Baixe Engenharia de Software 03 e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity!
Capítulo 3
Engenharia de Sistemas Computacionais
- Introdução
Embora este curso tenha por objetivo a discussão dos aspectos mais importantes relacionados ao desenvolvimento do software, é importante reconhecer o fato óbvio de que o software não consiste de um elemento autônomo. Para que suas funções possam ser realizadas, ele deverá ser integrado a outros componentes, especialmente elementos de hardware, como processador, circuitos de memória e outros. Por esta razão, o software deve, antes de tudo, ser visto como um elemento de um sistema mais amplo, ao qual denominaremos um Sistema Computacional. No contexto deste curso, um Sistema Computacional deverá ser entendido como o resultado da união de diferentes componentes, entre os quais se enquadram o software, o hardware e elementos de outras naturezas como por exemplo o elemento humano, representado pelo usuário do sistema. A Engenharia de Sistemas Computacionais corresponde ao conjunto de atividades que deverão ser realizadas para definir o sistema computacional como um todo. Dentre as atividades a serem conduzidas, pode-se citar a especificação, o projeto, a implementação, a validação, a instalação e a manutenção. Cada uma das disciplinas componentes da Engenharia de Sistemas está relacionada a uma tentativa de estabelecimento de uma ordem no desenvolvimento de sistemas computacionais. Nestes sistemas, o software vem, há muitos anos, substituindo o hardware como o elemento de mais difícil concepção, com menor probabilidade de sucesso em termos de prazos e custo e de mais difícil administração. Além disso, a demanda por software cresce a cada dia, até como conseqüência do grande desenvolvimento do hardware dos sistemas computacionais. O objetivo deste capítulo é discutir as principais definições e aspectos relacionados com a Engenharia de Sistemas Computacionais, procurando definir o papel da Engenharia de Software neste contexto.
- ASPECTOS DA Engenharia de Sistemas Computacionais
2.1. Sistema Computacional
Antes de discutir os principais pontos relativos à Engenharia de Sistemas Computacionais, é imprescindível estabelecer uma definição do que é um sistema computacional. Isto é particularmente importante, uma vez que a palavra "sistema" é uma das mais empregadas em qualquer área da atividade humana (sistema político, sistema educacional, sistema de avaliação, etc...). Dentro do contexto do que será discutido aqui, pode-se definir um Sistema Computacional como sendo um conjunto de elementos interrelacionados que operam juntos para o alcance de algum objetivo. Um sistema de processamento de texto, por exemplo, integra funções de entrada e edição de texto com funções de produção de documentos (software e hardware) manipuladas por um usuário (um elemento humano) para transformar um dado texto (uma entrada) num documento (a saída). Pode-se listar os elementos de um sistema computacional como sendo:
- software , no caso, programas de computador, estruturas de dados, e documentação associada que serve a efetivar os métodos, procedimentos ou processo de controle lógico;
- hardware , que são os dispositivos eletrônicos que definem as capacidades de um computador e dispositivos eletromecânicos que oferecem funcionalidades ao ambiente externo;
- pessoal , usuários/operadores do hardware e do software;
- bancos de dados , uma coleção de informações organizada sistematicamente, acessada através do software;
- documentação , manuais, formulários e outros documentos que podem auxiliar no conhecimento do uso e operação do sistema;
- procedimentos , as regras que especificam o uso específico de cada elemento do sistema computacional.
As combinações destes elementos podem ser as mais diversas para permitir a transformação das informações. Um robô, por exemplo, é um sistema computacional que transforma um arquivo contendo instruções específicas num conjunto de movimentos e ações.
2.2. Composição dos Sistemas Computacionais e as Propriedades Emergentes
É importante reconhecer o papel das atividades relacionadas à Engenharia de Sistemas Computacionais como determinantes para as tarefas que se desenvolveram com base em seus resultados. Embora tenhamos dito que um Sistema Computacional é composto de diferentes elementos, não se deve negligenciar o fato de que a integração destes diferentes elementos é uma tarefa longe de ser trivial. O fato de se ter elementos concebidos com exemplar nível de qualidade não garante que a reunião destes vá originar um sistema excepcional. Em tais sistemas, as dependências de um elemento do sistema com relação a outros podem se dar em muitos níveis. Por exemplo, o software só pode automatizar a solução de um problema se o processador estiver funcionando de forma adequada. Por outro lado, uma máquina de comando numérico só irá realizar corretamente o seu trabalho se o software de pilotagem tiver sido adequadamente concebido. Entender o papel da Engenharia de Sistemas Computacionais é constatar que um sistema é algo mais do que a simples união de seus diversos elementos. Num sistema de grande porte, existe um conjunto de propriedades que são verificados somente a partir do momento em que os diferentes elementos do mesmo são integrados. São as chamadas Propriedades Emergentes. Alguns exemplos destas propriedades são:
- o peso global do sistema, é um exemplo de propriedade que pode ser previamente determinada a partir de propriedades individuais dos componentes;
- a confiabilidade do sistema, que está fortemente dependente da confiabilidade de cada elemento;
- a facilidade de uso, que vai estar relacionada aos diferentes elementos do sistema como o hardware o software, mas também aos usuários do mesmo.
2.3. Sistemas e Subsistemas
Pode-se observar ainda que elementos de um determinado sistema podem operar de forma autônoma, constituindo-se num sistema independente. No entanto, ao serem incorporados ao sistema, suas funcionalidades vão estar dependendo de outros elementos deste. Uma câmera de vídeo, por exemplo, pode ser vista como um sistema independente. Por outro lado, quando ela está embutida num sistema de segurança automatizado, a maior
No desenvolvimento de sistemas, principalmente daqueles mais complexos, é comum que determinados componentes sejam adquiridos em lugar de serem completamente desenvolvidos pela equipe ou empresa envolvida no projeto. Em alguns casos, o próprio sistema pode ser completamente adquirido num fabricante específico e, em outros, partes do sistema serão obtidas de um mesmo ou de diferentes fornecedores. Por outro lado, pode haver sistemas onde todos os componentes podem ser completamente desenvolvidos pela equipe. O processo de decisão sobre a compra ou o desenvolvimento de um sistema ou de parte dele é uma tarefa que requer um esforço e um tempo considerável, principalmente se o grau de complexidade do mesmo for elevado. Uma decisão baseada numa análise superficial pode conduzir ao fracasso do projeto. Normalmente, para servir de referência à decisão, uma especificação do sistema e um projeto arquitetural devem ser conduzidos. Os resultados obtidos nesta tarefa são importantes pelas seguintes razões:
- para que o processo de aquisição seja encaminhado com sucesso, é necessária a existência de uma especificação e de uma visão arquitetural do sistema;
- o custo de aquisição de um sistema é, na maioria dos casos, menor que do desenvolvimento deste; por esta razão, o projeto arquitetural é importante como forma de decidir quais subsistemas serão adquiridos e quais serão desenvolvidos.
2.6. A Subcontratação
As situações em que uma empresa desenvolve completamente todos os componentes de um sistema são extremamente raras. Geralmente, a organização "usuária" vai encomendar o sistema a uma organização "fornecedora". A organização fornecedora, eventualmente, vai "terceirizar" o desenvolvimento do sistema, contratando outras empresas fornecedoras dos diferentes subsistemas. A figura 3.2 ilustra este processo. Um aspecto interessante deste processo é a otimização, no que diz respeito aos contatos, entre a organização do usuário e as organizações desenvolvedoras. Na realidade, o único contato mantido pela organização usuária é com a principal contratante. As subcontratantes vão projetar e construir os subsistemas cujos requisitos foram especificados pela principal contratante que exerce o papel de aglutinadora de todas as empresas envolvidas no desenvolvimento.
2.7. A Importância do Software
No desenvolvimento de sistemas computacionais, é comum a utilização de componentes customizados (construídos sob medida) e componentes de "prateleira". Por esta razão, o componente de software assume um papel bastante importante no desenvolvimento do sistema, isto porque é este que pode assumir a função de elo de ligação entre os diferentes componentes, permitindo a adequação do funcionamento dos diferentes componentes de hardware (principalmente aqueles de "prateleira") aos requisitos do sistema. Um exemplo deste fato está num dos sistemas computacionais mais utilizados nos dias atuais — os microcomputadores da linha PC. O PC da IBM, quando foi concebido, foi totalmente construído a partir de componentes de hardware disponíveis no mercado. Esta decisão foi tomada devido à urgência em ocupar o espaço do mercado no setor de computadores pessoais. Entretanto, a fórmula mágica da IBM para fazer com que todos estes elementos funcionassem harmonicamente foi buscada no software, no caso o ROM- BIOS, que continha todas as rotinas de programação e acesso aos dispositivos de hardware que compunham a arquitetura do PC. Só a partir do momento em que as outras empresas conseguiram copiar o conteúdo do ROM-BIOS é que surgiram os conhecidos "clones" do PC que difundiram a tecnologia pelo mundo todo.
Figura 3.2 - Ilustração do processo de aquisição de um sistema.
- Engenharia de Sistemas Computacionais
O papel essencial da Engenharia de Sistemas Computacionais é a resolução de problemas, onde a atividade de base é a identificação, análise e atribuição aos elementos constituintes do sistema das funções desejadas para o sistema. A palavra que melhor define a Engenharia de Sistemas é a interdisciplinaridade , uma vez que, na maior parte dos sistemas a serem concebidos, devem entrar em jogo diferentes competências. Além dos Engenheiros de Hardware e de Software, devem intervir nesta etapa especialistas como Engenheiros Eletricistas, Engenheiros Hidráulicos, Engenheiros de Telecomunicações, Químicos, Físicos, Psicólogos, Médicos, etc. O ponto de partida do trabalho do Engenheiro de Sistemas são os requisitos e restrições formuladas pelo cliente, que vão permitir um primeiro delineamento das funções a serem executadas pelo sistema, de requisitos de desempenho, das interfaces a serem oferecidas, das restrições de projeto e das estruturas de informação que serão processadas por cada um dos elementos constituintes do sistema (software, hardware, pessoal, etc...). Neste trabalho, é importante que se estabeleça da forma mais precisa possível as funções a serem realizadas. Por exemplo, no caso do sistema de controle de um robô, não é suficiente dizer que "ele deve reagir com rapidez se a bandeja de ferramentas estiver vazia" ... na realidade, é importante especificar cuidadosamente os diferentes aspectos deste requisito:
- o que vai indicar a bandeja vazia para o robô;
- os limites de tempo relacionados com a reação;
- de que forma deve ser esta reação.
Uma vez identificados e analizadas todas as funções, requisitos e restrições, passa- se à fase de alocação , onde o objetivo é atribuir, aos diferentes elementos que constituem o sistema, as funções analizadas anteriormente. Nesta tarefa, é comum estabelecer alternativas de alocação para posterior definição. Consideremos, por exemplo, um sistema de tratamento gráfico, onde uma das funções principais é a transformação tridimensional de imagens. Deste exemplo, é possível imaginar algumas opções de soluções existentes:
0 0 8 1todas as transformações serão resolvidas por software; 0 0 8 2as transformações mais simples (redimensionamento e translação) serão realizadas em hardware e as mais complexas (rotação, perspectivas, etc...) em software; 0 0 8 3todas as transformações serão realizadas por um processador geométrico implementado em hardware.
A escolha da solução deve ser baseada num conjunto de critérios, onde entram fatores como custo, realizabilidade, desempenho, padronização de interfaces, portabilidade, etc. Nas seções a seguir, serão descritas atividades encaminhadas no contexto da Engenharia de Sistemas Computacionais.
3.1. Definição dos Requisitos
O objetivo das tarefas a serem desenvolvidas nesta etapa é identificar os requisitos do Sistema Computacional a ser concebido. Considerando que grande parte dos sistemas computacionais são construídos sob demanda, a forma usual de encaminhar esta etapa é
Figura 3.3 - Passos a serem conduzidos no projeto de um sistema computacional.
Identificação dos Subsistemas. Este passo busca definir os diferentes subsistemas que irão compor o sistema computacional. O particionamento realizado no passo anterior será determinante para a obtenção dos subsistemas, uma vez que, dependendo do critério utilizado, cada grupo de requisitos poderá definir um subsistema. Por outro lado, outros aspectos podem ser considerados para a definição dos subsistemas, particularmente aqueles relacionados a questões do ambiente onde o sistema será instalado.
Alocação dos Requisitos. O próximo passo a ser conduzido é a alocação dos requisitos aos subsistemas estabelecidos no passo anterior. Pode parecer estranho considerar tal etapa, quando se utiliza o resultado obtido no Particionamento dos Requisitos para realizar a Identificação dos Subsistemas, mas, na verdade, isto não ocorre de forma tão imediata. Por exemplo, no caso da adoção de sistemas de prateleira para implementar algum subsistema, as limitações do sistema adotado podem impor a realocação de requisitos.
Especificação das Funcionalidades. Neste passo, serão definidas as funções que serão implementadas por cada subsistema. No caso de um subsistema de software, esta atividade pode ser encaminhada como parte da análise de requisitos do mesmo.
Definição das Interfaces dos Subsistemas. Este é um passo de extrema importância na condução do projeto do sistema. A definição, de forma precisa das interfaces entre os subsistemas é fundamental para as etapas posteriores de integração dos diferentes componentes. Não se deve negligenciar o fato de que muitos subsistemas podem ser adquiridos em lugar de serem desenvolvidos e mesmo aqueles que são especialmente construídos no contexto de um projeto, usualmente são desenvolvidos por diferentes equipes ou por diferentes empresas. Qualquer má definição neste item pode comprometer o sucesso do projeto ou implicar num aumento de custo ou de prazo de desenvolvimento.
As linhas contendo setas nas duas direções entre cada par de passos sugere a necessidade de revisões e realimentações em cada passo. Na maioria dos projetos, o número de soluções possíveis é bastante grande, podendo-se chegar a diferentes visões de como as funções são alocadas a subsistemas de hardware, de software ou aos elementos humanos que vão interagir com o sistema. A escolha da solução a ser encaminhada vai ser feita em função de critérios técnicos, mas também terá influência de critérios políticos e organizacionais da instituição. No caso de projetos desenvolvidos para instituições militares, por exemplo, fornecedores nacionais serão escolhidos em lugar de fornecedores estrangeiros, mesmo que em termos técnicos, a solução oferecida não seja a ideal.
3.3. Desenvolvimento dos Subsistemas
Esta etapa agrupa as atividades relacionadas ao desenvolvimento de cada subsistema definido no projeto. Cada subsistema terá suas funções bem definidas e suas especificidades quanto às competências necessárias ao seu desenvolvimento. No caso de um subsistema de software, um processo de desenvolvimento caracterizado pelas etapas clássicas de desenvolvimento será iniciado. Em raras situações, o desenvolvimento de um sistema impõe a construção, a partir do zero, de todos os subsistemas que o compõem. O mais comum é que alguns subsistemas sejam adquiridos e incorporados ao sistema. Embora seja o caso mais comum, nem sempre é fácil integrar subsistemas "de prateleira" a um sistema; em muitos casos, são necessárias modificações no sentido de adaptar o subsistema adquirido às necessidades do sistema a ser desenvolvido. Além disso, nem sempre é possível prever a disponibilidade de um subsistema de prateleira no momento em que ele é necessário. A Engenharia de Hardware , para efeito de definição de um dado sistema, consiste no trabalho de seleção dos componentes que vão compor o hardware do sistema e que
serão capazes de assumir as funções atribuídas a este elemento. Atualmente, o trabalho de seleção dos componentes de hardware é mais simples do que o de software, sendo facilitado pelos seguintes fatores:
- os componentes são montados como blocos de construção individuais;
- as interfaces entre os componentes são padronizadas;
- existem numerosas alternativas "de prateleira" à disposição;
- aspectos como o desempenho, custo e disponibilidade são de fácil obtenção.
A Engenharia de Hardware é baseada na execução de três principais fases:
- o Planejamento e a Especificação , cujo objetivo é estabelecer a dimensão do esforço necessário ao desenvolvimento, assim como o estabelecimento de um roteiro para o projeto e implementação do hardware; ainda nesta fase, é conduzida a análise de requisitos, cujo resultado deve ser uma especificação a mais completa possível das funções e outros requisitos para o hardware e das suas restrições;
- o Projeto e Prototipação , a qual consiste na fase que, com base nos requisitos e restrições especificadas na fase anterior, define uma configuração preliminar do hardware; atualmente, as tarefas relativas a esta fase são semi ou completamente automatizadas com o auxílio de ferramentas de software CAE/CAD; o resultado final desta fase é um protótipo montado que será testado para garantir a satisfação de todos os requisitos;
- a Produção, Distribuição e Instalação , onde o protótipo obtido na fase anterior vai sofrer as evoluções para tornar-se verdadeiramente um produto de hardware; alterações na embalagem, interfaces, componentes, etc..., são então realizadas; definição de métodos de controle de qualidade é um ponto fundamental nesta fase; a criação de um estoque de peças de reposição é uma outra preocupação conduzida neste momento, assim como a definição de esquemas de instalação e manutenção.
Um dos resultados da Engenharia de Sistemas é a definição de aspectos como funcionalidade e desempenho do software. O trabalho essencial do engenheiro de software é acomodar os requisitos de funcionalidade e desempenho da forma mais eficiente possível, tendo que, para isto, adquirir e/ou desenvolver os componentes de software. A dificuldade que surge na Engenharia de Software é a falta de padronização nos componentes de software (o que não ocorre no caso do hardware), uma vez que, na maior parte dos projetos, estes componentes são "customizados" para atender às exigências de software do sistema a ser desenvolvido. Como já foi discutido anteriormente, a Engenharia de Software envolve as seguintes fases:
- Definição , que é iniciada com o Planejamento do Desenvolvimento do Software, englobando todas as tarefas discutidas no capítulo III do curso, obtendo um documento de Plano do Software, o qual será produzido e revisado pelo Gerente do Projeto; ainda nesta fase é realizada a Análise de Requisitos do Softwa, a qual vai permitir que funções, dentro do sistema como um todo serão atribuídas ao software; a última tarefa relacionada a esta fase é a revisão da Especificação de Requisitos do Software, o qual é o documento resultante da Análise de Requisitos;
- Desenvolvimento do Software , que é a fase que tem, como ponto de partida, os documentos produzidos na fase anterior, particularmente, o Plano do Software e a Especificação de Requisitos do Software; com base nestes documentos, inicia-se a etapa de Projeto do Software, onde serão descritos aspectos relacionados ao funcionamento do software como a sua arquitetura e as estruturas de dados; após
detectado. Este tipo de ocorrência é bastante prejudicial ao desenvolvimento do sistema, podendo tomar muito tempo para que o problema seja resolvido.
3.5. Instalação do Sistema
Esta etapa envolve todas as atividades relacionadas à colocação do sistema em funcionamento no ambiente para o qual ele foi concebido. Embora possa parecer um problema menor, a instalação de um sistema pode ser caracterizada pela ocorrência de muitos problemas que coloquem em risco o cumprimento de estimativas de prazo ou de custo. Alguns problemas típicos desta etapa são:
- O ambiente para o qual o sistema foi concebido não é precisamente o mesmo que foi especificado no início do projeto; este é um problema bastante comum em sistemas de software, particularmente no que diz respeito à utilização de certas facilidades do sistema operacional; quando a versão do sistema operacional do ambiente não é a mesma que foi utilizada para o desenvolvimento do sistema, o resultado pode ser catastrófico;
- A resistência dos usuários à implantação do novo sistema é um outro problema importante; nem sempre a adoção de um sistema computacional para a realização de uma tarefa que vinha sendo realizada de outra forma é bem vista pelos funcionários, pois este vai, na quase totalidade dos casos, na necessidade de treinamento ou de alteração na sistemática de trabalho; um exemplo bastante óbvio é o da utilização de sistemas de software para a declaração de imposto de renda; quando os primeiros programas foram lançados, muitas pessoas que tinham computadores ainda insistiam em utilizar os formulários impressos para realizar suas declarações;
- A necessidade de coexistência entre um sistema antigo e o novo sistema é outra fonte de problemas de instalação. No caso dos sistemas compartilharem algum recurso, pode ser impossível instalar completamente o novo sistema sem desativar o antigo;
- Obstáculos físicos à instalação do sistema são problemas muito comuns nesta etapa; ausência de pontos de energia ou tubulação apropriada, falta de sistema de ar-condicionado, são exemplos de obstáculos comumente encontrados na instalação de sistemas computacionais.
3.6. Ativação do Sistema
Uma vez instalado, o sistema deverá ser ativado. Uma etapa de apresentação e treinamento relativo à utilização pode estar associada à ativação do sistema. Os problemas que podem ocorrer nesta etapa são os mais diversos. No caso de sistemas que deverão operar conjuntamente a outros sistemas existentes, problemas de incompatibilidade podem ocorrer e a dificuldade de resolução destes problemas pode provocar grandes atrasos à sua colocação em operação. Outra fonte de problemas pode ser a inadequação ou a má utilização das interfaces de operador do novo sistema. Muitos erros de operação poderão ser cometidos até que o operador crie intimidade com o novo sistema.
3.7. Evolução do Sistema
Os grandes sistemas computacionais são desenvolvidos para funcionar durante longos períodos tempo. É inevitável que, durante este período, ocorram problemas que imponham modificações no sistema. As razões que podem conduzir a esta necessidade
podem ser erros do próprio sistema, novas necessidades em termos de função ou alterações ambientais. As evoluções a serem promovidas num dado sistema podem representar um custo bastante alto, o que é justificado pelas razões abaixo:
- Necessidade de estudos relativos às modificações a serem feitas para não comprometer o bom funcionamento do sistema;
- O alto grau de dependência dos diversos subsistemas pode conduzir à necessidade de alterações em muitos subsistemas, como conseqüência da alteração de um componente;
- A falta de documentação relativa ao desenvolvimento do sistema original vai ser, sem dúvida, um grande obstáculo para o desenvolvimento do sistema;
- Á medida que o tempo passa e que alterações vão sendo realizadas, a estrutura original dos sistemas vai sendo modificada, de modo que futuras mudanças podem ser fortemente comprometidas.
3.8. Desativação do Sistema
Esta etapa consiste em retirar o sistema de operação, quando seu tempo previsto de funcionamento esgota ou quando ele será substituído por um novo sistema. A desativação deve ser feita de forma bastante rigorosa, principalmente no caso de sistemas cujos componentes podem ser nocivos ao ambiente. Sistemas que utilizam componentes radioativos são os exemplos mais comuns de sistemas cuja desativação deve ser feita com o maior cuidado possível. Por outro lado, no caso dos sistemas de software, a desativação pode ser extremamente simples. A maior parte dos sistemas de software construídos atualmente já vem dotada de um utilitário de desativação (ou "desinstalação") que retira automaticamente todos os componentes do sistema e as referências a estes componentes do sistema computacional. Outro aspecto importante da desativação dos sistemas são as informações que este manipulava ou gerava. Esta, normalmente, deverão ser armazenadas em mídia específica para posterior adaptação à utilização num novo sistema.
- PROJETo Arquitetural
4.1. O Modelo do Sistema
Um importante resultado da especificação de requisitos e do projeto de um sistema computacional é a sua organização em termos de subsistemas e dos relacionamentos entre estes. A forma mais usual de representar esta organização é, sem dúvida, os modelos baseados em linguagem gráfica. Invariavelmente, a utilização de diagramas em blocos destacando os principais subsistemas e como estes estão relacionados é bastante aceita nos projetos de sistemas em geral, incluindo os sistemas computacionais. A figura 3.4 ilustra tal mecanismo, através do exemplo de projeto arquitetural de um sistema de controle de tráfego aéreo. O objetivo aqui não é descrever o funcionamento de um tal sistema, mas mostrar como se pode representar os diferentes componentes deste e como estes relacionam-se. As setas ligando os diferentes subsistemas indicam os fluxos de informação que existem no sistema. No caso de sistemas relativamente complexos, é comum que os subsistemas definidos neste primeiro nível sejam, por si só, sistemas complexos. Isto significa que, para se ter uma idéia mais completa de como o sistema deve operar, os subsistemas podem, eventualmente, ser representados utilizando a mesma linguagem.
A figura 3.5 mostra, através de um sistema de segurança doméstica, como podem ser classificados os diferentes componentes, o que é explicitado na tabela a seguir.
Classe Componente Função
Sensor Sensor de movimento e da porta Detectar intrusão
Atuador Sirene Gerar um sinal de alarme
Comunicação Ativador de chamada telefônica Realizar chamada a um sistema externo
Coordenação Controlador do alarme Coordenar os demais componentes
Interface Sintetizador de voz Gerar mensagem de localização
Figura 3.5 - Sistema de segurança doméstica.
Cap. 3 — Engenharia de Sistemas Computacionais
Prof. Vitório Bruno Mazzola
