【文章內(nèi)容簡介】 通信，極大地提高了計算機系統(tǒng)的功能。廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、高帶寬數(shù)字通信以及對“即時”數(shù)據(jù)訪問需求的增加都對軟件開發(fā)者提出了更高的要求。4. 第四階段計算機系統(tǒng)發(fā)展的第四個階段已經(jīng)不再著重于單臺計算機和計算機程序，而是面向計算機和軟件的綜合影響。由復(fù)雜的操作系統(tǒng)控制的強大的桌面機、廣域網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)絡(luò)，配以先進的軟件應(yīng)用已成為標(biāo)準(zhǔn)。計算機體系結(jié)構(gòu)迅速地從機中的主機環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榉植嫉目蛻魴C/服務(wù)器環(huán)境。世界范圍的信息網(wǎng)提供了一個基本結(jié)構(gòu)，信息高速公路和網(wǎng)際空間連通已成為令人關(guān)注的熱點問題。事實上，Inter 可以看作是能夠被單個用戶訪問的軟件。計算機發(fā)展正朝著社會信息化和軟件產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，從技術(shù)的軟件工程階段過渡到社會信息化的計算機系統(tǒng)。隨著第四階段的進展，一些新技術(shù)開始涌現(xiàn)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)將在許多領(lǐng)域中迅速取代傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法。表 給出了四個階段典型技術(shù)的比較。表 11 四個階段典型技術(shù)階段 第一階段 第二階段 第三階段 第四階段面向批處理 多用戶 分布式系統(tǒng) 強大的桌面系統(tǒng)有限的分布 實時 嵌入“智能” 面向?qū)ο蠹夹g(shù)自定義軟件 數(shù)據(jù)庫 低成本硬件 專家系統(tǒng)軟件產(chǎn)品 消費者的影響 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行計算典型技術(shù)網(wǎng)絡(luò)計算機 軟件定義計算機系統(tǒng)通過運行程序來實現(xiàn)各種不同的應(yīng)用。通常把各種不同功能的程序，包括用戶為自己的特定目的編寫的程序、檢查和診斷機器系統(tǒng)的程序、支持用戶應(yīng)用程序運行的系統(tǒng)程序、管理和控制機器系統(tǒng)資源的程序等稱為軟件。它是計算機系統(tǒng)中與硬件互相依存的另一部分，與硬件合為一體完成系統(tǒng)功能。軟件定義如下：（1） 在運行中能提供所希望的功能和性能的指令集（即程序） ；（2） 使程序能夠正確運行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（3） 描述程序研制過程及方法所用的文檔。隨著計算機應(yīng)用的日益普及，軟件變得越來越復(fù)雜，規(guī)模也越來越大，這就使得人與人、人與機器間互相溝通，保證軟件開發(fā)與維護工作的順利進行顯得特別重要。因此，文檔（即各種報告、說明、手冊的總稱）是不可缺少的。特別是在軟件日益成為產(chǎn)品的今天，文檔的作用就更加重要。 軟件的特點軟件在整個計算機系統(tǒng)中是一個邏輯部件，而硬件是一個物理部件。因此，軟件相對硬件而言有許多特點。為了能全面、正確地理解計算機軟件及軟件工程的重要性，必須了3解軟件的特點。軟件的特點可歸納如下：（1） 軟件是一種邏輯實體，而不是具體的物理實體，因為它具有抽象性。這個特點使它與計算機硬件或其他工程對象有著明顯的差別。人們可以把它記錄在介質(zhì)上，但卻無法看到軟件的形態(tài)，而必須通過測試、分析、思考、判斷去了解它的功能、性能及其它特性。（2） 軟件是通過人們的智力活動，把知識與技術(shù)轉(zhuǎn)化成信息的一種產(chǎn)品，是在研制、開發(fā)中被創(chuàng)造出來的。一旦某一軟件項目研制成功，以后就可以大量地復(fù)制同一內(nèi)容的副本。即其研制成本遠遠大于其生產(chǎn)成本。軟件故障往往是在開發(fā)時產(chǎn)生而在測試時沒有被發(fā)現(xiàn)的問題。所以要保證軟件的質(zhì)量，必須著重于軟件開發(fā)過程，加強管理。（3） 在軟件的運行和使用期間，沒有硬件那樣的機械磨損和老化問題。軟件維護比硬件維護要復(fù)雜得多，與硬件的維修有著本質(zhì)的差別，參閱圖 、圖 、圖 、圖 所示的是硬件的故障率隨時間變化的曲線；圖 所示的是在理想狀況下軟件故障率隨時間變化的曲線；圖 所示的是軟件的實際故障率曲線；圖 所示的是在理想情況下軟件故障率隨時間變化的曲線；圖 所示的是軟件的實際故障率曲線。 時 間故障率 生 命初 期 磨 損 后圖 11 硬件的故障率隊時間變化的曲線時 間故障率 持 續(xù) 在 同 一 比率 上 直 到 退 化圖 12 理想情況下的軟件故障率隨時間變化的曲線4時 間故障率 理 想 曲 線 實 際 曲 線由 于 副 作 用 造 成的 故 障 率 的 提 高修改圖 13 軟件的實際故障率（4） 軟件的開發(fā)和運行經(jīng)常受到計算機系統(tǒng)的限制，對計算機系統(tǒng)有著不同程度的依賴關(guān)系。在軟件的開發(fā)和運行中必須以硬件提供的條件為基礎(chǔ)。為了解除這種依賴，在軟件開發(fā)中提出了軟件移植的問題，并且把軟件的可移植性作為衡量軟件質(zhì)量的因素之一。（5） 傳統(tǒng)的手工開發(fā)方式使軟件開發(fā)的效率受到很大的限制。因此，應(yīng)促進軟件技術(shù)開展，提出和采用新的開發(fā)方法。例如，近年來出現(xiàn)的充分利用現(xiàn)有軟件的復(fù)用技術(shù)、自動生成技術(shù)和其他一些有效的軟件開發(fā)工具或軟件開發(fā)環(huán)境，既方便了軟件開發(fā)的質(zhì)量控制，又提高了軟件的開發(fā)效率。（6） 軟件的開發(fā)費用越來越高，成本相當(dāng)昂貴。軟件的研制工作需要投入大量的、復(fù)雜的、高強度的腦力勞動需要較高的成本。（7） 軟件的開發(fā)是一個復(fù)雜的過程，例如，銀行管理系統(tǒng)涉及到安全等問題，因而管理是軟件開發(fā)過程中必不可少的內(nèi)容。 軟件的分類在工作和學(xué)習(xí)中，經(jīng)常接觸到各式各樣的軟件。這些數(shù)量眾多的軟件究竟分為哪些類型，這就要考慮對計算機軟件進行分類的依據(jù)。但事實上，由于人們與軟件的關(guān)系各不相同且所關(guān)心軟件的側(cè)重點也不相同，所以難以給出計算機軟件的一個科學(xué)的、統(tǒng)一的嚴(yán)格分類標(biāo)準(zhǔn)。但對軟件的類型進行必要的劃分隊與根據(jù)不同類型的工程對象采用不同的開發(fā)和維護方法是很有價值的，因此有必要從不同角度討論對計算機軟件分類。1. 基于軟件的功能劃分（1） 系統(tǒng)軟件：與計算機硬件緊密配合，使計算機各個部分與相關(guān)軟件及數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，高效工作的軟件，例如，操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。系統(tǒng)軟件在工作時頻繁地與硬件交往，以便為用戶服務(wù)，共享系統(tǒng)資源，在這中間伴隨著復(fù)雜的進程管理和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理。系統(tǒng)軟件是計算機系統(tǒng)必不可少的一種重要組成部分。（2） 支撐軟件：協(xié)調(diào)用戶開發(fā)軟件的工具性軟件，包括幫助程序人員開發(fā)軟件產(chǎn)品的工具和幫助管理人員控制開發(fā)的進度的工具。可分為：① 一般類型：包括文本編輯程序、文件格式化程序、程序庫系統(tǒng)等。② 支持需求分析：包括 PSL/PSA 問題描述語言、問題描述分析器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、5一致性檢查程序等。③ 支持設(shè)計：包括圖形軟件包、結(jié)構(gòu)化流程圖繪圖程序、設(shè)計分析程序、程序結(jié)構(gòu)圖編輯程序等。④ 支持實現(xiàn)：包括編譯程序、交叉編譯程序、預(yù)編譯程序、連接編譯程序等。⑤ 支持測試：包括靜態(tài)分析程序、符號執(zhí)行程序、模擬程序、測試覆蓋檢驗程序等。⑥ 支持管理：包括進度計劃評審方法、繪圖程序、標(biāo)準(zhǔn)檢驗程序和庫管理程序等。（3） 應(yīng)用軟件：在特定領(lǐng)域內(nèi)開發(fā)，為特定目的服務(wù)的一類軟件?，F(xiàn)在幾乎所有的國民經(jīng)濟領(lǐng)域都使用了計算機，為這些計算機應(yīng)用領(lǐng)域服務(wù)的應(yīng)用軟件種類繁多。其中商業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件時所占比例最大的一類，工程與科學(xué)計算軟件大多屬于數(shù)值計算問題。應(yīng)用軟件還包括計算機輔助設(shè)計/ 制造（CAD/CAM ） 、系統(tǒng)仿真、智能產(chǎn)品嵌入軟件（如汽車油耗控制、儀表盤數(shù)字顯示、剎車系統(tǒng)） ，以及人工智能軟件：（如專家系統(tǒng)、模式識別）等。此外，在事物管理、辦公自動化，中文信息處理、計算機輔助教學(xué)（CAI）等方面的軟件業(yè)迅速得到發(fā)展，產(chǎn)生了驚人的生產(chǎn)效率和巨大的經(jīng)濟效益。2. 基于軟件的工作方式劃分（1）實時處理軟件：在事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，立即處理，并及時反饋信號，控制需要監(jiān)測和控制的過程的軟件。主要包括數(shù)據(jù)采集、分析、輸出三部分，其處理事件應(yīng)嚴(yán)格限定，如果在任何時間超出了這一限制，都將造成事故。（2）分時軟件：允許多個聯(lián)機用戶同時使用計算機，系統(tǒng)把處理機時間輪流分配給各聯(lián)機用戶，使各用戶都感到只是自己在使用計算機的軟件。（3）交互式軟件：能實現(xiàn)人及通信的軟件。這類軟件接受用戶給出的信息，但在實踐上沒有嚴(yán)格的限定，這種工作方式給與用戶更大的靈活性。（4）批處理軟件：把一組輸入作業(yè)或一批數(shù)據(jù)以成批處理的方式一次運行，按順序逐個處理的軟件。3. 基于軟件規(guī)模的劃分根據(jù)開發(fā)軟件所需的人力、時間以及完成的源程序行數(shù)，可劃分為下述六種不同規(guī)模的軟件。（1）微型軟件：一個人在幾天之內(nèi)完成的、程序不超過 500 行語句且僅供個人專用的軟件。通常這類軟件沒有必要作嚴(yán)格的分析，也不必要有完整的設(shè)計和測試資料。（2）小型軟件：一個人半年之內(nèi)完成的 2022 行以內(nèi)的程序。這種程序通常沒有與其他程序的接口。但需要按一定的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、正規(guī)的資料書寫以及定期的系統(tǒng)審查，只是沒有大題目那樣嚴(yán)格。（3）中型軟件：5 個人以內(nèi)在一年多時間里完成的 5000 到 5 萬行的程序。中型軟件的實施過程中開始出現(xiàn)了軟件人員之間、軟件人員與用戶之間的聯(lián)系、協(xié)調(diào)的配合關(guān)系問題。因而計劃、資料書寫以及技術(shù)審查需要比較嚴(yán)格地進行。在開發(fā)中使用系統(tǒng)的軟件工程方法是完全必要的。這對提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量和程序人員的工作效率起著重要的作用。（4）大型軟件：5 至 10 個人在兩年多的時間里完成的 5 萬到 10 萬行的程序。參加工作的軟件人員需要按二級管理。在任務(wù)完成過程中，人員調(diào)整往往不可避免，因此會出閣的審查是絕對必要的。由于軟件的規(guī)模龐大以及問題復(fù)雜性，往往在開發(fā)的過程中出現(xiàn)一些實現(xiàn)難于做出估計的不測試事件。（5）甚大型軟件：100 至 1000 人參與，用 4 到 5 年時間完成的具有 100 萬行程序的軟件項目。這種甚大型項目可能會劃分為若干個子項目，每一個子項目都是一個大型軟件，各6子項目之間具有復(fù)雜的接口。例如，實時處理系統(tǒng)、遠程通信系統(tǒng)、多任務(wù)系統(tǒng)、大型操作系統(tǒng)、大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通常有這樣的規(guī)模。很顯然，如果這類問題沒有軟件工程方法的支持，它的開發(fā)工作是難以想象的。（6）極大型軟件：2022 人到 5000 人參加，10 年內(nèi)完成的 1000 萬行以內(nèi)的程序。這類軟件很少見，往往是軍事指揮、彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)等。 可以看出，規(guī)模大、時間長、很多人參加的軟件項目，其開發(fā)工作必須要有軟件工程的指示作指導(dǎo)。而規(guī)模小、時間短、參加人員少的軟件項目也應(yīng)有軟件工程概念，遵循一定的開發(fā)規(guī)范，其基本原則是一樣的。4. 基于軟件失效的影響進行劃分工作雜不同領(lǐng)域的軟件，為適應(yīng)其不同的需求，在運行中對可靠性也有不同的要求。如有的軟件在工作中出現(xiàn)了故障，造成軟件失效，但可能給軟件整個系統(tǒng)帶來的影響不大，雖然可能帶來一些不便，卻能勉強工作。但有的軟件一旦失效，可能釀成災(zāi)難性的后果，其嚴(yán)重損失難以挽回。如控制載人飛行物的軟件，如果不能正常工作，可能宜人的生命為代價。事實上，隨著計算機進入國民經(jīng)濟等各個重要領(lǐng)域，其軟件的可靠性越來越顯得重要。人們一般稱這類軟件為關(guān)鍵軟件，其特點在于：（1）可靠性質(zhì)量要求高；（2）長于完成重要功能的大系統(tǒng)的處理部件相聯(lián)；（3）含有的程序可能對人員、公眾、設(shè)備或設(shè)施的安全造成影響。還可能影響到環(huán)境的質(zhì)量和關(guān)系到國家的安全和機密。5. 基于軟件服務(wù)對象的范圍劃分完成軟件工程項目后可以有兩種情況提供給用戶：（1）定制軟件：受某個特定客戶（或少數(shù)客戶）的委托，由一個或多個軟件開發(fā)機構(gòu)在合同的約束下開發(fā)出來的軟件。（2）產(chǎn)品軟件：由軟件開發(fā)機構(gòu)開發(fā)出來直接提供給市場，或是為千百個用戶服務(wù)的軟件。 軟件工程概念計算機系統(tǒng)已經(jīng)歷了四個不同的發(fā)展時期，計算機應(yīng)用日益普及和深化，計算機軟件的數(shù)量以驚人的速度急劇增加，而且軟件規(guī)模也十分龐大。由于微電子學(xué)技術(shù)的進步，計算機硬件性能有了很大的提高，而且質(zhì)量穩(wěn)步提高。然而，計算機軟件成本卻不斷上升，質(zhì)量的保證也不盡人意，軟件開發(fā)的生產(chǎn)率也遠遠不能滿足計算機應(yīng)用的要求。軟件已經(jīng)成為限制計算機系統(tǒng)進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。 軟件危機與軟件工程定義1．軟件危機軟件危機指的是軟件開發(fā)和維護過程中遇到的一系列嚴(yán)重問題。7（2）軟件危機的表現(xiàn)軟件危機包含下述兩方面的問題：如何開發(fā)軟件，怎樣滿足對軟件的日益增長的需求；如何維護數(shù)量不斷膨脹的已有軟件。具體地說，軟件危機主要有下面的一些表現(xiàn)。①產(chǎn)品不符合用戶的實際需要。因為軟件開發(fā)人員對用戶需求沒有深入準(zhǔn)確地了解，甚至對所要解決的問題還沒有正確認識，就著手編寫程序，而且軟件開發(fā)人員和用戶之間的信息交流往往很不充分，導(dǎo)致用戶對軟件產(chǎn)品不滿意的現(xiàn)象發(fā)生。②軟件開發(fā)生產(chǎn)率提高的速度遠遠不能滿足客觀需要。軟件的生產(chǎn)率遠遠低于硬件生產(chǎn)率和計算機應(yīng)用的增長，使人們不能充分利用現(xiàn)代計算機硬件提供的巨大潛力。③軟件產(chǎn)品的質(zhì)量差。軟件可靠性和質(zhì)量保證的定量概念剛剛出現(xiàn)不久，軟件質(zhì)量保證技術(shù)（審查、復(fù)審和測試）沒有貫穿到軟件開發(fā)的全過程中，這些都導(dǎo)致軟件產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)量問題。④對軟件開發(fā)成本和進度的估計常常不準(zhǔn)確。實際成本比估計成本有可能偏高，實際進度比預(yù)期進度拖延。這種現(xiàn)象降低了軟件開發(fā)者的信譽。為了趕進度和節(jié)約成本所采取的一些權(quán)宜之計又往往降低了軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，從而不可避免地引起用戶的不滿。⑤軟件的可維護性差。很多程序中的錯誤是難以改正的，實際上不能使這些程序適應(yīng)硬件環(huán)境的改變，也不能根據(jù)用戶的需要在原有的程序中增加一些新的功能。沒能實現(xiàn)軟件的可重用，造成重復(fù)開發(fā)功能類似的軟件。⑥軟件文檔資料通常既不完整也不合格。計算機軟件不應(yīng)僅有程序，還應(yīng)該包括一整套文檔資料。這些文檔資料應(yīng)該是在軟件開發(fā)工程中產(chǎn)生出來的，而且應(yīng)該和程序代碼完全一致。軟件開發(fā)的管理人員可以用這些文檔資料來管理和評價軟件開發(fā)過程的進展?fàn)顩r；軟件開發(fā)人員可以利用它們作為通信工具，在軟件開發(fā)過程中準(zhǔn)確地交流信息；對于軟件維護人員而言，這些文檔資料更是至關(guān)重要和必不可少的。因為缺乏必要的文檔資料或者文檔資料不合格，必然給軟件開發(fā)和維護帶來許多嚴(yán)重的困難和問題。⑦軟件的價格昂貴，軟件成本在計算機系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升。由于微軟電子學(xué)技術(shù)的進步和生產(chǎn)自動化程度不斷提高，導(dǎo)致硬件成本逐年下降，然而軟件開發(fā)則需要大量人力，使軟件成本上升。以上列舉的僅僅是軟件危機的一些明顯的表現(xiàn)，與軟件開發(fā)和維護有關(guān)的問題遠遠不止這些。通過對以上