هندسة البرمجيات

نظرة عامة على هندسة البرمجيات وعمليات التطوير

• هندسة البرمجيات هي نهج منهجي لتطوير البرمجيات.
• تهدف إلى تطوير وصيانة برامج عالية الجودة لحل المشاكل.
• من بين تعريفات هندسة البرمجيات:
  • "دراسة المبادئ والمنهجيات لتطوير وصيانة أنظمة البرمجيات".
  • "التطبيق العملي للمعرفة العلمية في تصميم وبناء برامج الكمبيوتر والوثائق المصاحبة اللازمة لتطويرها وتشغيلها وصيانتها".
  • "الاهتمام بإنشاء مبادئ وطرق هندسية سليمة للحصول بشكل اقتصادي على برامج موثوقة وتعمل على أجهزة حقيقية".
• تهدف هندسة البرمجيات إلى حل العديد من التحديات ، مثل ضمان جودة البرنامج ، تلبية الطلب المتزايد ، والتحكم بالميزانية ، وتجنب التأخيرات الفادحة.

لماذا نطبق هندسة البرمجيات على الأنظمة؟

• توفر عملية واضحة لتطوير النظام.
• تطوير أنظمة وبرامج سهلة الصيانة والتغيير.
• تطوير برامج وأنظمة قوية.
• إمكانية تكرار وإدارة عملية إنشاء أنظمة قائمة على الحوسبة.

أهداف الدورة

• تعريف الطلاب بالموضوعات المتقدمة في هندسة البرمجيات.
• التركيز على هندسة النمذجة والمتطلبات والتصميم وضمان جودة الأنظمة القائمة على الحوسبة.
• توفير تجارب عملية لتعزيز المفاهيم من خلال مهام منزلية ومهام النمذجة والتحديد.
• دمج العديد من الموضوعات في مشاريع مصغرة.

المواضيع

• هندسة المتطلبات
• هندسة النمذجة (UML)
• أنماط العمارة
• أنماط التصميم
• الأمن
• الاختبار
• هندسة البرمجيات القائمة على البحث
• التفاعل بين هندسة البرمجيات والتعلم الآلي

المنظور التاريخي

• الأربعينيات: اختراع أجهزة الكمبيوتر.
• الخمسينيات: لغة التجميع ، فورتران.
• الستينيات: كوبول ، ألغول ، بي إل / 1 ، أنظمة التشغيل.
• 1969: أول مؤتمر لهندسة البرمجيات.
• السبعينيات: أنظمة متعددة المستخدمين ، قواعد البيانات ، البرمجة المنظمة.
• الثمانينيات: الشبكات ، الحوسبة الشخصية ، الأنظمة المضمنة ، العمارة المتوازية.
• التسعينيات: الطريق السريع للمعلومات ، الأنظمة الموزعة ، البرمجة الموجهة للكائنات.
• الألفية: الواقع الافتراضي ، التعرف على الصوت ، مؤتمرات الفيديو ، الحوسبة العالمية ، الحوسبة انتشار.
• العقد الأول من 2000s: أنظمة سجلات المرضى الإلكترونية ، المركبات ذاتية القيادة ، الوعي الأمني الجديد.

تكاليف الأجهزة مقابل تكاليف البرمجيات

• تظهر البيانات أن تكاليف الأجهزة انخفضت بشكل كبير مع مرور الوقت بينما زادت تكاليف البرمجيات بشكل ملحوظ.

لماذا البرمجيات باهظة الثمن؟

• حققت تكنولوجيا الأجهزة تقدمًا كبيرًا.
• حققت تكنولوجيا البرمجيات تقدمًا كبيرًا أيضًا ، لكننا نجري مهامًا أقل فهمًا في البرمجيات.
• عندما تكون المهمة بسيطة ومفهومة ، نقوم بتشفيرها في الأجهزة.
• الطلب على وظائف البرمجيات يزداد باستمرار ، مما يجعلها باهظة الثمن.

حجم البرامج

• تستمر البرامج في النمو مع الوقت.
• ينقسم حجم البرامج إلى فئات:
  • تافه: 1 شهر ، 1 مبرمج ، 500 سطر من التعليمات البرمجية.
  • صغير جدًا: 4 أشهر ، 1 مبرمج ، 2000 سطر من التعليمات البرمجية.
  • صغير: 2 عام ، 3 مبرمجين ، 50 ألف سطر من التعليمات البرمجية.
  • متوسط: 3 سنوات ، عشرات المبرمجين ، 100 ألف سطر من التعليمات البرمجية.
  • كبير: 5 سنوات ، مئات المبرمجين ، 1 مليون سطر من التعليمات البرمجية.
  • كبير جدًا: 10 سنوات ، آلاف المبرمجين ، 10 ملايين سطر من التعليمات البرمجية.
  • كبير جدًا جدًا: 15+ سنوات ، آلاف المبرمجين ، 35 مليون سطر من التعليمات البرمجية.
  • ضخم جدًا: سنوات ، مبرمجين منتشرين ، آلاف أجهزة الاستشعار ، وحدات اتخاذ القرار ، منصات غير متجانسة ، تحكم لامركزي.

النطاق الجديد: أنظمة متكاملة مع البرمجيات على نطاق ضخم جدًا (IOT)

• بنية الرعاية الصحية.
• أنظمة النقل والمركبات الذكية.

النظام البيئي لبرمجيات ضخمة جدًا

• العناصر الرئيسية:
  • أجهزة الحوسبة
  • سياسات العمل والتنظيمية
  • البيئة (بما في ذلك الأشخاص)
• القوى المؤثرة:
  • المنافسة على الموارد.
  • التغيرات البيئية غير المتوقعة.
  • التحكم اللامركزي.
  • الطلب على الضمان.

سياق "صحة كافية" للنظام

• الهدف رفيع المستوى هو تصميم نظام آمن قابل للتكيف مع معلومات غير مكتملة وشروط بيئية متطورة.
• بيئة التنفيذ تتضمن نمذجة البيئة ، ومراقبة التغيرات بفعالية ، والمراقبة التكيفية.
• اتخاذ القرارات للتكيف الديناميكي يشمل التحكم اللامركزي وضمانات التأكيد (القيود الوظيفية وغير الوظيفية).
• آليات التكيف تشمل مستوى التطبيق ومستوى البرامج الوسيطة.

ما هي المشكلة؟

• لا يمكن إنشاء البرمجيات بسرعة كافية لمواكبة تقدم الأجهزة ، والتوقعات المتزايدة ، وتفجير الميزات ، والحاجة المتزايدة لبرامج عالية الموثوقية.

لماذا هندسة البرمجيات مطلوبة؟

• لتوقع الوقت والجهد والتكلفة.
• تحسين جودة البرنامج.
• تحسين قابلية الصيانة.
• تلبية مطالب متزايدة.
• خفض تكاليف البرمجيات.
• بناء أنظمة برامج كبيرة ومعقدة بنجاح.
• تسهيل العمل الجماعي في تطوير البرمجيات.

مراحل هندسة البرمجيات

• التعريف: ما هو؟
• التطوير: كيف؟
• الصيانة: إدارة التغيير.
• أنشطة المظلة: طوال دورة حياة البرنامج.

التعريف

• تحديد المتطلبات وتحليلها:
  • يجب على المطور فهم نطاق التطبيق ، والوظائف المطلوبة ، والأداء المطلوب ، واجهة المستخدم.
• تخطيط المشروع:
  • تخصيص الموارد
  • تقدير التكاليف
  • تحديد مهام العمل
  • تحديد الجدول الزمني.
• تحليل النظام:
  • تخصيص موارد النظام للأجهزة ، البرمجيات ، والمستخدمين.

التطوير

• تصميم البرامج:
  • تصميم واجهة المستخدم
  • تصميم عالي المستوى:
    • تحديد المكونات المدمجة
    • تحديد هياكل البيانات الرئيسية
  • تصميم تفصيلي:
    • تحديد الخوارزميات والتفاصيل الإجرائية.
• التشفير:
  • تطوير التعليمات البرمجية لكل وحدة.
  • اختبار الوحدة.
• التكامل:
  • دمج الوحدات.
  • اختبار النظام.

الصيانة

• التصحيح: إصلاح عيوب البرامج.
• التكيف: التكيف مع التغييرات
  • أجهزة جديدة.
  • سياسات الشركة الجديدة.
• التحسين: إضافة وظائف جديدة.
• الوقاية: جعل البرنامج أكثر قابلية للصيانة.

أنشطة المظلة

• الاستعراضات: ضمان الجودة.
• التوثيق: تحسين قابلية الصيانة.
• التحكم في الإصدارات: تتبع التغييرات.
• إدارة التكوين: ضمان سلامة مجموعة المكونات.

عملية التطوير

• إجراء خطوة بخطوة لتطوير البرمجيات.
• تتضمن بشكل عام المراحل الرئيسية:
  • التحليل
  • التصميم
  • التشفير
  • الاختبار

نموذج عملية الشلال

• يُظهر نموذج عملية الشلال خطوات متتابعة:
  • المتطلبات
  • التصميم
  • التشفير
  • الاختبار
  • الصيانة

نموذج عملية V

• يُظهر نموذج V مراحل تطوير الاختبار:
  • تحليل المتطلبات
  • تصميم النظام
  • تصميم البرنامج
  • التشفير
  • اختبار الوحدة والتكامل
  • اختبار النظام
  • اختبار القبول
  • التشغيل والصيانة

نموذج عملية إنشاء النموذج الأولي

• يُظهر نموذج إنشاء النموذج الأولي مراحل تصميم وتطوير:
  • المتطلبات
  • تصميم سريع
  • النموذج الأولي
  • التقييم
  • التصميم

متى نستخدم النموذج الأولي؟

• مساعدة العميل على تحديد المتطلبات بدقة
• استكشاف حلول بديلة لمكون معقد
• تحسين معنويات الفريق.

نموذج عملية حلزوني

• يُظهر نموذج عملية الحلزوني خطوات تكرارية:
  • تحديد الأهداف
  • تقييم البدائل
  • تقييم المخاطر
  • المراجعة
  • التخطيط
  • التطوير / الاختبار

نماذج العمليات

• وجهات نظر مثالية للعملية
• تُستخدم نماذج مختلفة غالبًا لعمليات فرعية مختلفة
  • قد يتم استخدام نموذج حلزوني للتطوير العام
  • إنشاء نموذج أولي لمكون معقد بشكل خاص
  • نموذج الشلال للمكونات الأخرى

نموذج نضج القدرة

• المستوى 1: الأولي: عشوائي ، يعتمد النجاح على الأشخاص.
• المستوى 2: يمكن تكراره: تتبع التكلفة ، الجدول الزمني ، الوظائف.
• المستوى 3: محدد: استخدام إجراءات موحدة.
• المستوى 4: مدارة: جمع مقاييس مفصلة.
• المستوى 5: تحسين: تحسين مستمر للعملية ، تحسين العملية المدمج.

لماذا تطوير البرمجيات صعب؟

• الاتصال:
  • بين العميل والمطور:
    • ضعف تعريف المشكلة هو أكبر سبب لفشل مشاريع البرمجيات.
  • ضمن فريق التطوير:
    • زيادة عدد المبرمجين = زيادة الاتصال.
    • المبرمجين الجدد بحاجة إلى التدريب.
• خصائص المشروع:
  • الجديد
  • تغيير المتطلبات:
    • تكلفة 5 أضعاف خلال التطوير
    • تكلفة تصل إلى 100 مرة خلال الصيانة
  • تكوين الأجهزة / البرمجيات
  • متطلبات الأمن
  • متطلبات الوقت الحقيقي
  • متطلبات الموثوقية.