Качество и тестирование программного обеспечения. Метрология программного обеспечения

Содержание

1

МИНИСТЕРСТВО  НАУКИ  И  ВЫСШЕГО  ОБРАЗОВАНИЯ 

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования
«ЮЖНЫЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

А. В. ПРОСКУРЯКОВ

КАЧЕСТВО  И  ТЕСТИРОВАНИЕ                                 

ПРОГРАММНОГО  ОБЕСПЕЧЕНИЯ. 
МЕТРОЛОГИЯ  ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ 

Учебное пособие

Ростов-на-Дону – Таганрог  

Издательство Южного федерального университета

2022

Содержание

2

УДК 681.324(07) 
ББК  32.973Я73

П824

Печатается по решению кафедры математического обеспечения

и применения ЭВМ Института компьютерных технологий

и информационной безопасности Южного федерального университета

(протокол № 7 от 14 мая 2021 г.)

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент, директор направления, руководитель 

обособленного подразделения ООО «ТЕКТУС.ИТ» в г. Таганроге 

Д. П. Калачев

доктор технических наук, профессор кафедры системного анализа          

и телекоммуникаций Института компьютерных технологий                       

и информационной безопасности ЮФУ Н. И. Витиска

Проскуряков, А. В. 

П824      Качество и тестирование программного обеспечения. Метрология 

программного обеспечения : учебное пособие / А. В. Проскуряков ; Юж-
ный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издатель-
ство Южного федерального университета, 2022. – 197 с.

ISBN 978-5-9275-4044-0
В учебном пособии описаны особенности изучаемого предмета, структура,

цели, задачи, основные понятия и общие сведения, современные представления о
метрологии, программном обеспечении, оценке качества ПО, информационных
аспектах оценки качества ПО, роли оценки качества ПО при решении задач проек-
тирования автоматизированных информационных систем. В пособии раскрыты
основные понятия в области оценки качества программного обеспечения.

Данное пособие предназначено для студентов направлений подготовки

09.03.04 «Программная инженерия» и 02.03.03 «Математическое обеспечение и
администрирование информационных систем», изучающих курс «Метрология
программного обеспечения», дисциплины «Качество и тестирование программно-
го обеспечения».

УДК 681.324(07) 

ББК 32.973Я73

ISBN 978-5-9275-4044-0

© Южный федеральный университет, 2022
© Проскуряков А. В., 2022
© Оформление. Макет. Издательство 

Южного федерального университета, 2022

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………
5

1. МЕТРОЛОГИЯ.  ЦЕЛИ  И  ЗАДАЧИ  МЕТРОЛОГИИ …………
10

1.1. Метрология как научная основа информационно-измеритель-
ной техники. Метрология. Основа метрологии программного 
обеспечения ………………………………………………………….
10

1.2. Основные понятия и определения метрологии ……………….
10

1.3. Основные цели и задачи метрологии ………………………….
20

1.4. Виды измерений ………………………………………………...
20

1.5. Характеристики измерений ……………………………………
23

1.6. Средства измерения и их классификация ……………………..
25

1.7. Сигналы. Передача измерительной информации в средствах 
измерений посредством сигналов ………………………………….
33

1.7.1. Цифровое кодирование. Требования к методам цифрово-
го кодирования ……………………………………………………………
38

1.7.2. Схемы кодирования. Коды, используемые для передачи 
данных в средствах измерений ………………………………………..
39

1.8. Метрологические характеристики средств измерений ………
42

1.8.1. Главные метрологические характеристики средств из-
мерений …………………………………………………………………….
43

1.9. Выводы по первому разделу учебного пособия ……………...
47

Контрольные вопросы к разделу 1 …………………………………
47

2. МЕТРОЛОГИЯ  ПО.  ЦЕЛИ  И  ЗАДАЧИ  МЕТРОЛОГИИ  ПО. 
ОСНОВА  ОЦЕНКИ  КАЧЕСТВА  ПО ……………………………...
60

2.1. Метрология ПО. Основные понятия разработки и оценки качества 
ПО ……………………………………………………………..
60

2.1.1. Основные понятия разработки и оценки качества ПО ……
61

2.1.2. Процесс и стадии разработки ПО. Жизненный цикл ПО …
66

2.1.3. Проблемы оценки, подходы и основные понятия оценки 
качества ПО ……………………………………………………………….
70

2.1.4. Критерии, характеристики, свойства, показатели как основные 
понятия оценки качества ПО ………………………………...
74

2.2. Метрики. Использование метрик для оценки качества ПО ….
86

Содержание

4

2.2.1. Метрики. Метрики оценки условий разработки ПО ……..
88

2.2.2. Шкалы. Классификация шкал. Применение шкал при оценке 
качества ПО ……………………………………………………………
89

2.2.3. Метрики. Метрики качества ПО …………………………….
93

2.2.4. Метрики сложности ПО ……………………………………….
95

2.3. Выводы по второму разделу учебного пособия ……………...
102

Контрольные вопросы к разделу 2 …………………………………
102

3. ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 
ПОНЯТИЙ МЕТРОЛОГИИ ПО ……………….
108

3.1. Пример первый. Измерительный способ получения информации 
для оценки качества ПО как программного средства …….
110

3.1.1. Результат выполнения задания ……………………………….
111

3.2. Пример второй. Экспертный способ получения информации 
для оценки качества ПО как программного средства …………….
142

3.2.1. Разработка калькулятора ……………………………………..
143

3.2.2. Описание возможностей разработанного калькулятора
144

3.2.3. Сравнение программных средств …………………………….
148

3.3. Пример третий. Расчётный способ получения информации 
для оценки качества ПО как программного средства …………….
176

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………….
191

СПИСОК  СОКРАЩЕНИЙ ………………………………………….
192

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………...
195

Введение

5

ВВЕДЕНИЕ

В основу данного учебного пособия положен материал из курса 

лекций, прочитанных на кафедре МОП ЭВМ для студентов специальностей 
230105 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных 
систем», 010503 «Математическое обеспечение и адми-
нистрирование информационных систем», по дисциплине «Метрология и 
качество программного обеспечения» согласно ГОС второго поколения. 

Также в пособии представлен материал из курса лекций и практических 
занятий для студентов направления подготовки 09.03.04 «Программная 
инженерия», 02.03.03 «Математическое обеспечение и администрирование 
информационных систем», который использовался при изучении 
курса «Метрология и качество программного обеспечения» согласно 
ФГОС третьего поколения.

Данное учебное пособие содержит материал из курса лекций, прочитанных 
на кафедре МОП ЭВМ для студентов направлений подготовки 
09.03.04 «Программная инженерия», 02.03.03 «Математическое обеспечение 
и администрирование информационных систем», практических занятий, 
лабораторных работ в процессе изучения дисциплины «Основы программной 
инженерии. Разработка и анализ требований. Метрология и качество, 
документирование и сопровождение программного обеспечения» 
согласно ФГОС третьего и третьего поколения плюс нормативной формы 
обучения, и может служить для более подробного ознакомления с соответствующими 
разделами читаемого в настоящее время курса «Метроло-
гия программного обеспечения» дисциплины «Качество и тестирование 
программного обеспечения».

Согласно учебному плану, данная дисциплина включает: учебных 

занятий – 180 часов, аудиторных занятий – 88 часов, из них: лекций –
22 часа, практических занятий – 42 часа лабораторных занятий – 24 часа, 
самостоятельная работа – 92 часа. 

Курс «Метрология программного обеспечения» дисциплины «Ка-

чество и тестирование программного обеспечения», согласно учебному 
плану включает: учебных занятий – 60 часов, аудиторных занятий –
30 часов, из них: лекций – 12 часов, практических занятий – 8 часов, ла-
бораторных занятий – 10 часов, самостоятельная работа – 30 часов. 

Введение

6

Целью курса «Метрологии программного обеспечения» дисциплины 

«Качество и тестирование программного обеспечения» является знакомство 
студентов с современными критериями оценки качества ПО и изучение 
студентами систематизированных количественных оценок различных па-
раметров процесса создания и эксплуатации программного обеспечения, 
получение практических навыков вычисления и обоснования этих оценок, 
которое заключается в получении знаний об основных элементах теории 
измерений, основных требований к ПО, вопросах технологии проектирова-
ния и разработки программных средств, изучении проблем оценки качества 
и надежности программных продуктов, а также в выработке у студентов 
навыков измерения и оценки таких характеристик программного обеспече-
ния, как сложность, надежность, модифицируемость и других интеграль-
ных оценок качества программного обеспечения.

В соответствии с поставленной целью дисциплина изучает:

•
основные понятия метрологии и качества программного обеспе-

чения (ПО);

•
цели и задачи метрологии;

•
измерение, виды измерений, характеристики измерений, средства 

измерений (СРИЗ), погрешность измерений, виды погрешностей;

•
шкалы, классификация шкал, базовые аксиомы теории множеств 

лежащие в основе построения шкал;

•
основные понятия и определения ПО и оценки качества;

•
стадии разработки ПО и этапы жизненного цикла ПО как про-

мышленного изделия (ПИ);

•
общетехническую систему стандартов;

•
проблемы оценки качества ПО, основные требования к критериям 

качества ПО как ПИ;

•
метрики, метрики процессов жизненного цикла ПО как продукции;

•
метрики сложности, классификация: метрики размера, метрики 

сложности потока управления, метрики сложности потока данных;

•
метрику использования языков программирования и технологи-

ческих средств;

•
метрика изменения длины программной документации;

•
метрика дефектов ПО   Денисенко;

•
метрики Тайера;

Введение

7

•
конструктивные и технологические свойства ПО как ПИ;

•
метрика понятности ПО;

•
иерархичность построения ПО и комплексов для автоматизиро-

ванных информационных систем (АИС).

В соответствии с поставленной целью выделены следующие задачи в 

предметной области, в результате изучения которых студенты, как будущие 
специалисты, должны знать (иметь представление):

•
основные понятия метрологии;

•
основные понятия теории измерений; 

•
основные элементы теории погрешности;

•
определения ПО, программы, программных документов;

•
критерии качества ПО;

•
метрики качества программ;

•
измерение надежности программных средств;

•
количественные оценки основных показателей качества ПО;

•
основные технико-экономические показатели процесса разработ-

ки программ.

После прохождения курса лекций, лабораторных и практических 

занятий студенты, как будущие специалисты, должны уметь:

•
разработать программу с использованием основных требований 

технологии проектирования ПО, реализующую поставленную задачу;

•
использовать систему показателей для оценки качества разрабо-

танной программы и программнеого обеспечения;

•
вычислять количественную оценку качества ПО с использовани-

ем основных метрик качества программ;

•
рассчитать основные технико-экономические показатели про-

граммы и программного обеспечения;

•
применять различные критерии оценки качества разрабатывае-

мого ПО;

•
применять основные средства измерения (СРИЗ) в виде компо-

нентов комплекса технических средств (КТС) и комплекса программно-
го обеспечения (КПО) для построения АИС;

•
работать с системным, инструментальным и прикладным ПО при 

реализации АИС и оценки их качества в процессе реализации поставлен-
ной задачи. 

Введение

8

Конечной целью изучения курса «Метрология программного 

обеспечения» дисциплины «Качество и тестирование программного обеспечения» 
является получение представления, умения и навыков:

•
об основных понятиях метрологии и качества ПО;

•
о количественных мерах информации, информационных аспектах 

оценки качества ПО;

•
о целях и задачах метрологии; 

•
о видах измерений, характеристиках измерений, средствах измерений (
СРИЗ);

•
о погрешностях измерений, видах погрешностей;

•
о шкалах, классификации шкал;

•
о стадиях разработки ПО и этапах жизненного цикла ПО как 

промышленного изделия (ПИ);

•
о проблемах оценки качества ПО, основных требованиях к критериям 
качества ПО как ПИ;

•
о проблемах оценки качества ПО, основных требованиях к критериям 
качества ПО как ПИ;

•
о метриках, метрики процессов жизненного цикла ПО как продукции;

•

о метрике сложности классификация: метрики размера, метрики 

сложности потока управления, метрики сложности потока данных;

•
о метрике использования языков программирования и технологических 
средств;

•
о метрике изменения длины программной документации, метрике 

дефектов ПО Денисенко;

•
о метрике Тайера;

•
о метрике понятности ПО;

•
о конструктивных и технологических свойствах ПО как ПИ.

Основной целью данного пособия является стремление:

1. улучшить доступность материала;
2. увеличить полноту представления материала;
3. упростить восприятие учебного материала студентами;
4. отразить основные тенденции в развитии данного направления в 

целом в процессе изучения курса «Метрология программного обеспече-
ния» дисциплины «Качество и тестирования программного обеспечения». 

Введение

9

Настоящее учебное пособие является развитием, дополнением к ма-

териалу из методических указаний к выполнению цикла лабораторно-
практических работ «Оценка качества программного обеспечения» по кур-
су «Метрология и качество программного обеспечения» лектора курса 
«Метрология программного обеспечения», дисциплины «Качество и тести-
рование программного обеспечения» старшего преподавателя кафедры 
МОП ЭВМ А. В. Проскурякова [10]. 

Пособие построено по модульному принципу. В учебном пособии 

можно выделить следующие разделы, содержащие основную учебную ин-
формацию, которые могут рассматриваться в качестве учебных модулей. 

Модуль 1. Метрология. Цели и задачи метрологии.
Модуль 2. Метрология программного обеспечения. Цели и задачи 

метрологии программного обеспечения. Метрология программного обес-
печения – основа оценки качества программного обеспечения.

Модуль 3. Примеры реализации оценки качества программного 

обеспечения с использованием понятий метрологии программного обес-
печения [1, 2, 3, 4, 6, 10].

1. Метрология. Цели и задачи метрологии

10

1. МЕТРОЛОГИЯ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИИ

1.1. Метрология как научная основа 

информационно-измерительной техники. Метрология.         

Основа метрологии программного обеспечения

Начиная изучать ту или иную дисциплину, то или иное научное 

направление, необходимо изучить предметную область данного научного 
направления или дисциплины. В процессе изучения предметной области 
конкретного научного направления или дисциплины необходимо в 
первую очередь определиться с терминологией, что особенно важно при 
изучении такого научного направления, как метрология и научно-
прикладная дисциплина метрология программного обеспечения. Это осо-
бенно важно потому, что данная дисциплина, а конкретно курс «Метроло-
гия программного обеспечения», базируется на достижениях таких 
направлений и дисциплин, как:

1. информатика и теория информации;
2. метрология; 
3. стандартизация и сертификация программного обеспечения; 
4. программное обеспечение (системное и прикладное). 

Следовательно, необходимо дать определение понятию «метрология», 
а именно как базовому понятию, определяющему методологическую 
основу и направление курса «Метрология программного обеспечения», 
дисциплины «Качество и тестирование программного обеспечения».

1.2. Основные понятия и определения метрологии

Как было указано в предыдущем подразделе, что в процессе изучения 
предметной области конкретного научного направления или дисциплины 
необходимо в первую очередь определиться с основными понятиями 
и терминологией. 

Рассмотрим и определим следующие основные понятия и определения, 
представленные ниже.

Определение 1. Метрология – учение о мерах [5]. 

1.2. Основные понятия и определения метрологии

11

Определение 2. Метрология – наука об измерениях, методах и 

средствах обеспечения их единства, способах достижения требуемой 
точности [5]. 

Данное определение дано согласно ГОСТ 16.263-70 и рекоменда-

циям по межгосударственной стандартизации РМГ 29-99 «Государствен-
ная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные 
термины и определения».

Здесь необходимо сделать следующее примечание. Рекомендации по 

межгосударственной стандартизации РМГ 29-99 «Государственная система 
обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и опре-
деления» введены в действие с 1 января 2001 г. взамен ГОСТ 16.263-70, так 
как данный нормативный документ уточняет некоторые термины и опре-
деления метрологии и тем самым приводит их в соответствии с междуна-
родными стандартами.

РМГ 29-2013 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определе-

ния». Рекомендации по межгосударственной стандартизации (введены с 
01.01.2015 г. вместо РМГ 29-99). Они актуализированы и гармонизирова-
ны со словарем VIM3-2008 (3 редакция). Полное его название «Междуна-
родный словарь по метрологии: Основные и общие понятия и соответ-
ствующие термины».

В международном словаре по метрологии (VIM3) дается более ши-

рокое определение термину «метрология» как науке об измерениях и их 
применении, которая включает все теоретические и практические аспекты 
измерений, независимо от их неопределенности и области использования.

Само слово «метрология» происходит от греческих слов «метрон» –

мера и «логос» – учение. Первое время учение так и развивалось, как наука 
о мерах и соотношениях между различными величинами мер (применяемых 
в разных странах), и являлась описательной (эмпирической).

Измерения новых современных величин, расширение диапазонов 

измерений, повышение их точности, все это способствует созданию но-
вейших технологий, эталонов и средств измерений (СРИЗ), совершен-
ствованию путей постижения природы человеком, познание количествен-
ных характеристик окружающего мира.

Установлено, что в настоящее время имеется потребность в изме-

рении более двух тысяч параметров и физических величин, но пока на 

1. Метрология. Цели и задачи метрологии

12

основе имеющихся средств и методов производятся измерения около 
800 величин. Освоение новых видов измерений остается актуальной про-
блемой и в наши дни. Метрология впитывает в себя самые последние 
научные достижения и занимает особое место среди технических наук, 
ведь для научно-технического прогресса и его совершенствования метрология 
должна опережать другие области науки и техники.

Без знания метрологии не обходится ни один технический специалист (
около 15 % затрат общественного труда приходится на проведение 
измерений). Ни одна отрасль не может функционировать без применения 
своей системы измерений. Именно на базе измерений происходит управление 
технологическими процессами, контроль качества производимой 
продукции. По оценкам экспертов в передовых индустриальных странах 
измерения и связанные с ними операции оцениваются в рамках 3–9 % 
валового национального продукта.

Если говорить простым языком, метрология занимается вопросами 

измерения физических величин, характеризующих всевозможные материальные 
объекты, процессы или явления. В сферу ее интересов входит разработка 
и практическое применение измерительных технологий, инструмента 
и оборудования, а также средств и методов обработки полученной 
информации. Помимо этого, метрология обеспечивает нормативно-
правовое регулирование действий официальных структур и отдельных 
лиц, так или иначе связанных с выполнением измерений в своей деятель-
ности, изучает и систематизирует исторический опыт.

Наука начинается тогда, когда начинаются измерения (Менде-

леев Д. И.).

Особую роль метрология играет при решении задач оценки техни-

ческого уровня и качества выпускаемой продукции, так как показатели 
качества принимаются в виде величин, контролируемых с помощью соот-
ветствующих измерений.

Как было указано выше, в процессе изучения предметной области 

конкретного научного направления или дисциплины необходимо в 
первую очередь определиться с терминологией, поэтому дадим определе-
ние основным метрологическим понятиям применительно к такому при-
кладному направлению, как информационно-измерительная техника.