Термин "программная инженерия", в СССР известный как "технология программирования", впервые возник в начале 1970-х годов. В это время стоимость программного обеспечения начала стремительно приближаться к стоимости компьютерного оборудования, что привело к необходимости создания новой научной дисциплины. Основной задачей этой дисциплины стало уменьшение времени и затрат, требуемых на разработку программ.
Программная инженерия напоминает деятельность профессионалов, тогда как написание простых программ доступно даже любителям. В будущем создание базовых программ сможет освоить даже искусственный интеллект, однако такие программы не смогут конкурировать с профессиональными решениями в плане скорости работы, надежности и оптимального использования ресурсов.
Суть программирования заключается в составлении последовательности команд, управляющих входными данными компьютера и выдающих на выходе корректные результаты для заданных целей.
Программные инженеры это высококвалифицированные специалисты, хорошо разбирающиеся в процессах и ограничениях разработки программных решений. Они создают программное обеспечение, которое эффективно решает задачи, гарантируя стабильность и безопасность сложных систем.
Взаимодействие программной инженерии с другими науками
Программная инженерия тесно связана с другими дисциплинами, такими как информатика, системотехника, а также участвует в инициативах по бизнес-реинжинирингу. Это направление охватывает как технические аспекты, так и практическое применение в бизнесе и промышленности.
Информатика занимается теоретическими аспектами вычислений и программирования, включая математическую логику, теорию грамматик, разработку компиляторов и применение формальных методов для верификации и тестирования. Хотя информатика и программная инженерия связаны, их подходы различаются: информатика сосредоточена на теории, тогда как программная инженерия ориентирована на практические решения.
Системотехника включает широкий спектр инженерных направлений, которые охватывают создание и проектирование сложных систем, от энергетики до телекоммуникаций и встроенных систем. В таких системах программное обеспечение часто взаимодействует с аппаратной частью, что делает знания в области аппаратного обеспечения важными для разработчиков.
Бизнес-реинжиниринг направлен на обновление бизнес-процессов с помощью современных информационных систем, чтобы улучшить клиентский сервис и внутренние операции. Как правило, он предшествует внедрению новых информационных систем и способствует оптимизации бизнес-структур для их последующей автоматизации.
Все эти направления работают в тесной связке, формируя междисциплинарное поле, в котором программная инженерия играет центральную роль, способствуя внедрению и интеграции новых технологий в различные сферы жизни.
Роль программного инженера в разработке ПО
Программные инженеры играют ключевую роль в создании безопасных, надежных и высококачественных программных продуктов, которые сохраняют свои характеристики на протяжении всего срока службы. Они занимаются проектированием, написанием, тестированием и поддержкой программ, решая при этом задачи пользователей.
Ключевые аспекты работы программного инженера включают:
- Изучение процессов и разработку их математических или физических моделей, если это требуется.
- Определение целей и задач, которые должны быть решены с помощью программных решений, и разработку алгоритмов.
- Использование существующих процедур и написание новых блоков кода для реализации алгоритмов в выбранном языке программирования.
- Проведение тестов, отладка, устранение ошибок и сборка финального программного продукта.
Перед началом разработки ПО, программный инженер анализирует ряд вопросов:
- Возможно ли решить проблему сложной системы с помощью одной программы?
- Какие конкретные задачи будут решены каждой разрабатываемой или уже существующей программой?
- Как ускорить решение задач, используя существующие программные комплексы, разработку новых модулей или их комбинацию?
Эти задачи подчеркивают многосторонний и систематический подход программного инженера к разработке программного обеспечения, цель которого создание эффективных и функциональных решений. Когда программисту становится понятно, идет ли речь о создании нового продукта с нуля или о доработке существующего решения, перед ним встает ряд вопросов:
- Какие программные модули нужно интегрировать, чтобы они без проблем взаимодействовали и работали в составе нового продукта как одно целое?
- Какие параметры будут учитываться для оценки возможностей дальнейшего масштабирования и развития продукта?
- Как обеспечить, чтобы исходный код и комментарии к нему были достаточно понятными и доступными, чтобы другие разработчики могли легко работать с проектом?
В процессе тестирования возникают другие вопросы:
- Способен ли продукт стабильно работать с различными аппаратными конфигурациями, настройками, операционными системами и программными платформами?
- Демонстрирует ли он экономное использование ресурсов, стабильность, надежность, точность выполнения задач, а также легкость установки, обслуживания и поддержки?
- Насколько продукт удобен для конечных пользователей?
- Может ли он корректно работать при некорректном вводе данных или при сбоях в компонентах системы?
- Повышает ли продукт уровень безопасности и защищенности от внешних угроз, и нет ли в нем несанкционированных функций или ошибок?
- Сопровождаются ли все изменения и ошибки в работе ясными сообщениями, которые будут понятны любому пользователю?
- Создается ли подробный системный журнал ошибок, который позволит не только автору, но и любому другому программисту анализировать и исправлять возникающие проблемы?
- Используется ли для разработки наиболее современный и подходящий язык программирования, оптимизирующий процесс создания продукта?
Основные аспекты работы программного инженера
Программная инженерия охватывает гораздо больше, чем просто написание кода. Эта дисциплина включает в себя разработку, проектирование и сопровождение программных продуктов, которые должны быть надежными и эффективными на протяжении всего срока их использования.
Процесс разработки программного обеспечения включает следующие шаги:
- Анализ существующих процессов и разработка их математических или физических моделей при необходимости.
- Определение целей и задач, которые программное решение должно выполнить, и разработка соответствующих алгоритмов.
- Использование доступных процедур и создание новых модулей для выполнения этих алгоритмов в рамках выбранного языка программирования.
- Тестирование, отладка, финальное тестирование и сборка программного продукта.
Перед началом разработки программного продукта инженеры ставят перед собой важные вопросы:
- Какие результаты должны быть достигнуты с помощью программы?
- Какие дополнительные шаги могут быть предприняты для решения задачи помимо написания кода?
- Как использование программы может упростить достижение желаемого результата?
Важные принципы программной инженерии включают:
- Разработку кода, который ясен, легко читаем и может быть легко расширен и интегрирован с другими приложениями.
- Возможность обновления продукта, заложенную уже на этапе проектирования, что позволяет легко добавлять новые функции и улучшать интерфейс пользователя.
- Работоспособность каждого компонента программного обеспечения в совокупности с другими, создавая эффективное взаимодействие всех элементов системы.
Программное обеспечение должно обладать следующими качествами:
- Понятные сообщения об ошибках, которые помогают отслеживать и устранять неполадки.
- Чистота кода, которая важна не только для текущих, но и для будущих разработчиков, которые могут работать с этим кодом.
В своей работе программные инженеры должны учитывать разнообразие компьютерных ресурсов, географических условий и пользовательских устройств, чтобы их приложения функционировали корректно в любых условиях. Это требует всестороннего тестирования и готовности к любым сценариям использования продукта.
Разработка ПО
Разработка программного обеспечения подразумевает не только создание функциональных решений, но и удобство их использования. Например, при создании формы для ввода электронных адресов, качественное ПО будет автоматически игнорировать регистр букв и пробелы на краях, упрощая ввод данных пользователем и минимизируя вероятность ошибок. При этом система должна проверять корректность введённых адресов и немедленно уведомлять пользователя об ошибках, включая такие распространённые опечатки, как "gmail.cmo" вместо "gmail.com".
Если пользовательское действие требует перехода по ссылке, эффективное ПО сохранит контекст действий пользователя, чтобы после завершения операции вернуть его на исходную точку. Также система может запомнить введённые данные для удобства пользователя в будущем, что особенно полезно в многоэтапных задачах.
Критически важно, чтобы приложения были спроектированы с учётом потребностей пользователя, а дополнительные функции добавлялись только когда это действительно необходимо для улучшения пользовательского опыта. Среди основных атрибутов профессионально разработанного ПО выделяются надёжность, безопасность и защищённость. Опытные разработчики понимают, что все программные решения должны быть не только функциональными, но и защищать данные пользователя.
Приложения должны быть устойчивы к некорректному вводу данных и к различным формам неправильного взаимодействия. Разработчики сталкиваются с множеством вызовов, включая обеспечение защиты от вредоносных или ошибочных данных, которые могут быть введены случайно или умышленно в попытке взлома. Даже когда пользователи вводят корректные данные, необходимо учитывать такие аспекты, как управление паролями и количество попыток входа, чтобы обеспечить баланс между доступностью и безопасностью.
Задачи защиты ПО охватывают широкий спектр угроз, от межсайтового скриптинга и фишинга до DDoS-атак. Эффективное программное обеспечение должно быть спроектировано так, чтобы предусматривать и минимизировать риски, связанные с этими и другими потенциальными проблемами. Ошибки могут оставаться незамеченными до тех пор, пока не произойдет сбой, поэтому инженеры должны использовать все доступные инструменты для создания устойчивого и безопасного ПО.
Таким образом, разработка программного обеспечения это сложный процесс, требующий глубокого понимания как технических, так и пользовательских аспектов для создания действительно качественных и надёжных продуктов.
Стандартизация в программной инженерии
С течением времени ключевые области программной инженерии были систематизированы и интегрированы в рамки международных стандартов, охватывающих почти все аспекты работы с комплексными системами. Эти стандарты позволяют адаптировать процессы под специфику различных проектов и технические особенности, обеспечивая унифицированные методы для стандартизации процедур.
Стандарты формируют базис для универсальных методик в аналогичных проектах или отраслях. Стандартизация процессов в программной инженерии обусловливает промышленный подход к производству программных продуктов, включая четкие стадии разработки и критерии качества.
Наиболее значимые международные стандарты в программной инженерии:
- ISO/IEC 12207 описывает жизненный цикл программного продукта, включая его создание и поддержку.
- SEI CMM модель зрелости способностей, определяющая уровень профессионализма в разработке ПО.
- PMBOK собрание знаний по управлению проектами.
- SWBOK стандарт, который подробно описывает области знаний, необходимые в программной инженерии.
- ACM/IEEE CC2001 образовательный стандарт в области вычислительной техники, охватывающий курсовые планы по информатике, инженерии программного обеспечения и информационным системам.
В рамках SWBOK разрабатывается расширенная версия стандартов, включающая пятнадцать направлений, от требований к ПО и проектирования до сопровождения и управления конфигурациями. Эти стандарты обеспечивают обширную основу для разработки, тестирования, поддержки и улучшения программных продуктов, а также включают аспекты качества, разработки и профессиональной практики в программной инженерии. Это делает их неотъемлемым компонентом современной индустрии программного обеспечения, поддерживая высокие стандарты качества и надежности продукции.
Инструментарий программной инженерии: обзор и применение
Инструменты программной инженерии играют ключевую роль в упрощении и автоматизации повторяющихся задач в жизненном цикле разработки программного обеспечения. Они освобождают инженеров от рутинной работы, позволяя сосредоточиться на более творческих и критически важных аспектах проектов. Такие инструменты часто разрабатываются специально для поддержки определённых методик программной инженерии, уменьшая административные усилия, связанные с их ручным применением.
CASE (Computer-Aided Software Engineering) представляет собой комплекс инструментов и методик, нацеленных на автоматизацию проектирования и разработки ПО. Программы, созданные с помощью CASE, отличаются высоким качеством, стабильностью и простотой в обслуживании.
Основные категории инструментов программной инженерии:
- Инструменты работы с требованиями помогают анализировать и управлять пользовательскими и системными требованиями.
- Инструменты проектирования поддерживают создание и верификацию архитектуры программных продуктов, используя технологии как UML и BPMN.
- Инструменты конструирования обеспечивают поддержку в процессе написания кода, включая редакторы и компиляторы, которые интегрированы в среды разработки и поддерживают автоматическую генерацию кода.
- Отладчики и инструменты тестирования включают генераторы тестов и фреймворки для исполнения, которые создают контролируемые условия для проверки кода и выявления ошибок.
- Инструменты анализа производительности и инструменты сопровождения поддерживают оптимизацию и модификацию программного обеспечения, облегчая понимание кода и его дальнейшую поддержку.
- Инструменты реинжиниринга обеспечивают возможности для обновления и модернизации существующих систем без начала разработки с нуля.
- Эти инструменты охватывают все аспекты разработки и поддержки программных продуктов, делая процессы более эффективными и предсказуемыми, что в конечном итоге способствует созданию надежных и функциональных программных решений.
Инструменты управления конфигурациями программного обеспечения (Software Configuration Management Tools) разделяются на три основные категории, каждая из которых выполняет важные функции в процессе разработки и поддержки программных продуктов:
- Инструменты отслеживания изменений эти инструменты помогают управлять ошибками, изменениями и задачами, обеспечивая прозрачность и контроль над проектом.
- Инструменты управления версиями они позволяют разработчикам управлять различными версиями программных файлов и кода, поддерживая актуальность и доступность всех изменений.
- Инструменты сборки и релизов задействованы в автоматизации процессов сборки и выпуска продуктов. Включают в себя функции для управления инсталляцией и распространением программных решений.
Дополнительные инструменты программной инженерии:
- Инструменты программного моделирования и инструменты управления проектами обеспечивают поддержку процессов планирования, разработки и выполнения проектных задач.
- Платформы разработки программного обеспечения интегрируют различные этапы жизненного цикла ПО, предоставляя инструменты для управления требованиями, конфигурациями, тестированием и оценкой качества.
Инструменты обеспечения качества включают инструменты для инспекции, которые поддерживают обзор и аудит ПО, и инструменты статического анализа, предназначенные для детального исследования кода, данных и зависимостей.
Каждый из этих инструментов играет ключевую роль в повышении эффективности, управляемости и качества процессов разработки программного обеспечения, способствуя созданию надёжных и функциональных продуктов.
