Grundlagen der Informatik II

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1 Grundlagen der Informatik II login: pw: Prof. Dr.-Ing. habil Fakultät für Informatik und Automatisierung FG Softwaresysteme/Prozessinformatik Tel Sekr , Frau Meusel, Zuse Bau Zi 3044 Studiengänge: Medienwirtschaft, Teil I ab 3. Sem. (Kap. 1-7) empfohlen Teil II ab 4. Sem. (Kap. 8-14) empfohlen 1

2 Lernziel der Veranstaltung Grundlagen zu Softwaretechnik und Datenbanken vermitteln Motivation und Notwendigkeit: Situation: Software bestimmt zu mehr als 90% die Funktionalität innovativer Produkte und Dienstleistungen Entscheidungsträger müssen die Möglichkeiten und Grenzen von Software kennen Entscheidungsträger müssen den Produktionsprozess von Software verstehen 2

3 8. Einführung in die Softwaretechnik Lernziel Kapitel 8: Einführung und Klärung von Grundbegriffen den Unterschied von Softwareprodukten zu anderen Produkten verstehen und erklären können den Softwarelebenszyklus kennen 3

4 Was ist Software? Was unterscheidet Software von materiellen Produkten? Definition Software, Softwaresystem: (IEEE Std von 1990) Computer programs, procedures and possibly associated documentation and data pertaining to the operation of a computer system Nur Programme und Daten? nicht ausreichend aus Sicht eines Produktes 4

5 Arten von Software Software Betriebssystem Datenbanken Middleware Massensoftware (z.b.word) Anpassbare Software (z.b. SAP) Spezialsoftware Case-Tools Systemsoftware Anwendungssoftware Entwicklungssoftware Management- Tools 5

6 Softwareprodukt ist ein Softwaresystem, das entweder im Ergebnis eines Auftrags (Spezialsoftware, angepasste Software) oder als Massenprodukt (Standardsoftware) entwickelt, gewartet und genutzt wird es besitzt einen Lebenszyklus und unterschiedliche Sichten auf Produktanforderungen Produkt: Sicht von außen (Auftraggeber) System: Sicht nach innen (Entwickler) 6

7 Softwarelebenszyklus Produktvision Aktualisierung Anforderungsspezifikation Wartung Stilllegung Korrektur Entwicklung Nutzung Nicht mehr wartbar 7

8 Softwarelebenszyklus Begriffsklärung (1) ist die Entwicklung, Nutzung und ständige evolutionäre Weiterentwicklung eines Softwareproduktes Softwarewartung die Wartung stellt im Unterschied zum herkömmlichen Wartungsbegriff nicht einen alten Zustand her, sondern einen neuen durch Korrektur von Fehlern Anpassung an neue/ veränderte Anforderungen Softwarestilllegung wenn das Produkt nicht mehr gewartet werden kann 8

9 Forward Engineering Begriffsklärung (2) Entwicklung (Anforderungen Implementierung) Reverse Engineering Analyse einer Alt-Software, um deren Komponenten und Beziehungen (Architektur) zu identifizieren, diese zu beschreiben, um dann eine Wartung vorzunehmen Re-Structuring die Architektur wird modifiziert, um die Wartbarkeit zu verbessern bzw. zu erhalten, wobei das originäre Verhalten der Software erhalten bleibt 9

10 Re-Engineering Begriffsklärung (3) Kombination aus Revers Engineering, Re-Structuring und Forward Engineering das Verhalten der Software wird verändert Ursachen für das Re-Engineering: es existiert nur eine veraltete Dokumentation an dem System wurde Jahrelang herumgebastelt die Architektur ist nicht mehr zu überschauen es droht der Architekturzerfall architectural decay 10

11 Re-Engineering - Wiederentdeckte Bereinigte u. neue Anforderungen Anforderungen - Re-Structuring zerrüttete Architektur Re-Engineering vebesserte Architektur unwartbarer Code sanierter Code

12 Merkmale der Softwareprodukte (1) Software wird nicht gefertigt, sondern kopiert Entwicklungskosten gleich Produktionskosten Software verschleißt nicht, sie veraltet moralisch ständige zyklische evolutionäre Weiterentwicklung Software ist immateriell besteht aus unterschiedlichen Dokumenten (Spezifikationen, Modelle, Code ), die beliebig strukturiert und verändert werden können (frei gestaltbar) 12

13 Merkmale der Softwareprodukte (2) Software ist sehr komplex viele Elemente und Funktionen, viele Artefakte Software ist fehlerbehaftet die Fehlerfreiheit von Programmen kann nur sehr begrenzt festgestellt werden Die Methoden zur Herstellung und Handhabung von Software, d.h. die Softwaretechnik ist bis heute noch unbefriedigend. Softwarekrise 13

14 Softwarekrise Begriff existiert seit 1968, die Krise ist bis heute existent Dijakstra: 1972 Als es keine Rechner gab, war auch das Programmieren noch kein Problem; als es ein paar Rechner gab, war das Programmieren ein kleines Problem; und nun, wo wir gigantische Rechner haben, ist auch das Programmieren zu einem gigantischen Problem geworden Grundproblem: die Hardware läuft der Software davon: Leistung steigt, Kosten sinken Moores Law: Hardwareleistung verdoppelt sich etwa alle 18 Monate 14

15 Ursache der Softwarekrise 1. Problem: Leistungssteigerung der Hardware Software hat keine Zeit, sich zu stabilisieren 2. Problem: 10% 25% neue Anwendungsbereiche pro Jahr Produktivität und Personal reicht nicht aus 3. Problem: Software bestimmt immer mehr die Wertschöpfung 4. Problem: die Komplexität von Software steigt enorm 15

16 Definition Softwaretechnik (IEEE Std ) (1) The application of a systematic, disciplined, quantifiable approach to the development, operation and maintenance of software; engineering to software (2) The study of approaches as in (1). Ingenieurmäßig handeln Softwaretechnik ist nicht zu verstehen, wenn man in kleinen Einheiten (z.b. einzelner Algorithmus) denkt eine bestimmte Größe führt zu einer neuen Qualität 16

17 Was ist große Software? (1) Merkmal Komplexität Größe Kleine Produkte wenige Programmierer reichen max. 100 KLOC 1-5 Module Große Produkte Große (verteilte) Teams Mittel: max. 5 Mio LOC < 1000 Module Groß: mehr als 5 Mio LOC > 1000 Module Kosten und Projektdauer kleine Kosten in max. 1 Jahr hohe Kosten, bis zu 5 Jahren 17

18 Was ist große Software? (2) Merkmal Kleine Produkte Große Produkte Organisation oft ad hoc, Projektmanagement ist notwendig Änderungen kaum, meist 1 Version Kommunikationsaufwand wenig Viele Änderungen und mehrere Versionen viele Kommunikationspfade Teamwork, d.h. Spezifikationen, Standards Lebensdauer wenige Jahre, kaum Wartung, Jahrzehnte,nötig ist gute Wartung und konsistente vollständige Dokumentation 18

19 Teilprozesse der Softwaretechnik Ziel: Produktentwicklung Ziel: Software am Leben erhalten Wartung Qualitätssicherung Prozessmanagement Ziel: Einhaltung der funktionalen und nichtfunktionalen Anforderungen Ziel: Projektorganisation, Risikominimierung (hohe Produktivität und Qualität) 19

20 Hauptprobleme im Lebenszyklus 1. Korrekte, vollständige Anforderungserfassung Anforderungen ändern sich ständig, sind unklar, fehlerhaft, nicht konsistent 2. Management der Komplexität unzureichende Methoden und Werkzeuge im Lebenszyklus geringe automatisierte Unterstützung 3. Erhalt der Wartbarkeit unzureichende Dokumentation und Traceability, Konsistenz der Entwicklungsartefakte 20

21 Basiskonzepte der Softwaretechnik bewährtes aus den Erfahrungen der Entwicklung materieller Produkte nutzen Von den Ingenieuren lernen 1. Systematisch Vorgehen Vorgehenskonzepte, Methoden, Werkzeuge Arbeitsteilung, Integration Wiederverwendung, Automatisierung 2. Spezifizieren, Abstrahieren, Modellieren Produktdefinition 21

22 Systematisch Vorgehen Vorgehensmodelle: (Kap. 9) Zerlegung des Entwicklungsprozesse in Aktivitäten und Entwicklungsartefakte (Teilprodukte) das Vorgehen wird durch Methoden unterstützt die Methoden werden durch Werkzeuge unterstützt und (teil-)automatisiert Methode: wiederholbare Schritte und Regeln zur Lösung eines Problems unterstützen das Vorgehensparadigma (Funktionale oder Datenbasierte Abstraktion) 22

23 Spezifizieren, Abstrahieren Anforderungsanalyse (Kap. 10) 1. Funktion funktionale Anforderungen 2. Qualität nichtfunktionale Anforderungen Korrektheit, Zuverlässigkeit, Effizienz, Bedienbarkeit aus Sicht des Kunden Wartbarkeit, Übertragbarkeit aus Sicht des Entwicklers 23

24 Abstrahieren, Modellieren Systemanalyse (Kap. 11) 1. Grobentwurf des Fachmodell, Systemspezifikation 2. Feinentwurf des Architekturmodells Modell: Implementierungsbasis Abstrakte Beschreibung realer/geplanter Systeme - Problemzerlegung, Hierarchisierung, Strukturierung, Modularisierung Konzentration auf das Wesentliche aus einer bestimmten Sicht 24

25 Datenbanken (Kap. 12) Weitere Themen 1. Aufbau, Modellierung des Informationsmodells 2. Anfragen in Datenbanken, SQL Verwaltung großer Informationsmengen Unterstützenden Prozesse (Kap. 13, 14) 1. Projektmanagement 2. Qualitätssicherung Steigerung der Produktivität 25

26 Literatur Kapitelübergreifend Balzert, Helmut: Lehrbuch der Softwaretechnik. Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, Berlin, Oxford 2000 Ludewig, Jochen; Lichter, Horst: Software Engineering. dpunkt.verlag 2007 Sommerville: Software Engineering. Pearson Verlag

27 Fragen 1. Was versteht man unter Software? Warum ist Software so schwer zu entwickeln? 2. Erläutern Sie die Ursachen für die s.g. Softwarekrise? 3. Ziel des Softwaretechnik ist die ingenieurmäßige Softwareentwicklung! Welche Basiskonzepte wurden von den Ingenieuren übernommen? 4. Was versteht man unter dem Software-Lebenszyklus? Wie kann man die Stilllegung einer langlebigen Software möglichst vermeiden? 5. Was ist der Fokus der vier großen Teilprozesse der Softwaretechnik? 27