【正文】 軟件工程概述 數(shù)據(jù)庫與軟件工程第二部分 1 2 ?軟件工程綜述 ?軟件生存周期 ?軟件質(zhì)量與質(zhì)量保證 ?軟件工程管理 ?軟件開發(fā)環(huán)境 3 ?軟件發(fā)展的三個(gè)階段 ?軟件工程相關(guān)概念 ?軟件工程目標(biāo) ?軟件工程三要素 什么是計(jì)算機(jī)軟件？ ? 計(jì)算機(jī)軟件指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的 程序及其文檔 ?程序是計(jì)算任務(wù)的處理對象和處理規(guī)則的描述 ? 計(jì)算任務(wù)：任何以計(jì)算機(jī)為處理工具的任務(wù) ? 處理對象：數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)、文字、圖形、圖像、聲音等，它們只是表示，而無含義）或信息（數(shù)據(jù)及有關(guān)的含義） ? 處理規(guī)則一般指處理的動作和步驟。程序必須裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)才能工作 ?文檔是為了便于了解程序所需的 闡明性 資料，文檔一般是給人看的，不一定裝入計(jì)算機(jī) 4 5 軟件的特點(diǎn)： ?抽象性 — 不是實(shí)物。 ?嚴(yán)密性 — 是邏輯產(chǎn)品。 ?智力性 — 思維過程。 ?持久性 — 無時(shí)間損壞。 ?一次性 — 創(chuàng)造性的產(chǎn)物。 ?難以度量 — 難定量測量。 ?易出錯(cuò) — 信息轉(zhuǎn)移造成。 ?必須維護(hù) — 糾錯(cuò)和變更。 6 軟件發(fā)展的三個(gè)階段 ?程序設(shè)計(jì)時(shí)代（ 5060年代） 軟件指程序，軟件開發(fā)關(guān)注程序編寫，用匯編及機(jī)器語言 ?程序系統(tǒng)時(shí)代（ 6070年代） 軟件指程序及說明書，軟件開發(fā)包括程序設(shè)計(jì)和測試，用高級語言 ?軟件工程時(shí)代（ 70年代以后） 軟件開發(fā)包括軟件生命期，用軟件語言（包括需求定義語言、軟件功能語言、軟件設(shè)計(jì)語言、程序設(shè)計(jì)語言等） 7 軟件工程相關(guān)概念 ? 軟件危機(jī) : 在軟件開發(fā)過程中遇到的問題找不到解決的辦法，致使問題積累起來形成了日益尖銳的矛盾。 危機(jī)實(shí)例（ 1）： 1963年美國飛往火星的火箭探測器爆炸，造成 1000萬美元 (數(shù)億美元 )的損失。原因是用于控制火星探測器的計(jì)算機(jī)軟件 FORTRAN程序： DO 5 I=1， 3 誤寫 為： DO 5 I= 危機(jī)實(shí)例（ 2）： 1967年蘇聯(lián) “ 聯(lián)盟一號 ” 載人宇宙飛船在返航時(shí)，由于軟件忽略一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，在進(jìn)入大氣層時(shí)因打不開降落傘而燒毀。 宇航員：弗拉迪米爾 科馬洛夫 8 軟件工程相關(guān)概念 ? 軟件危機(jī) : 危機(jī)實(shí)例（ 3）： 人員傷亡：由于計(jì)算機(jī)軟件被廣泛應(yīng)用于包括醫(yī)院等與生命息息相關(guān)的行業(yè)。這也使得軟件的錯(cuò)誤導(dǎo)致人員傷亡成為了可能。 Therac25的意外： (在軟件工程界被大量引用的案例 ) 在 1985年 六月到 1987年 一月之間 , 六個(gè)已知的醫(yī)療事故來自于Therac25錯(cuò)誤地超過劑量 , 導(dǎo)致患者死亡或嚴(yán)重輻射灼傷 9 軟件工程相關(guān)概念 ? 軟件危機(jī) : 危機(jī)實(shí)例（ 4）： IBM公司 19631966年開發(fā) IBM360操作系統(tǒng)，項(xiàng)目花了 5000人 年的工作量，最多時(shí)有 1000人投入開發(fā)工作，寫出 100萬行源程序，但發(fā)行的每一新版本都是上一版 1000個(gè)錯(cuò)誤的修正。 事后負(fù)責(zé)人 ：“ …… 正象一只逃亡的野獸落到泥潭中做垂死的掙扎，越是掙扎，陷的越深。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， …… 誰也沒料到問題竟會陷入這樣的困境 ……” 10 軟件危機(jī)的表現(xiàn) ? 對軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常很不正確 ? 用戶對“已完成的”軟件系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生 ? 軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不住 ? 軟件常常是不可維護(hù)的 ? 軟件通常沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料 ? 軟件成本在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升 ? 軟件開發(fā)生產(chǎn)率提高的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上計(jì)算機(jī)應(yīng)用迅速普及深入的趨勢 11 軟件危機(jī)的原因 ? 軟件是邏輯產(chǎn)品，開發(fā)進(jìn)度、成本難以估計(jì) ? 缺乏或不完整、不一致的文檔給維護(hù)帶來困難 ? 用戶對軟件需求的描述往往不夠精確，有遺漏，有二義 ? 軟件開發(fā)人員對需求的理解與用戶的本來愿望有差異 ? 大型軟件項(xiàng)目需多人協(xié)同完成，缺乏管理經(jīng)驗(yàn) ? 開發(fā)人員不能有效地、獨(dú)立自主地處理大型軟件的全部關(guān)系 ? 缺乏有力的方法學(xué)和工具的支持 ? 軟件項(xiàng)目的特殊性和人類智力的局限性 12 克服軟件危機(jī)的途徑 ? 消除 錯(cuò)誤的概念和做法 ? 推廣 使用成功的開發(fā)技術(shù)和方法 ? 使用 軟件工具和軟件工程支持環(huán)境 ? 加強(qiáng)軟件 管理 擺脫軟件危機(jī)的出路： 軟件開發(fā)的 工程化 和 標(biāo)準(zhǔn)化 13 軟件工程相關(guān)概念 ? 軟件工程 : 軟件工程是用科學(xué)知識和技術(shù)原理來定義、開發(fā)、維護(hù)軟件的一門綜合性的交叉學(xué)科，軟件工程是開發(fā)與維護(hù)軟件的規(guī)范化系統(tǒng)方法。 它綜合應(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。 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。 14 軟件工程的 目標(biāo) ? 能按時(shí)完成開發(fā)任務(wù) ， 及時(shí)交付使用； ? 付出較低的開發(fā)成本 ， 達(dá)到要求的軟件功能； ? 取得較好的軟件性能； ? 開發(fā)的軟件易于移植； ? 需要較低的維護(hù)費(fèi)用； ? 開發(fā)的軟件可靠性高 。 15 軟件工程三要素 ? 軟件工程方法 ? 軟件工具 ? 軟件工程過程 為軟件開發(fā)提供“如何做”的技術(shù)。如怎樣定項(xiàng)目計(jì)劃、怎樣實(shí)施需求分析、如何測試等。 為軟件工程方法提供自動或半自動軟件支撐環(huán)境。如軟件開發(fā)工具、測試工具等。軟件開發(fā)的不同階段可使用不同的工具。 將軟件工程劃分為若干階段，分配方法和工具，定義每個(gè)階段的先后順序和完成標(biāo)志。 16 軟件生存周期 ? 生存周期概念 ? 生存周期各階段 ? 生存周期模型 17 軟件生存周期 軟件生存周期 （ software life cycle） 又稱為軟件生命期 。是指從形成開發(fā)軟件概念起 ， 所開發(fā)的軟件使用以后 ， 直到失去使用價(jià)值消亡為止的整個(gè)過程 。 一般來說 ， 整個(gè)生存周期包括 計(jì)劃 、 開發(fā) 、 運(yùn)行 三個(gè)時(shí)期 ， 每一個(gè)時(shí)期又劃分為若干階段 。 每個(gè)階段有明確的任務(wù) ， 這樣使規(guī)模大 、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜和管理復(fù)雜的軟件開發(fā)變得容易控制和管理 。 ? 軟件生存周期概念 18 軟件生命周期 ? 軟件生命期各階段 1. 軟件計(jì)劃與可行性研究 2. 軟件系統(tǒng)需求分析 3. 軟件設(shè)計(jì) 4. 軟件編碼 5. 軟件測試與調(diào)試 6. 軟件運(yùn)行與維護(hù) 軟件生命期一般包括以下各階段： 19 軟件 建筑 計(jì)劃與可行性研究 系統(tǒng)需求分析 軟件設(shè)計(jì) 軟件編碼 軟件測試與調(diào)試 軟件運(yùn)行與維護(hù) 20 一、 軟件計(jì)劃與可行性研究 ? 目的 確定軟件項(xiàng)目是否能夠開發(fā)？是否值得去開發(fā)？ 輸出：可行性研究報(bào)告 成本 — 效益分析 項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃 21 一、軟件計(jì)劃與可行性研究 初步確定項(xiàng)目的規(guī)模和目標(biāo) ， 確定項(xiàng)目的約束和限制 。 分析員進(jìn)行簡要的需求分析 ， 抽象出邏輯結(jié)構(gòu) ， 建立邏輯模型 。 從邏輯模型出發(fā) ， 經(jīng)過壓縮的設(shè)計(jì) ， 找出幾種可供選擇的解決辦法 。 ? 過程 22 一、軟件計(jì)劃與可行性研究 對每種解決方法 ， 可從以下三個(gè)方面分析研究每種解決方法的可行性 。 1． 技術(shù)可行性 2． 經(jīng)濟(jì)可行性 3． 社會可行性 ? 內(nèi)容 23 軟件可行性研究 1． 技術(shù)可行性 對要開發(fā)項(xiàng)目的功能 、 性能 、 限制條件進(jìn)行分析 ， 確定在現(xiàn)有的資源條件下 ， 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)有多大 ， 項(xiàng)目是否能實(shí)現(xiàn) 。 資源：已有的或可以獲得的硬件 、 軟件資源 現(xiàn)有技術(shù)人員的技術(shù)水平 已有的工作基礎(chǔ) 。 技術(shù)可行性分析通常包括風(fēng)險(xiǎn)分析 、 資源分析和技術(shù)分析 ? 三個(gè)方面的可行性 24 ? 風(fēng)險(xiǎn)分析 ：分析在給定的約束條件下設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。 ?采用不成熟的技術(shù)可能造成技術(shù)風(fēng)險(xiǎn) ?人員流動可能給項(xiàng)目帶來風(fēng)險(xiǎn) ?成本和人員估算不合理造成的預(yù)算風(fēng)險(xiǎn) 風(fēng)險(xiǎn)分析的目的是找出風(fēng)險(xiǎn)，評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的大小，并有效地控制和緩解風(fēng)險(xiǎn)。 25 ? 資源分析 ：論證是否具備系統(tǒng)開發(fā)所需的各類人員、軟件、硬件等資源和相應(yīng)的工作環(huán)境。 例如，有一支開發(fā)過類似項(xiàng)目的開發(fā)和管理的團(tuán)隊(duì)，或者開發(fā)人員比較熟悉系統(tǒng)所處的領(lǐng)域，并有足夠的人員保證，所需的硬件和支撐軟件能通過合法的手段獲取，那么從技術(shù)角度看，可以認(rèn)為具備設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的條件。 26 ? 技術(shù)分析 ：分析當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)是否支持系統(tǒng)開發(fā)的各項(xiàng)活動。 在技術(shù)分析過程中，分析員 收集系統(tǒng)的性能、可靠性、可維護(hù)性和生產(chǎn)率方面的信息， 分析實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、性能所需的技術(shù)、方法、算法或過程 ，從技術(shù)角度分析可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，以及這些技術(shù)問題對成本的影響。 技術(shù)可行性分析時(shí)通常需進(jìn)行系統(tǒng)建模，必要時(shí)可建造原型和進(jìn)行系統(tǒng)模擬 27 軟件可行性研究 2． 經(jīng)濟(jì)可行性 進(jìn)行開發(fā)成本的估算以及了解取得效益的評估 ， 確定要開發(fā)的項(xiàng)目是否值得投資開發(fā) ？ 經(jīng)濟(jì)可行性 :成本 — 效益分析 公司經(jīng)營長期策略 開發(fā)所需的成本和資源 潛在的市場前景 ? 三個(gè)方面的可行性 28 基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)的 成本 主要包括： ?購置硬件、軟件（如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、第三方開發(fā)的構(gòu)件等）和設(shè)備（如傳感器等）的費(fèi)用 ?系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用 ?系統(tǒng)安裝、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用 ?人員培訓(xùn)費(fèi)用 29 效益 ?經(jīng)濟(jì)效益 ?使用基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)后可增加的收入和可節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用（如操作人員數(shù)、工作時(shí)間、消耗的物資等）。 ?社會效益 ?使用基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)后對社會產(chǎn)生的影響（如提高了辦事效益，使用戶滿意等），通常社會效益只能定性地估計(jì)。 ?在進(jìn)行成本效益分析時(shí)通常只統(tǒng)計(jì)五年內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)濟(jì)效益通?？捎秘泿诺臅r(shí)間價(jià)值、投資回收期和純收入來度量。 30 ?貨幣的時(shí)間價(jià)值 (以利率計(jì)算的機(jī)會成本 ) 設(shè)：當(dāng)前金額為 P，年利率為 i， n年后的金額為 F，則 計(jì)算時(shí)，累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益應(yīng)折合成當(dāng)前金額 例如，一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)使用后，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為 10萬，如果年利率為 5%，那么，五年內(nèi)該系統(tǒng)的累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益是 43． 2948萬，而不是50萬。 niFP )1/( ?? niPF )1( ??31 ? 投資回收期 ： 累計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益正好等于投資數(shù)（成本）所需的時(shí)間 ? 純收入 ：累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益 – 投資數(shù) ? 當(dāng)純收入大于零時(shí)，該工程值得投資開發(fā) ? 當(dāng)純收入小于零時(shí)，該工程不值得投資（除非它有明顯的社會效益） ? 當(dāng)純收入等于零時(shí)，通常也不值得投資 顯然，純收入越大越好 32 軟件可行性研究 3． 社會可行性 要開發(fā)的項(xiàng)目是否存在任何侵犯 、 妨礙等責(zé)任問題 ? 要開發(fā)項(xiàng)目的運(yùn)行方式在用戶組織內(nèi)是否行得通 ? 現(xiàn)有管理制度 、 人員素質(zhì) 、 操作方式是否可行 ? ? 三個(gè)方面的可行性 33 中華人民共和國著作權(quán)法 計(jì)算機(jī)軟件保護(hù)條例 保密法 等 34 可行性分析的結(jié)論 ? 可以立即開始進(jìn)行 ? 需要推遲到某些條件 （ 例如資金 、 人力 、 設(shè)備等 ）落實(shí)之后才能開始進(jìn)行 ? 需要對開發(fā)目標(biāo)進(jìn)行某些修改之后才能開始進(jìn)行 ? 因?yàn)槟撤N原因 （ 如 ， 技術(shù)不成熟 、 經(jīng)濟(jì)上不合算等） 不能進(jìn)行 35 軟件可行性研究 1． 復(fù)查項(xiàng)目規(guī)模和目標(biāo) 2． 研究正在使用的系統(tǒng) 3． 得到新系統(tǒng)的概括的邏輯模型 4． 導(dǎo)出和評價(jià)各種方案 5． 推薦可行的方案 6． 編寫可行性研究報(bào)告 ? 可行性研究的具體步驟 36 軟件可行性研究 ? 可行性研究報(bào)告內(nèi)容 1． 引言 。 2． 可行性研究前提 。 3． 對現(xiàn)有系統(tǒng)的分析 。 4． 所建議系統(tǒng)的技術(shù)可行性分析 。 5． 所建議系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性分析 。 6． 社會因素的可行性分析 。 7． 其他可供選擇方案 。 8． 結(jié)論意見 。 37 二、 軟件系統(tǒng)需求分析 1. 需求分析概念 2. 需求分析的基本任務(wù) 3. 結(jié)構(gòu)化分析方法 BDS 38 數(shù)據(jù)庫建設(shè)的基本規(guī)律 三分 技術(shù)， 七分 管理， 十二分 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 管理 ?數(shù)據(jù)庫建設(shè)項(xiàng)目管理 ?企業(yè)（即應(yīng)用部門）