Công nghệ phần mềm

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM

Giáo viên : Nguyễn Thị Thanh Bình
Số tiết: 60
Trong đó:
Lên lớp: 30 tiết
Bài tập lớn+Thảo luận: 25 tiết
Kiểm tra: 5 Tiết


Hà Nội, 2010
2
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyễn Văn Vỵ, Nguyễn Việt Hà, Giáo trình Kỹ nghệ phần mềm, Khoa CNTT, ĐH Công nghệ
R. Pressman, Software Engineering: A Practioner’s Approach. 6th Ed., McGraw-Hill, 2004
R. Pressman, Kỹ nghệ phần mềm. Tập 1, 2, 3. NXB Giáo dục, HàNội, 1997 (Người dịch: Ngô Trung Việt)
I. Sommerville, Software Engineering. 7th Ed., Addison-Wesley, 2004
Vũ Đức Thi, Lê Văn Phùng: Giáo trình Kỹ nghệ phần mềm. Hà Nội 2003.
3
YÊU CẦU MÔN HỌC

Nắm được các nguyên lý / khái niệm cơ bản của kỹ nghệ phần mềm
Vận dụng kiến thức vào bài tập nhóm
Hiểu về quá trình làm phần mềm
Minh họa nguyên lý / kỹ thuật
Chủ động tìm hiểu kiến thức
Tìm hiểu một số chủ đề mở rộng

4
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC
I
ĐẶC TẢ PHẦN MỀM
II
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
III
PHẦN MỀM VÀ CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM
V
V
SƠ LƯỢC VỀ KIỂM CHỨNG PHẦN MỀM
IV
5
CHƯƠNG 1
I
PHẦN MỀM VÀ CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM
6
I. Sự phát triển của phần mềm

1. Quá trình tiến hóa của phần mềm
Những năm đầu (từ 1950 đến 1960):
Mỗi máy sử dụng cho một ứng dụng riêng.
Phương thức chính là xử lý theo lô
Việc phát triển phần mềm chưa được quản lý, Môi trường lập trình có tính chất cá nhân
Thời kỳ năm 1960 đến giữa những năm 1970:
Các hệ thống đa nhiệm, đa người dùng xuất hiện dẫn đến khái niệm mới về tương tác người máy.
Tiến bộ lưu trữ trực tuyến làm xuất hiện thế hệ đầu tiên của hệ quản trị CSDL.
..Yêu cầu lớn về công việc bảo trì phần mềm.

7
I. Sự phát triển của phần mềm

Thời kỳ giữa những năm 1970 đến đầu năm 1990:
Hệ thống phân tán xuất hiện làm tăng quy mô và độ phức tạp của phần mềm ứng dụng.
Mạng máy tính triển mạnh -> tăng nhu cầu truy cập dữ liệu trực tuyến, phần mềm quản lý dữ liệu
C/nghệ chế tạo vi xử lý phát triển.. -> nhu cầu về phần mềm gia tăng, chi phí cho phần mềm tăng.
Thời kỳ sau 1990:
Kỹ nghệ hướng đối tượng đang nhanh chóng thay thế cách tiếp cận phát triển phần mềm truyền thống
Sự phát triển của Internet -> phát triển nhanh về phần cứng và phần mềm.
Phần mềm trí tuệ nhân tạo ứng dụng các thuật toán phi số như hệ chuyên gia, mạng nơron nhân tạo được ứng dụng vào thực tế
8
I. Sự phát triển của phần mềm

2. Các thách thức đối với phần mềm máy tính
Từ sự tiến hóa của phần mềm
Sự tăng quy mô của PM
Sự tăng chi phí làm PM
Sự kéo dài thời gian PT 1 PM
Sự phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người làm PM
Chất lượng của PM không ổn đinh
Gánh nặng bảo trì hệ thống cũ để tiếp tục HĐ

9
I. Sự phát triển của phần mềm

Thách thức đối với PT PM máy tính hiện nay
Khả năng PM không thể SD hết được tiềm năng của phần cứng.
Khả năng XD phần mềm không bắt nhịp được với nhu cầu SD PM tăng lên, đặc biệt là khi Internet phát triển
Quy mô và độ phức tạp của PM ngày càng tăng
Khả năng bảo trì hệ thống PM cũ tồn tại khó khăn và chi phí lớn
10
II. Phần mềm

1. Mô tả về phần mềm
Phần mềm là các chương trình máy tính và những tài liệu liên quan đến nó như : các yêu cầu, mô hình thiết kế, tài liệu hướng dẫn sử dụng… Do đó, ta thấy rằng đặc điểm của phần mềm là trừu tượng và vô hình


11
II. Phần mềm

1. Mô tả về phần mềm


- Các pp tiếp cận giải quyết vđ
Các trình tự TK và PT được chuẩn hóa
Các pp đặc tả YC, thiết kế HT, Thiết kế C trình, kiểm thử toàn bộ qt phát triển qlý PM
- Là phần giao diện với HW, tạo thành từ các nhóm lệnh chỉ thị cho MT biết trình tự thao tác XLDL
Những tư liệu hữu ích, có gt và cần thiết để pt, vận hành và bảo trì PM
12
II. Phần mềm

2. Đặc trưng của phần mềm
Phần mềm là hệ thống logic, không phải là hệ thống vật lý do đó nó có các đặc trưng khác biệt so với phần cứng
Được phát triển mà không biết trước được hiệu quả và giá thành cụ thể
Phần mềm không hỏng đi mà sẽ thoái hóa theo thời gian – Đường cong lỗi thực tế và lý tưởng
Thường được xây dựng theo đơn đặt hàng của khách..
Bản chất là có sự phức tạp và tính thay đổi
Hiện nay chủ yếu được phát triển theo nhóm

13
II. Phần mềm

3. Phân loại phần mềm
Có nhiều cách để phân loại phần mềm
Các sản phẩm phần mềm được chia thành 2 loại :

Sản phẩm đại trà : được phát triển để bán ra ngoài thị trường, đối tượng người sử dụng là tương đối đa dạng và phong phú.
Sản phẩm theo đơn đặt hàng : được phát triển cho một khách hàng riêng lẻ theo yêu cầu.
14
II. Phần mềm

3. Phân loại phần mềm
Phân loại theo lĩnh vực phục vụ
Phần mềm hệ thống
Phần mềm thời gian thực
Phần mềm nghiệp vụ
Phần mềm khoa học và công nghệ
Phần mềm nhúng
Phần mềm cho máy tính cá nhân
Phần mềm trí tuệ nhân tạo

Dùng các thuật toán phi số để giải quyết các vấn đề phức tạp. Udung chính : hệ chuyên gia, nhận dạng…
15
II. Phần mềm

3. Phân loại phần mềm
Ngoài ra còn có phần mềm phục vụ kỹ nghệ phần mềm:
Chương trình dịch, phần mềm gỡ rối, các công cụ hỗ trợ phân tích thiết kế (CASE)...
Các phần mềm này có thể xuất hiện dưới dạng phần mềm máy tính cá nhân, phần mềm hệ thống hoặc là phần mềm nghiệp vụ.


16
II. Phần mềm

Tiêu chuẩn phần mềm tốt
Dựa vào một số tiêu chí:
Đạt được mục tiêu thiết kế đề ra
Chi phí vận hành là chấp nhận được
Đáp ứng được chuẩn mực của hệ thống thông tin hiện hành vd: tính sẵn sàng, an toàn…
Sản phẩm tạo ra có giá trị xác đáng, thiết thực, góp phần làm nâng cao chất lượng SP


17
II. Phần mềm

Tiêu chuẩn phần mềm tốt (tiếp)
Bảo trì được, không tốn kém
Có tính khả dụng – dễ dàng đối với nhiều đối tượng
Mềm dẻo, có khả năng thích nghi cho việc phát triển tiếp
Tính khả chuyển: Dễ dàng chuyển đổi môi trường

18
III. Công nghệ phần mềm - SE

1. Định nghĩa
Công nghệ phần mềm theo Fritz Bauer (1969):
Kỹ nghệ phần mềm là quá trình sử dụng các nguyên tắc kỹ thuật có cơ sở để xây dựng các phần mềm một cách kinh tế để hoạt động tin cậy và chạy hiệu quả trên hệ thống máy thật
Công nghệ phần mềm theo IEEE(1993):
Việc áp dụng cách nghiên cứu và tiếp cận có hệ thống, quy tắc, có thể xác định số lượng để phát triển, vận hành và bảo trì phần mềm; nghĩa là áp dụng kỹ thuật vào phần mềm
19
III. Công nghệ phần mềm - SE

Các yếu tố chủ chốt của CNPM
CNPM là một quá trình gồm một loạt các bước chứa đựng 3 yếu tố chủ chốt:
Phương pháp (Method)
Công cụ (Tools)
Thủ tục (Procedure)
Các yếu tố này giúp người quản lý kiểm soát được tiến trình phát triển phần mềm và cung cấp cho người kỹ sư phần mềm một nền tảng để xây dựng phần mềm chất lượng cao theo một cách thức hiệu quả
20
III. Công nghệ phần mềm - SE

Quy trình phần mềm
Là một tập hợp các hành động nhằm xây dựng và phát triển phần mềm, thường gồm:
Đặc tả: đặc tả những gì hệ thống phải làm và các ràng buộc trong quá trình xây dựng hệ thống.
Phát triển: xây dựng hệ thống phần mềm.
Kiểm thử: kiểm tra xem liệu phần mềm đã thoả mãn yêu cầu của khách hàng.
Mở rộng: điều chỉnh và thay đổi phần mềm tương ứng với sự thay đổi yêu cầu.
21
III. Công nghệ phần mềm - SE

2. Mô hình quy trình phần mềm
Là một thể hiện đơn giản của một quy trình p/mềm, được nhìn từ một góc độ cụ thể, ví dụ:
Mô hình luồng công việc (workflow): chuỗi hành động
Mô hình luồng dữ liệu (data-flow): luồng thông tin
Mô hình Vai trò/Hành động (Role/action): chỉ ra vai trò và nhiệm vụ của những người liên quan
Một số mô hình quy trình chung được đề xuất như:
Thác nước (Water Fall)
Phát triển tiến hóa (Evolutionary Development)
Phát triển hệ thống hình thức (Formal Systems Development)
CNPM dựa thành phần (Component-Based SW).
22
III. Công nghệ phần mềm - SE

a. Mô hình thác nước
Gồm 5 pha cơ bản
23
III. Công nghệ phần mềm - SE

a. Mô hình thác nước (tiếp)
Định nghĩa yêu cầu: Thu thập, phân tích T.tin bài toán..
Thiết kế: Quá trình chuyển hóa yêu cầu thành mô tả thiết kế
Cài đặt kiểm thử : mã hóa các đặc tả thiết kế thành các chương trình mã nguồn, phát hiện và sửa lỗi phần logic bên trong chương trình hay còn gọi là lỗi lập trình
Tích hợp kiểm thử hệ thống: Tích hợp các modul đơn lẻ và các thành phần thành hệ thống, kiểm thử toàn bộ
Vận hành và bảo trì: Đưa chương trình vào sử dụng, có thay đổi thích ứng trong suốt quá trình

24
III. Công nghệ phần mềm - SE

a. Mô hình thác nước (tiếp)
Ưu điểm :
Các pha được xác định rõ ràng (Input/Output)
Thấy được trình tự kỹ nghệ từ đầu đến SP cuối
Thích hợp khi yêu cầu tìm hiểu tốt
Nhược điểm
Rất khó khăn trong việc thay đổi các pha đã được thực hiện
Sai sót phát hiện muộn có thể là thảm họa
Chậm có phiên bản thực hiện được


25
III. Công nghệ phần mềm - SE

b. Mô hình tiến hóa
Gồm các mô hình:
Mô hình làm bản mẫu
Mô hình xoắn ốc
Mô hình RUP (Rational Unified Process)
Mô hình tăng trưởng
Mô hình phát triển ứng dụng nhanh RAD
26
III. Công nghệ phần mềm - SE

b. Mô hình tiến hóa (tiếp)
Được mô tả chung nhất như sau:
27
III. Công nghệ phần mềm - SE

Mô hình làm bản mẫu
Xây dựng một mẫu thử (Mô hình thực tế) ban đầu và đưa cho người sử dụng->tinh chỉnh mẫu thử qua nhiều phiên bản cho đến khi thoả mãn yêu cầu của người sử dụng.
Có 2 phương pháp thực hiện:
Phát triển thăm dò
Loại bỏ mẫu thử

28
III. Công nghệ phần mềm - SE

Mô hình làm bản mẫu (tiếp)
Mô hình có thể ở 3 dạng:
Bản mẫu trên giấy hay trên PC – Bản mô tả YC
Bản mẫu cài đặt : chỉ một tập con chức năng của phần mềm mong đợi.
Bản mẫu là 1 chương trình có thể thực hiện
29
III. Công nghệ phần mềm - SE

Mô hình làm bản mẫu (tiếp)







Đây là cách tiếp cận thực tế, thích hợp cho hệ thống vừa và nhỏ, đặc biệt khi YC chưa rõ ràng
30
III. Công nghệ phần mềm - SE

Mô hình xoắn ốc
Quá trình được chia làm các bước lặp
31
III. Công nghệ phần mềm - SE

Mô hình xoắn ốc
Gồm có 4 bước hoạt động chính :
Lập kế hoạch: xác định mục tiêu, các giải pháp và ràng buộc
Phân tích giải quyết rủi ro: phân tích các phương án và xác định/giải quyết rủi ro
Thẩm định phát triển sản phẩm “mức tiếp theo”
Đánh giá: đánh giá của khách hàng về kết quả của kỹ nghệ
Tại một vòng xoắn ốc, phân tích rủi ro phải đi đến quyết định “tiến hành tiếp hay dừng”. Nếu rủi ro quá lớn thì có thể đình chỉ dự án.
32
III. Công nghệ phần mềm - SE

Mô hình xoắn ốc
Ưu điểm :
các vòng xoáy được lặp lại để đáp ứng yêu cầu thay đổi của người dùng
Kiểm soát rủi ro ở từng mức tiến hóa
Đánh giá chi phí chính xác hơn các pp khác
Nhược điểm :
Yêu cầu thay đổi thường xuyên dẫn đến lặp vô hạn và thất bại
Đòi hỏi năng lực quản lý, năng lực phân tích rủi ro cao – CF chuyên gia
Chưa được dùng rộng rãi
33
III. Công nghệ phần mềm - SE

Mô hình RUP (Rational Unified Process)
Là một quy trình vòng lặp phát triển phần mềm được hãng Rational phát triển, thường được dùng trong các dự án phần mềm lớn và phức tạp
Phương pháp lặp của Rup là phương pháp phát triển lặp. Một quy trình lặp thể hiện trong một chu trình phát triển từ ý tưởng ban đầu cho tới khi một sản phẩm phần mềm hoàn thiện, ổn định và có chất lượng được chuyển giao tới người dùng cuối.
34
III. Công nghệ phần mềm - SE

Các pha của Rup bao gồm :
Inception(khởi đầu) : Là giai đoạn thu thập thông tin. Các tình huống nghiệp vụ bao gồm :tiêu thức đánh giá thành công, đánh giá rủi ro, xác định các nguồn lực cần thiết cho DA,..Cuối pha cần kiểm tra mục tiêu của các quá trình phát triển ->Qdinh có phát triển hay không
Elaboration(Dự thảo chi tiết) :Phân tích các vấn đề nghiệp vụ, xác định kiến trúc hợp lý, xây dựng kế hoạch cho dự án..
Construction(Xây dựng) : Pha này phát triển một cách tái lập và tăng dần toàn bộ sản phẩm đầy đủ sẵn sàng chuyển gia cho người dùng.
Transition (chuyển giao ) : Đưa hệ thống phần mềm tới người sử dụng. Xác định các vấn đề chưa được phát hiện hoàn thiện các chức năng trước đó bị trì hoãn
35
III. Công nghệ phần mềm - SE
Mô hình phát triển lặp, tăng lên
Thay vì phải xây dựng và chuyển giao hệ thống một lần thì sẽ được chia thành nhiều vòng. Mỗi vòng là một phần kết quả của một chức năng yêu cầu. Các yêu cầu của người SD được đánh thứ tự ưu tiên. Yêu cầu nào có thứ tự ưu tiên càng cao thì càng ở trong những vòng phát triển sớm hơn
36
III. Công nghệ phần mềm - SE
Ưu điểm :
Có sản phẩm dùng trong thời gian ngắn
Các vòng trước như là mẫu thử giúp tìm hiểu thêm các yêu cầu ở những vòng sau
Rủi ro sớm được loại trừ
Nhược điểm
Tổng chi phí phát triển cao hơn bình thường
Tổng thời gian chuyển giao toàn bộ chức năng lớn

37
III. Công nghệ phần mềm - SE

Mô hình phát triển ứng dụng nhanh RAD (Rapid application Development)
Là phương pháp luận gộp các HĐ phân tích, thiết kế, xây dựng vào một loạt vòng lặp phát triển ngắn
Xây dựng dựa trên hướng thành phần với khả năng tái sử dụng. SD các thành phần có sẵn càng nhiều càng tốt
Đáp ứng nhu cầu hiệu quả và chi phí bảo trì thấp
38
III. Công nghệ phần mềm - SE

C. Phát triển hệ thống hình thức
Được mô tả với các bước:




Tư tưởng chính là biểu diễn các đặc tả yêu cầu bằng các ký pháp toán học. Áp dụng các biến đổi khác nhau để chuyển từ đặc tả H Thức ->C trình
Khi chuyển đổi các biểu diễn của đặc tả được chi tiết dần nhưng luôn được đảm bảo tính đúng đắn => C trình là triển khai đúng của đặc tả

39
III. Công nghệ phần mềm - SE

C. Phát triển hệ thống hình thức (tiếp)
Ưu điểm:
Có thể áp dụng chứng minh tính đúng đắn của đặc tả
Chứng minh chương trình đáp ứng được y/cầu của đặc tả đã cho
Nhược điểm:
Việc đặc tả đòi hỏi trình độ trừu tượng cao
Việc chứng minh sự đúng đắn là khó khăn
Phương pháp này là tương đối khó
40
III. Công nghệ phần mềm - SE

Gắn với những công nghệ hướng đối tượng qua việc tạo các lớp có chứa cả dữ liệu và giải thuật xử lý dữ liệu
Có nhiều tương đồng với mô hình xoắn ốc
Dựa trên kỹ thuật tái sử dụng một cách có hệ thống, trong đó hệ thống được tích hợp từ nhiều thành phần đang tồn tại
d. Mô hình hướng thành phần


41
III. Công nghệ phần mềm - SE

d. Mô hình hướng thành phần


Giao tiếp
khách hàng
Lập kế hoạch
Phân tích rủi ro
Kỹ nghệ
Xây dựng &
Xuất xưởng
Khách hàng
đánh giá
Xác định
thành phần
ứng viên
Tìm
thành phần
từ thư viện
Lấy
thành phần
nếu có
Xây dựng
thành phần
nếu kh.có
Đặt
thành phần
vào thư viện
Xây dựng
bước lặp thứ n
của hệ thống
42
IV. Phương pháp phát triển PM
Gồm các thủ tục, kỹ thuật, tiến trình được sử dụng để điều khiển các hoạt động
Các phương pháp bao gồm các thành phần:
Các khái niệm
Các ký pháp
Các quy tắc
Quy trình xây dựng
Hướng dẫn
43
IV. Phương pháp phát triển PM
Các phương pháp:
Hướng chức năng
Hướng dữ liệu
Hướng đối tượng
Định hướng tiến trình
44
IV. Phương pháp phát triển PM
Phương pháp hướng chức năng
Dựa trên cơ sở modul hóa các chương trình để dễ theo dõi, quản lý, bảo trì
Thể hiện bằng quá trình phát triển hệ thống hướng cấu trúc
Sử dụng phương pháp luận top-down
45
IV. Phương pháp phát triển PM
Phương pháp hướng chức năng (tiếp)

46
IV. Phương pháp phát triển PM
Phương pháp hướng chức năng (tiếp)
Ưu điểm:
Làm giảm sự phức tạp
Tập trung vào ý tưởng
Chuẩn hóa tạo ra sự độc lập
Cho phép thay đổi dễ dàng (bảo trì)
47
IV. Phương pháp phát triển PM
Phương pháp hướng dữ liệu
Tập trung vào dữ liệu đặc trưng bằng cách tiếp cận định hướng dữ liệu ( chỉ tập trung vào các thông tin mà hệ thống sẽ giữ)

48
IV. Phương pháp phát triển PM
Phương pháp hướng dữ liệu (tiếp)
Ưu điểm:
Cho phép quản lý dữ liệu tập trung, nhất quán
Dễ dàng áp dụng các công cụ toán học để xử lý dữ liệu
Tối ưu hóa về mặt không gian lưu trữ và về mặt sử dụng như: giảm dư thừa, tìm kiếm thuận lợi, truy cập nhanh…
Sử dụng được cho nhiều ứng dụng độc lập khác nhau
Nhược điểm
Khó thay đổi các quy tắc nghiệp vụ
49
IV. Phương pháp phát triển PM
Phương pháp hướng đối tượng
Đây là cách tiếp cận mới nhất để PT hệ thống
Hệ thống chỉ gồm các thành phần liên kết với nhau được gọi là các đối tượng
Dữ liệu và các hoạt động dữ liệu đặt trong đối tượng
Mục tiêu của cách này là làm cho các hệ thống trở nên độc lập tương đối có thể dùng lại
Các đối tượng được tổ chức thành một lớp
Kế thừa cho phép tạo ra các lớp mới có chung với lớp cũ các đặc trưng và có đặc trưng riêng

50
IV. Phương pháp phát triển PM
Phương pháp định hướng tiến trình
Ra đời thời gian đầu, do đặc đặc điểm của máy tính còn chậm -> Chỉ tập trung vào tiến trình
Việc xử lý chỉ tập trung vào hiệu quả
Các dữ liệu đặc tả trong dự án được xem xét 1 cách tách biệt
Chú ý đến trình tự thực hiện


51
IV. Phương pháp phát triển PM
Phương pháp định hướng tiến trình (tiếp)

Nhược điểm là sự dư thừa dữ liệu, hao phí công sức cho việc thu thập và tổ chức dữ liệu
Phải tổ chức xây dựng lại CT dữ liệu khi có thay đổi trong tiến trình
52
V. Đánh giá tổng quát chất lượng hệ thống
Việc đánh giá tổng quát về chất lượng hệ thống bao gồm việc đánh giá chất lượng :
Tài liệu đặc tả
Chất lượng thiết kế
Chất lượng kỹ nghệ tốt thông qua các thuộc tính chung.
53
V. Đánh giá tổng quát chất lượng hệ thống
Bốn thuộc tính chủ chốt mà một hệ phần mềm tốt phải có:
Có thể bảo trì được: phần mềm tuổi thọ dài phải được viết và được lập tư liệu sao cho việc thay đổi có thể tiến hành được mà không quá tốn kém
Đáng tin cậy: phần mềm phải thực hiện được điều mà người tiêu dùng mong mỏi và không thất bại nhiều hơn những điều đã được đặc tả
Có hiệu quả: hệ thống phải không lãng phí nguồn lực bộ nhớ, bộ xử lý. Không đòi hỏi phải cực đại hoá độ hiệu quả vì rằng việc đó có thể làm cho phần mềm rất khó thay đổi
Có giao diện người sử dụng thích hợp: giao diện người sử dụng phải phù hợp với khả năng và kiến thức của người dùng hệ thống
54
V. Đánh giá tổng quát chất lượng hệ thống
Tổng kết:
Phần mềm đã trở thành phần tử chủ chốt của các hệ thống máy tính.. Phần mềm là phần tử lôgíc cho nên việc kiểm soát nó khó hơn nhiều so với phần tử vật lý. Khó có thể tối ưu hóa đồng thời các tính năng cần có của phần mềm. Thách thức lớn đối với việc phát triển phần mềm là chúng ta phải xây dựng phần mềm tốt theo một lịch trình và kinh phí định trước.
55
Một số vấn đề lý thuyết – BT lớn
Các mô hình quy trình phần mềm
Các phương pháp phát triển phần mềm
Yêu cầu phần mềm
Các phương pháp phát triển PM
Các công cụ trợ giúp thiết kế tự động
Kiểm thử phần mềm
Quản lý dự án phần mềm