軟件工程概論課件

第一章軟件工程概論問題1：什么是軟件？問題2：什么是軟件危機(jī)？問題3：什么是軟件工程？問題4：軟件工程的目的是什么？問題5：軟件工程框架及其內(nèi)容是什么？問題6：軟件工程的原則是什么？問題7：軟件工程研究的主要內(nèi)容是什么？問題8：什么是軟件開發(fā)方法學(xué)？

一、軟件的發(fā)展歷史軟件的發(fā)展階段問題1：什么是軟件？

（1）早期階段

在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期階段，人們認(rèn)為計(jì)算機(jī)的主要用途是快速計(jì)算，軟件編程簡單，不存在什么系統(tǒng)化的方法，開發(fā)沒有任何管理，程序的質(zhì)量完全依賴于程序員個(gè)人的技巧。（2）第二階段

計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的第二階段跨越了從60年代中期到70年代末期的十余年，多用戶系統(tǒng)引入了人機(jī)交互的新概念，實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠從多個(gè)源收集、分析和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，從而使得進(jìn)程的控制和輸出的產(chǎn)生以毫秒而不是分鐘來進(jìn)行，在線存儲(chǔ)的發(fā)展產(chǎn)生了第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

在這個(gè)時(shí)期，出現(xiàn)了軟件產(chǎn)品和“軟件作坊”的概念，設(shè)計(jì)人員開發(fā)程序不再像早期階段那樣只為自己的研究工作需要，而是為了用戶更好地使用計(jì)算機(jī)，人們開始采用“軟件工程”的方法來解決“軟件危機(jī)”問題。（3）第三階段

計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的第三階段始于70年代中期，分布式系統(tǒng)極大地提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對軟件開發(fā)提出了更高的要求，特別是微處理器的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，孕育了一系列的智能產(chǎn)品。軟件開發(fā)技術(shù)的度量問題受到重視，最著名的有軟件工作量估計(jì)COCOMO模型、軟件過程改進(jìn)模型CMM等。（4）第四階段

計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的第四階段是強(qiáng)大的桌面系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的時(shí)期，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)由中央主機(jī)控制方式變?yōu)榭蛻魴C(jī)/服務(wù)器方式，專家系統(tǒng)和人工智能軟件終于走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)和多媒體系統(tǒng)改變了與最終用戶的通訊方式，出現(xiàn)了并行計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的研究，面向?qū)ο蠹夹g(shù)在許多領(lǐng)域迅速取代了傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法。

在軟件的發(fā)展過程中，軟件從個(gè)性化的程序變?yōu)楣こ袒漠a(chǎn)品，人們對軟件的看法發(fā)生了根本性的變化，從"軟件＝程序"發(fā)展為"軟件＝程序＋數(shù)據(jù)＋文檔"。

軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分，包括程序，數(shù)據(jù)及其相關(guān)文檔。程序是計(jì)算機(jī)任務(wù)的處理對象和處理規(guī)則的描述。數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。文檔是為了理解程序所需的闡述性資料。

二、概念與硬件相比，軟件具有以下不同的特點(diǎn)：1）軟件是邏輯的，而不是物理的產(chǎn)品。邏輯往往實(shí)際只存在于人的頭腦當(dāng)中，軟件人員好比“皇帝的新衣”故事中的裁縫，軟件的開發(fā)過程極難加以控制。2）軟件是由開發(fā)或工程化而形成的，沒有明顯的制造過程。軟件成本集中于“開”上，意味著軟件項(xiàng)目不能象硬件制造項(xiàng)目那樣來管理。3）軟件在運(yùn)行和使用期間，不存在硬件那樣的磨損和老化問題，但它存在退化問題，開發(fā)人員必須維護(hù)軟件。4）大多數(shù)軟件是自定的，而不是通過已有構(gòu)件組裝而成的。迄今為止，軟件的開發(fā)尚未完全擺脫手工的方式。5）軟件成本相當(dāng)昂貴。

IBM360操作系統(tǒng)的研制人員最多時(shí)可達(dá)1000多人，從1963年到1966年共花了四年時(shí)間才完成，總計(jì)耗費(fèi)了5000多人年，以后又進(jìn)行不斷的修改和補(bǔ)充。該系統(tǒng)的整個(gè)研制費(fèi)用為5億美元，其中近一半花在軟件上。6）軟件本身是復(fù)雜的。實(shí)際問題的復(fù)雜性程序邏輯結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性

下面給出一些softwarecrisis的例子：美國IBM公司在1963年至1966年開發(fā)的IBM360機(jī)的操作系統(tǒng)。這一項(xiàng)目花了5000人一年的工作量，最多時(shí)有1000人投入開發(fā)工作，寫出了近100萬行源程序。......據(jù)統(tǒng)計(jì)，這個(gè)操作系統(tǒng)每次發(fā)行的新版本都是從前一版本中找出1000個(gè)程序錯(cuò)誤而修正的結(jié)果。......這個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人F.D.Brooks事后總結(jié)了他在組織開發(fā)過程中的沉痛教訓(xùn)時(shí)說：“......正像一只逃亡的野獸落到泥潭中做垂死的掙扎，越是掙扎，陷得越深，最后無法逃脫滅頂?shù)臑?zāi)難。......程序設(shè)計(jì)工作正像這樣一個(gè)泥潭，......一批批程序員被迫在泥潭中拼命掙扎，......誰也沒有料到問題竟會(huì)陷入這樣的困境......”。IBM360操作系統(tǒng)的歷史教訓(xùn)成為軟件開發(fā)項(xiàng)目的典型事例為人們所記取。問題2：什么是軟件危機(jī)？

（軟件危機(jī)表現(xiàn)在那些地方？）軟件危機(jī)的具體表現(xiàn)如下：（1）軟件開發(fā)的進(jìn)度難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)經(jīng)費(fèi)超預(yù)算、完成期限一再拖延的現(xiàn)象。

1979年，美國USGovernmentAccountingOffice對政府項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)查，其中9個(gè)軟件項(xiàng)目的結(jié)果如下：

一個(gè)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)需要建立龐大的邏輯體系，而這些往往只存在于人們的頭腦中，正如一個(gè)大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人所說："軟件人員太像皇帝新衣故事中的裁縫，當(dāng)我來檢查軟件開發(fā)工作時(shí)，所得到的回答好像對我說：我們正忙于編織這件帶有魔法的織物，只要一會(huì)兒，你就會(huì)看到這件織物是極其美麗的。但是我什么也看不到，什么也摸不到，也說不出任何一個(gè)有關(guān)的數(shù)字，沒有任何辦法得到一些信息說明事情確實(shí)進(jìn)行得非常順利，而且我已經(jīng)知道許多人最終已經(jīng)編織了一大堆昂貴的廢物而去，還有不少人最終什么也沒有做出來。"

（2）軟件需求在開發(fā)初期不明確，導(dǎo)致矛盾在后期集中暴露，從而對整個(gè)開發(fā)過程帶來災(zāi)難性的后果。軟件需求的缺陷將給項(xiàng)目成功帶來極大風(fēng)險(xiǎn)，如產(chǎn)品的成本過高、產(chǎn)品的功能和質(zhì)量無法完全滿足用戶的期望等等。即使一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的人員和配備都很不錯(cuò)，但不重視需求過程也會(huì)付出慘痛的代價(jià)。導(dǎo)致需求缺陷的主要原因包括需求的溝通與理解、需求的變化與控制、需求說明的明確與完整，模棱兩可的需求所帶來的后果便是返工--重做一些你認(rèn)為已做好的事情，返工會(huì)耗費(fèi)開發(fā)總費(fèi)用的40%，而70%～85%的重做是由于需求方面的錯(cuò)誤引起的。（3）由于缺乏完整規(guī)范的資料，加之軟件測試不充分，從而造成軟件質(zhì)量低下，運(yùn)行中出現(xiàn)大量問題。在1985年到1987年之間，至少有2個(gè)病人是死于Therac-25醫(yī)療線性加速器的過量輻射，其原因是控制軟件中的一個(gè)故障。1965年至1970年，美國范登堡基地發(fā)射火箭多次失敗，絕大部分出于控制系統(tǒng)的故障，一個(gè)小小的疏漏往往會(huì)造成上千萬美元的損失。由此可見，軟件錯(cuò)誤的后果是十分嚴(yán)重的，醫(yī)療軟件的錯(cuò)誤可能造成病人的生命危險(xiǎn)，銀行系統(tǒng)的錯(cuò)誤會(huì)使金融混亂，航管系統(tǒng)的錯(cuò)誤會(huì)造成飛機(jī)失事等等。

由于認(rèn)識到軟件的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)和傳統(tǒng)的工程規(guī)則有相同的基礎(chǔ)，于是北大西洋公約組織（NATO）于1967年首次提出了"軟件工程（SoftwareEngineering）"的概念。關(guān)于編制軟件與其他工程任務(wù)類似的提法，得到了1968年在德國召開的NATO軟件工程會(huì)議的認(rèn)可。委員會(huì)的結(jié)論是，軟件工程應(yīng)使用已有的工程規(guī)則的理論和模式，來解決所謂的"軟件危機(jī)"。

軟件危機(jī)至今仍然困繞著我們，這表明軟件生產(chǎn)過程在許多方面和傳統(tǒng)的工程相似，但卻具有獨(dú)特的屬性和問題。

例1.Inthelate1960s,abright-eyedyoungengineer*waschosento“write”acomputerprogramforanautomatedmanufacturingapplication.Thereasonforhisselectionwassimple.Hewastheonlypersoninhistechnicalgroupwhohadattendedacomputerprogrammingseminar.Heknewthein’sandout’sofassemblerlanguageandFortran,butnothingaboutsoftwareengineeringandevenlessaboutprojectschedulingandtracking.問題出在什么地方呢？Hisbossgavehimtheappropriatemanualsandaverbaldescriptionofwhathadtobedone.Hewasinformedthattheprojectmustbecompletedintwomonths.Hereadthemanuals,consideredhisapproach,andbeganwritingcode.Aftertwoweeks,thebosscalledhimintohisofficeandaskedhowthingsweregoing.“Reallygreat,”saidtheyoungengineerwithyouthfulenthusiasm,“ThiswasmuchsimplerthanIthought.I’m

probablycloseto75percentfinished.”Thebosssmiled.“That’sreallyterrific,”hesaid.Hethentoldtheyoungengineertokeepupthegoodworkandplantomeetagaininaweek’stime.Aweeklaterthebosscalledtheengineerintohisofficeandasked,“Wherearewe?”“Everything’sgoingwell,”saidtheyoungster,“butI’verunintoafewsmallsnags.I’llgetthemironedoutandbebackontracksoon.”“Howdoesthedeadlinelook?”thebossasked.“Noproblem,”saidtheengineer.“I’mcloseto90percentcomplete.”Ifyou’vebeenworkinginthesoftwareworldformorethanafewyears,youcanfinishthestory.It’llcomeasnosurprisethattheyoungengineerstayed90percentcompletefortheentireprojectdurationandonlyfinished(withthehelpofothers)onemonthlate.解決問題的方法是什么？

Bettermanagement

Differentteamorganizations

Betterlanguages&tools

Uniformcodingconventions問題3：什么是軟件工程？“軟件工程”(SoftwareEngineering)NATOConference,Garmisch,Germany,1968.軟件工程－應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)及管理科學(xué)等原理，開發(fā)軟件的工程。它借鑒傳統(tǒng)工程的原則、方法，以提高質(zhì)量，降低成本為目的。其中，計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)用于構(gòu)造模型與算法，工程科學(xué)用于制定規(guī)范、設(shè)計(jì)范型、評估成本及確定權(quán)衡，管理科學(xué)用于用于計(jì)劃、資源、質(zhì)量、成本等管理。軟件工程是一門交叉性學(xué)科。問題4：軟件工程的目的是什么？倡導(dǎo)以工程的原理、原則和方法進(jìn)行軟件開發(fā)，以解決當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的軟件危機(jī)。問題5：軟件工程框架及其內(nèi)容是什么？

軟件工程框架由目標(biāo)、活動(dòng)和原則組成。軟件工程的目標(biāo)為，生產(chǎn)具有正確性、可用性以及開銷合宜的產(chǎn)品。軟件工程活動(dòng)定義為，生產(chǎn)一個(gè)最終滿足需求且達(dá)到工程目標(biāo)的軟件產(chǎn)品所需要的步驟，主要包括需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、確認(rèn)以及支持等活動(dòng)。特別說明一下軟件工程的基本活動(dòng)1)、需求定義問題，即建立系統(tǒng)模型主要任務(wù)包括：

1〕需求獲?。枨蠖x系統(tǒng)功能的一個(gè)正確的陳述2〕需求規(guī)約―－系統(tǒng)需求規(guī)格說明主要成分：系統(tǒng)模型系統(tǒng)功能的一個(gè)精確、系統(tǒng)的描述3〕需求驗(yàn)證

2)、設(shè)計(jì)在需求分析的基礎(chǔ)上，給出系統(tǒng)的軟件解決方案。1〕總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)C/S結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)庫為中心的結(jié)構(gòu)管道結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)……2〕詳細(xì)設(shè)計(jì)針對總體設(shè)計(jì)結(jié)果，給出每一構(gòu)件的詳細(xì)描述3）、實(shí)現(xiàn)選擇可用的構(gòu)件；或以一種選定的語言，對每一構(gòu)件進(jìn)行編碼4）、確認(rèn)貫穿軟件開發(fā)的整個(gè)過程主要任務(wù)是：軟件測試

5）、支持完善性維護(hù)糾錯(cuò)性維護(hù)問題6：軟件工程的原則是什么？軟件工程原則為：選取適宜的開發(fā)模型，采用合適的設(shè)計(jì)方法，提供高質(zhì)量的工程支持，重視開發(fā)過程的管理。問題7：軟件工程研究的主要內(nèi)容是什么？軟件開發(fā)模型、軟件開發(fā)方法、軟件過程、軟件工具、軟件開發(fā)環(huán)境、計(jì)算機(jī)輔助軟件工程（CASE）、軟件經(jīng)濟(jì)學(xué)等。問題8：什么是軟件開發(fā)方法學(xué)？是一種已定義好的技術(shù)集和符號表示習(xí)慣，來組織軟件開發(fā)的過程，一般表示為一系列步驟，包括結(jié)構(gòu)化方法、面向?qū)ο蠓椒āackson方法等等。全球的軟件業(yè)全球的軟件業(yè)按開發(fā)模式和主要地區(qū)（軟件業(yè)由于產(chǎn)業(yè)群落影響和優(yōu)惠政策吸引，極為集中）可分為：技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)、產(chǎn)業(yè)支撐型——美國，軟件本地化型——愛爾蘭，外包服務(wù)型——印度，嵌入式開發(fā)型——日本、西歐。美國在系統(tǒng)軟件、服務(wù)支撐軟件、開發(fā)工具等核心領(lǐng)域占據(jù)了80%以上的市場，引領(lǐng)著軟件業(yè)的方向。愛爾蘭則把自己當(dāng)作美國軟件的歐化基地，為歐洲提高20多個(gè)歐化版本。日本的嵌入式開發(fā)則是應(yīng)其消費(fèi)類產(chǎn)品的數(shù)字化、娛樂化趨勢和通訊設(shè)備生產(chǎn)而生。西歐以瑞典、芬蘭、德國為代表在生產(chǎn)設(shè)備、高精儀器、通訊和搏彩游戲機(jī)等應(yīng)用上進(jìn)行嵌入式開發(fā)（那種更新了軟件系統(tǒng)，就又當(dāng)新設(shè)備賣過來的生產(chǎn)設(shè)備、高精儀器多從此出）

我國軟件業(yè)的現(xiàn)狀我國軟件業(yè)的規(guī)模目前，我國從事軟件開發(fā)、研制、銷售、維護(hù)和服務(wù)的軟件企業(yè)有2000家左右，加上兼營的企業(yè)，總數(shù)大約有10000多家，其中具有自主軟件研發(fā)能力的軟件企業(yè)約5700家，已經(jīng)通過雙軟認(rèn)定的有2300余家，從事軟件銷售、維護(hù)和服務(wù)的企業(yè)5000多家。在這里面，營業(yè)規(guī)模超過一億元的軟件企業(yè)達(dá)到100家以上，超過5億元的達(dá)到18家，超過10億元的達(dá)到12家。2001年，世界軟件產(chǎn)品市場銷售額超過1865億美元，我國當(dāng)年的銷售額為285億元人民幣，只占世界市場不到2％的份額。國內(nèi)軟件市場有限的份額中大部分為國外軟件廠商所瓜分，國內(nèi)所開發(fā)的軟件產(chǎn)品僅占小部分。2001年我國軟件銷售總額96．3億美元，軟件企業(yè)約5000家，從業(yè)人員29萬。2001年印度軟件銷售總額102．3億美元，軟件企業(yè)約6000家，從業(yè)人員40萬。2001年我國軟件的出口額僅為7.2億美元，2000年與1999年分別為4億美元及2.5億美元。印度在軟件出口方面，則一直保持高速的增長。1990年印度軟件出口只有5000萬美元，1999年就達(dá)到了39億美元，2000年達(dá)到了62億美元，而2001年印度軟件出口額為77．8億美元，已經(jīng)占到了印度全部出口總額的10.5％。我國軟件業(yè)的現(xiàn)狀我國軟件業(yè)的規(guī)模當(dāng)前，我國軟件產(chǎn)業(yè)以中小型企業(yè)為主，2007年規(guī)模最大的前10家軟件企業(yè)收入不足100億美元，相比微軟、甲骨文、SAP等跨國公司，仍存在較大的差距。軟件業(yè)整體將繼續(xù)保持高速增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年至2007年間，中國軟件產(chǎn)業(yè)以年均逾30％的速度增長。2007年，中國軟件產(chǎn)業(yè)的銷售收入達(dá)到5800億元，產(chǎn)業(yè)規(guī)模在全球軟件產(chǎn)業(yè)中的份額已由2000年的1．2％提升至8．7％。如果按照這樣的發(fā)展速度，到2010年就會(huì)超過萬億元。我國軟件業(yè)的現(xiàn)狀我國軟件業(yè)的規(guī)模我國軟件業(yè)仍維持高速增長。數(shù)據(jù)顯示，2008年上半年，軟件業(yè)實(shí)現(xiàn)主營業(yè)務(wù)收入3456．7億元，同比增長30．4％。軟件出口及服務(wù)外包發(fā)展較好，完成出口額49．5億美元，同比增長45％；完成軟件服務(wù)外包4．5億美元，同比增長68．3％；增速與1－5月基本持平。2009年1-8月，在國際金融危機(jī)繼續(xù)蔓延深化的影響下，我國軟件產(chǎn)業(yè)的收入增速持續(xù)回落，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整。1-8月，軟件產(chǎn)業(yè)累計(jì)完成軟件業(yè)務(wù)收入5891億元，同比增長21%，增速比1-7月和一季度分別回落1.1和2.9個(gè)百分點(diǎn)。8月當(dāng)月完成軟件業(yè)務(wù)收入751.9億元，同比增長13.2%，增速比7月份下降6.8個(gè)百分點(diǎn)，比去年同期低19.2個(gè)百分點(diǎn)。此外，軟件技術(shù)服務(wù)增長突出，IC設(shè)計(jì)增速持續(xù)低位。1-8月，共完成軟件產(chǎn)品收入2075.8億元，同比增長20.9%。軟件技術(shù)服務(wù)收入1245.1億元，同比增長29.1%。出口和外包服務(wù)增長快于全行業(yè)，但增速放緩。1-8月，我國軟件出口109億美元，同比增長41%，增幅比去年同期低12.3個(gè)百分點(diǎn)。

我國軟件業(yè)發(fā)展不理想的原因除了政策和盜版外，最大的問題是我國絕大多數(shù)軟件企業(yè)對其軟件開發(fā)工作過程缺乏有效的管理和控制。多數(shù)軟件企業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)基本上處于“技術(shù)少標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)缺規(guī)范、生產(chǎn)無檢驗(yàn)、質(zhì)量無保證”的狀態(tài)。在這方面印度軟件業(yè)的發(fā)展能夠給我們以啟發(fā)。印度軟件業(yè)能夠這么迅速地發(fā)展起來，除了有政府支持、英語程度、人才儲(chǔ)備等原因外，最重要的是從標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品流程入手，重視管理。印度的軟件開發(fā)管理的特點(diǎn)是流程重于項(xiàng)目，流程管理人員獨(dú)立于研發(fā)部門，專門檢查研發(fā)部門的開發(fā)流程是不是按照既定流程走，如果流程不對，項(xiàng)目肯定就此停止。另外，所謂的項(xiàng)目經(jīng)理一般都是從編碼人員升上來的，至少有四年以上的經(jīng)驗(yàn)，而公司所有的東西（包括草稿）都有文檔，其詳細(xì)文檔要求達(dá)到只有這個(gè)文檔就可以編碼的程度。于是，印度軟件公司開發(fā)出來的軟件整個(gè)體系架構(gòu)非常清晰，而且相當(dāng)穩(wěn)定。由于印度企業(yè)不是靠一兩個(gè)軟件英雄搞研發(fā)，而是靠一大批軟件技術(shù)人員的分工協(xié)作，所以，他們必須注重標(biāo)準(zhǔn)化，注重開發(fā)的流程管理，以與國際接口。目前印度軟件公司中有170家公司獲得ISO9000質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)