В соответствии с принципом абстракции при проектировании АС разработчики могут идти по меньшей мере двумя путями: от аппаратуры "вверх" - к виртуальной машине, представляющей АС, или от виртуальной машины "вниз" - к реальному оборудованию. Это и есть два основных метода проектирования - метод снизу вверх и метод сверху вниз. Остальные методы по своей сути сводятся к этим двум или являются их сочетанием.
Метод снизу вверх предполагает начало проектирования с основного аппаратного оборудования системы. При проектировании модули разбиваются на ряд слоев, причём нулевой слой виртуальной системы образует аппаратура. Слои, реализующие одно или несколько необходимых свойств, добавляются последовательно пока не будет получена желаемая виртуальная машина.
К недостаткам метода проектирования снизу вверх относят:
• необходимость с самого начала принимать решение о выборе способа реализации компонентов АС-с помощью аппаратуры, микропрограмм или программ, что сделать очень трудно;
• возможность проектирования АС только после разработки аппаратуры;
• расхождение между реальной АС и определённой в ТЗ.
При использовании метода сверху вниз (иерархический метод) исходят от виртуальной машины, представляющей АС, с требуемыми свойствами и последовательно разрабатывают слои виртуальной системы вплоть до аппаратуры. В этом случае проектирование происходит в следующей последовательности. Определяется уровень абстракции описания компонентов АС высшего слоя. Далее систематически проводится анализ, достаточно ли определены компоненты, чтобы можно их было реализовать, используя некоторые примитивные понятия. Если нет, то каждая функция каждого компонента представляется функциями компонентов следующего слоя, которому соответствует более низкий уровень абстракции, и снова проводится анализ на возможность их реализации. В иерархическом методе целесообразно использовать структурный принцип и принцип модульного проектирования.
Структурный принцип имеет фундаментальное значение и составляет основу большинства реализации. Согласно этому принципу, для построения ПО требуются только три основные конструкции:
• функциональный блок;
• конструкция обобщенного цикла;
• конструкция принятия двоичного решения.
Функциональный блок можно представить как отдельный вычислительный оператор или как любую другую реальную последовательность вычислений с единственным входом и единственным выходом, как в подпрограмме. Организация цикла в литературе часто упоминается как элемент DO-WHILE. Конструкция принятия двоичного решения называется IF-THEN-ELSE.
Заметим, что эти конструкции могут сами рассматриваться как функциональные блоки, поскольку они обладают только одним входом и одним выходом. Таким образом, можно ввести преобразование операции цикла в функциональный блок и в последующем рассматривать всякий такой оператор цикла эквивалентом (несколько более сложного) функционального блока. Аналогично можно ввести преобразование конструкции принятия решения к функциональному блоку. Наконец, можно привести любую последовательность функциональных элементов к одному функциональному элементу. В то же время обратная последовательность преобразований может быть использована в процессе проектирования программы по нисходящей схеме, т.е. исходя из единственного функционального блока, который постепенно раскладывается в сложную структуру основных элементов.
Принцип модульного проектирования заключается в разделении программ на функционально самостоятельные части (модули), обеспечивающие заменяемость, кодификацию, удаление и дополнение составных частей.
Преимущества использования модульного принципа состоят в следующем:
• Упрощается отладка программ, так как ограниченный доступ к модулю и однозначность его внешнего проявления исключают влияние ошибок в других, связанных с ним, модулях на его функционирование.
• Обеспечивается возможность организации совместной работы больших коллективов разработчиков, так как каждый программист имеет дело с независимой от других частью программы.
• Повышается качество программы, так как относительно малый размер модулей и, как следствие, небольшая сложность их позволяют провести более полную проверку программы.
