Владимир Липаев - Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы

Сложные комплексы программ оборонного назначения должны обладать высоким качеством, для чего их необходимо тестировать и испытывать в условиях динамического воздействия информации от внешней среды максимально приближающейся к реальной. Однако создавать специальные полеты самолетов, имитирующих противника, истребителей-перехватчиков, пуски и полет ракет и другие действия средств реальной военной техники для отладки и первичных испытаний программ очень дорого, не рентабельно и опасно. При этом высокая стоимость и риск испытаний с реальными объектами почти всегда оправдывал значительные затраты на интегрированные имитационные системы внешней среды, если предстояли испытания критических программных продуктов с высокими требованиями к качеству функционирования программ, с длительным жизненным циклом и множеством развивающихся версий. Высокая сложность некоторых объектов внешней среды, особенно, если при их функционировании активно участвуют операторы-пользователи, не позволяла полностью автоматизировать всю имитацию тестовых данных, для крупных программных продуктов оборонного назначения. Поэтому при реализации интегрированных проблемно-ориентированных моделей приходилось использовать аппаратурные аналоги реальных объектов внешней среды для формирования части данных. Разумное сочетание реальных объектов внешней среды и программных имитаторов на ЭВМ обеспечивало создание высокоэффективных стендов с адекватными комплексными моделями объектов внешней среды, необходимыми для испытаний программных продуктов в реальном времени [17, 11].

В качестве альтернативы натурным испытаниям с реальными объектами уже в середине 60-х годов стали разрабатываться имитаторы – генераторы тестов, адекватные динамическому поведению реальных объектов внешней среды и средств вооружения. Одними из наиболее сложных и дорогих имитаторов внешней среды, применяемых для испытаний комплексов программ, стали использоваться модели и испытательные стенды: объектов систем противовоздушной обороны, полета космических аппаратов; диспетчерских пунктов управления воздушным движением и другие. В частности, позже, благодаря отладке и испытаниям на имитационно-моделирующих стендах комплексов программ удалось совершить безупречный автоматический полет системы БУРАН. До настоящего времени обеспечивается надежное и устойчивое функционирование ряда орбитальных группировок космических аппаратов различного назначения, в том числе Системы Предупреждения о Ракетном Нападении (СПРН) [13, 14].

На полигоне в 1964-м году при натурных динамических испытаниях алгоритмов и комплексов программ обработки радиолокационной информации, впервые начало проверяться функционирование сложных комплексов программ реального времени в телекоммуникационной сети, тестирование и отладка которых требовала соответствующей специфической технологии. Это привело к принципиальному изменению методов тестирования, при которых динамика формировании и значения тестов движущихся объектов должны были по времени соответствовать текущим состояниям вычислений в проверяемых комплексах программ РЛУ. До этого в начале 1960-х годов для решения конкретных вычислительных задач, тесты обычно подготавливались независимо от процессов разработки проверяемых программ, и реальное время их подготовки не влияло на получаемые результаты вычислений. Однако для комплексов программ системы ПВО необходимо было их исполнение связать с реальным временем поступления и воздействием динамических тестов движущихся объектов, а также с текущим состоянием внешней среды.

В эти годы генерирование динамических тестов от внешних объектов на специализированных ЭВМ было невозможно вследствие ограниченности их вычислительных ресурсов, достаточных только для решения тестируемых функциональных задач, и потребовалось применять независимые большие универсальные ЭВМ, отделив во времени и в пространстве процессы формирования динамических тестов движущихся объектов, от моментов их использования. В 1965-м году для имитации тестов от движущихся объектов внешней среды в реальном времени были разработаны программы формирования магнито-фильмов на универсальной ЭВМ М-20 (Юрий Григорьевич Корольков). На этой машине предварительно формировались и записывались на специализированных магнитофонах наборы динамических тестов о разнообразных ситуациях воздушной обстановки и движения объектов, с регистрацией значений реального времени сообщений и их координат. Для динамических траекторий воздушных объектов, можно было задавать различные маршруты и маневры в реальном времени. Это существенно ускорило подготовку тестов и динамическую отладку комплекса программ обработки радиолокационной информации в сложных ситуациях воздушной обстановки.

В конце 1960-х годов на основе накопленного опыта применения магнитофильмов для динамического тестирования и испытаний комплексов программ РЛУ была сформулирована концепция разработки моделирующего испытательного стенда (МИС) с перспективными функциями имитации динамики применения и развития всех компонентов внешней среды системы ПВО. Для его реализации были недостаточны ресурсы М-20 и требовалась более мощная универсальная ЭВМ, которая отсутствовала в институте.

В середине 1970-х годов началась разработка алгоритмов и программ стенда динамических испытаний, который был создан на БЭСМ-6 + АС-6. Стенд был способен достаточно полно заменить натурные испытания с реальными движущимися объектами внешней среды всей системы ПВО на полигоне и в НИИ—5. При этом высокая стоимость и риск испытаний с натурными объектами оправдывал значительные затраты на интегрированный стенд имитации тестов компонентов и фрагментов системы ПВО, если предстояли испытания критических программных комплексов с высокими требованиями к качеству их функционирования, с длительным жизненным циклом и множеством развивающихся версий.

Для сокращения неопределенностей и прямых ошибок при оценивании качества программ необходимо было до начала испытаний определить основные параметры внешней среды и потоки информации, при которых должен функционировать комплекс программ системы, с требуемыми характеристиками при оценивании его качества и эксплуатации. Для этого заказчик и разработчики совместно должны были структурировать, описать и согласовать модель динамики функционирования объектов внешней среды, их параметры в среднем, типовом режиме применения, а также в наиболее вероятных и критических режимах, в которых должны обеспечиваться требуемые характеристики качества динамического функционирования программ в реальном времени. К комплексам программ РЛУ и телекоммуникационных сетей заказчики системы могли предъявлять различные требования к надежности функционирования, к функциональной безопасности, к производительности и эффективности использования ресурсов ЭВМ программным комплексом в реальном времени. Такая модель в реальном времени должна отражать характеристики.