تحقیق مقاله درک مفهوم نرم افزار (درک مهندسی نرم افزار)

ویژگیهای نرم افزار

برای درک مفهوم نرم افزار (و سرانجام درکی از مهندسی نرم افزار)، بررسی آن دسته از ویژگیهای نرم افزار که آن را از دیگر چیزهای ساخته دست بشر متمایز می سازد، اهمیت دارد. هنگامی که سخت افزاری ساخته می شود، فرآیند آفرینش بشری (تحلیل، طراحی، ساخت، آزمون)، سرانجام به یک شکل فیزیکی منتهی می شود. اگر یک کامپیوتر جدید می سازیم، طرحهای اولیه، ترسیمات طراحی رسمی و نمونه های اولیه به یک محصول فیزیکی (تراشه ها، مدارها، منبع تعذیه و غیره) تکامل می یابند.

نرم افزار یک عنصر سیستمی منطقی است نه فیزیکی. از این رو، نرم افزار دارای ویژگیهایی است که تفاوت چشمگیری با ویژگیهای سخت افزار دارند.

1. نرم افزار، مهندسی و بسط داده می شود و چیزی نیست که به معنای کلاسیک کلمه، ساخته شود.

گرچه شباهتهایی میان بسط نرم افزار و ساخت سخت افزار وجود دارد، این دو عمل تفاوت بنیادی دارند. در هر دو عمل، کیفیت بالا از طریق طراحی خوب به دست می آید، ولی فاز ساخت برای سخت افزار باعث بروز مشکلات کیفیتی می شود که برای نرم افزار وجود ندارند (یا به راحتی قابل رفع هستند). هر دو عمل وابسته به انسان هستند، ولی رابطه میان انسان و کاری که انجام می شود، کاملاً متفاوت است (فصل 7). هر د. عمل مستلزم ساخت یک ((محصول)) هستند ولی روشها متفاوت است.

هزینه های نرم افزار در مهندسی آن متمرکز است. این بدان معناست که پروژه های نرم افزاری را نمی توان همانند پروژه های تولید معمولی مدیریت کرد.

2. نرم افزار فرسوده نمی شود.

شکل 1-1 نمودار آهنگ شکست را به صورت تابعی از زمان برای سخت افزار نشان می دهد. این رابطه که غالباً ((منحنی وانی)) نامیده می شود، نشان می دهد که سخت افزار، آهنگ شکست نسبتاً شدیدی در ابتدای عمر خود نشان می دهد (این شکستها را غالباً می توان به عیوب طراحی و تولید نسبت داد)؛ این عیوب تصحیح می شوند و آهنگ شکست برای یک دورۀ زمانی به حدی ثابت نزول می کند (که امید می رود، بسیار پایین باشد). با گذشت زمان، سخت افزار شروع به فرسایش کرده دوباره آهنگ شکست شدت می گیرد.

نرم افزار نسبت به ناملایمات محیطی که باعث فرسایش نرم افزار می شود، نفوذپذیر نیست. بنابراین، در تئوری، منحنی شکست برای نرم افزار باید شکل منحنی ایده آل شکل 2-1 را به خود بگیرد. عیوب کشف نشده باعث آهنگ شکست شدید، در ابتدای عمر برنامه می شود. ولی، این عیوب برطرف می شوند (با این امید که خطاهای دیگر وارد نشود) و منحنی به صورتی که نشان داده شده است، هموار می شود. منحنی ایده آل نسبت به منحنی واقعی مدلهای شکست نرم افزار، بسیار ساده تر است (برای اطلاعات بیشتر، فصل 8 را ببینید). ولی، معنای آن واضح است، نرم افزار هرگز دچار فرسایش نمی شود بلکه فاسد می شود!

این تناقض ظاهری را می توان با در نظر گرفتن ((منحنی واقعی)) به بهترین وجه توضیح داد (شکل 2-1). نرم افزار در دوران حیات خود دستخوش تغییر می شود (نگهداری). با اعمال این تغییرات، احتمال دارد که برخی عیوب جدید وارد شوند و باعث خیز منحنی آهنگ شکست شوند (شکل 2-1). پیش از آن که منحنی بتواند به آهنگ شکست منظم اولیه خود برسد، تغییر دیگری درخواست می شود که باعث خیز دوباره منحنی می شود. حداقل میزان شکست به آهستگی افزایش می یابد – نرم افزار در اثر تغییر فاسد می شود.

یک جنبۀ دیگر از فرسایش نیز اختلاف میان سخت افزار و نرم افزار را نشان می دهد. هنگامی که یک قطعه از سخت افزار فرسوده می شود، با یک قطعه یدکی تعویض می شود. ولی نرم افزار قطعات یدکی ندارد. هر شکست نرم افزار نشانگر خطایی در طراحی یا فرآیندی است که طراحی از طریق آن به کدهای قابل اجرا روی ماشین تبدیل می شود. از این رو، نگهداری نرم افزار به مراتب پیچیده تر از نگهداری سخت افزار است.

3. گرچه صنعت در حال حرکت به سوی مونتاژ قطعات است، اکثر نرم افزارها همچنان به صورت سفارشی ساخته می شوند.

شیوه ای را در نظر بگیرید که در آن یک سخت افزار کنترلی برای یک محصول کامپیوتری طراحی و ساخته می شود. مهندس طراح یک الگوی ساده از مدار دیجیتالی رسم می کند، قدری تحلیل بنیادی انجام می دهد تا از عملکرد صحیح اطمینان حاصل کند، و سپس به قفسۀ حاوی کاتالوگهای قطعات رجوع می کند. پس از انتخاب همۀ قطعات می تواند آنها را سفارش دهد.

به موازات تکامل یک رشته مهندسی، مجموعه ای از قطعات طراحی استاندارد ایجاد می شود. پیچ های استاندارد و مدارات مجتمع فقط دو مورد از هزاران قطعۀ استانداردی هستند که مهندسان مکانیک و برق در طراحی سیستمهای جدید به کار می برند. قطعات قابل استفاده مجدد طوری طراحی شده اند که مهندس بتواند بر عناصر واقعاً جدید یک طراحی، یعنی قطعاتی از طراحی که ارائه دهنده چیزی تازه هستند، تمرکز داشته باشد. در جهان سخت افزار، استفاده مجدد از قطعات، بخشی طبیعی از فرآیند مهندسی است. در مهندسی نرم افزار این امر به تازگی مورد توجه قرار گرفته است.

یک قطعه نرم افزاری باید چنان طراحی و پیاده سازی شود که بتوان در برنامه های متفاوت از آن بهره برد. در دهۀ 1960، کتابخانه هایی از زیرروال های علمی ساختیم که در آرایۀ گسترده ای از کاربردهای مهندسی و علمی قابل استفاده بودند. این کتابخانه ها از الگوریتم هایی معین به شیوه ای کارامد استفاده می کردند، ولی دامنه کاربرد محدودی داشتند. امروزه، ایدۀ استفاده مجدد نه تنها الگوریتم ها، بلکه ساختمان داده ها را نیز در بر می گیرد. قطعات مدرن قابل استفاده مجدد، هم داده ها و هم پردازشی را که در مورد آنه اعمال می گردد، پنهان سازی کرده مهندس نرم افزار را قادر می سازد تا از قطعات قابل استفادۀ دوباره، برنامه های کاربردی جدید بسازد. برای مثال، واسطهای کاربر گرافیکی امروزی با استفاده از قطعات قابل استفاده مجدد ساخته می شوند که ایجاد پنجره های گرافیکی، منوهای باز شونده و انواع راهکارهای محاوره را میسر می سازند.

کاربردهای نرم افزار

نرم افزار را در وضعیتی می توان به کار برد که در آن یک مجموعه مراحل از پیش تعیین شده (یعنی یک الگوریتم) تعریف شده باشد (استثنائات قابل ملاحظه در این خصوص، نرم افزارهای سیستم های خبره و نرم افزارهای شبکه عصبی اند). محتوای اطلاعاتی و قطعیت اطلاعاتی[1] عوامل مهمی در تعیین ماهیت کاربرد یک نرم افزار هستند. منظور از محتوا، معنی و شکل اطلاعات ورودی و خروجی است. برای مثال، در بسیاری کاربردهای تجاری، از داده های ورودی بسیار ساخت یافته (یک بانک اطلاعاتی) استفاده می شود و ((گزارشهای)) فرمت شده تولید می شود. نرم افزاری که یک ماشین خودکار را کنترل می کند (مثلاً کنترل عددی) داده هایی مجزا با ساختاری محدود را می پذیرد و فرمانهایی انفرادی را به توالی برای آن ماشین تولید می کند.

قطعیت اطلاعاتی به معنای قابلیت پیش بینی ترتیب و زمان بندی اطلاعات است. یک برنامه تحلیل مهندسی، داده هایی را می پذیرد که دارای ترتیبی از پیش تعیین شده بوده الگوریتم (های) تحلیلی را بدون وقفه اجرا نموده داده های حاصل را در گزارش یا با قالب گرافیکی تولید می کند. چنین کاربردهایی دارای قطعیت هستند. ولی یک سیستم عامل چند منظوره، ورودی هایی را می پذیرد که دارای محتوای گوناگون و زمان بندی اختیاری هستند؛ الگوریتمهایی را اجرا می کند که توسط شرایط خارجی قابل وقفه اند و خروجی تولید می کند که تابعی از محیط و زمان است. کاربردهایی با این ویژگی فاقد عزم هستند.

تعیین گروههای کلی با معنی برای کاربردهای نرم افزار قدری دشوار است. با پیچیده تر شدن نرم افزار، مرزهای صریح و روشن، رنگ می بازند. زمینه های زیر را می توان به عنوان گروههای کاربردی مشخص کرد:

نرم افزارهای سیستمی.نرم افزار سیستمی مجموعه ای از برنامه هاست که برای سرویس دهی به برنامه های دیگر نوشته شده اند. برخی نرم افزارهای سیستمی (مثل کامپایلرها، ویراستارها و برنامه های کمکی مدیریت فایل) ساختارهای اطلاعاتی پیچیده ولی قطعیت دارند. برخی برنامه های سیستمی دیگر (نظیر قطعات سیستم عامل، راه اندازها، پردازنده های ارتباط راه دور) مقادیر زیادی ار داده های میانی را پردازش می کنند. در هر حال، مشخصه های حیطۀ نرم افزارهای سیستمی عبارتند از: برهمکنش سنگین با سخت افزار کامپیوتر؛ استفاده سنگین توسط چند کاربر؛ عمل کنونی که مستلزم زمانبندی است؛ مدیریت فرآیند پیچیده و اشتراک منابع؛ ساختمان داده های پیچیده و واسطهای خارجی چندگانه.

نرم افزارهای زمان حقیقی. نرم افزاری که رویدادهای جهان واقع را همانطوری که رخ می دهند، نظارت / تحلیل / کنترل می کند، نرم افزار زمان حقیقی نامیده می شود. عناصر نرم افزار زمان حقیقی عبارتند از یک قطعۀ جمع آوری کنندۀ داده ها که اطلاعات را از محیط خارجی جمع آوری و قالب بندی می کند؛ یک قطعه تحلیل کننده که اطلاعات را بنا به نیاز کاربردی انتقال می دهد؛ یک قطعه کنترل / خروجی که به محیط خارجی پاسخ می دهد و یک قطعه نظارت که همۀ قطعات دیگر را هماهنگ می کند تا پاسخ زمان حقیقی (معمولاً بین یک هزارم ثانیه تا یک ثانیه) برقرار بماند.

نرم افزارهای تجاری. پردازش اطلاعات تجاری گسترده ترین زمینۀ کاربرد نرم افزارها را تشکیل می دهد. ((سیستمهای مجرد)) (مثل لیست حقوق، حسابهای دریافت و پرداخت، موجودی انبار و غیره) به نرم افزارهای سیستم اطلاعاتی مدیریتی (MIS[2]) تکامل یافته اند. این نوع برنامه های کاربردی، داده های موجود را دوباره به شیوه ای سازماندهی می کند که عملیات تجاری و تصمیم گیری مدیریتی تسهیل شوند. این نرم افزارها علاوه بر کاربردهای پردازش داده ها، شامل برنامه های کامپیوتری محاوره ای (نظیر پردازش تراکنش نقطۀ فروش) نیز می شود.

نرم افزارهای مهندسی و علمی. نرم افزارهای علمی توسط الگوریتم هایی مشخص می شوند که ((ارقام و اعداد)) را پردازش می کنند. کاربردهای آن از نجوم تا بررسی آتش فشانها، از تحلیل فشار اتوموتیو[3] تا دینامیک مدار شاتلهای فضایی و از زیست شناسی مولکولی تا مکانیزاسیون صنعتی را در بر می گیرد. ولی، کاربردهای نوین در حیطۀ مهندسی و علمی از الگوریتم های عددی مرسوم فراتر رفته اند. طراحی به کمک کامپیوتر، شبیه سازی سیستم ها، و برنامه های کاربردی محاوره ای دیگر، رفته رفته خصوصیات نرم افزارهای زمان حقیقی و نرم افزارهای سیستمی را به خود می گیرند.

نرم افزارهای تعبیه شده. محصولات هوشمند تقریباً در هر بازار صنعتی و مصرفی جای خود را باز کرده اند. نرم افزار تعبیه شده در حافظۀ فقط خواندنی جای دارد و برای کنترل محصولات و سیستمهای مربوط به بازارهای صنعتی و مصرفی به کار می رود. نرم افزار تعبیه شده قادر به انجام اعمال بسیار محدود و اختصاصی (از قبیل کنترل صفحه کلید برای فرهای مایکروویو) بوده یا وظایف مهم و قابلیت کنترل (مانند عملیات دیجیتال در خودروها از قبیل کنترل سوخت، صفحه نمایش داشبورد، سیستم ترمز و غیره) را بر عهده دارد.

نرم افزارهای کامپیوترهای شخصی. بازار نرم افزارهای کامپیوتری شخصی طی دو دهۀ اخیر به سرعت رشد یافته است. واژه پردازی، صفحات گسترده، گرافیک کامپیوتری، چند رسانه ای، سرگرمی، مدیریت بانکهای اطلاعاتی، برنامه های کاربردی مالی شخصی و تجاری، شبکه خارجی یا دستیابی به بانکهای اطلاعاتی فقط چند مورد از صدها کاربرد در این حیطه است.

نرم افزارهای مبتنی بر وب. صفحات وبی که توسط یک مرورگر بازیابی می شوند، نرم افزارهایی هستند که دستورات اجرایی (مثل CGI، HTML، Perl یا جاوا) و داده هایی (مثل فوق متن[4] و انواع فرمتهای تصویری و صوتی) را به هم مرتبط می سازند. در اصل، شبکه به یک کامپیوتر عظیم تبدیل می شود که یک منبع نرم افزاری تقریباً نامحدود فراهم می آورد؛ منبعی که هر کس با داشتن مودم قادر به دستیابی به آن است.

نرم افزارهای هوش مصنوعی. نرم افزارهای هوش مصنوعی (AI[5]) از الگریتم های غیر عددی برای حل مسائل پیچیده ای که به روشهای عددی قابل حل نیستند، استفاده می کنند. سیستم های خبره، که سیستم های مبتنی بر آگاهی نیز نامیده می شوند؛ تشخیص الگوها (تصویری و صوتی)؛ شبکه های عصبی مصنوعی؛ اثبات قضایا و بازی، همگی مثالهایی از کاربرد این گروه هستند.

دامنه کاربرد نرم افزار

نخستین فعالیت در برنامه ریزی پروژه، تعیین دامنه کاربرد نرم افزار است. عملکرد و کارآیی که نرم افزار طی مهندسی سیستم (فصل 10) به نرم افزار تخصیص داده شد، باید مورد ارزیابی قرار گیرد تا دامنه کاربرد نرم افزار به صورتی نامبهم و قابل درک در سطوح مدیریتی و فنی مشخص گردد. در بیان دانه کاربرد، حد و مرز باید مشخص باشد.

دامنه کاربرد نرم افزار داده ها و کنترلی که باید پردازش شود، عملکرد، کارآیی، شرایط حد، واسطها و قابلیت اطمینان را توصیف می کند. عملیات توصیف شده در بیان دامنه کاربرد مورد ارزیابی قرار گرفته در برخی موارد تجدید نظر می شوند تا پیش از شروع برآورد، جزئیات بیشتری فراهم آید. چون برآوردهای هزینه و زمانبندی، مبتنی بر عملیات هستند، غالباً قدری تجزیه، مفید واقع می شود. ملاحظات کارآیی شامل خواسته های پردازشی و زمان پاسخ می شوند. شرایط حدی، محدودیتهای حاکم بر نرم افزار را که از سخت افزار خارجی، حافظۀ در دسترس و سیستمهای موجود دیگر ناشی می شوند، مشخص می کنند.

به دست آوردن اطلاعات لازم برای دامنه کاربرد

همواره در آغاز یک پروژه نرم افزاری، امور قدری درهم و برهم هستند. نیازی تعیین شده اهداف اصلی بیان شده اند، ولی اطلاعات لازم برای تعیین دامنه کاربرد (که از پیش نیازهای برآورده است) هنوز تعیین نشده است.

پرکاربردترین تکنیک برای پر کردن شکاف ارتباط میان مشتری و سازنده و شروع فرآیند ارتباطی، برگزاری یک نشست یا مصاحبه مقدماتی است. نخستین نشست میان مهندس نرم افزار (تحلیلگر) و مشتری را می توان به نخستین جلسه خواستگاری تشبیه کرد. هیچ کدام از طرفین نمی دانند چه بگویند یا چه بپرسند: هر دو نگران هستند که چیزی بگویند و از آن تعبیر بدی شود؛ هر دو در این اندیشه اند که این دیدار به کجا خواهد انجامید (احتمالاً هر دو دارای انتظاراتی هستند که تفاوت اساسی با هم دارند)؛ هر دو می خواهند کارها به خوبی پایان بپذیرد و در عین حال موفق باشند.

به هر حال، این ارتباط باید آغاز شود. گاوز و واینبرگ [GAU89] پیشنهاد می کنند که تحلیلگر با پرسیدن سئوالات مستقل از مسئله شروع کند. یعنی یک مجموعه سئوالاتی که منجر به درک بنیادی مسئله، افراد خواهان حل مسئله، ماهیت حل موردنظر، و میزان تأثیر نخستین برخورد شود.

1.information determinacy

1. Management Information System

1. automotive

2. hyper text

3. Artificial Intelligence