【文章內(nèi)容簡介】 通信，極大地提高了計(jì)算機(jī)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(duì)“即時(shí)”數(shù)據(jù)訪問需求的增加都對(duì)軟件開發(fā)者提出了更高的要求。4. 第四階段計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第四個(gè)階段已經(jīng)不再著重于單臺(tái)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)程序，而是面向計(jì)算機(jī)和軟件的綜合影響。由復(fù)雜的操作系統(tǒng)控制的強(qiáng)大的桌面機(jī)、廣域網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)絡(luò)，配以先進(jìn)的軟件應(yīng)用已成為標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)迅速地從機(jī)中的主機(jī)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榉植嫉目蛻魴C(jī)/服務(wù)器環(huán)境。世界范圍的信息網(wǎng)提供了一個(gè)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(diǎn)問題。事實(shí)上，Inter 可以看作是能夠被單個(gè)用戶訪問的軟件。計(jì)算機(jī)發(fā)展正朝著社會(huì)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(huì)信息化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著第四階段的進(jìn)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(gè)階段典型技術(shù)的比較。表 11 四個(gè)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(qiáng)大的桌面系統(tǒng)有限的分布 實(shí)時(shí) 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(fèi)者的影響 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算典型技術(shù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī) 軟件定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過運(yùn)行程序來實(shí)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(jī)器系統(tǒng)的程序、支持用戶應(yīng)用程序運(yùn)行的系統(tǒng)程序、管理和控制機(jī)器系統(tǒng)資源的程序等稱為軟件。它是計(jì)算機(jī)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(yùn)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(yùn)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(jì)算機(jī)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(jī)器間互相溝通，保證軟件開發(fā)與維護(hù)工作的順利進(jìn)行顯得特別重要。因此，文檔（即各種報(bào)告、說明、手冊(cè)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(diǎn)軟件在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中是一個(gè)邏輯部件，而硬件是一個(gè)物理部件。因此，軟件相對(duì)硬件而言有許多特點(diǎn)。為了能全面、正確地理解計(jì)算機(jī)軟件及軟件工程的重要性，必須了3解軟件的特點(diǎn)。軟件的特點(diǎn)可歸納如下：（1） 軟件是一種邏輯實(shí)體，而不是具體的物理實(shí)體，因?yàn)樗哂谐橄笮?。這個(gè)特點(diǎn)使它與計(jì)算機(jī)硬件或其他工程對(duì)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(cè)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(dòng)，把知識(shí)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(xiàng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于其生產(chǎn)成本。軟件故障往往是在開發(fā)時(shí)產(chǎn)生而在測(cè)試時(shí)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(qiáng)管理。（3） 在軟件的運(yùn)行和使用期間，沒有硬件那樣的機(jī)械磨損和老化問題。軟件維護(hù)比硬件維護(hù)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(shí)間變化的曲線；圖 所示的是在理想狀況下軟件故障率隨時(shí)間變化的曲線；圖 所示的是軟件的實(shí)際故障率曲線；圖 所示的是在理想情況下軟件故障率隨時(shí)間變化的曲線；圖 所示的是軟件的實(shí)際故障率曲線。 時(shí) 間故障率 生 命初 期 磨 損 后圖 11 硬件的故障率隊(duì)時(shí)間變化的曲線時(shí) 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(shí)間變化的曲線4時(shí) 間故障率 理 想 曲 線 實(shí) 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(shí)際故障率（4） 軟件的開發(fā)和運(yùn)行經(jīng)常受到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著不同程度的依賴關(guān)系。在軟件的開發(fā)和運(yùn)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(jìn)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(dòng)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(fèi)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(qiáng)度的腦力勞動(dòng)需要較高的成本。（7） 軟件的開發(fā)是一個(gè)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(duì)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分類的依據(jù)。但事實(shí)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(diǎn)也不相同，所以難以給出計(jì)算機(jī)軟件的一個(gè)科學(xué)的、統(tǒng)一的嚴(yán)格分類標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)軟件的類型進(jìn)行必要的劃分隊(duì)與根據(jù)不同類型的工程對(duì)象采用不同的開發(fā)和維護(hù)方法是很有價(jià)值的，因此有必要從不同角度討論對(duì)計(jì)算機(jī)軟件分類。1. 基于軟件的功能劃分（1） 系統(tǒng)軟件：與計(jì)算機(jī)硬件緊密配合，使計(jì)算機(jī)各個(gè)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(shí)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(jìn)程管理和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理。系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)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(jìn)度的工具?？煞譃椋孩?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(jì)：包括圖形軟件包、結(jié)構(gòu)化流程圖繪圖程序、設(shè)計(jì)分析程序、程序結(jié)構(gòu)圖編輯程序等。④ 支持實(shí)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(cè)試：包括靜態(tài)分析程序、符號(hào)執(zhí)行程序、模擬程序、測(cè)試覆蓋檢驗(yàn)程序等。⑥ 支持管理：包括進(jìn)度計(jì)劃評(píng)審方法、繪圖程序、標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)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(jì)領(lǐng)域都使用了計(jì)算機(jī)，為這些計(jì)算機(jī)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(shí)所占比例最大的一類，工程與科學(xué)計(jì)算軟件大多屬于數(shù)值計(jì)算問題。應(yīng)用軟件還包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/ 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(shí)別）等。此外，在事物管理、辦公自動(dòng)化，中文信息處理、計(jì)算機(jī)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(jì)效益。2. 基于軟件的工作方式劃分（1）實(shí)時(shí)處理軟件：在事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，立即處理，并及時(shí)反饋信號(hào)，控制需要監(jiān)測(cè)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(shí)間超出了這一限制，都將造成事故。（2）分時(shí)軟件：允許多個(gè)聯(lián)機(jī)用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)把處理機(jī)時(shí)間輪流分配給各聯(lián)機(jī)用戶，使各用戶都感到只是自己在使用計(jì)算機(jī)的軟件。（3）交互式軟件：能實(shí)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(shí)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(yùn)行，按順序逐個(gè)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(shí)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(gè)人在幾天之內(nèi)完成的、程序不超過 500 行語句且僅供個(gè)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(jì)和測(cè)試資料。（2）小型軟件：一個(gè)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(gè)人以內(nèi)在一年多時(shí)間里完成的 5000 到 5 萬行的程序。中型軟件的實(shí)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(jì)劃、資料書寫以及技術(shù)審查需要比較嚴(yán)格地進(jìn)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(duì)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(gè)人在兩年多的時(shí)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(jí)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(huì)出閣的審查是絕對(duì)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(shí)現(xiàn)難于做出估計(jì)的不測(cè)試事件。（5）甚大型軟件：100 至 1000 人參與，用 4 到 5 年時(shí)間完成的具有 100 萬行程序的軟件項(xiàng)目。這種甚大型項(xiàng)目可能會(huì)劃分為若干個(gè)子項(xiàng)目，每一個(gè)子項(xiàng)目都是一個(gè)大型軟件，各6子項(xiàng)目之間具有復(fù)雜的接口。例如，實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)、遠(yuǎn)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(shí)間長、很多人參加的軟件項(xiàng)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(shí)間短、參加人員少的軟件項(xiàng)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(jìn)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(yùn)行中對(duì)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(gè)系統(tǒng)帶來的影響不大，雖然可能帶來一些不便，卻能勉強(qiáng)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?fù)p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(jià)。事實(shí)上，隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)等各個(gè)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(diǎn)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(duì)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(jī)密。5. 基于軟件服務(wù)對(duì)象的范圍劃分完成軟件工程項(xiàng)目后可以有兩種情況提供給用戶：（1）定制軟件：受某個(gè)特定客戶（或少數(shù)客戶）的委托，由一個(gè)或多個(gè)軟件開發(fā)機(jī)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(jī)構(gòu)開發(fā)出來直接提供給市場(chǎng)，或是為千百個(gè)用戶服務(wù)的軟件。 軟件工程概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)歷了四個(gè)不同的發(fā)展時(shí)期，計(jì)算機(jī)應(yīng)用日益普及和深化，計(jì)算機(jī)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(jìn)步，計(jì)算機(jī)硬件性能有了很大的提高，而且質(zhì)量穩(wěn)步提高。然而，計(jì)算機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足計(jì)算機(jī)應(yīng)用的要求。軟件已經(jīng)成為限制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。 軟件危機(jī)與軟件工程定義1．軟件危機(jī)軟件危機(jī)指的是軟件開發(fā)和維護(hù)過程中遇到的一系列嚴(yán)重問題。7（2）軟件危機(jī)的表現(xiàn)軟件危機(jī)包含下述兩方面的問題：如何開發(fā)軟件，怎樣滿足對(duì)軟件的日益增長的需求；如何維護(hù)數(shù)量不斷膨脹的已有軟件。具體地說，軟件危機(jī)主要有下面的一些表現(xiàn)。①產(chǎn)品不符合用戶的實(shí)際需要。因?yàn)檐浖_發(fā)人員對(duì)用戶需求沒有深入準(zhǔn)確地了解，甚至對(duì)所要解決的問題還沒有正確認(rèn)識(shí)，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(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足客觀需要。軟件的生產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硬件生產(chǎn)率和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的增長，使人們不能充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(cè)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(duì)軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常不準(zhǔn)確。實(shí)際成本比估計(jì)成本有可能偏高，實(shí)際進(jìn)度比預(yù)期進(jìn)度拖延。這種現(xiàn)象降低了軟件開發(fā)者的信譽(yù)。為了趕進(jìn)度和節(jié)約成本所采取的一些權(quán)宜之計(jì)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(hù)性差。很多程序中的錯(cuò)誤是難以改正的，實(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)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(píng)價(jià)軟件開發(fā)過程的進(jìn)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(duì)于軟件維護(hù)人員而言，這些文檔資料更是至關(guān)重要和必不可少的。因?yàn)槿狈Ρ匾奈臋n資料或者文檔資料不合格，必然給軟件開發(fā)和維護(hù)帶來許多嚴(yán)重的困難和問題。⑦軟件的價(jià)格昂貴，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。由于微軟電子學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)自動(dòng)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(jī)的一些明顯的表現(xiàn)，與軟件開發(fā)和維護(hù)有關(guān)的問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。通過對(duì)以上