軟件工程概述

軟件工程模型與方法

Models&MethodsofSoftwareEngineering第一章軟件工程概述本章內(nèi)容1.1計算機軟件1.2軟件的發(fā)展和軟件危機1.3軟件工程1.4通信軟件工程1.5軟件工程知識體系1.1計算機軟件本節(jié)內(nèi)容1.1.1軟件的定義1.1.2軟件的特點1.1.3軟件的分類1.1.1軟件的定義軟件是程序的完善和發(fā)展，是經(jīng)過嚴格的正確性檢驗和實際試用，并具有相對穩(wěn)定的文本和完整的文檔資料的程序。Wirth中指出：在結構化程序設計：程序＝算法＋數(shù)據(jù)結構在軟件工程中：軟件＝程序＋文檔。IEEE定義：軟件是計算機程序、規(guī)程以及運行計算機系統(tǒng)所需要的文檔和數(shù)據(jù)。1.1.1軟件的定義另一種對軟件的公認解釋是：軟件是包括程序、數(shù)據(jù)及其相關文檔的完整集合。程序是按照事先設計的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結構；文檔是與程序開發(fā)、維護和使用有關的圖文材料。1.1.2軟件的特點（1）軟件是一種邏輯實體，具有抽象性。（2）軟件的開發(fā)過程中沒有明顯的制造過程。（3）軟件在運行和使用期間，沒有硬件那樣的機械磨損和老化問題，但存在軟件退化問題。（4）軟件的開發(fā)和運行常常受到計算機系統(tǒng)的約束和限制，不同程度地依賴計算機硬件。（5）軟件的開發(fā)至今未完全擺脫手工藝的開發(fā)方式，大部分軟件還是定制的，很難通過組裝方式完成軟件開發(fā)。1.1.2軟件的特點（6）軟件是復雜的。實際需求的復雜性程序邏輯的復雜性（7）軟件研制成本相當高，在計算機系統(tǒng)中軟件成本比例逐步增加。（8）軟件投入運行時還涉及到許多社會因素。1.1.3軟件的分類根據(jù)軟件服務對象的范圍不同：通用軟件：操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等；定制軟件：企業(yè)ERP、衛(wèi)星控制系統(tǒng)等；根據(jù)軟件完成功能所處的層次不同：系統(tǒng)軟件中間件軟件應用軟件1.1.3軟件的分類系統(tǒng)軟件：指能與計算機硬件緊密配合在一起，使計算機系統(tǒng)各個部件、相關的軟件和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、高效地工作的軟件。操作系統(tǒng)設備驅動程序通信處理程序1.1.3軟件的分類中間件屏蔽了底層操作系統(tǒng)的復雜性，使程序開發(fā)人員面對一個簡單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，將注意力集中在自己的業(yè)務上，不必再為程序的移植而重復工作，從而大大減少了技術上的負擔。中間件軟件：為了解決分布異構系統(tǒng)的集成問題而開發(fā)的軟件，是處于操作系統(tǒng)軟件與用戶的應用軟件的中間的通用服務，具有標準的接口和協(xié)議。軟軟件的分類類中間件的種類類包括：消息中間件數(shù)據(jù)訪問中間間件應用服務器對象中間件交易中間件安全中間件軟軟件的分類類中間件的十大大優(yōu)越性：(1)

縮短短應用的開發(fā)發(fā)周期(2)節(jié)約應應用的開發(fā)成成本(3)減少系系統(tǒng)初期的建建設成本(4)降低應應用開發(fā)的失失敗率(5)保護已已有的投資(6)簡化應應用集成(7)減少維維護費用(8)提高應應用的開發(fā)質(zhì)質(zhì)量(9)保證技技術進步的連連續(xù)性(10)增強強應用的生命命力軟軟件的分類類應用軟件：在在特定領域內(nèi)內(nèi)開發(fā)，為特特定目的服務務的一類軟件件。商業(yè)數(shù)據(jù)處理理軟件工程與科學計計算軟件計算機輔助設設計／制造軟軟件系統(tǒng)仿真軟件件智能產(chǎn)品嵌入入軟件醫(yī)療、制藥軟軟件事務管理、辦辦公自動化軟軟件計算機輔助教教學軟件計算機網(wǎng)絡軟軟件軟軟件的分類類按照軟件的規(guī)規(guī)模：類別參加人員數(shù)開發(fā)周期產(chǎn)品規(guī)模（LOC）微型11～4周0.5k小型11～6月1k～2k中型2～51～2年5k～50k大型5～202～3年50k～100k甚大型100～10004～5年1M(=1000k)極大型2000～50005～10年1M～10M軟軟件的分類類按軟件工作方方式不同：實時處理軟件件分時軟件交互式軟件批處理軟件按照支撐應用用開發(fā)的工具具類型可以將將其劃分為：：支持軟件開發(fā)發(fā)過程的工具具支持軟件維護護過程的工具具支持軟件管理理過程和支持持過程的工具具1.2軟件件的發(fā)展和軟軟件危機本節(jié)內(nèi)容軟軟件發(fā)展階階段軟軟件危機軟軟件危機的的解決途徑軟軟件發(fā)發(fā)展階階段程序設設計階階段：：20世紀紀50至60年年代程序系系統(tǒng)階階段：：20世紀紀60至70年年代軟件工工程階階段：：20世紀紀70至90年年代現(xiàn)代軟軟件工工程階階段：：20世世紀90年年代至至今軟軟件發(fā)發(fā)展階階段

階段程序設計程序系統(tǒng)（現(xiàn)代）軟件工程特點

軟件所指程序程序及說明書程序、文檔和數(shù)據(jù)程序設計語言匯編及機器語言高級語言軟件語言軟件工作范圍程序編寫包括設計和測試軟件生存期需求者程序設計本人少數(shù)用戶市場用戶開發(fā)軟件的組織個人開發(fā)小組開發(fā)小組及大中型軟件開發(fā)機構軟件規(guī)模小型中小型大中小型決定質(zhì)量的因素個人程序技術小組技術水平管理水平開發(fā)技術和手段子程序/程序庫結構化程序設計數(shù)據(jù)庫、開發(fā)工具、開發(fā)環(huán)境、工程化開發(fā)方法、標準和規(guī)范、網(wǎng)絡及分布式開發(fā)、面向對象技術、軟件復用維護責任者程序設計者開發(fā)小組專職維護人員硬件特征價格高/存儲容量小

工作可靠性差降價、速度、容量及工作可靠性明顯提高向超高速、大容量、微型化及網(wǎng)絡化發(fā)展軟件特征完全不受重視軟件技術的發(fā)展不能滿足需求，出現(xiàn)軟件危機開發(fā)技術有進步，但未獲突破性進展，價高，未完全擺脫軟件危機軟軟件危危機20世世紀60年年代后后，隨隨著計計算機機軟件件應用用領域域增多多，軟軟件規(guī)規(guī)模不不斷擴擴大，，軟件件系統(tǒng)統(tǒng)功能能多，，邏輯輯復雜雜，不不斷擴擴充，，從而而導致致許多多系統(tǒng)統(tǒng)開發(fā)發(fā)出現(xiàn)現(xiàn)了不不良的的后果果：系統(tǒng)存存在大大量錯錯誤，，可用用性和和可靠靠性差差；系統(tǒng)無無法增增加新新功能能，難難于維維護；；系統(tǒng)無無法按按照計計劃時時間完完成；；最嚴重重的徹徹底失失敗。。軟件危危機舉舉例20世世紀60年年代IBM公司司開發(fā)發(fā)的（（OS/360）系系統(tǒng)就就是一一個很很好的的例子子。該系統(tǒng)統(tǒng)由4000多多個模模塊組組成，，約100萬條條指令令，人人工為為5000人年年（一一個人人年為為一個個人工工作一一年的的工作作量）），耗耗費達達數(shù)億億美元元。該該系統(tǒng)統(tǒng)投入入運行行后發(fā)發(fā)現(xiàn)了了2000多個個錯誤誤，發(fā)發(fā)布過過19個版版本，，而以以后每每個版版本的的更新新均有有1000多個個大大大小小小的錯錯誤存存在。。系統(tǒng)統(tǒng)開發(fā)發(fā)陷入入了僵僵局。。OS/360系系統(tǒng)的的負責曾曾這樣樣形象象地描描述了了開發(fā)發(fā)過程程中的的困難難和混混亂：：“………像像一頭頭巨獸獸在泥泥潭中中作垂垂死掙掙扎，，掙扎扎得越越猛，，泥漿漿就沾沾得越越多，，最后后沒有有一個個野獸獸能逃逃脫淹淹沒在在泥潭潭中的的命運運………程序序設計計就像像是這這樣一一個泥泥潭………一一批批批程序序員在在泥潭潭中掙掙扎………沒沒人料料到問問題竟竟會這這樣棘棘手………””。軟軟件危危機所謂軟軟件危危機（（SoftwareCrisis））就是是計算算機軟軟件在在開發(fā)發(fā)和維維護過過程中中所遇遇到的的一系系列嚴嚴重問問題，，具體體表現(xiàn)現(xiàn)在：：軟件開開發(fā)成成本難難以估估算，，無法法制定定合理理的開開發(fā)計計劃；；用戶的的需求求無法法確切切表達達；軟件質(zhì)質(zhì)量存存在問問題；；軟件的的可維維護性性差；；缺乏文文檔資資料；；軟件成成本難難以控控制；；軟軟件危危機的的解決決途徑徑產(chǎn)生軟軟件危危機的的原因因：軟件系系統(tǒng)本本身的的復雜雜性；；軟件開開發(fā)的的方法法和技技術不不合理理；程序設設計方方法學學討論程程序的的性質(zhì)質(zhì)、程程序設設計的的理論論和方方法軟件工工程方方法運用工工程化化原則則和方方法組組織軟軟件開開發(fā)工工作1968年年提出出1.3軟軟件工工程本節(jié)內(nèi)內(nèi)容軟軟件工工程定定義軟軟件工工程要要素軟軟件工工程的的目標標和原原則軟軟件工工程基基本原原理軟軟件工工程定定義1968年年10月，，F(xiàn)ritzBauer首首次提提出了了“軟軟件工工程””的概概念：：軟件件工程程是為為了經(jīng)經(jīng)濟地地獲得得能夠夠在實實際機機器上上高效效運行行的可可靠軟軟件而而建立立和使使用的的一系系列好好的工程化化原則。。Boehm為軟軟件工工程下下的定定義：：運用用現(xiàn)代代科學學技術術知識識來設設計并并構造造計算算機程程序及及為開開發(fā)、、運行行和維維護這這些程程序所所必需需的相相關文文件資資料。。軟軟件工工程定定義Fairley認為為：軟軟件工工程學學是為為在成成本限限額以以內(nèi)按按時完完成開開發(fā)和和修改改軟件件產(chǎn)品品所需需的系系統(tǒng)生生產(chǎn)和和維護護的技技術和和管理理的學學科。。IEEE計計算算機機學學會會將將““軟軟件件工工程程””定定義義為為：：⑴⑴應應用用系統(tǒng)統(tǒng)化化的的、、規(guī)規(guī)范范化化的的、、定定量量的方方法法來來開開發(fā)發(fā)、、運運行行和和維維護護軟軟件件，，即即：：將將工工程程應應用用到到軟軟件件；；⑵⑵對對⑴⑴中中各各種種方方法法的的研研究究。。從以以上上定定義義可可以以看看出出，，軟軟件件工工程程的的含含義義：：（1））工工程程概概念念在在軟軟件件領領域域里里的的一一個個特特定定應應用用（2））軟軟件件工工程程涉涉及及軟軟件件產(chǎn)產(chǎn)品品的的所所有有環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)軟軟件件工工程程要要素素軟件件工工程程包包括括三三個個要要素素：：方方法法、、工工具具和和過過程程。。方法法：：提提供供了了““如如何何做做””的的技技術術；；工具具：：提提供供了了自自動動的的或或半半自自動動的的軟軟件件支支撐撐環(huán)環(huán)境境；；過程程：：將將軟軟件件工工程程的的方方法法和和工工具具綜綜合合起起來來以以達達到到合合理理、、及及時時地地進進行行計計算算機機軟軟件件開開發(fā)發(fā)的的目目的的；；軟軟件件工工程程的的目目標標和和原原則則軟件件工工程程的的目目標標可可概概括括為為：：生生產(chǎn)產(chǎn)具具有有正正確確性性、、可可用用性性以以及及開開銷銷適適宜宜的的軟軟件件產(chǎn)產(chǎn)品品。。正確確性性指指軟軟件件產(chǎn)產(chǎn)品品達達到到預預期期功功能能的的程程度度。?？捎糜眯孕灾钢杠涇浖颈窘Y結構構、、實實現(xiàn)現(xiàn)及及文文檔檔為為用用戶戶可可用用的的程程度度。。開銷銷合合宜宜是是指指軟軟件件開開發(fā)發(fā)、、運運行行的的整整個個開開銷銷滿滿足足用用戶戶要要求求的的程程度度。。軟件件工工程程的的最最終終目目的的是是擺擺脫脫手手工工生生產(chǎn)產(chǎn)軟軟件件的的狀狀況況，，逐逐步步實實現(xiàn)現(xiàn)軟軟件件研研制制和和維維護護的的自自動動化化。。軟軟件件工工程程的的目目標標和和原原則則軟件件工工程程研研究究內(nèi)內(nèi)容容：：軟件件開開發(fā)發(fā)技技術術：：根據(jù)據(jù)不不同同的的軟軟件件類類型型，，按按不不同同的的觀觀點點和和原原則則，，對對軟軟件件開開發(fā)發(fā)中中應應遵遵循循的的策策略略、、原原則則、、步步驟驟和和必必須須產(chǎn)產(chǎn)生生的的文文檔檔資資料料等等作作出出規(guī)規(guī)定定，，從從而而使使軟軟件件的的開開發(fā)發(fā)能能夠夠進進入入規(guī)規(guī)范范化化和和工工程程化化的的階階段段，，以以克克服服早早期期的的手手工工作作坊坊生生產(chǎn)產(chǎn)中中的的隨隨意意性性和和非非規(guī)規(guī)范范性性做做法法。。包括括：：軟軟件件開開發(fā)發(fā)方方法法學學、、開開發(fā)發(fā)過過程程模模型型、、開開發(fā)發(fā)工工具具、、軟軟件件工工程程環(huán)環(huán)境境軟件件工工程程管管理理軟件件按按工工程程化化生生產(chǎn)產(chǎn)時時的的重重要要環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)，，它它要要求求按按照照預預先先制制定定的的計計劃劃、、進進度度和和預預算算執(zhí)執(zhí)行行，，以以實實現(xiàn)現(xiàn)預預期期的的經(jīng)經(jīng)濟濟效效益益和和社社會會效效益益。。包括括：：軟軟件件管管理理學學、、軟軟件件工工程程經(jīng)經(jīng)濟濟學學、、軟軟件件心心理理學學等等內(nèi)內(nèi)容容軟軟件件工工程程的的目目標標和和原原則則使用用軟軟件件工工程程開開發(fā)發(fā)軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)的的過過程程中中，，要要堅堅持持四四項項基基本本原原則則：：選取取適適宜宜的的開開發(fā)發(fā)模模型型；；采用用合合適適的的設設計計方方法法；；提供高質(zhì)質(zhì)量的工工程支持持；重視開發(fā)發(fā)過程的的管理；；軟軟件工程程基本原原理八條一般般原理：：（1）抽抽象（2）信信息隱藏藏（3）模模塊化（4）局局部化（5）確確定性（6）一一致性（7）完完備性（8）可可驗證性性軟軟件工程程基本原原理七條基本本原理（1）用用分階段段的生命命周期計計劃嚴格格管理（2）堅堅持進行行階段評評審（3）實實行嚴格格的產(chǎn)品品控制（4）采采用現(xiàn)代代程序設設計技術術（5）結結果應能能清楚地地審查（6）開開發(fā)小組組的人員員應少而而精（7）承承認不斷斷改進軟軟件工程程實踐的的必要性性1.4通通信軟軟件工程程本節(jié)內(nèi)容容通通信系統(tǒng)統(tǒng)通通信軟件件通通信軟件件工程通通信系統(tǒng)統(tǒng)通信系統(tǒng)統(tǒng)基本組組成通通信系統(tǒng)統(tǒng)通信網(wǎng)：：眾多點點對點通通信系統(tǒng)統(tǒng)通過交交換系統(tǒng)統(tǒng)按一定定拓撲結結構組合合在一起起就構成成了通信信網(wǎng)。通信網(wǎng)的的組成：：硬件：用戶終端端設備、、傳輸設設備、交交換設備備軟件：通信網(wǎng)為為能很好好地完成成信息的的傳遞和和交換所所必需的的一整套套協(xié)議、、標準，，包括網(wǎng)網(wǎng)絡結構構、信令令方式、、協(xié)議和和接口、、網(wǎng)絡管管理、技技術體制制標準等等通通信系統(tǒng)統(tǒng)通信網(wǎng)系系統(tǒng)基本本功能：：⑴基本本的傳輸輸和交換換功能。。⑵業(yè)務務控制功功能。⑶網(wǎng)絡絡管理功功能。通通信軟件件凡是用來來實現(xiàn)兩兩個或多多個實體體（計算算機、電電信終端端、交換換設備等等）之間間相互通通信的軟軟件都可可稱為通通信軟件件。電信軟件件：電話話交換軟軟件、移移動通信信軟件、、智能網(wǎng)網(wǎng)軟件等等；計算機網(wǎng)網(wǎng)絡軟件件：網(wǎng)絡絡協(xié)議軟軟件、網(wǎng)網(wǎng)絡應用用軟件；；通通信軟件件電信軟件件類型通通信軟件件⑴基本本呼叫處處理軟件件：負責責呼叫接接續(xù)和呼呼叫狀態(tài)態(tài)轉移的的處理。。⑵業(yè)務務獨立邏邏輯處理理模塊：：將交換換機側相相同的處處理功能能抽象封封裝而成成，如智智能網(wǎng)。。⑶資源源管理：：為業(yè)務務控制軟軟件提供供資源控控制和管管理功能能。⑷業(yè)務務控制：：在通通信網(wǎng)業(yè)業(yè)務能力力基礎上上提供業(yè)業(yè)務的生生成、配配置、接接入、管管理等功功能。⑸客戶戶服務：：客戶戶關系管管理系統(tǒng)統(tǒng)（CRM：CustomerRelationshipManagement）），包括括業(yè)務開開通、業(yè)業(yè)務保障障、業(yè)務務計量；；⑹產(chǎn)品品開發(fā)與與管理電信軟件件分類：：OSS（（OperationSupportSystem，運運行支撐撐系統(tǒng)）），包包括(1)~(4)BSS（（BusinessSupportSystem，，經(jīng)營支支