【文章內(nèi)容簡介】 ，有了可以遵循的軟件工程化的設計原則、方法和標準。在分布式系統(tǒng)中，各臺計算機同時執(zhí)行某些功能，并于其它計算機通信，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。由復雜的操作系統(tǒng)控制的強大的桌面機、廣域網(wǎng)絡和局域網(wǎng)絡，配以先進的軟件應用已成為標準。計算機體系結構迅速地從機中的主機環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榉植嫉目蛻魴C/服務器環(huán)境。世界范圍的信息網(wǎng)提供了一個基本結構，信息高速公路和網(wǎng)際空間連通已成為令人關注的熱點問題。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，一些新技術開始涌現(xiàn)。面向?qū)ο蠹夹g將在許多領域中迅速取代傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法。表 給出了四個階段典型技術的比較。表 11 四個階段典型技術階段 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)絡并行計算典型技術網(wǎng)絡計算機 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)結構；（3） 描述程序研制過程及方法所用的文檔。隨著計算機應用的日益普及，軟件變得越來越復雜，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 / 87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 / 87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。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，應促進軟件技術開展，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)有軟件的復用技術、自動生成技術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，成本相當昂貴。軟件的研制工作需要投入大量的、復雜的、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習中，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系各不相同且所關心軟件的側(cè)重點也不相同，所以難以給出計算機軟件的一個科學的、統(tǒng)一的嚴格分類標準。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，共享系統(tǒng)資源，在這中間伴隨著復雜的進程管理和數(shù)據(jù)結構的處理。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?？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、關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、5 / 87一致性檢查程序等。③ 支持設計：包括圖形軟件包、結構化流程圖繪圖程序、設計分析程序、程序結構圖編輯程序等。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、標準檢驗程序和庫管理程序等。（3） 應用軟件：在特定領域內(nèi)開發(fā)，為特定目的服務的一類軟件?，F(xiàn)在幾乎所有的國民經(jīng)濟領域都使用了計算機，為這些計算機應用領域服務的應用軟件種類繁多。其中商業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件時所占比例最大的一類，工程與科學計算軟件大多屬于數(shù)值計算問題。應用軟件還包括計算機輔助設計/ 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（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，其處理事件應嚴格限定，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格的分析，也不必要有完整的設計和測試資料。（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。但需要按一定的標準化技術、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)的配合關系問題。因而計劃、資料書寫以及技術審查需要比較嚴格地進行。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 / 87子項目之間具有復雜的接口。例如，實時處理系統(tǒng)、遠程通信系統(tǒng)、多任務系統(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。而規(guī)模小、時間短、參加人員少的軟件項目也應有軟件工程概念，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域的軟件，為適應其不同的需求，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，可能釀成災難性的后果，其嚴重損失難以挽回。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、設備或設施的安全造成影響。還可能影響到環(huán)境的質(zhì)量和關系到國家的安全和機密。5. 基于軟件服務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)機構開發(fā)出來直接提供給市場，或是為千百個用戶服務的軟件。 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。由于微電子學技術的進步，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重問題。7 / 87（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（審查、復審和測試）沒有貫穿到軟件開發(fā)的全過程中，這些都導致軟件產(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確。實際成本比估計成本有可能偏高，實際進度比預期進度拖延。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。計算機軟件不應僅有程序，還應該包括一整套文檔資料。這些文檔資料應該是在軟件開發(fā)工程中產(chǎn)生出來的，而且應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)過程的進展狀況；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。由于微軟電子學技術的進步和生產(chǎn)自動化程度不斷提高，導致硬件