Softwaretechnik im Überblick © 2005 M. Winter
SP2 WI-3 im WS05/06 1
Prof. Dr. Mario Winter FH KölnSP2
Softwareentwicklung und Projektmanagement Teil 2: Objektorientierte SoftwareentwicklungWS 05/06
Kapitel 1: Softwaretechnik im Überblick
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Lernziele: Nach dieser Vorlesung sollten Sie ...
• Die Merkmale großer Softwaresysteme kennen und einen Eindruck von den Problemen bei der Entwicklung großer Softwaresysteme haben
• Die Gebiete der Softwaretechnik aufzählen und miteinander in Bezug setzen können
• Softwareentwicklung als Teilgebiet der Softwaretechnik verstehen• Die Vorgehensweise und grundsätzliche Aktivitäten bei der Entwicklung
großer Software aufzählen und miteinander in Bezug setzen können• Einen Eindruck von verfügbaren Werkzeugen für die Softwareentwiicklung
haben
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Überblick
• Softwareentwicklung heute• Was ist Softwaretechnik• Vorgehensweise und Aktivitäten• Werkzeuge
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Risiko “Software-Projekt“
• Softwareentwicklung ist ein risikoreiches Geschäft – hohe Misserfolgsquote• Standish CHAOS-Report 1995 (USA)
– 369 Firmen und 8380 Projekte– Durchschnittliche Projektkosten
In Großbetrieben 2.322.000 DollarIn Mittelbetrieben 1.331.000 DollarIn Kleinbetrieben 434.000 Dollar
– 31% noch vor der Fertigstellung aufgegeben– Jedes zweite Projekt überschritt sein Budget um mehr als 100% – Jedes dritte Projekt konnte seine ursprünglich gesetzten Ziele nie erreichen
• Nur 36% der Projekte wurden „In-Time“ und „In-Budget“ abgeschlossen!!• Durchschnittliche „Erfolgswahrscheinlichkeit“
– Große Projekte (> 20 Personen) nur ca. 42%– Mittlere Projekte (5 bis 20 Personen) bei 65% – Projekte mit weniger als 5 Beteiligten 74%
Softwareentwicklung heuteWas ist Softwaretechnik
Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Einige Beispiele
• Gepäckverteilungssystem des Flughafen Denver; über Jahre nicht fertiggestellt; während dieser Zeit täglicher (!) Verlust von 1,1 Millionen US-Dollar
• Taurus-Projekt der Londoner Börse(elektronische Wertpapierverwaltung); begonnen 1980, 12 Jahre später abgebrochen; 13 mal mehr gekostet als ursprünglich geplant; Gesamtverlust ca. 800 Millionen Pfund
• Londoner Ambulance Service Projekt (Einsatzleitung der Krankenwagen im Großraum London); Entwicklung ab 1987, geplant für drei Jahre, Budget 2,5 Millionen Pfund, 1990 nach zwei katastrophalen Fehlversuchen aufgegeben, Verlust 7,5 Millionen Pfund; Zweiter Versuch 1991 gestartet (Anforderungen reduziert, neue Entwicklungstechnologie eingesetzt) und Ende 1992 ausgeliefert; nach mehreren Systemzusammenbrüchen, in deren Folge 46 Menschen starben, auch aufgegeben
• FISCUS-Gemeinschaftsprojekt von Bund und Ländern (außer Bayern) zur Entwicklung einheitlicher Software für die Steuerverwaltungen der Länder; Beginn 1991; Ende 2001 nach über 6-jähriger Programmiertätigkeit noch keine verwertbaren Ergebnisse; Projektstop und Gründung der fiscus GmbH; Ende 2005 u.A. die elektronischen Elster-Steuerformulare
• Toll Collect –September 2003 bis Januar 2005 pro Monat ca. 163 Millionen Euro Einnahmeverlust
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Was ist ein Software-Projekt?
• Eine Entwicklungstätigkeit (auch Beschaffungs- und Anpassungstätigkeit)– die klar definiert und abgegrenzt ist,– die einmalig ist und sich in dieser Form nicht mehr wiederholt,– die lösbar sein muss,– die sich zeitlich abgrenzen lässt (Anfangs- und Endtermin),– deren Kosten sich berechnen oder abschätzen lassen,– die sich aufgrund ihrer Komplexität nicht durch bereits vorhandene
Betriebsinstanzen lösen lässt.• Softwareentwicklung: oft für jedes Projekt eine neue „Firma“
– Aufbauorganisation (Rollen und Darsteller)– Ablauforganisation (Drehbuch / Vorgehensplan)
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Arten von Software-Projekten
• Individualentwicklung von DV-Anwendungssystemen– meist auf der Basis anderer Systeme (Middleware, DBMS, BS, …)
• Einsatz von Standard-Anwendungsprogrammen– hier fallen i. allg. Anpassungen und Integrationsarbeiten an– Beispiele: SAP R/3, BAAN IV, …
• DV-Projekte zur Geschäftsprozessoptimierung– Basis: eine eingehende Analyse der Geschäftsprozesse– In der Folge: Systementwicklungen; z.B. Workflow-orientiert
• Restrukturierung von Software– Überarbeitung vorhandener Programme– Anpassung an: Y2K, Euro, Client/Server-Umgebung, …
• Die Grenzen sind allerdings fließend ...
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Große Software
• Ist komplex – Verknüpft mehrere verknüpfte Realitätsbereiche mit ihrem Fachwissen und
ihrer Fachsprache– Realisiert komplizierte strukturierte und miteinander interagierende
Anwendungsfälle– Arbeitet über einen längeren Zeitraum und meistens als verteiltes System
• Besteht aus umfangreichen formalisierten Artefakten – In grafischer Notation oder textuell formatiert– z. B. Spezifikationen, Programme und unterschiedliche Formen von
Dokumentation• Hat eine lange Lebensdauer
– Oft länger als 10 Jahre im Einsatz– Kontinuierliche Anpassung an sich ändernde Anforderungen (neue
Benutzerwünsche, erweiterte Funktionalität, andere Plattformen)– Bildung von Versionen und Konfigurationen
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Arten von großer Software
• Anwendungssysteme (Anwendungen, Applikationsprogramme) sind Softwareprodukte, die in einem bestimmten Anwendungsbereich eingesetzt werden; sie unterstützen Arbeitsprozesse (Auftragsbearbeitung, Lagerhaltung) oder steuern technische Prozesse (Flugüberwachung,Kraftwerksteuerung)
• Individualsoftware – Für einen speziellen Auftraggeber in einem bestimmten Anwendungsbereich
erstellt – Z. B. Steuerungssoftware für eine Fertigungsstraße oder Website bzw. Portal
einer Firma• Standardsoftware
– deckt bestimmten Anwendungsbereich ab, kann durch Konfiguration an die unterschiedlichen Bedürfnisse verschiedener Anwender angepasst werden
– Z. B. Finanzbuchhaltungs- und Materialwirtschaftssysteme, Branchenlösungen für Handwerksbetriebe und Office-Programme für Textverarbeitung und Tabellenkalkulation
• Systemsoftware fällt nicht unter den Begriff Anwendungssystem, da sie sich keinem bestimmten Anwendungsbereich zuordnen lässt– z. B. Betriebssysteme und Compiler
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Wo sind wir?
• Softwareentwicklung heute• Was ist Softwaretechnik• Vorgehensweise und Aktivitäten• Werkzeuge
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Softwaretechnik (Software Engineering)
• Software Engineering [IEEE Std. 612-12 1990]– The application of a systematic, disciplined, quantifiable approach to the
development, operation, and maintenance of software; that is, the applicationof engineering to software. (2) The study of approaches as in (1).
• Bereitstellung von Methoden, Techniken und Werkzeugen zur Produktion– Großer Software hoher Qualität– Kostengünstig innerhalb eines festen Budgetrahmens– Zum geplanten Zeitpunkt
⇒ Zentrales Anliegen: Beherrschung der Komplexität
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Teilgebiete der Softwaretechnik
• Entwicklung (Development)– Anforderungsermittlung (Requirements Engineering)– Entwurf (Design)– Implementation (Implementation, Programming, Construction)
• Qualitätssicherung (Quality Assurance)– Inspizieren (Inspection, Review)– Testen (Testing)
• Projektmanagement (Project Management)– Planung und Organisation (Planning, Organization)– Mitarbeiterführung (Leadership)– Überwachung und Steuerung (Controlling)
• Qualitätsmanagement (Quality Management)• Konfigurationsmanagement (Configuration Management)
– Versionierung (Version)– Konfigurationsbildung (Build)
• Methoden- und Werkzeuge• Wartung (Maintenance)
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Folie 13 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Software-Qualität
• Qualität ist, wenn der Kunde zurückkommt und nicht das Produkt
• Qualität ist die Gesamtheit der Eigenschaften oder Merkmale, welche ein Produkt (die Software) in Verwendung und (Weiter-)Entwicklung aufweist, um die gegebenen Anforderungen zu erfüllen (DIN 55350)
• Produktqualität – Zielt auf die Qualität der Software “an sich“; betrachtet die Software als Menge
aller Entwicklungsprodukte wie z. B. Quellcode, ausführbarer Binärcode und zugehörige Dokumente unabhängig von einem bestimmten Einsatzkontext
– Wird vornehmlich anhand innerer Qualitätsmerkmale charakterisiert (z.B. Korrektheit der Software bez. ihrer Spezifikation sowie Verständlichkeit, Änderbarkeit und Wiederverwendbarkeit)
• Gebrauchsqualität – Bezieht sich auf die Fähigkeit der Software, die an sie (explizit oder implizit)
gestellten Anforderungen in ihrem jeweiligen Einsatzkontext zu erfüllen– Wird vornehmlich mittels äußerer Qualitätsmerkmale bestimmt (z. B.
Korrektheit bez. des realen Einsatzkontexts, Zuverlässigkeit, Effizienz, Aufgabenangemessenheit, Erwartungskonformität und Fehlerrobustheit)
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RichtigkeitAngemessenheitInteroperabilität
(Daten-)Sicherheit Ordnungs-mäßigkeit
ReifeFehlertoleranz
Wiederher-stellbarkeit
VerständlichkeitErlernbarkeitBedienbarkeit
Attraktivität
ZeitverhaltenVerbrauchs-
verhalten
AnalysierbarkeitModifizierbarkeit
StabilitätTestbarkeit
AnpassbarkeitInstallierbarkeit
KonformitätAustausch-
barkeit
Software-Qualität nach DIN/ISO 9126Software-Qualität
Funktionalität Zuverlässigkeit Benutzbarkeit Effizienz Änderbarkeit Portierbarkeit
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Wo sind wir?
• Softwareentwicklung heute• Was ist Softwaretechnik• Vorgehensweisen der Softwareentwicklung• Werkzeuge
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Softwareentwicklung: Die Praxis ...
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Folie 17 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Es war einmal ... das Wasserfallmodell
Analyseund
Definition
Analyseund
Definition
EntwurfEntwurf
Implemen-tation
Implemen-tation
TestTest
Einsatzund
Wartung
Einsatzund
Wartung
Wer?Wann?Was?
Wer?Wann?Was?
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Folie 18 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Elemente von Entwicklungsprozessen
Wer RolleRolle
Was AktivitätAktivität
Wann PhasePhase
Wie TechnikTechnik
Womit ArtefaktArtefakt
Warum ZielZiel
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Folie 19 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Methodische Softwareentwicklung
Kernaktivitäten
Iterationen
Unterstützende Aktivitäten
ProjektmanagementInfrastruktur
Projektinitiierung
Implementation
Qualitätssicherung
Analyse & Entwurf
Vorläufige Iterationen
Iter.#1
Iter.#2
Iter.#n
Iter.#n+1
Iter.#n+2
Iter.#m
Iter.#m+1
Auslieferung und Wartung
Konfigurationsverwaltung
Anforderungsermittlung
Ausarbeitung BetriebPlanung Konstruktion
Phasen
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Aktivitäten der Softwareentwicklung
• Projektinitiierung • Anforderungsermittlung• Analyse und Architekturentwurf• Grobentwurf• Feinentwurf• Implementation• Integration• Querschnittsthema: Qualitätssicherung• Auslieferung und Wartung
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Folie 21 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Projektinitiierung
• Ziele setzen– Bedarfsfeststellung– Machbarkeitsanalyse
• Strategien und Taktiken entwickeln– Termine festlegen– Kosten schätzen– Entscheidungen treffen– Vorgehensweisen auswählen und Regeln festlegen– Zukünftige Situationen vorhersehen
• Budgets vorbereiten• Aufbau- und Ablaufplanung• Personalentwicklung planen
– Mitarbeiter beurteilen, Positionen besetzen– Neues Personal einstellen und integrieren– Aus- und Weiterbildung von Mitarbeitern
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Anforderungsermittlung
• Ziel: Vollständige, korrekte, verständliche undverfolgbare Anforderungsspezifikation
– Verständlich für alle Parteien gefordert!– Sprache der Benutzer– Fachlich und formal konsistent, vollständig und korrekt– Verfolgbar zu den Quellen und zur Implementierung
• Tätigkeiten – Extraktion der wesentlichen Konzepte des Problembereichs– Konkretisieren und Aushandeln der Anforderungen– Realisierungsunabhängige Spezifikation der Anforderungen– Validierung: „Bauen wir das richtige System?“
• Präzise Beschreibung „Was“ zu leisten ist, nicht „Wie“!– Funktionale Anforderungen– Qualitäts- und Realisierungsanforderungen
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Analyse und Architekturentwurf
• Analyse: Konsolidierung der Anforderungsspezifikation– Von der Sprache der Anwender zur Sprache der Entwickler– Umsetzung der textuellen Anteile der funktionalen Anforderungen in Modelle– Präzision gefordert!– Verifikation: „Bauen wir das System richtig“
• Architekturentwurf– Zentrale Realisierungsentscheidungen– Berücksichtigt Qualitäts- und Realisierungsanforderungen– Zerlegung in abgeschlossene, klar abgegrenzte Teilbereiche und Komponenten, deren
Gesamtheit und Zusammenspiel das Gesamtprodukt ausmachen– Ziel: Komplexitätsbeherrschung und Arbeitsteilung in der Realisierung
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Grobentwurf
• Abbildung der Analyseklassen auf die vorgegebene Architektur• So weit wie möglich unabhängig von der Implementationssprache und von
Rahmenwerken z.B für die Benutzungsschnittstelle oder die persistenteSpeicherung
• Gewährleistung aller funktionaler Anforderungen und der nichtfunktionalen Anforderungen (Qualitätsanforderungen und technische Vorgaben)
• Größtmögliche Stabilität der Zerlegung durch Einbeziehung aller hierfür relevanten Anforderungen
• Berücksichtigung der Regeln eines guten Entwurfs• Festlegung der Teilsystem- und Komponenten-Schnittstellen
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Feinentwurf
• Technische Verfeinerung der Grobentwurfs– Einbeziehung der Implementationssprache und Rahmenwerke für die
Benutzungsschnittstelle oder die persistente Speicherung– Realisierung der Benutzungsschnittstelle sowie der Schnittstellen zu externen
Systemen• Entwurfstechnische Komplettierung der Teilsysteme und Komponenten• Realisierungsentscheidungen bezüglich komplizierter Datenstrukturen oder
Algorithmen
Ziel: Implementation in der vorgegebenen technischen Umgebungermöglichen
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Implementation
• Realisierung der „Interna“• Nur noch lokale Entscheidungen• In Einzelarbeit möglich• Ziel: Lauffähiges Anwendungssystem
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
class Adresse {public void verbinde(einInhaber: Firma){
// pre: (inhaber == null) AND (einInhaber != null) AND (einInhaber.gibFirmensitz() ∈ {null, this})
inhaber = einInhaber;if (inhaber.gibFirmensitz() != this) {
// inhaber.gibFirmensitz() ist nullinhaber.verbinde (this);
}// post:(inhaber == einInhaber) AND // (inhaber.gibFirmensitz() == this)
}...
}
class Adresse {public void verbinde(einInhaber: Firma){
// pre: (inhaber == null) AND (einInhaber != null) AND (einInhaber.gibFirmensitz() ∈ {null, this})
inhaber = einInhaber;if (inhaber.gibFirmensitz() != this) {
// inhaber.gibFirmensitz() ist nullinhaber.verbinde (this);
}// post:(inhaber == einInhaber) AND // (inhaber.gibFirmensitz() == this)
}...
}
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Integration
• Zusammenmontieren der Module• Strategien
– Big Bang– Bottom-Up– Top-Down– Inside-Out– Outside-In– ...
• Die Integrationsreihenfolge bestimmt die Entwicklungsreihenfolge!!!
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
Folie 28 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Qualitätssicherung und Testen
• Validierung: „Bauen wir das richtige System?“– Mit dem Anwender!
• Verifikation: „Bauen wir das System richtig“?– Ohne Anwender
• Testen– Statische Tests– Dynamische Tests
• Qualitätssicherung ist Querschnittsfunktion!
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Folie 29 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Allgemeines V-Modell • Produktorientiert• Phase ≠ Rolle ≠ Aktivität• Iterativ - inkrementell
• Produktorientiert• Phase ≠ Rolle ≠ Aktivität• Iterativ - inkrementell
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
Test-stufen
Testfälle basieren auf Arbeitsergebnissen
Test Planning
TestSpecification
TestExecution
ResultRecording
CompletionChecking
Start
End
Anforderungs-ermittlung
Konstruktion
Software-Spezifikation
Architektur
Entwurf
Kodierung
Entwicklertest
Integrations-test
Systemtest
Abnahme-test
Valid
ierun
g&
Verif
ikatio
n
Folie 30 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Auslieferung (DIN/ISO 9126)
FehlerStatistik
TestdeckungsStatistik
AbnahmeKriterien
QSBerichte
Entscheidung AbnahmeTest Entscheidung Produktion
Executables
ProduktDoku
Weiter Testen
OffeneProbleme
Rückweisen Rückweisen
AusliefernProduktManager
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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Folie 31 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Wo sind wir?
• Softwareentwicklung heute• Was ist Softwaretechnik• Vorgehensweise und Aktivitäten• Werkzeuge
Folie 32 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Werkzeuge
• CASE, Computer Aided Software Design– Modellierung– Generierung– Z.B. Rational Rose, Borland Together/J, Aonix STP, Gentleware Poseidon
• IDE, Integrated Development Environment– Implementierung– GUI-Builder– Z.B. jBuilder, Eclipse, ...
• Versionierungssysteme– Z.B. CVS, MS SourceSafe, Rational ClearCase
• Editoren, Compiler, ...• SDE, Software Development Environment
– Integriert die obenstehenden Systeme, basiert auf gemeinsamen Repository– Z.B. (IBM) Eclipse, SUN Netbeans
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Vorgehensweise und AktivitätenWerkzeuge
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SP2 WI-3 im WS05/06 17
Folie 33 Prof. Dr. Mario Winter, FH KölnSP2 Softwaretechnik im Überblick
Zusammenfassung
• Softwareentwicklung heute• Was ist Softwaretechnik• Vorgehensweise und Aktivitäten• Werkzeuge
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