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Aqui Aplicam-se Os Modelos E Os Processos Da Engenharia De Software
Tipologia: Resumos
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CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
Nos anos 40, quando se iniciou a evolução dos sistemas computadorizados, grande parte dos esforços, e conseqüentes custos, era concentrada no desenvolvimento do hardware, em razão, principalmente das limitações e dificuldades encontradas na época. À medida que a tecnologia de hardware foi sendo dominada, as preocupações se voltaram, no início dos anos 50, para o desenvolvimento dos sistemas operacionais, onde surgiram então as primeiras realizações destes sistemas, assim como das chamadas linguagens de programação de alto nível, como FORTRAN e COBOL, e dos respectivos compiladores. A tendência da época foi de poupar cada vez mais o usuário de um computador de conhecer profundamente as questões relacionadas ao funcionamento interno da máquina, permitindo que este pudesse concentrar seus esforços na resolução dos problemas computacionais em lugar de preocupar-se com os problemas relacionados ao funcionamento do hardware. Já no início dos anos 60, com o surgimento dos sistemas operacionais com características de multiprogramação, a eficiência e utilidade dos sistemas computacionais tiveram um considerável crescimento, para o que contribuíram também, de forma bastante significativa, as constantes quedas de preço do hardware. Uma conseqüência deste crescimento foi a necessidade, cada vez maior, de desenvolver grandes sistemas de software em substituição aos pequenos programas aplicativos utilizados até então. Desta necessidade, surgiu um problema nada trivial devido à falta de experiência e à não adequação dos métodos de desenvolvimento existentes para pequenos programas, o que foi caracterizado, ainda na década de 60 como a "crise do software", mas que, por outro lado, permitiu o nascimento do termo "Engenharia de Software". Atualmente, apesar da constante queda dos preços dos equipamentos, o custo de desenvolvimento de software não obedece a esta mesma tendência. Pelo contrário, corresponde a uma percentagem cada vez maior no custo global de um sistema informatizado. A principal razão para isto é que a tecnologia de desenvolvimento de software implica, ainda, em grande carga de trabalho, os projetos de grandes sistemas de software envolvendo em regra geral um grande número de pessoas num prazo relativamente longo de desenvolvimento. O desenvolvimento destes sistemas é realizado, na maior parte das vezes, de forma "ad-hoc", conduzindo a freqüentes desrespeitos de cronogramas e acréscimos de custos de desenvolvimento. O objetivo deste curso é apresentar propostas de soluções às questões relacionadas ao desenvolvimento de software, através da transferência dos principais conceitos relativos à Engenharia de Software, particularmente no que diz respeito ao uso de técnicas, metodologias e ferramentas de desenvolvimento de software.
CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
processo de desenvolvimento de software tornou-se um item de fundamental importância na produção de tais sistemas. A nível industrial, algumas questões que caracterizaram as preocupações com o processo de desenvolvimento de software foram:
Estas são algumas das questões que a Engenharia de Software pode ajudar a resolver. Enquanto não respondemos definitivamente a estas questões, podemos levantar alguns dos problemas que as originam:
2.2. Software: Mitos e Realidade
É possível apontar, como causas principais dos problemas levantados na seção anterior, três principais pontos:
Entretanto, é importante ressaltar e discutir os chamados "mitos e realidades" do software, o que, de certo modo, explicam alguns dos problemas de desenvolvimento de software apresentados.
CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
2.2.1. Mitos de Gerenciamento
Mito 1. "Se a equipe dispõe de um manual repleto de padrões e procedimentos de desenvolvimento de software, então a equipe está apta a encaminhar bem o desenvolvimento."
Realidade 1. Isto verdadeiramente não é o suficiente... é preciso que a equipe aplique efetivamente os conhecimentos apresentados no manual... é necessário que o que conste no dado manual reflita a moderna prática de desenvolvimento de software e que este seja exaustivo com relação a todos os problemas de desenvolvimento que poderão aparecer no percurso...
Mito 2. "A equipe tem ferramentas de desenvolvimento de software de última geração, uma vez que eles dispõem de computadores de última geração."
Realidade 2. Ter à sua disposição o último modelo de computador (seja ele um mainframe, estação de trabalho ou PC) pode ser bastante confortável para o desenvolvedor do software, mas não oferece nenhuma garantia quanto à qualidade do software desenvolvido. Mais importante do que ter um hardware de última geração é ter ferramentas para a automatização do desenvolvimento de software (as ferramentas CASE)...
Mito 3. "Se o desenvolvimento do software estiver atrasado, basta aumentar a equipe para honrar o prazo de desenvolvimento."
Realidade 3. Isto também dificilmente vai ocorrer na realidade... alguém disse um dia que "... acrescentar pessoas em um projeto atrasado vai torná-lo ainda mais atrasado...". De fato, a introdução de novos profissionais numa equipe em fase de condução de um projeto vai requerer uma etapa de treinamento dos novos elementos da equipe; para isto, serão utilizados elementos que estão envolvidos diretamente no desenvolvimento, o que vai, conseqüentemente, implicar em maiores atrasos no cronograma.
2.2.2. Mitos do Cliente
Mito 4. "Uma descrição breve e geral dos requisitos do software é o suficiente para iniciar o seu projeto... maiores detalhes podem ser definidos posteriormente."
Realidade 4. Este é um dos problemas que podem conduzir um projeto ao fracasso, o cliente deve procurar definir o mais precisamente possível todos os requisitos importantes para o software: funções, desempenho, interfaces, restrições de projeto e critérios de validação são alguns dos pontos determinantes do sucesso de um projeto.
Mito 5. "Os requisitos de projeto mudam continuamente durante o seu desenvolvimento, mas isto não representa um problema, uma vez que o software é flexível e poderá suportar facilmente as alterações."
Realidade 5. É verdade que o software é flexível (pelo menos mais flexível do que a maioria dos produtos manufaturados). Entretanto, não existe software, por mais flexível que suporte alterações de requisitos significativas com adicional zero em relação ao custo de desenvolvimento. O fator de multiplicação nos custos de desenvolvimento do software devido a alterações nos requisitos cresce em função do estágio de evolução do projeto, como mostra a figura 1.1.
CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
Plano Especificação de Requisitos
Projeto Listagem
Plano de Testes
Estruturas de Dados
Programa Funcionando
Figura 1.2 - Componentes do software.
Em primeiro lugar, é preciso estar ciente também de que não existe uma abordagem mágica que seja a melhor para a solução destes problemas, mas uma combinação de métodos que sejam abrangentes a todas as etapas do desenvolvimento de um software. Além disto, é importante e desejável que estes métodos sejam suportados por um conjunto de ferramentas que permita automatizar o desenrolar destas etapas, juntamente com uma definição clara de critérios de qualidade e produtividade de software. São estes aspectos que caracterizam de maneira mais influente a disciplina de Engenharia de Software.
Na literatura, pode-se encontrar diversas definições da Engenharia de Software:
"O estabelecimento e uso de sólidos princípios de engenharia para que se possa obter economicamente um software que seja confiável e que funcione eficientemente em máquinas reais" [NAU 69].
“A aplicação prática do conhecimento científico para o projeto e a construção de programas computacionais e a documentação necessária à sua operação e manutenção.” [Boehm, 76]
“Abordagem sistemática para o desenvolvimento, a operação e a manutenção de software” [Afnor, 83]
“Conjunto de métodos, técnicas e ferramentas necessárias à produção de software de qualidade para todas as etapas do ciclo de vida do produto.” [Krakowiak, 85]
Num ponto de vista mais formal, a Engenharia de Software pode ser definida como sendo a aplicação da ciência e da matemática através das quais os equipamentos computacionais são colocados à disposição do homem por meio de programas, procedimentos e documentação associada. De modo mais objetivo, pode-se dizer que a Engenharia de Software busca prover a tecnologia necessária para produzir software de alta qualidade a um baixo custo. Os dois fatores motivadores são essencialmente a qualidade e o custo. A qualidade de um produto de software é um parâmetro cuja quantificação não é trivial, apesar dos esforços desenvolvidos nesta direção. Por outro lado, o fator custo pode
CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
ser facilmente quantificado desde que os procedimentos de contabilidade tenham sido corretamente efetuados.
3.2. Modelos de Desenvolvimento de software
O resultado de um esforço de desenvolvimento deve resultar normalmente num produto. O processo de desenvolvimento corresponde ao conjunto de atividades e um ordenamento destas de modo a que o produto desejado seja obtido. Um modelo de desenvolvimento corresponde a uma representação abstrata do processo de desenvolvimento que vai, em geral, definir como as etapas relativas ao desenvolvimento do software serão conduzidas e interrelacionadas para atingir o objetivo do desenvolvimento que é a obtenção de um produto de software de alta qualidade a um custo relativamente baixo. As seções que seguem vão descrever alguns dos modelos conhecidos e utilizados em desenvolvimento de software.
3.2.1. O Modelo Queda d'Água
Este é o modelo mais simples de desenvolvimento de software, estabelecendo uma ordenação linear no que diz respeito à realização das diferentes etapas. Como mostra a figura 1.3, o ponto de partida do modelo é uma etapa de Engenharia de Sistemas , onde o objetivo é ter uma visão global do sistema como um todo (incluindo hardware, software, equipamentos e as pessoas envolvidas) como forma de definir precisamente o papel do software neste contexto. Em seguida, a etapa de Análise de Requisitos vai permitir uma clara definição dos requisitos de software, sendo que o resultado será utilizado como referência para as etapas posteriores de Projeto , Codificação , Teste e Manutenção.
Operação e Manutenção
Codificação
Projeto
Análise de Requisitos
Teste e Integração
Engenharia de Sistemas
Figura 1.3 - Ilustração do modelo Queda d'Água.
O modelo Queda d'Água apresenta características interessantes, particularmente em razão da definição de um ordenamento linear das etapas de desenvolvimento. Primeiramente, como forma de identificar precisamente o fim de uma etapa de o início da seguinte, um mecanismo de certificação (ou revisão) é implementado ao final de cada
CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
3.2.2. Prototipação
O objetivo da Prototipação é um modelo de processo de desenvolvimento que busca contornar algumas das limitações existentes no modelo Queda d'Água. A idéia por trás deste modelo é eliminar a política de "congelamento" dos requisitos antes do projeto do sistema ou da codificação. Isto é feito através da obtenção de um protótipo, com base no conhecimento dos requisitos iniciais para o sistema. O desenvolvimento deste protótipo é feito obedecendo à realização das diferentes etapas já mencionadas, a saber, a análise de requisitos, o projeto, a codificação e os testes, sendo que não necessariamente estas etapas sejam realizadas de modo muito explícito ou formal. Este protótipo pode ser oferecido ao cliente em diferentes formas, a saber:
Colocado à disposição do cliente, o protótipo vai ajudá-lo a melhor compreender o que será o sistema desenvolvido. Além disso, através da manipulação deste protótipo, é possível validar ou reformular os requisitos para as etapas seguintes do sistema. Este modelo, ilustrado na figura 1.4, apresenta algumas características interessantes, tais como:
Análise de Requisitos
Projeto
Codificação
Teste
Projeto (^) Codificação Teste
Análise de Requisitos
Figura 1.4 - Esquema de evolução da prototipação.
Os protótipos não são sistemas completos e deixam, normalmente, a desejar em alguns aspectos. Um destes aspectos é normalmente a interface com o usuário. Os esforços de desenvolvimento são concentrados principalmente nos algoritmos que implementem as principais funções associadas aos requisitos apresentados, a interface
CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
sendo, a este nível parte supérflua do desenvolvimento, o que permite caracterizar esta etapa por um custo relativamente baixo. Por outro lado, a experiência adquirida no desenvolvimento do protótipo vai ser de extrema utilidade nas etapas posteriores do desenvolvimento do sistema real, permitindo reduzir certamente o seu custo, resultando também num sistema melhor concebido.
3.2.3. Desenvolvimento Iterativo
Este modelo também foi concebido com base numa das limitações do modelo Queda d'Água e combinar as vantagens deste modelo com as do modelo Prototipação. A idéia principal deste modelo, ilustrada na figura 1.5, é a de que um sistema deve ser desenvolvido de forma incremental, sendo que cada incremento vai adicionando ao sistema novas capacidades funcionais, até a obtenção do sistema final, sendo que, a cada passo realizado, modificações podem ser introduzidas. Uma vantagem desta abordagem é a facilidade em testar o sistema, uma vez que a realização de testes em cada nível de desenvolvimento é, sem dúvida, mais fácil do que testar o sistema final. Além disso, como na Prototipação, a obtenção de um sistema, mesmo incompleto num dado nível, pode oferecer ao cliente interessantes informações que sirvam de subsídio para a melhor definição de futuros requisitos do sistema. No primeiro passo deste modelo uma implementação inicial do sistema é obtida, na forma de um subconjunto da solução do problema global. Este primeiro nível de sistema deve contemplar os principais aspectos que sejam facilmente identificáveis no que diz respeito ao problema a ser resolvido. Um aspecto importante deste modelo é a criação de uma lista de controle de projeto , a qual deve apresentar todos os passos a serem realizados para a obtenção do sistema final. Ela vai servir também para se medir, num dado nível, o quão distante se está da última iteração. Cada iteração do modelo de Desenvolvimento Iterativo consiste em retirar um passo da lista de controle de projeto através da realização de três etapas: o projeto, a implementação e a análise. O processo avança, sendo que a cada etapa de avaliação, um passo é retirado da lista, até que a lista esteja completamente vazia. A lista de controle de projeto gerencia todo o desenvolvimento, definindo quais tarefas devem ser realizadas a cada iteração, sendo que as tarefas na lista podem representar, inclusive, redefinições de componentes já implementados, em razão de erros ou problemas detectados numa eventual etapa de análise.
Projeto
Implementação
Análise
Projeto
Implementação
Análise
Projeto
Implementação
Análise
Figura 1.5 - O modelo Desenvolvimento Iterativo.
3.2.4. O Modelo Espiral
Este modelo, proposto em 1988, sugere uma organização das atividades em espiral, a qual é composta de diversos ciclos. Como mostrado na figura 1.6, a dimensão vertical representa o custo acumulado na realização das diversas etapas; a dimensão angular representa o avanço do desenvolvimento ao longo das etapas.
CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
exemplo, se a organização deve desenvolver o sistema ela própria ou se deve contratar o desenvolvimento junto a uma empresa especializada. O modelo se adequa principalmente a sistemas que representem um alto risco de investimento para o cliente.
Analisando os modelos apresentados na seção precedente, é possível observar que, apesar de apresentar denominações às vezes diferentes e de estarem associadas de modo relativamente distinto, as etapas apresentadas são caracterizadas por atividades similares. De um modo geral, pode-se organizar o processo de desenvolvimento de um software a partir de três grandes fases: a fase de definição , a fase de desenvolvimento e a fase de manutenção as quais serão discutidas nas seções abaixo.
4.1. Fase de Definição
A fase de definição está associada à determinação do que vai ser feito. Nesta fase, o profissional encarregado do desenvolvimento do software deve identificar as informações que deverão ser manipuladas, as funções a serem processadas, qual o nível de desempenho desejado, que interfaces devem ser oferecidas, as restrições do projeto e os critérios de validação. Isto terá de ser feito não importando o modelo de desenvolvimento adotado para o software e independente da técnica utilizada pra fazê-lo. Esta fase é caracterizada pela realização de três etapas específicas:
4.2. Fase de Desenvolvimento
Nesta fase, será determinado como realizar as funções do software. Aspectos como a arquitetura do software, as estruturas de dados, os procedimentos a serem implementados, a forma como o projeto será transformado em linguagem de programação, a geração de código e os procedimentos de teste devem ser encaminhados nesta fase. Normalmente, esta fase é também organizada em três principais etapas:
CAP. 1 — ENGENHARIA DE SOFTWARE: CONCEITOS BÁSICOS PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
4.3. Fase de Manutenção
A fase de manutenção, que se inicia a partir da entrega do software, é caracterizada pela realização de alterações de naturezas as mais diversas, seja para corrigir erros residuais da fase anterior, para incluir novas funções exigidas pelo cliente, ou para adaptar o software a novas configurações de hardware. Sendo assim, pode-se caracterizar esta fase pelas seguintes atividades:
A manutenção do software envolve, normalmente, etapas de análise do sistema existente (entendimento do código e dos documentos associados), teste das mudanças, teste das partes já existentes, o que a torna uma etapa complexa e de alto custo. Além disso, considerando a atual situação industrial, foi criado, mais recentemente, o conceito de Engenharia Reversa , onde, através do uso das técnicas e ferramentas da Engenharia de Software, o software existente sofre uma "reforma geral", cujo objetivo é aumentar a sua qualidade e atualizá-lo com respeito às novas tecnologias de interface e de hardware.
CAP. 2 — QUALIDADE DE SOFTWARE PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
Como foi mencionado no capítulo anterior, o papel da Engenharia de Software é, principalmente, fornecer métodos e ferramentas para o desenvolvimento do software de qualidade e a baixo custo. O fator qualidade é um dos aspectos importantes que deve ser levado em conta quando do desenvolvimento do software. Para isto, é necessário que se tenha uma definição precisa do que é um software de qualidade ou, pelo menos, quais são as propriedades que devem caracterizar um software desenvolvido segundo os princípios da Engenharia de Software. Um outro aspecto importante é aquele relacionado à avaliação e ao aprimoramento do processo de desenvolvimento de software de uma organização. Nesta linha, foi desenvolvido pelo SEI (Software Engineering Institute) um modelo que permite definir parâmetros para a análise desta questão nas corporações, o modelo CMM (Capability and Maturity Model), cujas linhas gerais serão descritas na seção 5.
Primeiramente, é importante discutir o conceito de software de qualidade. Segundo a Associação Francesa de Normalização, AFNOR, a qualidade é definida como "a capacidade de um produto ou serviço de satisfazer às necessidades dos seus usuários". Esta definição, de certa forma, é coerente com as metas da Engenharia de Software, particularmente quando algumas definições são apresentadas. É o caso das definições de Verificação e Validação introduzidas por Boehm, que associa a estas definições as seguintes questões:
O problema que surge quando se reflete em termos de qualidade é a dificuldade em se quantificar este fator.
2.1. Fatores de Qualidade Externos e Internos
Algumas das propriedades que poderíamos apontar de imediato são a correção, a facilidade de uso, o desempenho, a legibilidade, etc... Na verdade, analizando estas propriedades, é possível organizá-las em dois grupos importantes de fatores, que vamos denominar fatores externos e internos. Os fatores de qualidade externos , são aqueles que podem ser detectados principalmente pelo cliente ou eventuais usuários. A partir da observação destes fatores, o
CAP. 2 — QUALIDADE DE SOFTWARE PROF. VITÓRIO BRUNO MAZZOLA
cliente pode concluir sobre a qualidade do software, do seu ponto de vista. Enquadram-se nesta classe fatores tais como: o desempenho, a facilidade de uso, a correção, a confiabilidade, a extensibilidade, etc... Já os fatores de qualidade internos são aqueles que estão mais relacionados à visão de um programador, particularmente aquele que vai assumir as tarefas de manutenção do software. Nesta classe, encontram-se fatores como: modularidade, legibilidade, portabilidade, etc... Não é difícil verificar que, normalmente, os fatores mais considerados quando do desenvolvimento do software são os externos. Isto porque, uma vez que o objetivo do desenvolvimento do software é satisfazer ao cliente, são estes fatores que vão assumir um papel importante na avaliação do produto (da parte do cliente, é claro!!!). No entanto, também não é difícil concluir que são os fatores internos que vão garantir o alcance dos fatores externos.
2.2. Fatores de Qualidade
2.2.1. Correção
É a capacidade dos produtos de software de realizarem suas tarefas de forma precisa, conforme definido nos requisitos e na especificação. É um fator de suma importância em qualquer categoria de software. Nenhum outro fator poderá compensar a ausência de correção. Não é interessante produzir um software extremamente desenvolvido do ponto de vista da interface homem-máquina, por exemplo, se as suas funções são executadas de forma incorreta. É preciso dizer, porém, que a correção é um fator mais facilmente afirmado do que alcançado. O alcance de um nível satisfatório de correção vai depender, principalmente, da formalização dos requisitos do software e do uso de métodos de desenvolvimento que explorem esta formalização.
2.2.2. Robustez
A robustez é a capacidade do sistema funcionar mesmo em condições anormais. É um fator diferente da correção. Um sistema pode ser correto sem ser robusto, ou seja, o seu funcionamento vai ocorrer somente em determinadas condições. O aspecto mais importante relacionado à robustez é a obtenção de um nível de funcionamento do sistema que suporte mesmo situações que não foram previstas na especificação dos requisitos. Na pior das hipóteses, é importante garantir que o software não vai provocar conseqüências catastróficas em situações anormais. Resultados esperados são que, em tais situações, o software apresente comportamentos tais como: a sinalização da situação anormal, a terminação "ordenada", a continuidade do funcionamento "correto" mesmo de maneira degradada, etc... Na literatura, estas características podem ser associadas também ao conceito de confiabilidade.
2.2.3. Extensibilidade
É a facilidade com a qual se pode introduzir modificações nos produtos de software. Todo software é considerado, em princípio, "flexível" e, portanto, passível de modificações. No entanto, este fator nem sempre é muito bem entendido, principalmente quando se trata de pequenos programas. Por outro lado, para softwares de grande porte, este fator atinge uma importância considerável, e pode ser atingido a partir de dois critérios importantes: