать модели UML для логического анализа и для проектирования, обеспечивающего реализацию системы;
• • строить модели в IBM Rational Rose;
• • создавать диаграммы вариантов использования, взаимодействия, классов, состояний, компонентов системы и размещения в IBM Rational Rose;

владеть

• • методологией Rational United Process;
• • навыками добавления атрибутов, операций и связей в диаграммах класса Add New Order;
• • навыками генерации кода C++ в IBM Rational Rose.