Программное обеспечение и его разработка

Если бы мы знали, что программа правильна, если бы мы знали, что нам не потребуется ее модифицировать, и, если бы у нас был способ по желанию воспроизводить программу по содержимому памяти, который давал бы нам гарантию не потерять программу, нам не были бы нужны никакие статические представления программ. Для того, чтобы сделать более наглядными большие работающие программные системы, нам нужны новые методы.

Для множества команд, находящихся в памяти машины, нет никаких ограничений на количество вариаций последовательностей или взаимосвязей. Я могу переключить все, что хочу, куда только захочу. Я имею абсолютно полные возможности по изменению взаимосвязей. А так как я еще могу считывать в память дополнительные команды с диска или ленты, у меня практически нет никаких ограничений на количество команд. Последовательности команд в миллион строк становятся в современном мире обычными.

Тирания физических ограничений на взаимосвязи исчезла. Вплоть до появления запоминаемых команд, машинам объясняли, что они должны будут делать, с помощью их собственной физической конструкции. Если у этих машин были возможности по организации условных переходов, их можно было называть специализированными вычислительными машинами. Джон фон Нейман в меморандуме 1946 года указал, что до появления универсальных вычислительных машин, их предшественники «получали инструкции для работы с помощью конструкции». (Курсив мой.)

Физические ограничения запрещали многие возможные ветви или последовательности. Рояль можно считать аппаратурой, у него имеется 88 клавиш. Ноты — это команды пианисту, следуя которым он производит музыкальные звуки, а число различных сочетаний нот неограниченно. А понятие «правильности» весьма субъективно. То, что приятно одному, режет слух другому. Но все это — музыка.

Можно привести и другую аналогию — со словарем (аппаратурой) и романом — представляющим собой взаимосвязанные слова. Словарь точен и ограничен, даже если он очень большой. Но с помощью ограниченного числа слов мы можем написать команды для выполнения любых действий или создать неограниченное число произведений художественной литературы (см. табл. 6.8)

Инженеры учатся строить сложные машины; программисты же не всегда обладают техническими знаниями и не знают множества передовых идей по управлению сложностью. Разработчики программного обеспечения часто передают разработку сложных систем в руки людей, не имеющих никакого опыта в данной области. Такое положение нужно исправлять. Для построения систем управления процессами, нам совершенно необходимы руководители, владеющие техническими дисциплинами.

Программное обеспечение — это молодая область человеческой деятельности. Практический опыт накапливался не так уж долго, а люди, ведущие практические работы все еще продолжают учиться, как надо управлять этой областью. Терминология наша еще слишком скудна и запутана.

Таблица 6.8. Различия между аппаратурой и ее обеспечением

Ограниченные связи	Неограниченные связи
Аппаратура	Обеспечение
Рояль	Мелодии, музыка
Словарь	Романы, поэмы и т. д.
Пленка и проектор	Художественные фильмы
Вычислительная машина	Программы

Программное обеспечение является гибким и может быть подвергнуто модификациям. Люди модифицируют программы, но им никогда не приходит в голову начать модифицировать установленную у них аппаратуру. Аппаратура редко производится таким образом, чтобы ее было легко менять, а именно этого мы хотим добиться и добиваемся от программного обеспечения. В этом вопросе программное обеспечение существенно отличается от аппаратуры, может быть, за исключением только аппаратно-интенсивного программного обеспечения.

Вернемся к с.58, на которой мы указали наиболее широко распространенные отличия в жизненных циклах аппаратуры и программного обеспечения.

В жизненном цикле программного обеспечения отсутствует фаза производства. Иногда в его жизненный цикл включается фаза сопровождения. Эти два факта оказывают огромное воздействие на всю экономику создания программного обеспечения в современном мире.

Сходство между аппаратурой и программным обеспечением

Надежность. Для того, чтобы удовлетворить требованиям к надежности, выдвигаемым для вычислительных машин, работающих в системе Министерства обороны США, их изготовители должны несколько иначе подходить к построению, более интенсивно их проверять и использовать другие компоненты. Обычно такое повышение надежности и обеспечение работы в таких условиях удваивает стоимость машины по отношению к ее коммерческой версии. Если требуется обеспечить безопасность при сбоях, представление тех же функций стоит уже намного дороже.

Космос. Если вычислительную машину собираются отправлять в космос или ставить на борт самолета, кроме понятных требований к укреплению ее конструкции, выдвигаются требования к уменьшению размеров и максимально возможному облегчению веса. И опять приходится останавливаться на выборе других компонент. И опять это приводит почти к удвоению стоимости. Стоимость программного обеспечения значительно возрастает и в том случае, когда размеры команд (и чисел) приходится уменьшать из-за того, что для их хранения выделяется недостаточно памяти.

Глава 7 Некоторые новые важнейшие принципы вычислительной техники

Работая в области программного обеспечения, как и в любой другой новой области, легко стать жертвой непродуманных идей, на первый взгляд очень красивых и соблазнительных. Для чего людям нужна распределенная обработка данных? Для чего им многопроцессорная обработка? Не очень многие способны вообще дать определения этих понятий, еще меньше тех, кто может перечислить преимущества этих способов перед другими! Первой реакцией на все подобные соблазны должен быть скептицизм.

Когда я возглавлял общее руководство группой программистов фирмы IBM, я узнал от руководителя группы внутренней обработки данных (мы работали над составлением платежной ведомости для 15 тысяч человек, разбросанных по всей стране), что нам нужно «купить» удаленную вычислительную машину, которая будет использоваться для разгрузки центральной машины, выполняя «удаленные вычисления». Я ответил: «Прекрасно, а теперь покажите мне, сколько мы на этом сэкономим». Мы провели три совещания общей продолжительностью в четыре с половиной часа и пришли к выводу, что денег нам на этом сэкономить не удастся, более того, возникнут дополнительные затраты, но зато «может» появиться некоторая «эффективность». Эффективность эта была несущественна (мое мнение). Предложение поэтому было отвергнуто. Этот случай показал мне, что мой руководитель внутренней обработки не может четко мыслить.

Многопроцессорная обработка и мультипрограммирование

Мультипрограммирование — это метод, применяемый в системном программировании для такого управления вычислительной машиной, при котором переключение с одной программы (например, составляющей платежную ведомость) на другую (занимающейся, к примеру, инвентаризацией) происходит без загрузки и откачки какой-либо из этих программ. Такой прием приводит к повышению уровня использования ЦП. Одновременно в памяти машины может располагаться несколько десятков программ, которые выполняются, периодически переключаясь с одной на другую. Тем самым резко уменьшается время простоев ЦП, вызванное ожиданием ответов от диска или другими действиями по вводу/выводу.

При многопроцессорной обработке к общей памяти или нескольким общим блокам памяти подключается сразу несколько центральных процессоров, которыми управляет одна операционная система. Многопроцессорность практически всегда подразумевает мультипрограммирование.

Два ЦП могут обладать и не одинаковыми возможностями. Для увеличения скорости решения задач один ЦП может делаться ведущим, а второй — вспомогательным, но при этом используются две разные операционные системы и, по нашему определению, нет никакой многопроцессорной обработки. Высокопроизводительный центральный процессор может соединяться с медленным ЦП, на котором, однако, имеется много разнообразных устройств ввода/вывода. Медленный ЦП будет выполнять все функции по обеспечению ввода/вывода, оставляя быстрому ЦП заботы по выполнению выстроенных в очередь заданий. Такой метод часто называется методом присоединенного вспомогательного процессора. С появлением мультипрограммных операционных систем этот метод применяется все реже.