Công nghệ phần mềm

Công nghệ phần mềm

Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Khoa Công Nghệ Thông Tin

Môn học

CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

Đặc điểm

Môn học trước: Toán Tin Học (501302)

Tóm tắt nội dung

Các khái niệm cơ bản của Công Nghệ Phần Mềm: các mô hình phát triển phần mềm, phân tích yêu cầu, thiết kế, kiểm tra…

2 trường phái chính: có cấu trúc (cổ điển) & hướng đối tượng

Chuẩn UML và việc áp dụng nó trong phương pháp hướng đối tượng

GIỚI THIỆU MÔN HỌC (t.t)

Tài liệu tham khảo

[1] Software Engineering - A practitioner’s approach, R.S

Pressman, McGraw-Hill, 1997

[2] OMG Unified Modeling Language Specification, version 1.3, Object Management Group (www.omg.org), 1999

[3]UML Toolkit, Hans-Erik Eriksson & Magnus Penker, 1998

[4] Object-Oriented Software Engineering, A Use-Case Driven Approach, I Jacobson, ACM Press/Addison-Wesley, 1992

[5] Object-Oriented Analysis and Design with Applications, G Booch, The Benjamin Cummings Publishing Company, 1994

GIỚI THIỆU MÔN HỌC (t.t)

ĐỀ CƯƠNG

Chương 1: Giới thiệu về Công Nghệ Phần Mềm

Chương 2: Phân tích yêu cầu theo phương pháp cổ điển

Chương 3: Các khái niệm cơ bản của mô hình hướng đối tượng

Chương 4: Mô hình nghiệp vụ và thu thập yêu cầu

Chương 5: Phân tích yêu cầu hướng đối tượng

Chương 6: Cơ sở của thiết kế phần mềm và phương pháp thiết kế cổ điển Chương 7: Thiết kế hướng đối tượng

Chương 8: Hiện thực và triển khai hệ thống

Chương 9: Kỹ thuật kiểm tra phần mềm

Chương 10: Chiến thuật kiểm tra phần mềm

Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Khoa Công Nghệ Thông Tin

Chương 1

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM

NỘI DUNG

1.1 Một số khái niệm

1.1.1 Khủng hoảng phần mềm

1.1.2 Định nghĩa

1.1.3 Chu trình (process), phương pháp (method), công cụ (tool)

1.1.4 Một cách nhìn tổng quan về công nghệ phần mềm

1.1.5 Mô hình CMM

1.2 Các mô hình phát triển phần mềm

1.2.1 Mô hình tuần tự tuyến tính

1.2.2 Mô hình prototype

1.2.3 Mô hình xoắn ốc

1.2.4 Mô hình tăng dần

1.2.3 Mô hình RAD

KHỦNG HOẢNG PHẦN MỀM

Phần mềm được viết ngay từ khi xuất hiện các hệ máy tính và ngôn ngữ lậïp trình đầu tiên

Trên thực tế sản xuất phần mềm không đáp ứng kịp yêu cầu của

người sử dụng

KHỦNG HOẢNG PHẦN MỀM (t.t)

Các dữ liệu quan sát được

Cứ 6 đề án triển khai thì có 2 bị huỷ bỏ

Trung bình thời gian thực hiện thực tế bị kéo dài 50 % (cá biệt

200-300%)

Các đề án lớn dễ thất bại

3/4 các hệ thống lớn có lỗi khi thực thi

Quá trình phân tích yêu cầu (5 % công sức): để lại 55 % lỗi, có 18 %

phát hiện được

Quá trình thiết kế (25 % công sức): để lại 30 % lỗi, có 10 % phát hiện được

Quá trình mã hoá, kiểm tra và bảo trì: để lại 15 % lỗi, có 72 % phát hiện được

KHỦNG HOẢNG PHẦN MỀM (t.t)

Nguyên nhân

Phát triển phần mềm giống như một nghệ thuật, chưa được xem như một ngành khoa học

Quá trình phát triển phần mềm chưa được thống nhất

Phải viết lại s/w mỗi khi có sự thay đổi về ngôn ngữ, h/w hoặc o/s

Chưa đạt được 1 chuẩn cho việc đo lường hiệu suất và sản phẩm

Độ phức tạp của phần mềm quá cao đối với 1 “kiến trúc sư”

Kỹ thuật đặc tả để lại sự nhập nhằng trong các yêu cầu phần mềm

KHỦNG HOẢNG PHẦN MỀM (t.t)

Hướng tới công nghệ sản xuất phần mềm chuyên nghiệp

ĐỊNH NGHĨA

Định nghĩa cổ điển (của Fritz Bauer)

Công Nghệ Phần Mềm là sự thiết lập và sử dụng các nguyên tắc khoa học nhằm mục đích tạo ra các phần mềm một cách kinh tế mà các phần mềm đó hoạt động hiệu quả và tin cậy trên các máy tính

ĐỊNH NGHĨA (t.t)

Định nghĩa khác: Công Nghệ Phần Mềm

Là các quy trình đúng kỷ luật và có định lượng được áp dụng cho sự phát triển, thực thi và bảo trì các hệ thống thiên về phần mềm

Tập trung vào quy trình, sự đo lường, sản phẩm, tính đúng thời gian và chất lượng

CHU TRÌNH

Chu trình (process) định nghĩa một bộ khung các tiêu

chuẩn phải được thiết lập để triển khai công nghệ phần mềm.

CÔNG CỤ

Công cụ (tool) cung cấp các hỗ trợ tự

động hay bán tự động đối với chu trình và phương pháp

Các công cụ được tích hợp tạo thành

CASE (Computer Aided Software

Engineering)

MỘT CÁCH NHÌN TỔNG QUAN VỀ CNPM

Gồm 3 giai đoạn lớn

Giai đoạn định nghĩa: Phân tích hệ thống (system engineering), Hoạch định đề tài (software project management), Phân tích yêu cầu (requirement

MOÂ HÌNH CMM

Initial

(Level 1)

Repeatable (Level 2)

Defined (Level 3)

Managed (Level 4)

Optimized (Level 5) Risk

Competitiveness

CÁC MÔ HÌNH PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM

Mô hình tuần tự tuyến tính: cổ điển

Mô hình prototyping: prototype

Mô hình xoắn ốc: đánh giá rủi ro

Mô hình tăng dần: các bước lặp

Mô hình RAD: thời gian phát triển ngắn

MÔ HÌNH TUẦN TỰ TUYẾN TÍNH

Mô hình phát triển phần mềm đầu tiên

Các công việc tiếp nối nhau một cách tuần tự

Đặt nền móng cho các phương pháp phân tích, thiết kế, kiểm

tra…

System Engineering Requirement

Analysis

Software Design Coding Test Maintenance

Bộc lộ một số khuyết điểm

Bản chất của phát triển phần mềm là quá trình lặp đi lặp lại chứ không phải tuần tự

Bắt buộc khách hàng đặc tả tất cả yêu cầu một cách chính xác và đầy đủ ngay từ ban đầu

Khách hàng thường phải chờ đợi rất lâu để thấy được phiên bản đầu tiên của sản phẩm

Tồn tại “delay” trong nhóm làm việc

MÔ HÌNH TUẦN TỰ TUYẾN TÍNH (t.t)

MÔ HÌNH PROTOTYPING

Prototype như là một cơ chế để

nhận diện chính xác yêu cầu của khách hàng

Prototype có thể bị “throw-away”

Một số khuyết điểm

 Khách hàng hối thúc nhà phát triển hoàn thành sản phẩm

một khi thấy được các prototype

đầu tiên

 Các prototype thường không

Thảo luận với

khách hàng

Xây dựng prototype

Đánh giá của khách hàng

MÔ HÌNH XOẮN ỐC

Được thực hiện theo một chuỗi lặp kiểu xoắn ốc, mỗi lần lặp cải thiện sản phẩm

Có phương pháp đánh giá rủi ro

Có thể áp dụng prototype

Mỗi lần lặp được cải thiện cho thích nghi với bản chất của đề án

Đánh giá rủi ro

Phát triển sản phẩm

ở lần lặp tiếp theo

Hoạch định đề tài

Định nghĩa quy trình

R

R

R

MÔ HÌNH TĂNG DẦN

Phân tích yêu cầu

1

2

3

Kiểm tra hệ thống

Thiết kế kiến trúc Phát triển module Tích hợp

4

MÔ HÌNH TĂNG DẦN (t.t)

Các bước (iteration) đầu tập trung vào yêu cầu của phần mềm và

thiết lập một kiến trúc ổn định cho hệ thống (ít phải thay đổi sau này)

Các bước sau tập trung vào việc xây dựng sản phẩm để cuối

cùng chuyển sang giai đoạn kiểm tra hệ thống

Mỗi bước hiện thực một phần cụ thể trong toàn bộ yêu cầu của hệ thống

Quá trình xây dựng và chiến thuật kiểm tra theo kiểu tăng dần và dựa trên phương pháp kiểm tra hồi quy

MÔ HÌNH RAD

Rapid Application Development là mô hình tuần tự tuyến tính có thời gian phát triển rất ngắn

Sử dụng các thành phần có sẵn càng nhiều càng tốt

Sử dụng công cụ lập trình ở dạng tự động sinh mã chứ không

phải các ngôn ngữ truyền thống

Business modeling Data modeling Process modeling Application

generation Testing & Turnover

Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Khoa Công Nghệ Thông Tin

Chương 2

PHÂN TÍCH YÊU CẦU THEO

PHƯƠNG PHÁP CỔ ĐIỂN

GIỚI THIỆU

Khách hàng và nhà phát triển gặp nhau để thảo luận về yêu cầu của hệ thống phần mềm cần xây dựng

Nhà phát triển kiểm chứng lại (validate) yêu cầu

và biểu diễn nó bằng mô hình phân tích

Mô hình phân tích (WHAT?): các chức năng, dữ

liệu input & output, các trạng thái khác nhau

NỘI DUNG

2.1 Các yếu tố căn bản của mô hình phân tích

2.2 Mô hình chức năng và dòng thông tin

2.2.1 Lược đồ dòng chảy dữ liệu với các ký hiệu cơ bản

2.2.2 Mở rộng của Ward và Mellor

2.2.3 Mở rộng của Hatley & Pirbhai

2.3 Mô hình hành vi phần mềm

2.4 Kỹ thuật phân tích yêu cầu

2.4.1 Xây dựng DFD

2.4.2 Viết PSPEC

2.5 Từ điển dữ liệu

CÁC YẾU TỐ CĂN BẢN CỦA MÔ HÌNH PHÂN TÍCH

Mô hình chức năng và dòng thông tin: DFD, PSPEC

Mô hình dữ liệu: ERD, đặc tả đối tượng dữ liệu

Mô hình hành vi: STD, CSPEC

Từ điển dữ liệu

Lưu đồ dòng chảy dữ liệu

Lưu đồ quan hệ thực thể

Lưu đồ dịch chuyển trạng thái

Process Specification (PSPEC)

MÔ HÌNH CHỨC NĂNG VÀ DÒNG THÔNG TIN

Mô tả dòng thông tin di chuyển (flow) xuyên qua các hệ thống

thiên về phần mềm

Thông tin input cũng như output có thể ở nhiều dạng khác nhau:

file, bàn phím, trên mạng, từ thiết bị, kết xuất ra màn hình và máy in…

Các giải thuật xử lý cũng rất đa dạng

MÔ HÌNH CHỨC NĂNG VÀ DÒNG THÔNG TIN (t.t)

Lưu đồ dòng chảy dữ liệu DFD (Data Flow Diagram) cung cấp 4

ký hiệu cơ bản để mô hình sự di chuyển của dòng thông tin

DFD được mở rộng để mô hình các hệ thống thời gian thực

Mở rộng của Ward và Mellor (tự đọc: [1], trang 312)

Mở rộng của Hatley & Pirbhai (tự đọc: [1], trang 315)

LƯỢC ĐỒ DÒNG CHẢY DỮ LIỆU (DFD)

4 phần tử chính

Thực thể: tạo ra hoặc tiêu thụ thông tin, nằm bên ngoài biên giới của

phạm vi thông tin hệ thống

Chức năng xử lý: thực hiện chức năng nào đó, tiêu thụ và tạo ra thông tin, nằm bên trong phạm vi thông tin hệ thống

Thông tin hay dữ liệu

Kho dữ liệu: lưu trữ dữ liệu mà được sử dụng bởi nhiều chức năng xử lý

Thực thể Chức năng

xử lý Dữ liệu

Kho dữ liệu

LƯỢC ĐỒ DÒNG CHẢY DỮ LIỆU (t.t)

DFD được xây dựng qua nhiều mức khác nhau: mức 0, 1, 2…

DFD mức sau chi tiết hơn mức trước

Process Specification (PSPEC) bổ sung cho DFD

Tính liên tục của dòng dữ liệu

MÔ HÌNH HÀNH VI PHẦN MỀM

Lược đồ dịch chuyển trạng thái (STD) thể hiện

Các trạng thái khác nhau của hệ thống

Sự dịch chuyển giữa các trạng thái đó

Ví dụ: miêu tả hoạt động của máy photocopy

Yêu cầu xử lý lỗi

Hết kẹt giấy

Yêu cầu đọc lệnh

Đầy giấy và sẵn sàng

KỸ THUẬT PHÂN TÍCH YÊU CẦU

Thiết lập đoạn văn miêu tả chức năng (processing narrative) cho

hệ thống cần xây dựng

Xây dựng DFD ở các mức khác nhau

Thiết lập sơ đồ ngữ cảnh (DFD mức 0)

Phân hoạch DFD vào các mức cao hơn

Sử dụng phương pháp duyệt văn phạm

Luôn luôn tuân theo tính liên tục của dòng dữ liệu

Viết PSPEC cho các chức năng của DFD mức cao nhất

XÂY DỰNG DFD

Phần mềm SafeHome: Thiết lập đoạn văn miêu tả xử lý

DFD mức ngữ cảnh: nhận diện các thực thể và dữ liệu input, output

SafeHome Bảng điều khiển

Bộ cảm ứng

Màn hình

Chuông

Đường điện thoại

Lệnh và dữ liệu

Trạng thái cảm ứng

Thông tin hiển thị

Kiểu báo động

Tần số của số điện thoại

XÂY DỰNG DFD (t.t)

DFD mức 1: hình thành

một số chức năng chính

Tương tác với user Bảng điều khiển

Màn hình

Chuông

Lệnh và dữ liệu

Trạng thái cảm ứng Kiểu báo động

Tần số của số điện thoại

Cấu hình hệ thống

Yêu cầu cấu hìnhh

Mật mã

Theo dõi cảm ứng

Hiển thị

Thông báo a/d

Xác nhận mật mã

Thông tin cảm ứng

Thông tin hiển thị

XÂY DỰNG DFD (t.t)

DFD mức 2: tinh chế chức năng “Theo dõi cảm ứng”

Bộ cảm ứng

Chuông

Đường điện thoại

Trạng thái cảm ứng

Kiểu báo động

Tần số của số điện thoại

Thiết lập điều kiện báo động

Dữ liệu cấu hình

Thông số cấu hình

Định dạng hiển thị

Id, type Số điện thoại

VIẾT PSPEC

Có thể viết PSPEC bằng một trong 2 cách

Ngôn ngữ tự nhiên (tương tự processing narrative)

 Ngôn ngữ PDL - là ngôn ngữ giả giúp thể hiện kiến trúc và giao tiếp của chức năng xử lý

Từ điển dữ liệu thường được hiện thực như là một phần của công cụ CASE

Mỗi phần tử bao gồm những thông tin: tên, bí danh, được dùng ở đâu/như thế nào, đặc tả nội dung và thông tin phụ trợ

TỪ ĐIỂN DỮ LIỆU (t.t)

Ví dụ phần tử dữ liệu số điện thoại

Tên: Số điện thoại

Bí danh: Không

Được dùng ở đâu/như thế nào: output của Thiết lập điều kiện báo động

input của Quay số

Đặc tả nội dung:

số điện thoại = [ mở rộng địa phương | số bên ngoài ] mở rộng địa phương = [ 2001 | 2002 … | 2009 ]

số bên ngoài = 9 + [ số địa phương | số đường dài ] số địa phương = tiền tố + <chuỗi 4 ký số>

số đường dài = (1) + mã vùng + số địa phương tiền tố = [ 795 | 799 | 874 | 877 ]

TỔNG KẾT

Phân tích yêu cầu theo pp cổ điển bao gồm: mô hình chức năng và dòng thông tin (DFD), mô hình dữ liệu (ERD) và mô hình hành vi (STD)

Lược đồ DFD cơ bản có 4 ký hiệu và nó được mở rộng để biểu diễn được các hệ thống thời gian thực

Xây dựng DFD mức 0 rồi đến các mức cao hơn;

chú ý bảo toàn tính liên tục của dòng dữ liệu

Từ điển dữ liệu giúp quản lý và tra cứu các phần tửdữ liệu

Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Khoa Công Nghệ Thông Tin

Chương 3

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA MÔ HÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG

ĐỐI TƯỢNG và LỚP

Mô hình hướng đối tượng quan niệm thế giới bao gồm các đối

tượng (object) sinh sống và tương tác với nhau

Đối tượng bao gồm

dữ liệu: mang một giá trị nhất định

tác vụ: thực hiện một công việc nào đó

ĐỐI TƯỢNG và LỚP (t.t)

Lớp (class) định nghĩa một tập hợp các tác vụ và thuộc tính mà

đặc tả đầy đủ cấu trúc và hành vi của các đối tượng

Đối tượng (còn gọi là minh dụ (instance) ) được cụ thể hoá từ lớp

Các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng

Khai báo lớp: tương tự như khai báo một kiểu do người dùng định nghĩa

Khai báo đối tượng: biến của kiểu lớp

ĐÓNG BAO

Đóng bao: việc gộp thuộc tính và tác vụ trong một đối tượng đồng thời giới hạn cách truy xuất các thuộc tính đó (thường phải thông qua các tác vụ get/set)

x = 3.2

y = 1.7

THUỘC TÍNH

Thuộc tiùnh (attribute) là một vùng có thể chứa dữ liệu (đơn hoặc

tổ hợp) của lớp

Dữ liệu mà thuộc tính thể hiện nằm trong một khoảng giá trị nào đó được xác định bởi kiểu

Giá trị của tất cả thuộc tính xác định trạng thái của đối tượng

Ví dụ: một đối tượng của Circle có (Radius, x, y) = (1.2, 3.4, 5.3)

THUỘC TÍNH (t.t)

Thuộc tính có thể bị che dấu hoặc truy xuất được từ bên ngoài

 Một số ngôn ngữ lập trình (và UML): public, protected, private

Có 2 loại tầm vực

Tầm vực lớp: thuộc tính chung cho tất cả các đối tượng của một lớp

Tầm vực đối tượng: thuộc tính của từng đối tượng (có thể mang giá trị khác nhau)

Bậc của thuộc tính chỉ ra số lượng dữ liệu mà bản thân thuộc tính có thể nắm giữ: 0 1, 1, *, 5 8

TÁC VỤ

Tác vụ (operation) là một dịch vụ có thể yêu cầu từ phía đối

tượng để thực hiện hành vi

Dấu hiệu nhận dạng của tác vụ (signature) xác định các thông số

có thể truyền cũng như kết quả trả về

Phương thức (method) là phần hiện thực của tác vụ

TÁC VỤ (t.t)

Tác vụ có thể bị che dấu hoặc truy xuất được từ bên ngoài

Một số ngôn ngữ lập trình (và UML): public, protected, private

Tác vụ có thể được override trong các lớp con thừa kế

Trừu tượng (abstract): không có hiện thực

Một số ngôn ngữ lập trình cho phép định nghĩa

Tác vụ khởi tạo (constructor): được gọi khi đối tượng mới tạo ra

Tác vụ hủy (destructor): được gọi khi đối tượng sắp bị huỷ bỏ

VÍ DỤ về LỚP/ĐỐI TƯỢNG - JAVA

class abstract HTMLObject {

protected static final int LEFT = 0;

protected static final int MIDDLE = 1;

protected static final int RIGHT = 2;

private int alignment = LEFT;

protected Vector objects = null;

 Dấu hiệu nhận dạng của tác vụ muốn gọi

 Danh sách thông số gọi

THÔNG ĐIỆP (t.t)

Đối với các ngôn ngữ lập trình

Đối tượng đích: biến đối tượng hoặc bản thân đối tượng muốn gửi thông

điệp (self, this)

Dấu hiệu nhận dạng của tác vụ muốn gọi: tên tác vụ trùng nhau


xem các thông số gọi

Danh sách thông số gọi: như phép gọi hàm bình thường, chú ý kiểu khi

truyền và gán kết quả trả về

BAO GỘP

Bao gộp (aggregation) là quan hệ giữa hai đối tượng

Một đối tượng bao lấy đối tượng kia

Quan hệ này thường xảy ra trong thế giới thực, ví dụ

Xe hơi bao gồm: bánh xe, động cơ, khung xe

Trang HTML bao gồm: text, hình ảnh, tiêu đề, các liên kết

Checkbox, ComboBox, Slider… nằm trong một hộp thoại