Bài giảng Kỹ thuật phần mềm ứng dụng - Chương 1: Giới thiệu tổng quan

thống đa nhiệm, đa người sd
  Hệ thống thời gian thực 
  Xuất hiện thế hệ đầu tiên của hệ quản trị CSDL 
  Việc bảo trì phần mềm tiêu tốn công sức và tài 
 nguyên 
 7
Các giai đoạn tiến hóa phần mềm (tiếp)
  1970 đến đầu những năm 1990 
  Hệ thống phân tán 
  Mạng toàn cục và cục bộ, liên lạc số giải thông cao 
  Công nghệ chế tạo các bộ vi xử lý tiến bộ nhanh 
  Thị trường phần cứng đi vào ổn định 
  Thời kỳ sau 1990
  Kỹ nghệ hướng đối tượng 
  Quy mô và độ phức tạp của những hệ thống phần 
 mềm mới cũng tăng đáng kể 
  Ra ứng dụng thực tế Phần mềm trí tuệ nhân tạo 
 8
1.2 Các ứng dụng của phần mềm
. Phần mềm hệ thống
. Phần mềm thời gian thực
. Phần mềm nghiệp vụ
. Phần mềm khoa học và kỹ thuật
. Phần mềm nhúng
. Phần mềm cho máy tính cá nhân
. Phần mềm trí tuệ nhân tạo
. Phần mềm phục vụ KTPM
 9
Phần mềm hệ thống
 – Phục vụ chương trình khác, 
 – Giao tiếp với các thiết bị phần cứng
 – Sử dụng nhiều bởi các người dùng
 – Lập lịch các hoạt động đồng thời
 – Chia sẻ tài nguyên, 
 – Giao tiếp với nhiều thiết bị ngoại vi
 10
Phầnmềm thời gian thực
 . Phần mềm thời gian thực là các chương trình giám 
 sát/phân tích/điều khiển các sự kiện trong thế giới thực 
 ngay khi nó xảy ra.
 . Điển hình của phần mềm thời gian thực là các phần mềm 
 điều khiển các thiết bị tự động
 11
Phần mềm thời gian thực
. Phần mềm thời gian thực bao gồm các thành
 tố:
 – Thành phần thu thập dữ liệu
 – Thành phần phân tích để biến đổi thông tin 
 – Thành phần kiểm soát hoặc đưa ra đáp ứng
 – Thành phần điều phối
 12
Phần mềm nghiệp vụ
 . Phần mềm nghiệp vụ có đặc trưng:
 – Phục vụ các hoạt động kinh doanh hay các
 nghiệp vụ của tổ chức, doanh nghiệp
 – Là lĩnh vực ứng dụng phần mềm lớn nhất
 – Là các hệ thống thông tin quản lý gắn chặt với
 CSDL, các ứng dụng tương tác như xử lý giao
 tác cho các điểm bán hàng.
 13
Phầnmềm khoa học và kỹ thuật
 . Đặc trưng bởi số lượng thuật toán rất lớn
  Thường đòi hỏi phần c ng có năng lực tính toán cao
 . Ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học khác nhau
 . Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính, các hệ thống mô 
 phỏng, và các ng dụng tương tác khác bắt đầu tính 
 đến thời gian thực và các đặc điểm của phần mềm hệ 
 thống
 14
Phầnmềm nhúng 
. Trong các thiết bị thông minh
. Nằm trong bộ nhớ và được sử dụng để điều 
 khiển thiết bị 
. Thực hiện các ch c năng một cách hạn chế và 
 đóng kín 
. Đặc trưng của phần mềm nhúng: 
 – Nằm trong bộ nhớ chỉ đọc 
 – Có các đặc trưng của phần mềm thời gian thực và phần 
 mềm hệ thống 
 15
Phầnmềm cho máy tính cá nhân
. Phát triển mạnh trong khoảng hơn 1 thập kỷ 
 trở lại đây
. Yếu tố giao diện người-máy rất được chú 
 trọng
. Một số ng dụng: 
 – phần mềm xử lý văn bản
 – phần mềm xử lý bảng tính
 – phần mềm xử lý đồ hoạ
 – phần mềm giải trí đa phương tiện
 16
 – ..
Phầnmềm trí tuệ nhân tạo
. Sử dụng các thuật toán phi số để giải quyết 
 các vấn đề ph c tạp
. Còn gọi là hệ chuyên gia, hay còn gọi là hệ 
 thống dựa trên tri th c. 
. Một số ng dụng: các hệ thống nhận dạng 
 (tiếng nói và hình ảnh), ch ng minh định lý, 
 mô phỏng và các trò chơi 
 17
 Phầnmềm phục vụ KTPM
. Ví dụ: chương trình dịch, phần mềm gỡ rối, 
 các công cụ hỗ trợ phân tích thiết kế (CASE)... 
. Có thể xuất hiện dưới dạng phần mềm máy 
 tính cá nhân, phần mềm hệ thống hoặc là 
 phần mềm nghiệp vụ.
 18
1.3 Khái niệm kỹ thuật phần mềm
 . Kỹ thuật phần mềm (Software Engineering): Là một chuyên 
 ngành kỹ thuật mà quan tâm đến tất cả các khía cạnh của việc 
 sản xuất phần mềm, với mục tiên sản xuất ra các sản phẩm 
 phần mềm đa dạng, chất lượng cao, một cách hiệu quả nhất.
 19
 Thành phần của phần mềm
. Phần mềm (sản phẩm phần mềm), bao gồm:
 – Chương trình (Program): là phần được thi hành trên 
 máy tính
 – Dữ liệu (Data): gồm các cấu trúc dữ liệu, cơ sở dữ liệu 
 lưu giữ các dữ liệu vào và ra của chương trình
 – Tài liệu (Documentation): tài liệu hệ thống, tài liệu 
 người dùng
 20
1.4 Các lớp của kỹ thuật phần mềm
 Tools
 Methods
 Process
 Quality Focus
 21
Quality focus
 . Đảm bảo chất lượng sản phẩm hay dịch vụ luôn là 
 một nhiệm vụ sống còn của các công ty hay tổ ch c. 
 Do đó, mọi nền tảng công nghệ và kỹ thuật đều phải 
 lấy việc đảm bảo chất lượng là mục tiêu hướng tới, và 
 kỹ thuật phần mềm cũng không thể nằm ngoài mục 
 tiêu này
 22
Process
 . Lớp Tiến trình (process) có nhiệm vụ định nghĩa một 
 khung các giai đoạn và các hoạt động cần thực hiện, 
 cũng như các kết quả kèm theo chúng. Tầng này 
 đóng vai trò nền tảng để kết nối các phương pháp, 
 công cụ trong các bước thực hiện cụ thể, để có thể tạo 
 ra các phần mềm có chất lượng và đúng thời hạn
 23
Methods
 – Chỉ ra cách làm về mặt kỹ thuật để xây dựng
 phần mềm, được sử dụng trong các bước: lập
 kế hoạch, ước lượng dự án, phân tích yêu cầu
 hệ thống và phần mềm, thiết kế cấu trúc dữ
 liệu, kiến trúc chương trình và thủ tục thuật
 toán, mã hóa kiểm thử và bảo trì
 24
Tools
 – Cung cấp sự hỗ trợ tự động hay bán tự động
 để phát triển phần mềm theo từng phương
 pháp khác nhau
 – Các hệ thống phần mềm hỗ trợ trong công 
 nghệ phần mềm được gọi là CASE (computer-
 aided software engineering)
 25
1.5 Tiến trình phần mềm
 . Là một dãy các giai đoạn và các hoạt động trong đó, 
 cũng như các kết quả kèm theo. Kết quả cuối cùng 
 chính là phần mềm cần phải xây dựng, đáp ng được 
 các yêu cầu của người dùng, và hoàn thành theo đúng 
 kế hoạch về thời gian và ngân sách
 . Có ba giai đoạn chính trong tiến trình phần mềm:
 – Giai đoạn định nghĩa (definition phase)
 – Giai đoạn phát triển (development phase)
 – Giai đoạn hỗ trợ (support phase)
 26
Tiến trình phần mềm
. Giai đoạn định nghĩa: tập trung vào làm rõ Cái gì, 
 bao gồm:
 – Thông tin gì cần xử lý, bao gồm thông tin đầu vào và đầu ra.
 – Các ch c năng gì cần thực hiện.
 – Hành vi nào của hệ thống sẽ được mong đợi.
 – Các tiêu chuẩn hợp lệ nào để đánh giá được sự đúng đắn và 
 thành công của hệ thống.
 27
Tiến trình phần mềm
. Giai đoạn phát triển: tập trung vào Làm thế nào, 
 bao gồm: 
 – Kiến trúc hệ thống (system architecture) được tổ ch c thế 
 nào.
 – Các ch c năng được cài đặt và liên kết với nhau thế nào.
 – Tổ ch c các cấu trúc dữ liệu, cơ sở dữ liệu thế nào.
 – Chuyển từ thiết kế sang cài đặt thế nào?
 – Việc kiểm thử sẽ được thực hiện thế nào?
 28
Tiến trình phần mềm
. Giai đoạn hỗ trợ: còn gọi là giai đoạn bảo trì, tập
 trung vào việc ng phó với các thay đổi của hệ thống
 phần mềm, bao gồm:
 – Sửa lỗi (Correction)
 – Làm thích ng (Adaptation)
 – Nâng cấp (Upgrade)
 – Phòng ngừa, còn gọi là tái kỹ thuật phần mềm (software 
 reengineering)
 29
Tiến trình phần mềm
 Lập kế hoạch dự án
 Giai đoạn Thu thập các yêu cầu
 định nghĩa
 Phân tích
 Giai đoạn Thiết kế
 Phát triển
 Cài đặt và kiểm thử
 Giai đoạn
 Hỗ trợ Bảo trì
 30
Mô hình tiến trình phần mềm
 . Mô hình tiến trình (process model) Là một chiến 
 lược phát triển phần mềm , bao gồm các cách th c 
 kết hợp, sử dụng tiến trình phần mềm, cách vận 
 dụng các phương pháp và các công cụ trong mỗi giai 
 đoạn phát triển. 
 . Mô hình tiến trình cũng còn được gọi làmẫu tiến 
 trình (process paradigm), hay mô hình phát triển 
 phần mềm. 
 31
Các mô hình tiến trình
 . Mô hình tuyến tính cổ điển (mô hình thác nước –
 Waterfall model)
 . Mô hình bản mẫu (Prototyping model)
 . Mô hình RAD (Rapid Application Development 
 model)
 . Mô hình tăng trưởng (Incremental model)
 . Mô hình xoáy ốc (Spiral model)
 32
Mô hình tuyến tính cổ điển*
 Thu thập các yêu cầu
 Các yêu cầu hệ thống
 Các yêu cầu phần mềm
 Phân tích
 Thiết kế chương trình
 Cài đặt
 Kiểm thử
 Vận hành
 33
Mô hình tuyến tính cổ điển
. Mô hình này có một số đặc điểm như sau:
 – Các bước được tiến hành tuần tự, kết thúc bước trước thì mới 
 thực hiện đến bước sau
 – Thời gian thực hiện mỗi bước thường kéo dài do phải làm 
 thật hoàn chỉnh
 – Thường chỉ tiếp xúc với người dùng vào giai đoạn đầu và giai 
 đoạn cuối. Người dùng thường không tham gia vào các bước 
 ở giữa, như từ thiết kế, cài đặt và đến tích hợp
 34
Mô hình tuyến tính cổ điển
 . Ưu điểm:
 – Đơn giản và rõ ràng
 – Đóng vai trò như một mẫu tham chiếu cho các mô hình khác
 – Vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến nay
 . Nhược điểm:
 – Không dễ dàng cho việc thu thập đầy đủ và tường minh tất cả 
 các yêu cầu hệ thống ngay từ ban đầu
 – Người dùng phải chờ đến cuối cùng mới có được hệ thống để 
 dùng, nên thời gian chờ đợi là khá lâu, có khi đến hàng năm. 
 Khi đó có thể có các yêu cầu mới đã phát sinh, dễ dẫn khả năng 
 hệ thống không còn đáp ng được kỳ vọng của người dùng. 
 – Dễ dẫn đến tình trạng “blocking states”, t c là khi có một 
 nhóm bị chậm tiến độ, thì các nhóm khác phải chờ, và thời gian 
 chờ đợi thậm chí vượt quá thời gian làm việc.
 35
Mô hình bản mẫu
. Thông thường trong thực tế, các yêu cầu của hệ thống 
 khó có thể xác định rõ ràng và chi tiết ngay trong gia 
 đoạn đầu của dự án phần mềm: 
 – Người dùng cũng chỉ đưa ra các mục tiêu tổng quát của 
 phần mềm, ch cũng chưa định rõ được một cách chi tiết các 
 ch c năng cụ thể, hay các thông tin chi tiết đầu vào, đầu ra 
 như thế nào. 
 – Nhà phát triển cũng chưa xác định rõ ràng ngay các yêu 
 cầu, cũng như chắc chắn về chất lượng phần mềm, cũng như 
 khả năng thỏa mãn của khách hàng 
 mô hình bản mẫu
 36
Mô hình bản mẫu
 37
Mô hình bản mẫu
Gồm các giai đoạn:
 – Thu thập các yêu cầu (requirements gathering): khách 
 hàng và nhà phát triển sẽ gặp nhau để xác định ra các mục 
 tiêu tổng thể của phần mềm. Sau đó họ sẽ định ra phần nào 
 đã rõ, phần nào cần phải định nghĩa thêm. 
 – Thiết kế nhanh (quick design): thiết kế này tập trung 
 vào những phần mà khách hàng có thể nhìn thấy được (giao 
 diện, các dữ liệu vào, ra). Sau đó, từ thiết kế này, một bản 
 mẫu sẽ được xây dựng. 
 – Kiểm tra và đánh giá bản mẫu: Bản mẫu này sẽ được 
 dùng để cho phép người dùng đánh giá, nhằm làm rõ hơn các 
 yêu cầu của họ. Đồng thời, thông qua bản mẫu, người phát 
 triển hệ thống cũng hình dung cụ thể hơn về những yêu cầu 
 của khách hàng, cũng như khả năng cài đặt và hiệu quả 
 hoạt động của hệ thống. 
 38
Mô hình bản mẫu
 . Ưu điểm:
 – Cho phép người dùng xác định yêu cầu của mình rõ ràng và cụ 
 thể hơn, đồng thời nhà phát triển cũng nắm được chính xác hơn 
 các yêu cầu đó.
 – Cả người dùng và nhà phát triển thường đều thích mô hình 
 này, do người dùng luôn cảm nhận được hệ thống thực sẽ như 
 thế nào, và nhà phát triển cũng luôn có cái để xây dựng và dần 
 hoàn thiện. 
 . Nhược điểm:
 – Để có được bản mẫu nhanh, việc thiết kế cũng được làm nhanh, 
 nên thường được làm không cẩn thận. Điều này dễ dẫn đến các 
 thiết kế có tính chắp vá, không có cái nhìn tổng thể và dài hạn.
 – Việc làm bản mẫu nhanh cũng thường kéo theo việc lựa chọn 
 các công cụ cài đặt vội vàng, không cẩn thận, (như ngôn ngữ lập 
 trình, hệ quản trị cơ sở dữ liệu,v.v). Điều này sẽ ảnh hưởng đến 
 các giai đoạn phát triển sau khi quy mô và yêu cầu của hệ 
 thống ngày càng lớn lên
 39
Mô hình RAD
 . Là mô hình tiến trình phát triển phần mềm tăng trưởng, nhưng nhấn
 mạnh vào chu trình phát triển phần mềm có thời gian rất ngắn. Mô
 hình này gồm các giai đoạn:
 – Mô hình hóa nghiệp vụ (Business modeling): mô hình hóa
 các luồng thông tin nghiệp vụ giữa các ch c năng nghiệp vụ
 – Mô hình hóa dữ liệu (Data modeling): từ các thông tin 
 nghiệp vụ, các thực thể dữ liệu, các thuộc tính của chúng, và
 các liên kết giữa các thực thể này sẽ được xác định và được mô
 hình hóa.
 – Mô hình hóa xử lý (Process modeling): Mô tả các ch c năng
 xử lý trên các đối tượng dữ liệu đã được xác định ở giai đoạn
 trên.
 – Sản sinh ứng dụng (Application generation): RAD sử dụng
 các kỹ thuật công nghệ phần mềm thế hệ th 4, cho phép dễ
 dàng sản sinh mã chương trình từ các đặc tả và thiết kế trừu
 tượng. Các kỹ thuật này cũng cho phép tái sử dụng các thành
 phần chương trình có sẵn (kết hợp mô hình Component-based 
 development).
 – Kiểm thử và bàn giao (Testing and turnover): phần ng
 dụng đã xây dựng sẽ được kiểm tra và bàn giao cho bên tích
 hợp hệ thống.
 40
Mô hình RAD
 41
Mô hình RAD
. Ưu điểm:
 – Tận dụng các công nghệ mới trong phát triển hệ thống, cho 
 phép hoàn thành hệ thống trong thời gian ngắn hơn đáng 
 kể.
 – Khuyến khích việc tái sử dụng các thành phần của chương 
 trình
. Nhược điểm
 – Không phù hợp với các phần mềm mà không có sự phân chia 
 modul rõ ràng,
 – Đòi hỏi tài nguyên và chi phí phát triển cao như số lượng 
 nhân lực nhiều, công cụ CASE thế hệ 4 đắt tiền
 42
Mô hình tăng trưởng
 . Là sự kết hợp của mô hình tuyến tính và triết lý lặp 
 lại của mô hình bản mẫu
 . Phần mềm được chia thành cácphần tăng trưởng 
 (increment), trong đó mỗi phần là một sản phẩm 
 hoàn chỉnh (đã chạy được và có thể bàn giao cho 
 người dùng). Đồng thời phần tăng trưởng sau sẽ bổ 
 sung thêm tính năng còn thiếu trong những phần 
 trước
 43
Mô hình tăng trưởng
 44
Mô hình tăng trưởng
. Ưu điểm
 – Kết hợp được các ưu điểm của các mô hình tuyến tính và làm 
 bản mẫu
 – Rất phù hợp khi số lượng nhân viên hạn chế, và người dùng 
 có đòi hỏi phải sớm có hệ thống thử nghiệm
. Nhược điểm
 – Việc gấp gáp đưa ra các thành phần tăng trưởng cũng có thể 
 gây ra sự manh mún trong phân tích và thiết kế
 – Khó khăn trong việc đảm bảo tính tương thích 
 (compatibility) giữa các thành phần tăng trưởng. 
 45
Mô hình xoáy ốc
 . Cũng là một mô hình tiến hóa kết hợp đặc tính lặp lại 
 của mô hình bản mẫu và tính hệ thống của mô hình 
 thác nước cổ điển
 . Mô hình này cũng cho phép tạo ra một dãy các phiên 
 bản tăng trưởng (incremental release). Tuy nhiên 
 khác với mô hình tăng trưởng, các phiên bản đầu tiên 
 của mô hình xoáy ốc thường chỉ là các mô hình trên 
 giấy hoặc bản mẫu (prototype). Đến các phiên bản 
 sau thì mới là các bản chạy được và càng ngày càng 
 hoàn chỉnh.
 46
Mô hình xoáy ốc
 47
Mô hình xoáy ốc
 . Mô hình này phân chia thành các giai đoạn, được gọi 
 là các vùng nhiệm vụ (task regions). 
 . Số lượng vùng nhiệm vụ có thể thay đổi, và thường có 
 từ 3 cho đến 6 vùng.
 . Mỗi vùng lại bao gồm một tập các nhiệm vụ (set of 
 tasks), và số lượng cũng thay đổi tùy theo tính chất 
 của dự án. 
 48
Mô hình xoáy ốc
. Ưu điểm:
 – Linh hoạt, dễ thích ng với các loại phần mềm và các nhu
 cầu sử dụng khác nhau, nhất là các phần mềm quy mô lớn
 – Có khá đầy đủ các bước trong tiến trình phát triển, nhất là
 việc chú trọng phân tích tính rủi ro (risk) của phần mềm cả
 về mặt kỹ thuật và quản lý
. Hạn chế:
 – Ph c tạp, cần khá nhiều thời gian để hiểu và vận dụng được
 một cách hiệu quả
 – Khó khăn trong việc quản lý nhiều chu trình phát triển
 49