Одновременное уменьшение стоимости и увеличение мощности машин расширили область применения ЭВМ сразу на верхнем и нижнем уровнях.
На верхнем уровне, связанном с широкомасштабными усилиями, вычислительные машины получают возможность выполнять задачи за требуемое время, и эти задачи стали теперь решаться. А на нижнем уровне простые машины с невысоким быстродействием становятся такими дешевыми, что их теперь экономически выгодно использовать для автоматизации тех процессов, которые еще год или два тому назад не имело смысла автоматизировать.
Это развитие вычислительной техники в двух направлениях вроде бы не должно никого удивлять и смущать, но иногда это происходит. Программное обеспечение для верхнего уровня становится все более сложным, для нижнего же уровня программы постоянно упрощаются.
Программное обеспечение состоит из множества программ различных типов. Программы делают все, что только можно; они бывают маленькими и тривиальными, но бывают также большими и сложными, весьма дорогостоящими. Говорить о программном обеспечении можно только употребляя при этом по крайней мере одно уточняющее слово. О чем мы говорим — о «программном обеспечении проекта» или о «программном обеспечении как продукции»? О «реальном времени» или о «пакете»? А может быть о «диалоге»? Что мы имеем в виду: «помехозащищенность», «помехобезопасность» или просто надежность? О каком программном обеспечении идет речь — о «инструментальном», «системном» или «прикладном»? О «крупномасштабном» или «мелкомасштабном» программном обеспечении? Каждая из этих категорий обладает собственными, характерными только для нее чертами.
Жизнь программы делится на три фазы. Слишком часто разработчики программ фокусируют свое внимание только на фазе разработки, иногда еще и на фазе использования и очень редко на фазе сопровождения или продолжающейся разработки к большему ущербу для последней. Кое-что можно и нужно делать во время разработки для облегчения других фаз. Большинство разработчиков этот аспект игнорируют. Во многих книгах, посвященных разработке и использованию программ, игнорируется тот факт, что эти три фазы существуют отдельно друг от друга, имеют различные цели и часто к тому же проводятся под разным руководством (см. рис. 1.1).
Разработка программного обеспечения состоит из шести фаз: определение требований, проектирование, написание команд, компоновка, тестирование и документирование. Простейшее в этом списке — написание команд. Очень трудно проектировать оптимальное или хотя бы правильное взаимодействие большого числа программ. Для больших систем труднее всего сформулировать требования пользователей, а следовательно, и самих этих систем. И все же большинство учебных курсов и книг в основном делает упор именно на написание команд. Как мы увидим в дальнейшем, особое внимание надо уделять определению требований и проектированию.
Разработка программного обеспечения для больших систем часто зависит от аппаратуры. Большие системы обычно требуют, чтобы аппаратура в них использовалась оптимальным образом в целях экономии и увеличения производительности.
Особенно важно правильно спланировать загрузку центрального процессора (ЦП) и определить все требования к памяти. Все это заставляет разработчиков при проектировании программ учитывать параметры и характеристики аппаратуры системы. В случае разработки маленьких программ дело обстоит совсем иначе.
Производительность системы — т. е. способность вычислительной машины выполнить задание за определенный промежуток времени — в большой степени зависит от используемой аппаратуры, ее мощности и состава. Если аппаратура плохо подходит для решения поставленной задачи, вся тяжесть достижения необходимых пределов производительности ложится на плечи разработчиков программного обеспечения, и в особенности на тех, кто занимается проектированием. Это основная причина того, что иногда разработчики больших систем или систем реального времени вынуждены отказываться от использования языков высокого уровня. Мы увидим еще несколько примеров того, как требование достижения высокой производительности усложняет разработку.
Любой процесс может быть описан несколькими различными «правильными» последовательностями команд. Сотня программистов смогла бы написать сто различных программ платежной ведомости, каждая из которых будет выполнять то, что от нее требуется. Небольшое количество среди них будет оптимальным. Важные характеристики каждой программы порой конфликтуют друг с другом, подобно тому как при конструировании самолетов размеры вступают в конфликт со скоростью. Прочитав гл.5, вы узнаете, что каждая программа имеет по крайней мере 12 характеристик и некоторые из них, находя воплощение в одной программе, могут вступать с другими в противоречие. Множественность возможных решений является серьезным препятствием для правильного управления процессом разработки программного обеспечения.
Абстрактный характер программного обеспечения. Ни одним из пяти человеческих чувств нельзя ощутить большую программную систему. Она абстрактна. Можно увидеть и пощупать вычислительную машину стоимостью в 20 млн. долларов или мост, стоящий 100 млн. долларов. По мере увеличения числа команд в программе ее обозрение все более затрудняется.
Посмотреть на список из миллиона строк команд отнюдь не так же легко, как посмотреть на мост. Невозможно увидеть ни последовательность выполнения команд, ни структуру программы. Можно увидеть лишь толстую пачку бумаги, строки различных символов, но никак не программное обеспечение. Это свойство программного обеспечения делает управление его разработкой очень трудным.
Основным инструментом создания нового программного обеспечения является вычислительная машина и ее программное обеспечение. Разработчики программного обеспечения в своей работе используют ЭВМ и программное обеспечение как основной инструмент для формирования и создания новых программ. Программное обеспечение является при таком использовании «инструментом для изготовления инструментов».
Рассматривать программное обеспечение можно либо в роли исполнителя задания (период использования), либо в роли помощника при создании нового дополнительного программного обеспечения (период разработки). Эти роли абсолютно различны, и тот факт, что одну и ту же аппаратуру можно использовать для выполнения обеих функций, является источником крайнего изумления для многих новичков.
Для тех же, кто постоянно работает с вычислительными машинами и программным обеспечением, этот факт настолько очевиден, что они думают, что это и для всех само собой разумеется. Их не смущает, что в одном предложении они обсуждают, скажем VAX-11 в роли исполнителя операционной системы, контролирующей полет ракеты, а в следующем предложении переходят к обсуждению работы той же физической машины, расположенной в том же самом месте, работающей в той же конфигурации, но уже в роли «инструментальной» машины, которая используется для сопровождения программ, выполняемых в тот момент, когда VAX-11 контролирует полет ракеты.
Для людей, далеких от таких способов разработки, такое изложение может показаться туманным, поскольку в тексте перемешиваются предложения, рассказывающие о двух совершенно различных способах использования одной и той же машины.
Эту двойную роль следует четко выделить. Переходить с описания одной роли машины к описанию другой профессиональные программисты должны с осторожностью, обязательно оговаривая такие переключения.
Трудность разработки программного обеспечения часто заключается не в тех функциях, которые оно выполняет, а в способе взаимодействия с пользователем. Требования к надежности системы часто гораздо сильнее затрудняют разработку, чем та функция, которую должно исполнять программное обеспечение. Программу, управляющую полетом самолета, сделать легко. Очень трудно добиться того, чтобы эта программа никогда не переставала работать, несмотря на аппаратные и программные сбои и ошибки летчиков. И все же факторы взаимодействия часто остаются вне поля зрения разработчиков либо рассматриваются ими неверно. Разрабатывать самовосстанавливающиеся программы это одно из самых сложных дел.