Системы принятия и синтеза решений, реализующие диалоговый принцип взаимодействия, оформляются в виде пакетов прикладных программ, под которыми подразумевается совокупность программ, совместимых между собой и обеспечивающих решение задач из некоторой предметной области.
Программы различаются по назначению, выполняемым функциям, формам реализации. Однако можно полагать, что существуют некоторые общие принципы, которые следует использовать при разработке программ.
Основные принципы проектирования программных средств:
- Частотный принцип. Принцип основан на выделении в алгоритмах и данных особых групп по частоте использования. Для действий, наиболее часто встречающихся при работе программ, создаются условия их быстрого выполнения. К часто используемым данным обеспечивается наиболее быстрый доступ. «Частые» операции стараются делать более короткими. Следует отметить, что лишь не более 5 % операторов программы оказывают ощутимое влияние на скорость выполнения программы. Этот факт позволяет значительную часть операторов программы кодировать без учета скорости вычислений, обращая основное внимание при этом на «красоту» и наглядность текстов.
- Принцип модульности. Под модулем в данном контексте понимают функциональный элемент рассматриваемой системы, имеющий оформление, законченное и выполненное в пределах требований системы, и средства сопряжения с подобными элементами или элементами более высокого уровня данной или другой системы. Способы обособления составных частей программ в отдельные модули могут различаться существенно. В значительной степени разделение системы на модули определяется используемым методом проектирования программ. Данный принцип означает дискретность структуры пакета и унификацию программных средств, в целях формирования различных вычислительных схем, предназначенных для решения задач синтеза и выбора решений.
- Принцип функциональной избирательности. Этот принцип является логическим продолжением частотного и модульного принципов и используется при проектировании программ. В программах выделяется некоторая часть важных модулей, которые постоянно должны быть в состоянии готовности для эффективной организации вычислительного процесса. Эту часть в программах называют ядром или монитором. При формировании состава монитора требуется учесть два противоречивых требования. В состав монитора, помимо чисто управляющих модулей, должны войти наиболее часто используемые модули. Количество модулей должно быть таким, чтобы объем памяти, занимаемой монитором, был не слишком большим. Программы, входящие в состав монитора, постоянно хранятся в оперативной памяти. Остальные части программ постоянно хранятся во внешних запоминающих устройствах и загружаются в оперативную память только при необходимости, перекрывая друг друга также при необходимости.
- Принцип генерируемости. Основное положение этого принципа определяет такой способ исходного представления программы, который бы позволял осуществлять настройку на конкретную конфигурацию технических средств, круг решаемых проблем, условия работы пользователя.
- Принцип функциональной избыточности. Этот принцип учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами. Особенно важен учет этого принципа при разработке пользовательского интерфейса для выдачи одних и тех же данных разными способами вызова из-за психологических различий в восприятии информации.
- Принцип «по умолчанию». Применяется для облегчения организации связей с системой как на стадии генерации, так и при работе с уже готовыми программами. Принцип основан на хранении в системе некоторых базовых описаний структур, модулей, конфигураций оборудования и данных, определяющих условия работы с программой. Эту информацию программа использует в качестве заданной по умолчанию, если пользователь забудет или сознательно не конкретизирует ее.
- Принцип стандартизации. Унификация программных средств проявляется в том, что каждая программная единица (модуль) предназначена для выполнения определенных функций и взаимодействует с данными некоторым стандартным способом. В этом заключается очередной технологический принцип построения системы — принцип стандартизации взаимодействия программ с данными, который предполагает использование единых методики и механизма подключения программных средств к данным.
- Принцип машинной независимости пакетов программ. Принцип машинной независимости пакетов программ предусматривает возможность эксплуатации разработанного программного и информационного обеспечения при смене типов и поколений вычислительной техники.
Для успешной реализации этого принципа необходимо прежде всего выбрать универсальный алгоритмический язык.
- Принцип максимальной независимости. Принцип максимальной независимости от операционных систем непосредственно связан с принципом машинной независимости и преемственности систем.
- Принцип расширяемости. Необходимое условие жизнеспособности программного обеспечения — соблюдение принципа расширяемости, согласно которому пакеты программ являются открытыми системами, допускающими их непрерывное пополнение новыми программными средствами. Реализация этого принципа возможна лишь при соблюдении принципа модульности структуры пакета программ.
При разработке программного обеспечения для решения сложных задач принятия, планирования и синтеза решений, требующих активного вмешательства или непосредственного участия человека в процессе решения, особенно важно следовать принципу коммуникабельности, который предполагает простоту общения пользователя с пакетом и предусматривает работу в интерактивном режиме.
Системный подход и программирование
Системный подход — общенаучный обобщенный эвроритм (порядок действия человека при выполнении какой - либо деятельности. В отличие от алгоритма, может изменяться в процессе исполнения благодаря разумности исполнителя), предусматривающий всестороннее исследование сложного объекта с использованием компонентного, структурного, функционального, параметрического и генетического видов анализа.
Компонентный анализ — рассмотрение объекта, включающего в себя составные элементы и входящего, в свою очередь, в систему более высокого ранга.
Структурный анализ — выявление элементов объекта и связей между ними.
Функциональный анализ — рассмотрение объекта как комплекса выполняемых им полезных и вредных функций.
Параметрический анализ — установление качественных пределов развития объекта — физических, экономических, экологических и др. Применительно к программам параметрами могут быть: время выполнения какого-нибудь алгоритма, размер занимаемой памяти и т. д. При этом выявляются ключевые технические противоречия, мешающие дальнейшему развитию объекта, и ставится задача их устранения за счет новых технических решений.
Генетический анализ — исследование объекта на его соответствие законам развития программных систем. В процессе анализа изучается история развития (генезис) исследуемого объекта: конструкции аналогов и возможных частей, технологии изготовления, объемы тиражирования, языки программирования и т. д.
При блочно-иерархическом подходе (частном эвроритме системного подхода, который используется часто в технике и программировании) процесс проектирования и представления о самом объекте расчленяется на уровни. На высшем уровне используется наименее детализированное представление, отражающее самые общие черты и особенности проектируемой системы. На каждом новом последовательном уровне разработки степень подробности рассмотрения возрастает, при этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками.
Методология блочно-иерархического подхода базируется на трех концепциях: разбиения и локальной оптимизации, абстрагирования, повторяемости.
Концепция разбиения позволяет сложную задачу проектирования объекта или системы свести к решению более простых задач с учетом их взаимосвязи.
Локальная оптимизация подразумевает улучшение параметров внутри каждой простой задачи.
Абстрагируемость заключается в построении моделей, отражающих только значимые в данных условиях свойства объектов.
Повторяемость — в использовании существующего опыта проектирования.
Блочно-иерархический подход позволяет на каждом уровне решать задачи приемлемой сложности. Разбиение на блоки должно быть таким, чтобы документация на любом уровне была обозрима и воспринимаема одним человеком.
Главным недостатком блочно-иерархического подхода является то, что на верхних уровнях имеют дело с неточными моделями объекта, и решения принимаются в условиях недостаточной информации. Следовательно, при этом подходе высока вероятность проектных ошибок.
Общесистемные принципы создания программ
При создании и развитии программного обеспечения (ПО) рекомендуется применять следующие общесистемные принципы:
1) принцип включения, предусматривающий, что требования к созданию, функционированию и развитию ПО определяются со стороны более сложной, включающей его в себя системы;
2) принцип системного единства, состоящий в том, что на всех стадиях создания, функционирования и развития ПО его целостность будет обеспечиваться связями между подсистемами, а также функционированием подсистемы управления;
3) принцип развития, предусматривающий в ПО возможность его наращивания и совершенствования компонентов и связей между ними;
4) принцип комплексности, заключающийся в том, что ПО обеспечивает связанность обработки информации как отдельных элементов, так и всего объема данных в целом на всех стадиях обработки;
5) принцип информационного единства, т. е. во всех, подсистемах, средствах обеспечения и компонентах ПО используются единые термины, символы, условные обозначения и способы представления;
6) принцип совместимости, состоящий в том, что язык, символы, коды и средства программного обеспечения согласованы, обеспечивают совместное функционирование всех подсистем и сохраняют открытой структуру системы в целом;
7) принцип инвариантности, предопределяющий, что подсистемы и компоненты ПО инвариантны к обрабатываемой информации, т. е. являются универсальными или типовыми.
Инструкция