Bài giảng Công nghệ phần mềm: Tổng quan về Công nghệ phần mềm - Lê Thị Mỹ Hạnh

Tổng quan về
Công nghệ phần mềm (1)
Lê Thị Mỹ Hạnh
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường Đại học Bách khoa
Đại học Đà Nẵng
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 2
Nội dung
„ Lịch sử phát triển phần mềm và khủng hoảng
phần mềm
„ Phân loại phần mềm
„ Chất lượng phần mềm
„ Đặc trưng của phần mềm
„ Công nghệ phần mềm
„ Khái niệm
„ Mục đích
„ Nguyên tắc
„ Đặc trưng
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 3
Lịch sử phát triển phần mềm
„ 1946, máy tính điện tử ra đời
„ 1950, máy tính được thương mại hóa
„ Phần mềm bắt đầu được phát triển
„ Những năm 1960
„ Những thất bại về phát triển phần mềm
„ Sản phẩm phần mềm phức tạp
„ Nhiều lỗi
„ Tổ chức sản xuất: giá thành, tiến độ, ...
„ Người ta nói đến “Khủng hoảng phần mềm”
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 4
Lịch sử phát triển phần mềm
„ Từ thủ công đến công nghệ
„ Năm 1968, hội thảo đầu tiên về “Công nghệ phần mềm”
„ Chương trình nhỏ
„ không chuyên nghiệp
„ 1 người làm
„ Người sử dụng = người phát triển
„ 1 sản phẩm = mã nguồn
„ Tiến trình phát triển đơn giản
„ Dự án lớn
„ chuyên nghiệp
„ Nhiều người làm
„ khách hàng & nhà cung cấp
„ Nhiều sản phẩm
„ Tiến trình phát triển phức tạp
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 5
Khủng hoảng phần mềm
„ Về mặt quản lý
„ Kế hoạch
„ Không đánh giá đúng giá thành
„ Không đúng tiến độ
„ Chi phí phát triển/chi phí bảo trì
„ Về mặt pháp lý
„ Hợp đồng không rõ ràng, không chặt chẽ
„ Nhân lực
„ Đào tạo
„ Giao tiếp
„ Thiếu tiêu chuẩn đánh giá sản phẩm
„ Thiếu qui trình quản lý
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 6
Khủng hoảng phần mềm
„ Điều tra của General Acounting Office 
(1982) trên nhiều dự án với tổng vốn
đầu tư $68.000.000
„ Không giao sản phẩm: 29%
„ Không được sử dụng: 47%
„ Bỏ cuộc: 19%
„ Được sử dụng sau khi đã chỉnh sửa: 3%
„ Tốt: 2%
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 7
Khủng hoảng phần mềm
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 8
Khã khăn vµ th¸ch thøc
„ Ph¸t triÓn phÇn mÒm thùc tÕ lµ lÜnh vùc ®Çy
khã khăn, th¸ch thøc (rñi ro cao):
„ NhiÒu dù ¸n lín thÊt b¹i
„ Chi phÝ ph¸t triÓn cao
„ Kh«ng ®¹t ®−îc môc ®Ých
(kh«ng ®−îc ®−a vµo sö dông, hiÖu qu¶ thÊp)
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 9
VÝ dô: c¸c dù ¸n thÊt b¹i
„ OS 360
„ > 1M dßng lÖnh
„ Tõ 1963->1966 (gÊp ®«i dù kiÕn)
„ 5000 nh©n c«ng
„ 200 M USDOS/MVS 
Ö(IBM 370) 7M dßng lÖnh
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 10
VÝ dô: tæn thÊt do lçi phÇn mÒm
„ 1978: vÖ tinh phãng lªn sao Kim bÞ háng
do lçi cña phÇn mÒm
„ lçi cña c©u lÖnh FOR (Fortran)
„ 1996: vÖ tinh Ariane 5 háng do lçi phÇn
mÒm g©y thiÖt h¹i 500M$
„ lçi phÐp to¸n sè thùc (Ada)
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 11
B¶n chÊt cña vÊn ®Ò
„ TÝnh phøc t¹p lµ b¶n chÊt cña phÇn mÒm
„ Yªu cÇu sö dông phÇn mÒm kh«ng ngõng thay
®æi
„ Sù tiÕn bé nhanh cña phÇn mÒm vµ phÇn cøng
(h¹ tÇng -phÇn nÒn): thay ®æi
Ö Yªu cÇu tiÕn hãa phÇn mÒm lµ tÊt yÕu
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 12
TiÕn hãa cña phÇn mÒm
„ Chi phÝ cho phÇn mÒm cao
„ PhÇn mÒm trë thµnh ngµnh c«ng nghiÖp khæng lå
„ PhÝ ph¸t triÓn OS 360 (1963~1966) : 200M$
„ Chi phÝ phÇn mÒm năm 1985 : 70B$
„ Chi phÝ cho phÇn mÒm năm 2000 : 770B$ 
(møc tăng 12%/năm)
„ Năng suÊt lËp trình vÉn thÊp
„ ph¸t triÓn phÇn mÒm mang tÝnh thñ c«ng
„ gi¸ thµnh cao
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 13
Th¸ch thøc ®èi víi phÇn mÒm
„ Kh¶ năng x©y dùng phÇn mÒm kh«ng ®¸p øng kÞp
nhu cÇu tăng nhanh (cã internet, mäi lÜnh vùc x·
héi)
„ Qui m« vµ ®é phøc t¹p ngµy cµng tăng khiÕn chi 
phÝ ph¸t triÓn, b¶o trì cµng ngµy cµng tèn kÐm
„ Sù tinh vi cña phÇn cøng vưît xa kh¶ năng t¹o ra
phÇn mÒm ®Ó khai th¸c nã
Ö CÇn cã những phư¬ng ph¸p, c«ng cô hiÖn ®¹i 
®Ó ph¸t triÓn phÇn mÒm
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 14
Khã khăn cña ph¸t triÓn phÇn mÒm
„ "Khã s¶n xuÊt ®−îc phÇn mÒm cã chÊt l−îng theo
®óng lÞch trình & kinh phÝ cho tr−íc"
„ PhÇn mÒm lµ phÇn tö logic: kh«ng kiÓm so¸t ®−îc
theo ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng
trong s¶n xuÊt(rñi ro, tÝnh thñ c«ng)
Ö trong b¶o trì (lín, phøc t¹p, thay ®æi nhanh)
trong kiÓm so¸t chÊt l−îng( lµm thñ c«ng, nhiÒu ng−êi, 
nhiÒu c«ng ®o¹n)
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 15
®Þnh nghÜa vÒ phÇn mÒm
PhÇn mÒm bao gåm:
„ Ch−¬ng trình m¸y tÝnh
„ PhÇn vËn hµnh ®−îc: m· m¸y
„ Kh«ng vËn hµnh: m· nguån
„ C¸c cÊu tróc dữ liÖu
„ CÊu tróc lµm viÖc (bé nhí trong)
„ CÊu tróc l−u trữ
„ Tµi liÖu sö dông
„ H−íng dÉn sö dông
„ Tham kh¶o kü thuËt
„ Tµi liÖu ®Æc t¶, ph©n tÝch, thiÕt kÕ, kiÓm thö
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 16
Phân loại phần mềm
(trên mục đích sử dụng)
„ PhÇn mÒm hÖ thèng
„ TËp c¸c ch−¬ng trình phôc vô cho c¸c ch−¬ng trình
„ T−¬ng t¸c trùc tiÕp víi phÇn cøng
„ Phôc vô nhiÒu ng−êi dïng
„ PhÇn mÒm thêi gian thùc
„ Thu thËp, xölÝ c¸c dữ kiÖn thÕ giíi thùc
„ иp øng yªu cÇu chÆt chÏvÒ thêi gian
•kiÓm so¸t, ®iÒu khiÓn •®iÒu phèi
•thu thËp dữ liÖu •ph©n tÝch dữ liÖu
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 17
Phân loại phần mềm (tt)
„ PhÇn mÒm nghiÖp vô
„ Xö lÝ c¸c th«ng tin nghiÖp vô, th−êng g¾n víi CSDL
„ Xö lÝ c¸c giao t¸c (m¹ng m¸y tÝnh b¸n hµng...)
„ LÜnh vùc øng dông rÊt lín
„ PhÇn mÒm khoa häc küthuËt
„ ĐÆc tr−ng bëi thuËt to¸n (tÝnh to¸n vËt lÝ, m«pháng)
„ Đßi hái năng lùc tÝnh to¸n cao
„ PhÇn mÒm nhóng (embeded software)
„ ChØ ®äc ra khi thiÕt bÞ khëi ®éng,
„ Thùc hiÖn chøc năng h¹n chÕ (®iÒu khiÓn s¶n phÈm)
„ Lµ sù kÕt hîp giữa hÖ thèng vµ thêi gian thùc
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 18
Phân loại phần mềm (tt)
„ PhÇn mÒm m¸y tÝnh c¸ nh©n
„ C¸c bµi to¸n nghiÖp vô nhá(øng dông văn phßng) 
„ Giao diÖn ®å häa ph¸t triÓn
„ Cã nhu cÇu rÊt cao
„ PhÇn mÒm trÝ tuÖ nh©n t¹o
„ Dïng c¸c thuËt to¸n phi sè(logic): suy luËn, tìm kiÕm
„ HÖ chuyªn gia, nhËn d¹ng, trßch¬i...
„ PhÇn mÒm c«ng cô cho Công nghÖ phÇn mÒm
„ compiler, c¸c c«ng cô CASE...
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 19
Ph©n lo¹i phÇn mÒm
(trªn quan ®iÓm cña ng−êi ph¸t triÓn)
„ S¶n phÈm ®Æt hµng
„ s¶n xuÊt theo ®¬n ®Æt hµng (HTTT qu¶n lý...)
„ ®¬n chiÕc, yªu cÇu ®Æc thï
„ S¶n phÈm chung
„ b¸n réng r·i
„ tháa m·n yªu cÇu chung cña sè lín users
ª Mçi lo¹i cã c¸ch thøc tiÕp cËn riªng, nhÊt lµ ë
c¸c b−íc ph©n tÝch, b¶o trì
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 20
Chất lượng phần mềm
„ Tính đúng đắn (correctness)
„ Thực hiện đúng các đặc tả về chức năng
(functional specification)
„ Tính tin cậy (reliability)
„ Đáp ứng được những yêu cầu đặt ra
„ Tính bền vững (robustness)
„ Họat động tốt trong những điều kiện sử
dụng khác nhau
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 21
Chất lượng phần mềm
„ Tính hiệu quả (efficiency)
„ Sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên
(bộ nhớ, CPU, ...)
„ Tính thân thiện (user friendlyness)
„ Dễ sử dụng
„ Tính dễ kiểm tra (verifiability)
„ Dễ kiểm tra chất lượng
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 22
Chất lượng phần mềm
„ Tính dễ hiểu (understandability)
„ Dễ hiểu đối với người sử dụng cũng như với
người phát triển
„ Tính hợp tác (interoperability)
„ Dễ hợp tác với các phần mềm khác
„ Sản xuất hiệu quả (productivity)
„ Tiến trình sản xuất phần mềm phải hiệu quả
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 23
Chất lượng phần mềm
„ Sự thỏa hiệp giữa các tiêu chí chất
lượng
„ tính thân thiện / tính bền vững
„ tính khả chuyển / tính hiệu quả
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 24
Đặc trưng của phần mềm
„ Ph¸t triÓn phÇn mÒm kh¸c chÕ t¹o phÇn cøng
„ S¶n xuÊt mang tÝnh thñ c«ng (s¸ng t¹o, kh«ng theo khu«n
mÉu)
„ Khã kiÓm so¸t chÊt l−îng ë c¸c b−íc trung gian
„ Khã dù ®o¸n tr−íc vÒ hiÖu năng
Ø
„ ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p tiªn tiÕn
„ Tù ®éng những kh©u cô thể
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 25
Đặc trưng của phần mềm (tiếp)
„ PhÇn mÒm tho¸i hãa theo thêi gian
„ M«i tr−êng sö dông, nhu cÇu thay ®æi
„ Lçi sinh ra tăng do n©ng cÊp
„ PhÇn mÒm kh«ng ®−îc l¾p r¸p theo mẫu
„ Kh«ng cã danh môc chi tiết cho trước
„ Đ−îc ®Æt hµng theo tõng yªu cÇu riªng
Ø
"b¶o trì phÇn mÒm phøc t¹p h¬n h¼n so víi b¶o trì
phÇn cøng"
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 26
Tóm tắt
„ PhÇn mÒm cã tÇm quan träng ®Æc biÖt: t¹o nªn sù kh¸c biÖt
cña tæ chøc, cña hÖ thèng
„ Ph¸t triÓn phÇn mÒm lµ c«ng viÖc phøc t¹p, rñi ro
„ lµ phÇn tö logic, kh«ng cã ®é ®o trùc quan, khã kiÓm so¸t chÊt l−îng
khi ph¸t triÓn
„ kh«ng ®−îc ®Þnh hình tr−íc, khã dù ®o¸n hiÖu năng khi ch−a cã s¶n
phÈm
„ mang tÝnh thñ c«ng, phô thuéc vµo con ng−êi
„ bÞ ¶nh h−íng lín tõ m«i tr−êng->nhiÒu rñi ro
„ CÇn ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p tiªn tiÕn (kü nghÖ phÇn mÒm)
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 27
Công nghệ phần mềm
Khái niệm
„ Công nghệ phần mềm (Software Engineering-SE)
„ nghiên cứu và phát triển các phương pháp, kĩ thuật và
công cụ nhằm xây dựng các phần mềm một cách kinh
tế, có độ tin cậy cao và hoạt động hiệu quả
„ Thiết kế, xây dựng và bảo trì các phần mềm phức
tạp, bền vững và chất lượng.
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 28
Công nghÖ phÇn mÒm
Các khái niệm
„ Bauer [1969]:SE lµ viÖc thiÕt lËp vµ sö dông c¸c
nguyªn lý c«ng nghÖ ®óng ®¾n ®Ó thu ®−îc phÇn
mÒm 1 c¸ch kinh tÕ võa tin cËy võa lµm viÖc hiÖu
qu¶ trªn c¸c m¸y thùc
„ Parnas [1987]:SE lµ viÖc x©y dùng phÇn mÒm nhiÒu
phiªn b¶n bëi nhiÒu ng−êi
„ Sommerville [1995]:SE lµ mét nguyªn lý kü nghÖ
liªn quan ®Õn tÊt c¶ c¸c mÆt (lý thuyÕt, ph−¬ng
ph¸p vµ c«ng cô) cña s¶n phÇn mÒm
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 29
Công nghệ phần mềm
Mục đích
„ Mục đích
„ Áp dụng thực tế
„ Các kiến thức khoa học
„ Các nguyên tắc kinh tế
„ Các nguyên tắc quản lý
„ Các kỹ thuật và công cụ thích hợp
„ Để sản xuất và bảo trì các phần mềm nhằm bảo đảm 4 yêu
cầu (FQCD):
„ Phần mềm tạo ra phải đáp ứng được yêu cầu người sử dụng
„ Phần mềm phải đạt được các tiêu chuẩn về chất lượng
„ Giá thành phải nằm trong giới hạn đặt ra
„ Tiến độ xây dựng phần mềm phải đảm bảo
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 30
Công nghệ phần mềm
Nguyên tắc
„ Các nguyên tắc cơ bản
„ Chặt chẽ (rigor and formality)
„ Chia nhỏ (separation of concerns)
„ Mô-đun hóa (modularity)
„ Trừu tượng (abstraction)
„ Phòng ngừa sự thay đổi (anticipation of change)
„ Tổng quát hóa (generality)
„ Giải quyết từng bước (incrementality)
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 31
Công nghệ phần mềm
Nguyên tắc
„ Chặt chẽ (rigor and formality)
„ Sử dụng mô hình lý thuyết và toán học
„ áp dụng cho tất cả các bước, tất cả các
sản phẩm
„ Ví dụ
„ “chọn z là giá trị lớn nhất của x và y”
„ z = max(x, y)
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 32
Công nghệ phần mềm
Nguyên tắc
„ Chia nhỏ (separation of concerns)
„ Làm chủ độ phức tạp
„ Chỉ tập trung một lĩnh vực cùng một lúc
„ Chia vấn đề thành các phần nhỏ hơn
„ Giải quyết một phần nhỏ sẽ đơn giản hơn
„ “chia để trị” (divide and conquer)
„ Có thể chia nhỏ theo
„ thời gian: lập kế hoạch
„ khái niệm: giao diện / thuật toán
„ Xử lý: chia các xử lý con
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 33
Công nghệ phần mềm
Nguyên tắc
„ Mô-đun hóa (modularity)
„ Chia nh độ phức tạp
„ Dễ hiểu
„ Dễ quản lý các hệ thống phức tạp
„ Quan hệ mật thiết với nguyên tắc “chia nhỏ”
„ Các phương pháp mô-đun hóa
„ Chiến lưọc từ trên xuống (top-down)
„ Chiến lưọc từ dưới lên (bottom-up)
„ Chất lượng của mô-đun hóa
„ liên kết lỏng lẻo (low coupling)
„ Kết cố cao (high cohesion)
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 34
Công nghệ phần mềm
Nguyên tắc
„ Trừu tượng (abstraction)
„ Loại bỏ những gì không quan trọng
„ Chỉ xem xét các yếu tố quan trọng
„ Sử dụng các mô hình
„ mô hình cho người sủ dụng
„ mô hình cho người phát triển
„ Ví dụ
„ Ngôn ngữ lập trình/cấu truc phần cứng
„ Xây dựng tài liệu
„ Đặc tả bởi điều kiện trước/sau
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 35
Công nghệ phần mềm
Nguyên tắc
„ Phòng ngừa sự thay đổi (anticipation of 
change)
„ Phần mềm là sản phẩm thường xuyên thay đổi
„ Dự báo các yếu tố có thể thay đổi
„ ảnh hưởng có thể
„ các thay đổi thường gặp
„ Trong đặc tả yêu cầu
„ Trong ngữ cảnh sử dụng
„ Khả năng về công ngệ
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 36
Công nghệ phần mềm
Nguyên tắc
„ Tổng quát hóa (generality)
„ xem xét vấn đề trong ngữ cảnh tổng quát
„ Giải quyết vấn đề lớn hơn
„ Mục đích
„ Tái sử dụng dễ dàng
„ Có thể sử dụng các công cụ có sẵn
„ Sử dụng design patterns
„ Chi phí có thể tăng cao
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 37
Công nghệ phần mềm
Nguyên tắc
„ Giải quyết từng bước (incrementality)
„ Nguyên tắc
„ xác định một phần (tập con) 
„ Phát triển
„ Đánh giá
„ Bắt đầu lại
„ Áp dụng cho
„ Phát triển một sản phẩm
„ Một đặc tả/một kiến trúc/
„ Mô hình phát triển
„ Mô hình lặp
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 38
Công nghệ phần mềm
Các đặc trưng cơ bản
„ Lµ mét qu¸ trình kü nghÖ gåm ba mÆt:
„ Thñ tôc (procedures)
„ Ph−¬ng ph¸p (methods)
„ C«ng cô (tools)
„ Nh»m t¹o ra phÇn mÒm hiÖu qu¶, víi c¸c
giíi h¹n cho tr−íc
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 39
„ C¸c thñ tôc (procedures) 
„ qui trình qu¶n lý:
„ X¸c ®Þnh trình tù thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc
„ X¸c ®Þnh c¸c tµi liÖu, s¶n phÈm cÇn bµn giao, vµ
c¸ch thøc thùc hiÖn
„ ĐÞnh c¸c mèc thêi gian (millestones) vµ s¶n
phÈm bµn giao
Công nghệ phần mềm
Các đặc trưng cơ bản
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 40
„ C¸c ph−¬ng ph¸p (methods)
„ C¸ch lµm cô thÓ ®Ó x©y dùng phÇn mÒm
„ Mçi c«ng ®o¹n lµm phÇn mÒm cã c¸c ph−¬ng ph¸p
riªng
„ Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch (x¸c ®Þnh, ®Æc t¶)
„ Ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ (m« hình, thuËt to¸n, dữ liÖu...)
„ Ph−¬ng ph¸p lËp trình (h−íng ®èi t−îng)
„ Ph−¬ng ph¸p kiÓm thö (chøc năng, cÊu tróc)
Công nghệ phần mềm
Các đặc trưng cơ bản
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 41
„ C¸c ph−¬ng ph¸p (methods)
„ Ph−¬ng ph¸p h−íng cÊu tróc th−êng bao gåm:
„ M« hình vÒ hÖ thèng: th−êng m« t¶ b»ng ®å thÞ
„ C¸c ký ph¸p: gióp m« t¶ c¸c m« hình
„ C¸c quy t¾c: c¸c rµng buéc ®Æt lªn m« hình
„ C¸c ®Ò xuÊt: c¸c lêi khuyªn cho thiÕt kÕ tèt
„ H−íng dÉn vÒ tiÕn trình: c¸c ho¹t ®éng cÇn thùc
hiÖn
Công nghệ phần mềm
Các đặc trưng cơ bản
Lê Thị Mỹ Hạnh - Khoa CNTT 42
„ C¸c c«ng cô - tools 
„ Cung cÊp sù trî gióp tù ®éng / b¸n tù ®éng cho tõng ph−¬ng
ph¸p
„ Computer Aided Software Engineering –CASEc¸c c«ng cô
ph©n mÒm ®−îc chuÈn hãa ®Ó trî giópc¸c c«ng ®o¹n kh¸c
nhau trong qu¸ trình ph¸t triÓn
„ VÝ dô:
„ compiler, debugger
„ c«ng cô sinh giao diÖn (C Builder,...)
„ hç trî ph©n tÝch, thiÕt kÕ (Rwin,Modeler(Oracle Designer, Rational 
Rose,...)
Công nghệ phần mềm
Các đặc trưng cơ bản