2002年度後期 IT教育基礎論演習B

第10回: ソフトウェアの開発(1) 〜 仕様の策定と設計

■ 概要

■ 目標

• 「役に立つ」ソフトウェアの企画
• ソフトウェアの仕様の文書化
• ソフトウェアの仕様に基づく外部設計
• ソフトウェアの外部設計に基づく詳細設計

■ 目次

• 演習内容
• はじめに〜ソフトウェアの開発にあたって
• 仕様定義
• 要求仕様定義
• システム仕様定義
• 設計
• 外部設計
• 内部設計
• 開発計画

• 演習課題(要提出)
• 演習課題1
• 演習課題2

■ 演習内容

□ はじめに〜ソフトウェアの開発にあたって

• IT教育実施のための教材作成編集システム、
• 利用者管理システム(名簿管理システム)、
• 個別オンラインゼミのためのTV会議システム、
• 教育効果測定のための集計システム、
• ヒアリング調査のためのアンケート収集システム

□ 仕様定義

要求仕様定義

・利用者

   どのような利用者が利用するのか、 そのソフトウェアが対象としている利用者を定義する。 単に、「一般の利用者」ではなく、 その利用者はどのような興味、関心を持っているのか、 また、どのようなスキルを持っているのか等、 利用者像(ユーザモデル)を具体的に明らかにする。
   また、複数の利用者が存在する場合、その種類を特定する。 例えば、ソフトウェアの種類によっては、 サービス提供者やサービス利用者が存在する場合があるが、 その場合、それぞれどのような利用者であるかを明らかにする。 大規模なソフトウェアの場合、システム管理者なども必要となる。 以下の利用目的、サービス内容、利用形態についても、 利用者の種類ごとにそれぞれ定義する。

・利用目的

   各利用者の利用目的を定義する。 各利用者が、そのソフトウェアを利用することで何を実現したいのか、 どのようなことができるようになれば良いのかを具体的に明らかにする。

・サービス内容

   利用者の目的の実現のために、どのようなサービスを提供するのかを定義する。 各利用者が、提供されるサービスの内容を利用することにより何が実現され、 その結果、利用者の目的の中のどの部分が実現されるのか、 利用者の目的とサービス内容との関係を具体的に示し、 その有効性を明らかにする。

・利用形態

   各利用者が、そのソフトウェアをどのような場面で どのように利用するのかを定義する。 利用場所や利用時間帯、扱うデータの種類や量、利用者の人数など、 ソフトウェアの利用環境を具体的に明らかにする。

システム仕様定義

・システム環境

   開発するソフトウェアを実行するために必要な、もしくは用意できる ハードウェアやオペレーティングシステムの仕様を定義する。 汎用的なPCやワークステーション、PDA等の上に実装するソフトウェアであれば、 CPUの種類や処理能力、主記憶(メモリ)容量、外部記憶装置容量、 ネットワークの通信容量、表示装置(解像度、発色数など)や、 搭載されるオペレーティングシステムの種類等を明らかにする。 また、無線回線やペン入力装置など、特殊なデバイスを必要とするばあい、 どのようなデバイスが必要であるかを明らかにする。
   ただし、システム環境は、 実際にはソフトウェアを開発してからでないと判らない部分も多いので、 今回は想定される環境を定義すればよい。

・機能

   開発するソフトウェアが提供する具体的な各機能を定義する。 どの利用者が利用する機能であるか、 その機能はサービス内容の中のどの部分を実現するものであるのか、 また、各機能をどのように実行することにより、 提供するサービスが実現されるのかを明らかにする。

・その他

   そのほかに必要となる事項を定義する。 例えば、大規模なシステムの場合、保守、運用体制が必要であり、 この場合、どのような体制が必要であるかを明らかにする。

□ 設計

基本設計

・システム形態

   webアプリケーションのようなクライアント・サーバシステムや P2Pシステムの場合や、 データベースを利用したソフトウェアなど、 複数のシステムからなるシステムを実現するソフトウェアを開発する場合、 どのシステムがどのシステムと接続しているか、 そのシステム形態を図示し、設計する。

・通信プロトコル(概要)

   複数のシステムからなるシステムを実現するソフトウェアを開発する場合、 システム間の通信プロトコル、およびこれに伴う機能の実行方法を設計する。
   具体的には、例えばIPプロトコルを利用する場合、 TCPを利用するのか、UDPを利用するのか、 ポートは何番を使用するのかを定義し、 その上でどのようなセッションを行なうのかを設計する。 また、ORBを利用する場合には、メッセージの形式と、 その実行結果などを設計する。

・ユーザインタフェース

   利用者に対し、どのようなユーザインタフェースを提供するかを設計する。
   ユーザインタフェースとしては、コマンドラインからのコマンドの実行や、 グラフィカルユーザインタフェースによる操作、 特殊なデバイスを利用したユーザインタフェースなどを考えることができるが、 どのような方法によるユーザインタフェースを提供するかを決め、 それぞれの方法に応じて設計する。
   例えばコマンドラインによるユーザインタフェースの場合、 コマンド名と引数(オプション)の形式、 コマンド実行後の入出力方法、およびこれに伴う機能の実行方法を設計する。 また、グラフィカルユーザインタフェースの場合、 画面デザイン、入出力に対する機能の実行方法を設計する。 画面デザインは、画面のモックアップなどを作成することも必要である。

・データの種類

   そのソフトウェアで、どのようなデータを扱うかを設計する。 例えば、数値やテキスト、画像、音声など、 どのような種類のデータを何に使用するかを明らかにする。

・使用言語と実装環境

   ソフトウェアの開発にあたって、 どのようなプログラミング言語を利用してもよいが、 開発するソフトウェアの目的や内容に応じて、 適切なプログラミングを選択する。
   例えば、PC上で実行するための簡単なアプリケーションの開発であれば、 Visual Basic等を利用し、 大規模なアプリケーションの開発を行なうのであれば、 C言語やC++、Java言語等を利用するとよい。 数値計算等を行なうのであれば、C言語やC++、 より高速な数値計算を行なうのであれば、 スーパーコンピュータなどのベクトル演算が可能な コンピュータで実行するために、 FORTRAN等を利用するとよい。 Webアプリケーションを開発する場合、 PHPやJavascriptを利用するとよい。 目的に応じて、複数のプログラミング言語を使用することも考えられる。
   また、ソフトウェアの実装のためには、 ミドルウェアやライブラリ、データベース管理システムなど、 他のシステムが必要になる場合もある。 この場合、必要な実装環境を明らかにする。

詳細設計

・システムアーキテクチャ

   先ず、プログラムを記述するために、 1つのソフトウェアがどのような機能モジュールから構成するか、 システムアーキテクチャを設計する。 各モジュールがどのような機能を実現し、 また、モジュール間でどのようなデータの受け渡しが行なわれるかを UMLなどを使用して図示するなどし、明らかにする。

・モジュール

   各モジュールをどのように実装するかを設計する。
   各モジュールごとに、そのモジュールをどのように実現するか、 例えば関数とそして実装するのか、 もしくはオブジェクトとして実装するのか等を決定し、 関数として実装するのであれば、 関数名、戻り値の型、引数の型、名前、 その引数に代入されるデータの内容、およびその関数の機能などを明らかにし、 表などにまとめる。 各モジュールの中で変数を使用している場合、 その変数の型、名称、および代入される値の内容も一覧にまとめる。
   また、複雑な機能を実行するモジュールであれば、 そのモジュールをさらに複数のモジュールから構成する。

・アルゴリズム

関数やオブジェクトにより、複雑なデータ処理を行なう場合、 そのアルゴリズムをフローチャート等により設計する。   

・データ構造

   複数種類のデータをまとめて扱う場合や、 大量のデータを処理する場合、そのデータ構造を設計する。
   例えば、複数種類のデータをまとめて構造体(structure)を利用して扱う場合、 その構造体の構造を明らかにする。 また、大量のデータを扱う場合に配列やリストを利用する場合、 その配列やリストの構造や大きさを明らかにする。

・ファイル形式

   データの保存を行なうソフトウェアを開発する場合、 ファイルシステムやデータベースに保存するデータの形式、 および保存されているデータの管理方法を設計する。

・通信プロトコル(詳細)

   複数のシステムからなるシステムを実現するソフトウェアを開発する場合、 システム間の通信プロトコル、およびこれに伴う機能の実行方法を設計する。
   具体的には、例えばIPプロトコルを利用する場合、 TCPを利用するのか、UDPを利用するのか、 ポートは何番を使用するのかを定義し、 その上でどのようなセッションを行なうのかを設計する。 また、ORBを利用する場合には、メッセージの形式と、 その実行結果などを設計する。

□ 開発計画

■ 演習課題(要提出)

□ 演習課題1

□ 演習課題2