В.А. АНТИПОВ
А.А. БУБНОВ

А.Н. ПЫЛЬКИН
В.К. СТОЛЧНЕВ

УЧЕБНИК

Москва
КУРС

ИНФРА-М

2017

ВВЕДЕНИЕ 

В ПРОГРАММНУЮ 

ИНЖЕНЕРИЮ

Рекомендовано

Научно-методическим советом «РГРТУ» в качестве учебника 

для студентов высших учебных заведений, обучающихся 

по направлению подготовки 09.03.04 

«Программная инженерия» (квалификация «бакалавр»)

УДК 004.41(075.8)
ББК 32.973я73
 
А72

Антипов В.А. 
Введение в программную инженерию : Учебник / В.А. Анти-

пов, А.А. Бубнов, А.Н. Пылькин, В.К. Столчнев. — М.: КУРС: 
ИНФРА-М, 2017. — 336 с.

ISBN 978-5-906923-22-6 (КУРС)
ISBN 978-5-16-012731-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-103172-8 (ИНФРА-М, online)
Учебник представляет собой введение в программную инженерию, охва-

тывает все основные области знания, связанные с этим направлением.

Рассматриваются задачи, стоящие перед программным инженером, 

излагаются этапы и виды работ, связанные с созданием программного 
продукта и его дальнейшим сопровождением: сбор и управление требова-
ниями, управление проектом (финансами, процессами, ресурсами), про-
ектирование, конструирование, тестирование, поддержка и эксплуатация; 
описываются различные модели жизненного цикла программного продук-
та; раскрывается понятие качества программ; описываются инструменты, 
поддерживающие те или иные виды работ в рамках всего жизненного цикла 
программного продукта. При изложении особое внимание уделяется стан-
дартам, которым должны отвечать как рассматриваемые работы, так и их 
результаты.

Для студентов учреждений высшего образования.

УДК 004.41(075.8)
ББК 32.973я73

Р е ц е н з е н т ы:
В.В. Золотарев — д-р техн. наук, профессор Института космических 

исследований РАН, г. Москва;

А.Е. Кузнецов — д-р техн. наук, профессор, зам. директора Института 

обработки аэрокосмических изображений «Фотон», г. Рязань

А72

©  Коллектив авторов, 2017
© КУРС, 2017

ISBN 978-5-906923-22-6 (КУРС)
ISBN 978-5-16-012731-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-103172-8 (ИНФРА-М, online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ВВедение

Современный подход к разработке программного обеспечения в 

корне отличается от того, который был десять и более лет назад. 
Первые программы писались на бумаге и переносились в компьютер 
напрямую в машинных кодах. Затем появились языки программи-
рования, которые упростили и ускорили процесс разработки. Стали 
усложняться задачи, которые решали программы, и к этим прог-
раммам стали предъявляться повышенные требования (по надеж-
ности, отказоустойчивости, производительности). Параллельно 
совершенствовались и вычислительные системы. Увеличивалась 
производительность процессоров, объем используемой памяти, но-
менклатура внешних устройств и т.д. 

Изменялись и организационные подходы к программированию: 

если в начале 80-х гг. прошлого века на написание большинства 
программ могло хватить сил одного человека, то в дальнейшем по-
ставленные задачи приходилось решать командам разработчиков. 
Появилась необходимость в координировании процесса разработки 
и распределении зон ответственности. Более сложные системы по-
требовали дополнительного тестирования и качественно другой до-
кументации, необходимой как для обучения пользователей, так и для 
описания самого исходного кода, элементов системы и ее архитек-
туры. Чтобы разработчики работали продуктивней, возникла необ-
ходимость в более четкой постановке задач, в более тщательном их 
анализе и более тесном взаимодействии с заказчиками.

В результате сформировалось научно-практическое направление 

программная инженерия, которое охватывает все этапы, процессы, 
ресурсы и инструменты, необходимые для работы с программным 
продуктом.

В современном языке разработчиков программного обеспечения 

используется понятие «проект» для описания процесса разработки 
программной системы. Ввод этого понятия означает, что для напи-
сания программ недостаточно знания языка программирования 
и умения писать код программы, не меньшее значение имеет орга-
низационная составляющая процесса.

Данный учебник позволяет разобраться во всех аспектах приме-

нения инженерных подходов к разработке современного программ-
ного обеспечения. За основу взят свод знаний, предложенный Все-
мирным компьютерным сообществом IEEE (Computer Society of the 

Institute for Electrical and Electronic Engineers) и называемый 
SWEBOK.

Содержание учебника охватывает все основные области знаний 

программной инженерии.

В главе 1 введены основные понятия программной инженерии, 

термины и определения.

В главе 2 достаточно подробно рассмотрено понятие жизненного 

цикла программного продукта, наиболее общие подходы к процес-
сам его разработки, эксплуатации, сопровождения и вывода из экс-
плуатации.

Глава 3 посвящена вопросам управления процессом разработки 

программного обеспечения, в ней рассматриваются процессы управ-
ления программным проектом, инициации, планирования и мони-
торинга, исполнения и завершения проекта, управления рисками, 
а также основные существующие методики оценки стоимости про-
екта.

В главе 4 изложены общие вопросы, касающиеся определения 

и разработки требований к программным системам, а также во-
просы работы с требованиями, формализации и управления требо-
ваниями.

Глава 5 посвящена проектированию программного обеспечения, 

в ней рассматриваются ключевые вопросы проектирования, основ-
ные архитектурные стили проектирования, используемые графиче-
ские и программные средства, вопросы создания модели программ-
ного обеспечения с применением языка UML, приведен анализ ка-
чества и оценки программного дизайна.

Предметом рассмотрения главы 6 (конструирование программ-

ного обеспечения) являются вопросы реализации программного 
продукта в соответствии с проектной документацией, а также шаб-
лоны проектирования, позволяющие использовать готовые прог-
раммные конструкции и механизмы повторного использования 
кода.

В главе 7 излагаются основы тестирования программного обеспе-

чения, рассматриваются различные виды тестирования, методики 
и программные средства идентификации и работы с ошибками.

В главе 8 рассматриваются важнейшие аспекты сопровождения 

программного обеспечения, в том числе базовые понятия и основы 
организации процессов, виды работ по сопровождению, методики 
оценки запроса на сопровождение.

Глава 9 посвящена основам качества программного обеспечения, 

в ней рассмотрены метрики и атрибуты качества, вопросы управ-

ления качеством программного обеспечения и основы надежности 
программного обеспечения как главной составляющей качества.

Излагаемый материал сопровождается примерами, способству-

ющими лучшему пониманию и более качественному его усвоению. 
В конце каждой главы приведены вопросы для самоконтроля.

Изучение каждой из описанных выше областей знаний и их взаи-

мосвязей поможет студенту сделать первый шаг, чтобы в будущем 
стать грамотным программным инженером. Для более детального 
ознакомления изложенного материала для каждой главы даны 
ссылки на дополнительную литературу, где более подробно раскры-
ваются вопросы, рассмотренные в данном учебнике.

Глава 1

ОснОВные пОнятия

1.1. программная инженерия 

и программные инженеры

На современном этапе своего развития разработка программного 

обеспечения (ПО) превратилась в целую индустрию, охватывающую 
такие аспекты, как управление проектами и персоналом, работа 
с требованиями, проектирование программного обеспечения, непо-
средственно написание программного кода, его оптимизация, 
оценка качества выполняемых работ, дальнейшее сопровождение 
программного продукта. При этом следует также учитывать и со-
стояние рынка, чтобы создаваемое программное обеспечение имело 
должный успех у потребителей. Следует отметить, что современные 
программные продукты обладают высокой степенью сложности и со-
здать их под силу только специалистам, вернее даже группам специа-
листов.

Разработка программного обеспечения является достаточно мо-

лодой отраслью инженерной науки. С 90-х гг. XX в. Британское со-
общество вычислительной техники (British Computer Society) стало 
присваивать разработчикам программ звание инженера, в США по-
добное звание появилось с 1998 г. И сегодня имеет смысл вести речь 
об инженерии программного обеспечения, или программной инже-
нерии (научной дисциплине, охватывающей все аспекты жизненного 
цикла программного продукта), а также о специалистах в этой об-
ласти — программных инженерах.

С развитием языков программирования развивались и методики, 

применяемые для создания программного обеспечения, в результате 
чего в конце 90-х гг. XX в. появилось направление «программная ин-
женерия» (Software Engineering). Компьютерное сообщество IEEE 
(Computer Society of the Institute for Electrical and Electronic Engineers) 
к 2004 г. сформировало Руководство к своду знаний по программной 
инженерии (Guide to the Software Engineering Body of Knowledge, 
SWEBOK).

Согласно SWEBOK программная инженерия включает в себя сле-

дующие десять областей знаний:

1) требования (software requirements);
2) проектирование (software design);
3) конструирование (software construction);
4) тестирование (software testing);
5) поддержка и эксплуатация (software maintenance);
6) конфигурационное управление (software configuration manage-

ment);

7) управление инженерной деятельностью (software engineering 

management);

8) процессы инженерной деятельности (software engineering pro-

cess);

9) инженерные инструменты и методы (software engineering tools 

and methods);

10) качество (software quality).
Следует отметить, что принятые разграничения между областями 

знаний, их компонентами (subareas) и другими элементами во мно-
гом условны.

Вся деятельность разработчиков программного обеспечения 

осуществляется в рамках соответствующего проекта. Как и любой 
проект, программный проект реализуется в условиях ограничен-
ности ресурсов, в качестве которых выступают стоимость проекта 
и его длительность. При этом создаваемый программный продукт 
должен быть наделен заявленной функциональностью и отвечать 
требованиям качества. Исходя из этого основная цель прог-
раммных инженеров — это создание качественного программного 
продукта в пределах установленных заранее временных и финан-
совых рамок.

Для обеспечения требуемого уровня качества программного про-

дукта используются следующие методы.

Инспектирование — команда разработчиков работает в направле-

нии достижения качества на протяжении всего периода реализации 
проекта посредством коллективного рассмотрения разрабатываемого 
программного обеспечения и его составляющих на предмет соответ-
ствия заданным требованиям или показателям качества.

Формальные методы — математические методики доказательства 

адекватности созданной программы установленным требованиям, 
применяемые выборочно.

Тестирование — проверка соответствия функциональных возмож-

ностей программы заявленным требованиям, осуществляемая 
на уровне модуля и целого приложения, а также проверка кор-
ректной работы программы в различных условиях. Количественные 

характеристики качества отражаются в метриках, приведенных в со-
ответствующих стандартах.

Специальные методы управления проектом — методы, использу-

емые в процессе разработки для контроля стоимость и сроков реа-
лизации проекта, а также для грамотного управления версиями, до-
кументацией, конфигурациями и прочими артефактами.

Качественный программный продукт должен быть не только 

функциональным, удобным и адекватно использующим ресурсы вы-
числительной системы, но и отвечать установленным требованиям 
качества.

Инженеры по программному обеспечению воспринимают во-

просы качества программного обеспечения как часть своей профес-
сиональной культуры. Этические аспекты играют значительную роль 
при достижении качества программного обеспечения. IEEE Com-
puter Society и ACM (Association for Computing Machinery — Ассо-
циация по вычислительной технике) разработали кодекс этики (мо-
ральный кодекс — code of ethics) и профессиональной практики, осно-
ванный на восьми принципах, помогающих инженерам отстаивать 
свою независимую позицию в решении вопросов обеспечения дос-
тойного качества создаваемых программных продуктов.

Этика инженерной деятельности в программировании отличается 

от этики прикладных исследований, где исследователи работают 
в прикладной науке и направляют свои усилия на реализацию воз-
можностей, отвечающих определенным требованиям. Инженерная 
деятельность в программной инженерии, кроме сказанного, вклю-
чает в себя технические навыки и умение управлять и приводить 
к удачному завершению большие программные проекты. Прог-
раммный инженер несет ответственность перед пользователями 
и должен хорошо знать, что можно сделать реализацию быстро, 
но с большим риском для качества или высококачественно, но с ма-
лым риском.

Кодекс состоит из преамбулы и восьми принципов, которых 

должны придерживаться профессионалы программной инженерии, 
где профессионал определяется как специалист, принимающий не-
посредственное участие в деятельности (или в обучении) по анализу, 
спецификации, проектированию, разработке, сертификации, сопро-
вождению и тестированию программных систем.

Сформулированные принципы декларируют здоровье, безопас-

ность и благосостояние общества как главные факторы, которые 
необходимо принимать во внимание при принятии решений в про-
фессиональной деятельности программного инженера.

Моральный кодекс программного инженера декларирует:
1) согласование профессиональной деятельности с интересами 

общества;

2) определение взаимоотношений между клиентом, работодате-

лем и исполнителем разработки;

3) достижение соответствия качества продукта лучшим профес-

сиональным стандартам;

4) соблюдение честности и независимости при профессио-

нальных оценках;

5) соблюдение этических норм в менеджменте и в сопровожде-

нии разработок;

6) поддержка становления профессии в соответствии с кодексом 

этики;

7) соблюдение этических норм во взаимоотношениях между кол-

легами;

8) усовершенствование специальности.

1.2. программный продукт

При разработке программного обеспечения под программным про-

дуктом понимают не только программное приложение, но и все его 
артефакты (конфигурационные данные, планы, отчеты, диаграммы 
и прочую документацию). Примеры артефактов соответствующих 
составляющих приложения приведены в табл. 1.1.

Создание программного продукта начинается с анализа требова-

ний, которые сформулированы в соответствующих документах, где 
перечислены основные возможности приложения. Иногда этот про-
цесс нуждается в использовании формальных математических мето-

Таблица 1.1

Артефакты программного продукта

Составляющие 

программного продукта
Артефакты

Требования
Спецификация требований к про-
граммному обеспечению

Программная архитектура
Проектная модель

Детальное проектирование
Исходный и объектный коды
Реализация

Тестирование
Тестовые процедуры и тестовые ва-
рианты

дов. Затем осуществляется выбор архитектуры (в том числе и на ос-
нове имеющихся образцов проектирования), производится деталь-
ное проектирование (создание формальной модели системы), 
непосредственно программирование, тестирование и дальнейшее 
сопровождение. При этом каждый этап должен подробно докумен-
тироваться, пополняя базу артефактов.

Можно выделить две категории программных продуктов.
1. Программные продукты общего назначения (так называемое 

тиражное, «коробочное программное обеспечение») — автономные 
программные системы, созданные соответствующими компаниями 
для распространения на открытом рынке программных продуктов 
любому потребителю.

2. Программные продукты, созданные на заказ. Такие прог-

раммные системы создаются по заказу конкретного потребителя или 
целевой категории; они весьма специфичны и обладают узконаправ-
ленной функциональностью.

Основное отличие этих видов программных продуктов заключа-

ется в том, что в первом случае спецификация требований разраба-
тывается исключительно компанией-разработчиком, а во втором — 
обязательно с участием заказчика.

Разработка программного продукта подпадает под действие та-

ких же экономических законов, как и любая другая сфера производ-
ства. Поэтому перед компанией-разработчиком стоит задача созда-
ния продукта, не только соответствующего определенным требова-
ниям качества, но и отвечающего запросам конечного пользователя. 
Естественно, что эту задачу необходимо решить, затратив столько 
ресурсов, чтобы стоимость полученного программного продукта 
была конкурентоспособной. Поэтому у компаний-разработчиков 
возникают вопросы, связанные не только с самим процессом разра-
ботки, но и с маркетингом, оценкой стоимости разрабатываемого 
программного обеспечения.

Маркетинговые исследования важны, так как необходимо создать 

нужный конечному пользователю программный продукт, который 
позиционируется в определенной нише программного обеспечения, 
обладая при этом очевидными преимуществами перед аналогами. 
Это очень важно, поскольку данный продукт подлежит дальнейшей 
продаже (в большинстве случаев — массовой).

Оценка стоимости разрабатываемого программного продукта 

также важна, поскольку она позволяет определить затраты, связан-
ные со всеми этапами его жизненного цикла. Следует отметить, что 
это могут сделать на должном уровне только крупные компании.