Software & Systems

Большинство современных сложных информационных комплексов (систем) относится к классу программно-аппаратных систем (ПАС), в которых часть функций реализуется программными, часть — аппаратными средствами, но постепенно роль доминирующей подсистемы стали играть программные средства (ПС). Поскольку повышение эффективности сложных ПАС связано с созданием больших объемов программного обеспечения, за последние годы потребность в нем, его структурная и логическая сложность резко увеличились, в то время как производительность труда программистов возросла не более чем на 15-20%. По данным обследований ВВС США, нарастание объема программного обеспечения, создаваемого в рамках военных проектов, составляет 12% в год, в то время как рост производительности труда программистов — всего 5%.

Опыт разработки ПС за последние 20 лет, когда создавался современный арсенал средств автоматизации программирования, показал невысокую эффективность их организации. И сейчас разрабатываемое программное обеспечение отличается невысоким качеством, неэффективностью использования времени его эксплуатации, низким коэффициентом повторного использования, дублированием разработок, отсутствием унификации. Это приводит к возрастанию стоимости программных средств, спрос на которые к тому же не удовлетворяется.

За последние 20 лет появились такие средства автоматизации программирования, как алгоритмические языки высокого уровня, трансляторы, операционные системы, пакеты программ, банки данных и знаний, экспертные системы. Но все эти средства и системы необходимо объединить в некоторую технологическую систему разработки и эксплуатации программных систем.

Один из путей практической реализации этой концепции — создание технологии в нетрадиционной сфере человеческой деятельности—в процессе конструирования и разработки нового, в данном случае программных средств.

Эта технология должна охватывать все стадии и этапы творческого процесса разработки не только программ, ко и алгоритмов и их моделей. В ней должен содержаться не просто перечень возможных операций и нормативов, но и рекомендуемый порядок их выполнения, документирования и контроля, которые избавляют его от типичных ошибок неорганизованного процесса программирования. Такая технология обеспечит независимость программных средств от разработчиков и их взаимозаменяемость в процессе работы, позволит совместно использовать независимо разработанные программы, осуществит новые принципы их фондирования и многократное применение.

В настоящее время в СССР существует уже более 30 технологий программирования, в то время как в мире их насчитывается уже более 160 [3, 4]. Но, несмотря на сравнительно большое количество технологий, качественного скачка в росте производительности труда программистов пока не произошло.

Разработанные в СССР технологии и технологические комплексы программирования (Р-технология, ТКП, ПРОМЕТЕИ, СКС, УТП, РИТМ, ДИНАМИТ, ИСТРА, ВИЛЬНЮС, ППП) в той или иной степени реализуют основные прогрессивные методы разработки программных средств (структурный анализ, структурное проектирование и программирование, структурное и функциональное тестирование и т.д.). Они могут быть отнесены к промышленным, поскольку обеспечивают повышение производительности труда программистов за счет тех же факторов, что и в промышленном производстве.

Из зарубежных аналогов известны работы французских фирм в рамках стандарта РСТЕ и американских в рамках стандарта Ада, которые характеризуются двумя тенденциями:

—    стремлением к расширенному использова нию инструментальных средств программиро вания на всех стадиях производства (постановка задач, проектирование, программирование, тес тирование и сопровождение);

—    значительным улучшением рабочих мест разработчиков с возникновением промышленно го производства программных продуктов.

Недостатки зарубежных разработок заключаются в том, что крупные проекты по созданию программных изделий в большинстве своем пока остаются экспериментальными с негарантируемым конечным результатом, а разработка крупных программных систем выполняется с большими затратами труда. Зарубежные предприятия по промышленному производству ПП — это, как правило, экспериментальные комплексы, построенные из автоматизированных рабочих мест (АРМ), связанных сетью Ethernet, и включающие средства для кодирования, отладки, документирования и обмена информацией по программам [1]. Кроме того, как отечественные, так и зарубежные разработки не имеют специализированных микропроцессорных средств, обеспечивающих повышение надежности разрабатываемого программного обеспечения, эффективности его производства, средств и методов дальнейшего внедрения во встроенные системы.

Таким образом, основной недостаток известных способов разработки и производства программной продукции заключается в том, что они не обеспечивают возможности автоматизированного промышленного производства программной продукции (ПППП) сложных ПАС. Поэтому специалистам необходимо комплексно решать стоящие перед ними задачи, связав воедино макеты инструментальных средств, позволяющих автоматизировать все этапы жизненного цикла программного изделия.

Для промышленного производства ПС необходимо организовать гибкие технологии, которые должны объединять методологические, инструментальные (технические, программные, языковые) и организационные средства и реали-зовываться в виде специализированных круговых технологических конвейерных линий (ТКЛ) типа интеллектуальных конвейеров.

Для соответствия категории "промышленная" технология должна обладать следующими свойствами:

—  иерархически вписываться в производство ПАС как ее составная часть;

— сохранять базовое ядро методических, инст рументальных и организационных средств при адаптации технологии на производство конкрет ного функционального ПО заданной системы;

—  содержать механизм адаптации, обеспечи вающий реализацию концепции гибкого авто матизированного производства (ГАП) (опера тивной автоматизированной перестройки техно логии в соответствии с задаваемым режимом функционирования производства);

—  способствовать разделению процесса произ водства ПП на элементарные операции, позво ляющие создавать его в виде автоматизирован ных технологических участков, линий, цехов конвейерного типа;

—   максимально автоматизировать операции производства ПП;

— предоставлять возможность специалистам с невысоким уровнем профессиональной подго товки участвовать в производстве;

—     регламентировать документирование как операцию, предшествующую воплощению ин теллектуального замысла разработчика на всех этапах производства;

—     обеспечивать возможность нормирования интеллектуального труда разработчиков с це лью организации автоматизированного плани рования и управления процессом производства ПП.

Из всех существующих в СССР технологий производства ПП наиболее полно этими качествами обладает модульно-векторная промышленная (МВП) технология, настроенная на производство с заданными параметрами программного обеспечения конкретной системы, обеспечивающая промышленное производство ПП, удовлетворяющая современным требованиям, представляющая собой индустриальную версию технологии промышленного производства ПП.

МВП-технология — это комплекс универсальных базовых, методологических, инструментальных и организационных средств, использующих принципы ГАП к функционирующих в вычислительной среде ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, ПЭВМ и т.д.

Преимущества МВП-технологии:

1. Строится для проектирования всей про граммно-аппаратной системы. Главная фигура разработки — специалист в данной предметной области, т.е. функционалист (алгоритмист).

2.       Является первой отечественной разработ кой, ведущейся в рамках комплекса стандартов, охватывающих стадии, этапы, операции всего жизненного цикла ПП в отличие от практикуемой в стране стандартизации отдельных технологических компонентов.

3.       Применяется модульно-векторный метод проектирования, в котором понятие модуля ис пользуется для декомпозиции программной системы, а вектор информационных связей, ус танавливающий последовательность выполне ния модулей, является инструментом синтеза системы. С помощью специальных инструмен тальных средств вектор выбирается таким об разом, чтобы обеспечить функционирование программно-аппаратной системы в реальном масштабе времени в соответствии с условиями использования.

4.       Используется распределенная микропро- граммируемая вычислительная среда, реализо ванная на языковых процессорах "Самсон".

5.       Технологический процесс создания ПП осуществляется под управлением автоматизи рованной контрольно-организующей системы (АКОС) с функциями планирования, контроля и управления процессом производства по данным прогноза и измерения качества ПП.

В рамках МВП-техкологии и микропрограм- мируемого          вычислительного       комплекса

(МПВК) "Самсон" разработана специализированная технологическая конвейерная линия для ПППП сложных ПАС (ТКЛ ПППП - интеллектуальный конвейер).

Интеллектуальный конвейер — это комплекс методических, инструментальных и организационных средств для оснащения (оборудования) и организации функционирования автоматизированных рабочих мест, технологических линий, участков, цехов, объединяемых в заводы ГАП ПП (в зарубежной терминологии — "интегрированные цехи программирования").

Интеллектуальный конвейер предназначен для повышения эффективности промышленного производства программной продукции силами функционалистов, работающих не индивидуально, а в составе комплексных творческих бригад в условиях функционирования круговых технологических конвейерных линий (динамических групп) на один бригадный наряд со сдельной оплатой интеллектуального труда, за счет автоматизации процессов проектирования, разработки, изготовления, внедрения (сопровождения), модернизации, планирования, контроля и управления качеством производства ПП.

Управление качеством разработки ПП обеспечивается выработкой воздействий, позволяющих перенастраивать автоматизированные круговые технологические конвейерные линии, комплексные творческие бригады и структуру ПП для достижения заданного качества (надежности) конечной выпускаемой продукции с учетом прогнозирования потребностей, профессиональной квалификации разработчиков, состояния планирования, контроля и управления производством ПП.

При этом обеспечивается выработка количественно-обоснованных решений в реальном масштабе времени (КОР-РМВ) при условии объединения элементов искусственного и естественного интеллектов и обеспечении главенствующей (приоритетной) роли человека (функционалиста) — разработчика программной продукции.

Техническими средствами интеллектуально го конвейера могут быть типовые (базовые) средства ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ и микроЭВМ. Для повышения эффективности производства в 3-5 раз и использования программного обеспече ния, создаваемого по МВП-технологии, создан микропрограммируемьгй       вычислительный

комплекс "Самсон". Архитектура комплекса ориентирована на оптимальную поддержку всех стадий разработки программного обеспечения и организации выполнения программ.

Отличительные особенности технологической конвейерной линии для ПППП с использованием МПВК "Самсон":

— запись алгоритмов и программ (исходных и объектных) на едином алгоритмическом языке высокого уровня (АЯВУ);

—     ориентация на класс статических АЯВУ (Алгол-68, Модула-2, Ада);

—     совместимость с существующими АЯВУ (Е-Практикум, Паскаль, Модула-2);

— виртуальное увеличение ОЗУ в 2-3 раза;

—     высокая производительность (в среднем 2 млн. оп/сек);

—     увеличение производительности для спе циализированного функционального языка до 20-50 млн. оп/сек;

—  расширение ОЗУ до 16 Мб, виртуальной па мяти до 2 Гб;

—  использование операционной системы, раз работанной на базовом АЯВУ (Алгол-68);

—   унифицированная адаптация к различным классам ЭВМ;

—   ликвидация необходимости "перегрузки" в специализированные ЭВМ;

— высокая надежность и высокие эксплуатационные характеристики ПППП.

Применение МВП-технологии и МПВК "Самсон" позволяет повысить надежность ПП и производительность разработки в 5-7 раз.

Технологическая круговая конвейерная линия впервые определена, формализована, спроектирована и реализована в рамках модульно-векторной промышленной технологии. Это позволило получить 58 авторских свидетельств СССР и 5 положительных решений на элементы, узлы и концепции интеллектуального конвейера по МВП-технологии, разрешено патентование 7 заявок на изобретение за рубежом. Ожидаемый экономический эффект от использования изобретений составит не менее 10 млн. руб., а от использования МВП-технологии и МПВК "Самсон" — не менее 100 млн. руб.

Слисок использованной литературы

1.      Вулф А. Повышение производительности труда hi начальных этапах программирования // Электроника. 1986. Т. 59, №14.

2.  Гвардейце! М.И., Морозов В.ПН Розенберг В.Я. Специальное ма тематическое обеспечение управления. М,: Сов. радио, 1973.

3.      Морозов В.П., Дымзрский Я.С. Базовая MB П-технология ГАП ПП: Учеб.пособие. М„ 1987.

Л. Морозов В.П- Дымарский Я.С„ Климова О.Е. Технологический процесс ГАП ПП; Учеб. пособие. М., 19S7.

5.     Морозов В.П., Дымарскнй Я.С. Элементы теории управления ГАП (математическое обеспечение). Л.: Машиностроение, 1984.

6.  Морозов В.П., Мелас В.Б., Баканов Л.А, Система имитационного моделирования на основе АЯВУ Алгол-68: Учеб. пособие. М, 19S5.

7.     Морозов В.П, Технология программного обеспечения // Сб.: ЭВМ в проектировании и производстве. Вып. 2. Л.: Маш и построен не, 1985.

8.     Организация производства программного обеспечения ком мутационных систем. Технология промышленного производства программного   продукта.     Основные    положения: ОСТ 4.091.229. М, 1983.

9. Создание программной продукции. Общие требования к модульно-векторной промышленной технологии: ОСТ 4.991.283-S7. м, 1988. 10-Уоллер Л. Новые средства повышения производители*ости труда программистов // Электроника. 1987. Т. 60, ЛЫ8.