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Hinweise zur Erstellung und Dokumentation - Informatik

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Hinweise zur Erstellung
und Dokumentation
benutzerfreundlicher und
fehlertoleranter Software
GSO FH Nürnberg
FB Informatik, Prof. Dr. A. Hein
Last update: 2006-12-18
Anmerkung
Dieses Dokument gibt Hinweise, Tipps und Anregungen zur Erstellung
von Software.
Dieses Dokument beschreibt keinen vollständigen SoftwareEntwicklungs-Prozess, sondern betont die unbedingt zu beachtenden
Aspekte bei der Erstellung benutzerfreundlicher und fehlertoleranter
Software.
Dieses Dokument ersetzt NICHT die Literatur oder Lehrveranstaltungen
über Software Engineering.
Dieses Dokument soll jeden, der in die Entwicklung, Beschaffung oder
Installation von Software involviert ist, motivieren, sich nicht nur mit
den technischen Aspekten (Datenstrukturen, Programmiersprachen,
Verwendung von Entwicklungsumgebungen, etc.) zu beschäftigen,
sondern sich auch intensiv mit der Situation der Anwender von
Software auseinanderzusetzen.
Dieses Dokument bezieht sich sowohl auf Anwendungs-Software
(Applikationen) wie auch auf System-Software (Betriebssysteme,
Treiber).
Hinweise zur Erstellung benutzerfreundlicher und fehlertoleranter Software
Prof. Dr. A. Hein
18. Dezember 2006
Fachbereich Informatik, GSO-FHN
Seite 2
Inhalt
Allgemeine Hinweise
Erforderliche Bestandteile
Anmerkungen zum Software-Entwicklungs-Prozess
Essentielle Eigenschaften
Literaturhinweise
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Seite 3
Allgemeine Hinweise
Frühzeitige Dokumentation
Erstellen Sie ab dem ersten Entwicklungstag ein Dokument, in dem
Sie Diskussionen, Entscheidungen, Alternativen sowie den
Entwicklungsfortschritt dokumentieren
• Aus diesem Dokument werden die weiteren Dokumente (SpezifikationsDokument, Design-Dokument, Installationsbeschreibung,
Bedienungsanleitung, usw.
siehe folgende Seiten in diesem Dokument)
erstellt, die Benutzern und weiteren nicht direkt am Entwicklungsprojekt
Beteiligten zugänglich gemacht werden, indem man die Inhalte klassifiziert
und zuordnet
• Stichwort: Entwicklungs-Tagebuch
Regelmäßige Dokumentation
Die Dokumentation muss kontinuierlich und regelmäßig
aktualisiert werden
• Ein sinnvoller Ansatz ist das Erstellen eines Entwicklungs-Tagebuchs, in
dem täglich die entsprechenden Informationen festgehalten werden
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Seite 4
Erforderliche Bestandteile
Bestandteile eines Software-Projekts
(Deliverables –was übergeben werden muß)
Spezifikation
• Was leistet die Software?
• Sicht des Anwenders und des Auftraggebers der Software
Design Dokument
• Wie ist die Software aufgebaut und strukturiert?
Installationsbeschreibung
• Wie wird die Software installiert?
Bedienungsanleitung
• Wie wird die Software gestartet und verwendet?
• Illustrierte und dokumentierte Beispiele und Beispielanwendungen des Ziel-Systems
Software Coding
• Dokumentation der Implementierung in separatem Dokument sowie als Bestandteil des
Programm-Codes
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Erforderliche Bestandteile
Spezifikation
Was leistet die Software?
Sicht des Auftraggebers sowie des Anwenders der Software steht im
Vordergrund
Abgrenzung zwischen der Ziel-Software und der Umgebung
• Umgebung (Actor): Menschen als Anwender der Software
• Umgebung (Actor): weitere verwendete Software, die nicht Bestandteil der ZielSoftware ist
Detaillierte Beschreibung der
einzelnen Anwendungsfälle
(Use Cases) und der inhaltlichen
Anforderungen mittels
UML Use Case Diagrammen
• UML –Unified Modeling Language
• UML –Standard zur Beschreibung
von Software
(siehe http://www.omg.org/uml)
• Inhaltliche Ziele (keine technischen Ziele)
actor
Withdraw money
Customer
Accounting system
interaction
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Use Case
system being studied
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Erforderliche Bestandteile
Spezifikation (cont'd)
Textuelle Use Case Beschreibung ist unerlässlich
Use
Use Case
Case Name
Name ::
Withdraw
Withdraw Money
Money
Short
Short description
description ::
Responsible
Responsible developer
developer ::
A
A bank
bank customer
customer withdraws
withdraws money
money from
from aa teller
teller machine.
machine.
Joe
Joe Sixpack
Sixpack
Actors
Actors ::
Business
Business goal
goal ::
Business
Business context
context ::
bank
bank customer,
customer, accounting
accounting system
system
Withdraw
Withdraw money
money from
from the
the teller
teller machine
machine
The
The customer
customer of
of the
the bank
bank is
is using
using the
the teller
teller machine
machine to
to get
get some
some cash
cash money.
money.
The
The bank
bank offers
offers the
the machine
machine as
as aa service
service to
to the
the customer.
customer.
Precondition
Precondition ::
Scenario
Scenario ::
The
The teller
teller machine
machine is
is operating
operating and
and connected
connected to
to the
the bank's
bank's accounting
accounting system.
system.
standard
standard situation
situation
Steps
Steps ::
1.
1. The
The Bank
Bank Customer
Customer identifies
identifies himself.
himself.
2.
2. The
The Bank
Bank Customer
Customer chooses
chooses how
how much
much to
to withdraw.
withdraw.
3.
3. The
The system
system responds
responds with
with how
how much
much can
can be
be withdrawn.
withdrawn.
4.
4. The
The system
system dispenses
dispenses the
the amount
amount and
and deducts
deducts itit from
from the
the account.
account.
Postcondition
Postcondition ::
The
The money
money which
which has
has been
been dispensed
dispensed is
is deducted
deducted from
from the
the customers
customers
account.
account.
Special
Special requirements
requirements ::
Error
Error handling
handling ::
The
The response
response time
time must
must not
not exceed
exceed 55 seconds.
seconds.
IfIf the
the customer
customer cannot
cannot identify
identify himself
himself the
the transaction
transaction ends.
ends.
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Erforderliche Bestandteile
Spezifikation (cont'd)
Optional UML
Aktivitätsdiagramme,
welche die
einzuhaltende Reihenfolge
der einzelnen Use
Cases beschreiben
• Die einzelnen Use Cases
stellen die Aktivitäten dar
Randbedingungen
• Echtzeitanforderungen
• Beispiel: Antwortzeit für Anmelden an Geldautomaten maximal 5 Sekunde
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Erforderliche Bestandteile
Design Dokument
Wie ist die Software aufgebaut und strukturiert?
Sicht des Software-Entwicklers
Konzeptionelle Beschreibung der grundlegenden Ansätze
• Beispiel: Sortierverfahren wurde nach Qick-Sort bzw. Merge-Sort implementiert
Interner Aufbau und Struktur der Software
• Entitäten (Komponenten, Module, Pakete, Klassen) der Software und deren statischen
Beziehungen und Abhängigkeiten
Dynamischer Ablauf der Software während der Ausführung
Beschreibungshilfsmittel –ergänzend zu textueller Beschreibung
• UML Klassendiagramme: statische Abhängigkeiten zwischen den Paketen, Modulen
und Klassen der Software
• UML Objektdiagramme: Instanzen der Klassendiagramme zur Illustrierung des
dynamischen Ablaufs
• UML Sequenzdiagramme, UML Aktivitätsdiagramme, UML Zustandsdiagramme:
dynamische Interaktionen und Abhängigkeiten zwischen den Instanzen der SoftwareBestandteile sowie zwischen der Software und der Umgebung
• UML Komponentendiagramm: Abhängigkeiten zwischen den Paketen, Modulen oder
Bibliotheken der Software
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Erforderliche Bestandteile
Design Dokument (cont‘d)
Das Design Dokument wächst kontinuierlich mit
voranschreitender Entwicklung der Software
iterativer und
inkrementeller Prozess
• Use Cases der Spezifikation werden einer nach dem anderen realisiert
Essentiell für Wartung und Weiterentwicklung sowie mögliche
Übergabe der Software an weitere Personen
Testen der Software vor der Übergabe an den Anwender erfolgt
anhand von Test Cases, die sich im wesentlichen aus den in der
Spezifikation beschriebenen Use Cases ergeben
Zahlreiche Entwicklungsumgebungen (IDEs –Integrated
Development Environments) ermöglichen das sogenannte RoundTrip-Engineering
• Erzeugen von Software-Coding aus UML Klassendiagrammen (Standard)
• Übernahme von Änderungen im Coding in die Klassendiagramme (i. Allg.
nicht vollständig automatisiert)
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Erforderliche Bestandteile
Design Dokument (cont‘d)
Beispiele für UML Diagramme
end
search
Class Diagram
Klassendiagramm
Frame1
uses
Author
1..*
0..*
Computer
Aktivitätsdiagramm
name : String
age : Integer
name : String
memory : Integer
Objektdiagramm
Object Diagram
Instance
Name
back
Action
State
Class
Name
edit [found]
Frame4
request
product
Bob's Job PC:
Computer
new
[product not
available]
Decision
Bob:Author
back
detail
Frame3
Guard
save / save_data()
name = "Dell 466"
memory = 128
Frame2
back
Zustandsdiagramm
Dialog Control
[product available]
receive
order
Bob's Home PC:
Computer
name = "Bob J."
age = 32
cancel
order
name = "Compaq Pentium MMX"
memory = 96
pay
bill
Editor
Transition
Package
Diagram Elements
Controller
Dependency
Domain Elements
Generalization /
Specialization
of Packages
Graphics Core
Abhängigkeiten
zwischen Paketen
Merge
Windowing System
Motif Core
Motif
Windows Core
Microsoft Windows
Sequenzdiagramm
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Erforderliche Bestandteile
Installationsbeschreibung (Deployment Guide)
Wie wird die Software installiert/compiliert/konfiguriert, so dass
anschließend ein lauffähiges System vorhanden ist?
Sicht des Systemverwalters (System Administrator)
Abhängigkeiten der Software-Pakete
Reihenfolge und Vorgehensweise bei der Installation/Konfiguration
Beschreibungshilfsmittel
• UML Komponentendiagramm: Abhängigkeiten zwischen den Paketen,
Modulen oder Bibliotheken der Software
• UML Verteilungsdiagramm: Zuordnung zwischen Software und Hardware
Randbedingungen
•
•
•
•
•
Speicheranforderung
Erforderliche Prozessorleistung
Erforderliche Rechnerarchitektur
Unterstütztes Betriebssystem und Betriebssystem-Version
Benötigte Software-Pakete (z.B. Standard-Graphik-Bibliothek)
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Erforderliche Bestandteile
Installationsbeschreibung (cont‘d)
Beispiele
Component
Window
Handler
(whnd.cpp)
Window
Handler
(whnd.obj)
Dependency
Graphic
Library
(graphic.dll)
Comm
Handler
(comhnd.cpp)
Comm
Handler
(comhnd.obj)
Main
Class
(main.cpp)
Hospital Server
Connection
Client
Program
(client.exe)
Object
Database
TCP/IP
Komponentendiagramm
Main
Class
(main.obj)
Health
Object
Care
Database
Domain
Windows PC
Component
Object
Client
Database
Facade
Node
Dependency
Object
Client
Database
UI
Verteilungsdiagramm
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Erforderliche Bestandteile
Bedienungsanleitung (User‘s Manual)
Wie wird die Software gestartet und verwendet?
Welche Eingaben/Parameter verlangt oder akzeptiert die Software?
Welche Fehler können auftreten (Fehlermeldungen!) und wie kann
darauf reagiert werden?
Sicht des Anwenders
• Hier ist zu berücksichtigen, dass der Anwender i. Allg. keine technische
Sicht auf die Software besitzt
• Es darf KEINE Annahme bestehen, dass der Anwender Wissen über
Software-Entwicklung oder die Arbeitsweise von Computern besitzt (außer
der Bedienung einer Tastatur und einer Maus … )
Wichtig: Bezug zu den Anwendungsfällen (Use Cases), die in der
Spezifikation beschrieben sind
• Siehe Use Cases und insbesondere deren textuelle Beschreibung (Schritt 1,
Schritt 2, Schritt 3, … )
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Erforderliche Bestandteile
Bedienungsanleitung (User‘s Manual) (cont‘d)
Illustrierte und dokumentierte Beispiele und Beispielanwendungen des
Ziel-Systems
als Tutorial verwendbar
Anwender benötigt Beispiele,
• um über einen Startpunkt für eigene Arbeiten verfügen
• um sich mit dem Ziel-System vertraut zu machen
Beispiele müssen leicht verständlich und überschaubar sein, aber
wesentliche Bereiche der Funktionalität des Ziel-Systems verdeutlichen
• Wichtig ist dabei nicht die Menge der Funktionalitäten, sondern die am häufigsten
verwendeten Funktionalitäten müssen dargelegt werden
• Beispiel Textverarbeitungssystem: die Veränderung des Zeichensatzes und der
Zeichengröße fählt zu den wesentlichen Funktionalitäten; die Verwendung von
Verschlüsselungsmechanismen in einem Textverarbeitungssystem ist dagegen für die
meisten Anwender ein nebensächliches Merkmal
• Beispiele sollten Eingabe- und Ausgabe-Dokumente beinhalten, so dass die SollErgebnisse über die Ausgabe-Dokumente abgeglichen werden können; dies ist
essentiell für Systeme, die auf der Basis bestimmter Eingabe-Daten Ergebnisse in Form
von Zahlen oder graphischen Darstellungen produzieren
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Erforderliche Bestandteile
Bedienungsanleitung (User‘s Manual) (cont‘d)
Wesentlicher Bestandteil der Bedienungsanleitung ist die
Diskussion der möglichen Fehlersituationen
• Welche Eingabe- und Bedienungs-Fehler werden vom Zielsystem
abgefangen (toleriert) ?
• Wie verhält sich das System bei Eingabe- und Bedienungs-Fehlern?
• Welche Ausgaben und Hinweise erhält der Benutzer, um die Fehler
beheben zu können?
Bei der Beschreibung von Fehlersituationen sind Beispiele
essentiell
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Erforderliche Bestandteile
Dokumentation der Implementierung bzw. des Software-Coding
mit Text und UML-Diagrammen
Wichtige Datenstrukturen und deren Instanzen
Programmablauf und Interaktion der Implementierungsteile
Zustände und Zustandsübergänge der Implementierung während
des Programmablaufs (siehe UML-Diagramme)
• Z.B. Zustände beim Entwickeln einer Aufzugssteuerung: fährt nach oben,
fährt nach unten, Tür offen, …
• Z.B. Zustände einer Bestellung in einem ERP-System (Enterprise Resource
Planing, z.B. von SAP): abgeschickt, bestätigt, geliefert, bezahlt, storniert, …
• Z.B. Navigation zwischen Fenstern/Frames eines GUI (Graphical User
Interface)
Beschreibungen der Module, Klassen, Subroutinen (Prozeduren,
Funktionen) sowie deren Abhängigkeiten
• Schnittstelle (Parameter und externe Daten-Instanzen) und Aufrufhierarchie
der Subroutinen
• Beziehungen zwischen Modulen und Klassen
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Erforderliche Bestandteile
Wichtig: Dokumentation des Programm-Codes als Bestandteil des
Programm-Codes
Typische Vorgehensweise beim Analysieren fremden Programm-Codes:
1.
Lesen und Verstehen der Dokumentation mit UML-Diagrammen (siehe vorhergehende
Seiten in diesem Dokument)
2.
Lesen und Verstehen des Programm-Codes
Oftmals wird die Dokumentation des Programm-Codes stark
vernachlässigt, was das Verstehen und Lesen der Implementierung
erschwert bzw. teilweise unmöglich macht
Ziele
Auch der Entwickler selbst muss Jahre nach dem Erstellen seinen
Programm-Code noch verstehen können
Typischerweise wird Programm-Code an andere Personen (im selben oder
in anderen Unternehmen bzw. innerhalb der Open-Source-Gemeinde) zur
weiteren Entwicklung oder zur Wartung weitergegeben
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Erforderliche Bestandteile
Hilfsmittel zur Dokumentation im Programm-Code
Zu Beginn jeder Programm-Code-Datei ein Header mit Name und
Zweck der Datei, Autor, Datum der Erstellung und letzten
Änderung, etc.
Beschreiben der Datenstrukturen und globalen Instanzen
• Global hinsichtlich der gesamten Anwendung, eines Moduls oder einer Datei
Jede Subroutine (Prozedur, Funktion) kann vom Betrachter als
eine Black-Box angesehen werden
Beschreiben der
Schnittstelle der Black-Box ist erforderlich
•
•
•
•
Aufgabe der Subroutine
Eingabe-Parameter
Ausgabe- bzw. Rückgabe-Parameter
Globale bzw. externe Daten-Instanzen, auf die schreibend bzw. lesend
zugegriffen wird
Selbsterklärende Namen für Variablen, Konstanten, Subroutinen,
Klassen, Module, Programm-Code-Dateien, etc.
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Anmerkungen zum
Software-Entwicklungs-Prozess
Iterative und inkrementelle Software-Entwicklung nach dem Rational
Unified Process (RUP)
Inkrementell
Use Cases teilen das Gesamtprojekt in logische Teilabschnitte
Priorisieren der Use Cases
Beginn der Entwicklung mit den hoch-prioren Use Cases
Vorteil: zu jeder Zeit der Software-Entwicklung sind zumindest die bereits
fertig gestellten Use Cases lauffähig
Vorteil: wichtigste Funktionalität der Software wird frühzeitig erstellt und
steht damit auch zur Verfügung, falls das Projekt letztendlich in Terminund Ressourcen-Probleme gerät
(nicht-akzeptable Alternative: Alles-oder-nichts, d.h. an jeder Funktionalität
der Software wird gearbeitet, ohne dass irgendein Use Case fertiggestellt
wird)
Iterativ
Die eigentlichen Software-Entwicklungsschritte (detaillierte Spezifikation,
Design, Test, etc.) werden für die verschiedenen Use Cases immer wieder
von neuem durchlaufen
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Essentielle Eigenschaften
Kein unkontrollierter Absturz der Software
Auch nicht bei fehlerhafter Benutzereingabe
Verhalten des DAU muss schon bei der Software-Entwicklung
vorhergesehen werden und muss entsprechend von der Software
akzeptiert werden
• DAU (umgangssprachlich „dümmster anzunehmender User“): damit ist nicht
die Intelligenz eines Benutzers angesprochen, sondern der Umgang mit
Software aus der Sicht eines Benutzers, der kein technisches Vorwissen
oder Insider-Wissen besitzt, was auf die überwiegende Anzahl der Benutzer
von Software heutzutage zutrifft
Fehlertolerante und benutzerfreundliche Bedienung
Überprüfung der eingegebenen Werte
Hinweis auf korrekte Eingabe, falls fehlerhafte Eingabe erfolgte
• Beispiel
– Usage: my_program.pl par1 [integer] par2 [string] par3 [double, optional]
– Value xxx=17 is not allowed, but xxx must be in the range [1:10]
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Essentielle Eigenschaften
Häufige Probleme für den Anwender
Fehlende und zu wenige Rückmeldungen vom Computer
• bei fehlerhafter Eingabe
• bei Programmabbruch
• zur Erkennung des Fortschritts der Berechnungen und Bearbeitungen des Programms
–insbesondere bei langen Programmlaufzeiten
Fehlermeldungen und Rückmeldungen vom Computer sind rein technisch
und unverständlich
• Negativbeispiel: Ein schwerer Ausnahmefäller ist aufgetreten. Das Programm wird
automatisch beendet, alle nicht gespeicherten Daten gehen verloren. Wenden Sie sich
an den Hersteller, wenn das Problem erneut auftritt.
Abhilfe
Verständliche Fehlermeldungen und Rückmeldungen vom Computer, für
deren Verständnis kein technisches Fachwissen erforderlich ist
Statusanzeige und häufige Rückmeldungen mit Zwischenergebnissen bei
Anwendungen, auf deren Antwort gewartet wird und die für eine lange Zeit
laufen
• Nicht nur Anzeige einer Sand-Uhr, sondern detaillierte Fortschritts- bzw. Statusangabe
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Essentielle Eigenschaften
DIN ISO 9241
Software muss fehlertolerant und erwartungskonform sein
Anpassung der Software an den menschlichen Benutzer und
nicht umgekehrt!
Antwortzeiten müssen vorhersehbar sein
Fehlermeldungen müssen erklärend sein
Systemabstürze müssen ausgeschlossen sein
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Literaturhinweise
Benutzerfreundliche und fehlertolerante Software
DIN ISO 9241: http://www.userfocus.co.uk/articles/ISO9241.html
Mensch gegen Maschine in DIE ZEIT 39/2004, 16. September 2004
(http://www.zeit.de/2004/39/Computerfrust)
Software-Entwicklungs-Prozess
Rational Unified Process:
http://www.ibm.com/software/awdtools/rup/
T. DeMarco und Timothy Lister: Wien wartet auf Dich! Der Faktor
Mensch im DV-Management, Carl Hanser Verlag (Originaltitel:
Peopleware: Productive Projects and Teams)
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Literaturhinweise
UML –Unified Modeling Language
http://www.omg.org/uml und http://www.omg.org/sysml
Mario Jeckle, Chris Rupp, Jürgen Hahn, Barbara Zengler, Stefan Queins:
UML 2 glasklar, Hanser Verlag, 2005, 2. Auflage (http://www.uml-glasklar.de)
Russ Miles, Kim Hamilton: Learning UML 2.0, O'Reilly Verlag, 2006
Scott W. Ambler: The Elements of UML 2.0 Style, Cambridge University
Press, 2005
Hans-Erik Eriksson, Magnus Penker, Brian Lyons, David Fado: UML 2
Toolkit, John Wiley Publishing, 2004
• guter Überblick mit zahlreichen Beispielen
MDA –Model-Driven Architecture
http://www.omg.org/mda
Andreas Andresen: Komponentenbasierte Softwareentwicklung mit MDA,
UML 2 und XML, Hanser Verlag
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Technik
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