【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)訪問的某種形式的磁性存儲介質(zhì)上，如固定放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的硬盤或者便攜式軟盤。這些磁盤上稱為目錄的額外信息，指明盤上各種程 序的名稱、它們寫入盤中的時(shí)間以及它們在磁盤介質(zhì)上的起始位置。用戶命令計(jì)算機(jī)執(zhí)行一 個(gè)特定應(yīng)用程序時(shí)，操作系統(tǒng)就瀏覽這些目錄，找到程序，并將一個(gè)副本讀入隨機(jī)存儲器。 操作系統(tǒng)然后命令中央處理器開始執(zhí)行程序開頭的指令。程序開頭的指令為計(jì)算機(jī)處理信息 作好準(zhǔn)備，其方法是在隨機(jī)存儲器中找到空閑存儲單元來容納工作數(shù)據(jù)，從盤中檢索用戶指 出的標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)和默認(rèn)值的副本，并在監(jiān)視器上繪制初始顯示。應(yīng)用程序通過調(diào)用系統(tǒng)例程來對用戶輸入的任何信息都要求一個(gè)副本。操作系統(tǒng)將如此 輸入的任何數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部形式。應(yīng)用程序然后使用該信息決定下一步干什么，如 執(zhí)行某項(xiàng)期望的處理功能——像重新格式化一頁文本或從盤上的另一個(gè)文件獲取一些額外 信息。兩種情況無論是哪一種，都要調(diào)用其他系統(tǒng)例程，以事實(shí)上完成結(jié)果的顯示或?qū)ΡP上 文件的訪問。運(yùn)行結(jié)束或接到退出的提示時(shí)，應(yīng)用程序進(jìn)行進(jìn)一步的系統(tǒng)調(diào)用，以確保所有需要保存 的數(shù)據(jù)已寫回磁盤。然后，應(yīng)用程序向操作系統(tǒng)進(jìn)行最后一次系統(tǒng)調(diào)用，指明它已運(yùn)行結(jié)束。 操作系統(tǒng)接下來釋放隨機(jī)存儲器和該應(yīng)用程序使用的任何設(shè)備，并等待用戶的命令，以開始 運(yùn)行另一個(gè)程序。五、歷史 人們以程序的形式存儲指令序列已經(jīng)有幾個(gè)世紀(jì)了。18世紀(jì)的音樂盒和19世紀(jì)末與20世紀(jì)初的自動鋼琴，就可以播放音樂程序。這些程序以一系列金屬針或紙孔的形式存儲，每 一行（針或孔）表示何時(shí)演奏一個(gè)音符，而針或孔則表明此時(shí)演奏什么音符。19世紀(jì)初，隨 著法國發(fā)明家約瑟夫―瑪麗雅卡爾發(fā)明由穿孔卡片控制的織機(jī)，對物理設(shè)備更精巧的控制 變得常見了。在編織特定圖案的過程中，織機(jī)的各個(gè)部分得進(jìn)行機(jī)械定位。為了使這個(gè)過程 自動化，雅卡爾使用一張紙質(zhì)卡片代表織機(jī)的一個(gè)定位，用卡片上的孔來指示應(yīng)該執(zhí)行織機(jī) 的哪種操作。整條花毯的編織可編碼到一疊這樣的卡片上，同樣的一疊卡片每次使用都會編 出相同的花毯圖案。在開發(fā)和使用的程序中，有的由24,000多張卡片構(gòu)成。世界上第一臺可編程的機(jī)器是由英國數(shù)學(xué)家和發(fā)明家查爾斯?巴比奇設(shè)計(jì)的，但他從未完全制造成該機(jī)器。這臺叫做分析機(jī)的機(jī)器，使用和雅卡爾織機(jī)類似的穿孔卡片，來選擇每個(gè)步驟應(yīng)該執(zhí)行的具體算術(shù)運(yùn)算。插入不同的卡片組，就會改變機(jī)器執(zhí)行的運(yùn)算。這種機(jī)器 幾乎能在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中找到所有的對應(yīng)物，但它是機(jī)械化的，而非電氣化的。分析機(jī)的制造 從未完成，因?yàn)橹圃焖枰募夹g(shù)當(dāng)時(shí)不存在。供分析機(jī)使用的最早卡片組式程序是由詩人拜倫勛爵的女兒、英國數(shù)學(xué)家奧古斯塔?埃 達(dá)?拜倫開發(fā)的。由于這個(gè)原因，她被公認(rèn)為世界上第一位程序員。現(xiàn)代的內(nèi)部存儲計(jì)算機(jī)程序概念是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家約翰?馮?諾伊曼于1945年首先 提出來的。馮?諾伊曼的想法是，使用計(jì)算機(jī)的存儲器既存儲數(shù)據(jù)又存儲程序。這樣，程序 可被視為數(shù)據(jù)，可像數(shù)據(jù)一樣被其他程序處理。這一想法極大地簡化了在計(jì)算機(jī)中存儲與執(zhí) 行程序的任務(wù)。六、未來 由于計(jì)算機(jī)使用的增加，自20世紀(jì)50年代以來，計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅猛。作為對用戶需求和技術(shù)進(jìn)步的反應(yīng)，計(jì)算機(jī)程序在這一時(shí)期經(jīng)歷了許多變化。計(jì)算領(lǐng)域的新思想，如并 行計(jì)算、分布式計(jì)算和人工智能，從根本上改變了一度決定程序形式與功能的傳統(tǒng)概念。致力于并行計(jì)算領(lǐng)域研究的計(jì)算機(jī)科學(xué)家們，推出了許多新的程序模型。在并行計(jì)算中， 多個(gè)中央處理器同時(shí)合作處理同一個(gè)問題。一個(gè)問題的組成部分由不同的處理器同時(shí)處理， 這樣就加快了問題的解決速度。由于并行處理計(jì)算機(jī)的極端復(fù)雜性，以及使其盡可能有效地 運(yùn)行所包含的困難，為這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序的科學(xué)家和工程師面臨著許多挑戰(zhàn)。一種稱為分布式計(jì)算的并行計(jì)算，使用多個(gè)互連計(jì)算機(jī)的中央處理器來解決問題。用來 在分布式計(jì)算應(yīng)用環(huán)境下處理信息的計(jì)算機(jī)，常常通過因特網(wǎng)連接。因特網(wǎng)的應(yīng)用正在成為 分布式計(jì)算的一種特別有用的形式，尤其是在使用Java等編程語言的情況下。在這種應(yīng)用中， 用戶登錄到一個(gè)站點(diǎn)，并下載一個(gè)Java程序到其計(jì)算機(jī)上。該Java程序運(yùn)行時(shí)，就會與其 所來自的站點(diǎn)上的其他程序通信，也可以與不同計(jì)算機(jī)或站點(diǎn)上運(yùn)行的其他程序通信。人工智能研究已經(jīng)帶來其他幾種新的編程風(fēng)格。例如，邏輯程序不是由供計(jì)算機(jī)盲目執(zhí) 行的單個(gè)指令構(gòu)成，而是由成套的規(guī)則組成：如果x發(fā)生，則執(zhí)行y。一種稱為推理機(jī)的特殊 程序，在向其提出一個(gè)新問題時(shí)，就使用這些規(guī)則來“推理”出一個(gè)結(jié)論。邏輯程序的用途 包括自動監(jiān)控復(fù)雜系統(tǒng)和證明數(shù)學(xué)定理。一種全然不同的計(jì)算方法稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在這種計(jì)算中沒有傳統(tǒng)意義上的程序。神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)是一組高度互連的簡單處理單元，旨在模擬大腦。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不是像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)那樣通過程 序來指揮信息處理，而是依靠其處理單元的連接方式來處理信息。給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編程的實(shí)現(xiàn)方 法是，給其提供輸入與輸出數(shù)據(jù)的已知模式，并調(diào)整處理單元之間各種互連的相對重要性，直到完成所期望的模式匹配。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上模擬，但是，不同于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的能力。第 五 單元： 軟件過程 課文 A ： 軟件過程模型 一、引言 一個(gè)軟件過程是生產(chǎn)出軟件產(chǎn)品的一系列活動。這些活動可能涉及使用一種像Java或C這樣的標(biāo)準(zhǔn)編程語言從零開始開發(fā)軟件。然而，開發(fā)新軟件越來越多地使用的方法是，擴(kuò)展 和修改現(xiàn)有系統(tǒng)，以及配置和集成現(xiàn)成軟件或系統(tǒng)組件。一個(gè)軟件過程模型是對一個(gè)軟件過程的一種抽象表示。每個(gè)過程模型都從一個(gè)特定角度 表示一個(gè)過程，因此都只提供有關(guān)那個(gè)過程的部分信息。本文介紹幾種非常通用的過程模型（有時(shí)稱為過程范例），并從體系結(jié)構(gòu)的角度描述它們。也就是說，我們看到的是過程的框 架，而非具體活動的細(xì)節(jié)。這些類屬模型不是對軟件過程的規(guī)定性描述。確切點(diǎn)說，它們是過程的抽象，可用于解 釋軟件開發(fā)的不同方法。你可以將其視為可擴(kuò)展和調(diào)整以創(chuàng)建更為具體軟件工程過程的過程 框架。這里論述的過程模型是瀑布模型、演化開發(fā)和基于組件的軟件工程。這3種類屬過程模 型在當(dāng)前的軟件工程實(shí)踐中廣泛使用。它們不是互不相容，而是經(jīng)常一起使用，尤其是在大 型系統(tǒng)開發(fā)的情況下。一個(gè)較大型系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)可使用不同的方法開發(fā)。因此，盡管分別 討論這些模型比較方便，但應(yīng)該明白，實(shí)際上它們經(jīng)常結(jié)合使用。二、瀑布模型 最早公布的軟件開發(fā)過程模型源自比較通用的系統(tǒng)工程過程。這種模型如圖5A1所示。由于從一個(gè)階段到另一個(gè)階段的瀑布狀級聯(lián)，該模型稱為瀑布模型或軟件生命周期。該模型 的主要階段映射基本的開發(fā)活動： 需求分析與定義。系統(tǒng)的服務(wù)、約束和目標(biāo)要經(jīng)過與系統(tǒng)用戶的磋商加以確定。然后，它們得到詳細(xì)定義并作為系統(tǒng)規(guī)格說明。 系統(tǒng)與軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程將需求劃分成需硬件或軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的部分。該過 程確立一個(gè)總的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。軟件設(shè)計(jì)涉及到確定和描述基本的軟件系統(tǒng)抽象及 其相互關(guān)系。需求定義系統(tǒng)與 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與 單元測試集成與 系統(tǒng)測試運(yùn)行與 維護(hù)圖 5A1：軟件生命周期 實(shí)現(xiàn)與單元測試。在這個(gè)階段，軟件設(shè)計(jì)被實(shí)現(xiàn)為一組程序或程序單元。單元測試涉及到驗(yàn)證每個(gè)單元是否符合其規(guī)格說明。 集成與系統(tǒng)測試。單個(gè)的程序單元或程序進(jìn)行集成并作為一個(gè)完整系統(tǒng)進(jìn)行測試， 以確保軟件需求已得到滿足。測試之后，軟件系統(tǒng)交付客戶。 運(yùn)行與維護(hù)。通常（但并非必定），這是軟件生命周期最長的階段。系統(tǒng)經(jīng)過安裝 投入實(shí)際使用。維護(hù)涉及到糾正在軟件生命周期前面階段沒有發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，改進(jìn)系統(tǒng)單元的實(shí)現(xiàn)，并隨著新需求的發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)系統(tǒng)的服務(wù)。 原則上，每個(gè)階段的結(jié)果都要形成一份或多份經(jīng)過批準(zhǔn)的文件。前一個(gè)階段未結(jié)束，下一個(gè)階段不應(yīng)開始。實(shí)際上，這些階段重疊并互相饋送信息。在設(shè)計(jì)期間，需求方面存在的 問題得到識別；在編碼期間，設(shè)計(jì)問題被發(fā)現(xiàn)，等等。軟件過程并非一個(gè)簡單的線性模型， 而是涉及到一系列迭代的開發(fā)活動。由于編制和批準(zhǔn)文件的成本，迭代需要大筆開銷，而且需要做大量重復(fù)工作。因此，經(jīng) 過少數(shù)迭代之后，通常應(yīng)凍結(jié)開發(fā)的某些部分，如規(guī)格說明，并繼續(xù)進(jìn)行后面的開發(fā)階段。 存在的問題留待以后解決，置之不顧，或者通過編程繞過去。這樣倉促凍結(jié)需求，可能意味著系統(tǒng)將難以滿足用戶的要求。由于使用實(shí)現(xiàn)技巧規(guī)避了設(shè)計(jì)問題，這也可能導(dǎo)致不良的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 在最后的生命周期階段（運(yùn)行與維護(hù)），軟件投入使用。最初軟件需求中存在的錯(cuò)誤與疏漏被發(fā)現(xiàn)，程序與設(shè)計(jì)錯(cuò)誤浮現(xiàn)，而且新的功能需要得到確定。因此，為保持有用性，系 統(tǒng)必須演變。進(jìn)行有關(guān)更改（軟件維護(hù)）可能涉及到重復(fù)以前的過程階段。瀑布模型的優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)階段都編制文件，而且它與其他的工程過程模型相符合。其主 要問題在于將項(xiàng)目僵硬地劃分成不同的階段。在過程的一個(gè)早期階段，必須定下決心，從而 使得應(yīng)對客戶需求變化很困難。因此，只有在需求得到很好理解、在系統(tǒng)開發(fā)期間不可能發(fā)生根本性變化的情況下，才 應(yīng)使用瀑布模型。然而，瀑布模型體現(xiàn)了在其他工程項(xiàng)目中所使用的過程模型類型。所以， 基于這種方法的軟件過程仍然用于軟件開發(fā)，特別是當(dāng)有關(guān)軟件項(xiàng)目是一個(gè)較大系統(tǒng)工程項(xiàng) 目的一部分時(shí)。三、 演化開發(fā) 演化開發(fā)基于這樣的思想：開發(fā)一個(gè)初始的實(shí)現(xiàn)，讓其接受用戶評論，并讓其經(jīng)過多個(gè)版本的改進(jìn)，一直到開發(fā)出能夠滿足需要的系統(tǒng)（圖5A2）。規(guī)格說明、開發(fā)及驗(yàn)證活動不是分開進(jìn)行，而是交叉進(jìn)行，各項(xiàng)活動之間有快速的信息反饋。并行活動規(guī)格說明 初始 版本中間 描述 開發(fā) 版本驗(yàn)證 最終 版本圖 5A2：演化開發(fā) 演化開發(fā)有兩個(gè)基本類型： 探索式開發(fā)。在這種類型中，過程的目標(biāo)是與客戶協(xié)作探索其需求，并交付一個(gè)最 終的系統(tǒng)。開發(fā)從業(yè)已理解的系統(tǒng)部分開始。隨著增添客戶提出的新特征，系統(tǒng)不斷演變。 拋棄式原型開發(fā)。在這種類型中，演化開發(fā)過程的目標(biāo)是理解客戶的需求，從而為 系統(tǒng)開發(fā)比較好的需求定義。原型集中試驗(yàn)沒有很好理解的客戶需求。在生產(chǎn)滿足客戶眼下需要的系統(tǒng)時(shí)，軟件開發(fā)的演化方法常常比瀑布方法有效。基于演 化方法的軟件過程的優(yōu)點(diǎn)是，規(guī)格說明可以漸進(jìn)地開發(fā)。隨著用戶增進(jìn)對其問題的理解，這 種理解可以反映在軟件系統(tǒng)中。然而，從工程和管理的角度來看，演化方法存在兩個(gè)問題： 過程缺乏可視性。管理員需要定期交付的產(chǎn)品來衡量進(jìn)度。在快速開發(fā)系統(tǒng)的情況 下，編制反映每個(gè)系統(tǒng)版本的文件不合算。 系統(tǒng)常常缺乏良好的結(jié)構(gòu)。不斷的更改往往會破壞軟件的結(jié)構(gòu)。吸收軟件更改變得 越來越困難，越來越成本高昂。對于中小型系統(tǒng)（上至50萬行代碼），演化方法或許是最佳的開發(fā)方法。對于不同小組 開發(fā)系統(tǒng)不同部分的大型、復(fù)雜、長壽命系統(tǒng)，演化開發(fā)存在的問題尤為嚴(yán)重。使用這種方 法難以建立一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，這使得集成各小組的貢獻(xiàn)變得很難。對于大型系統(tǒng)，建議使用一種混合過程，將瀑布模型和演化開發(fā)模型的最佳特征結(jié)合起 來。這可能涉及到使用演化方法開發(fā)一個(gè)拋棄式原型，以解決系統(tǒng)規(guī)格說明中存在的不確定 性。然后，可使用一種結(jié)構(gòu)化程度比較高的方法重新實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。得到很好理解的系統(tǒng)部分可 使用基于瀑布模型的過程進(jìn)行規(guī)格說明和開發(fā)。事先難以進(jìn)行規(guī)格說明的其他系統(tǒng)部分，如 用戶界面，無例外地應(yīng)使用探索式編程方法來開發(fā)。四、基于組件的軟件工程 大多數(shù)軟件項(xiàng)目都存在某種程度的軟件復(fù)用。通常，這是非正式發(fā)生的。參加項(xiàng)目的人知道有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)或編碼類似于他們所需的設(shè)計(jì)或編碼。他們尋找這些設(shè)計(jì)或編碼，根據(jù)需 要對其進(jìn)行修改，并將其吸收進(jìn)他們的系統(tǒng)。對于使用演化方法進(jìn)行快速系統(tǒng)開發(fā)，復(fù)用常 常是必要的。這種非正式復(fù)用的發(fā)生是不考慮所使用的開發(fā)過程的。然而，在過去幾年中，出現(xiàn)了一 種軟件開發(fā)方法，這種方法使用得越來越多，它依靠復(fù)用，被稱為基于組件的軟件工程。需求 組件 規(guī)格說明 分析需求 帶復(fù)用的 修改 系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)與 系統(tǒng) 集成 驗(yàn)證圖 5A3：基于組件的軟件工程 這種面向復(fù)用的方法依靠大量的可復(fù)用軟件組件，以及用于這些組件的某種集成框架。有時(shí)，這些組件本身就是可提供文本格式化或數(shù)值計(jì)算等特定功能的系統(tǒng)（商用現(xiàn)成系統(tǒng)）。 基于組件的軟件工程的類屬過程模型如圖5A3所示。就最初的需求規(guī)格說明階段和驗(yàn)證階段而言，面向復(fù)用過程與其他過程相類似，但它的 中間階段與其他過程不同。這些階段是： 組件分析。在有需求規(guī)格說明的情況下，搜索實(shí)現(xiàn)該規(guī)格的組件。通常，不存在完 全相符的組件。可能被使用的組件只在某種程度上提供所要求的功能。 需求修改。在這個(gè)階段，使用已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的組件的相關(guān)信息分析需求，然后修改需求 以反映可用的組件。在無法進(jìn)行修改的情況下，可能重新進(jìn)入組件分析活動，以搜 索可供選擇的解決方案。 帶復(fù)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段，設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架或復(fù)用現(xiàn)有的框架。設(shè)計(jì)員考慮到復(fù)用的組件，并組織安排框架使其適應(yīng)復(fù)用的要求。如果得不到可復(fù)用的組件，可 能得設(shè)計(jì)一些新軟件。 開發(fā)與集成。無法外部獲得的軟件要進(jìn)行開發(fā)，組件和商用現(xiàn)成系統(tǒng)要集成以創(chuàng)建新的系統(tǒng)。系統(tǒng)集成在這種模型中可能是開發(fā)過程的一部分，而非一項(xiàng)分開的活動。 基于組件的軟件工程具有減少需要開發(fā)的軟件量并因此降低成本與風(fēng)險(xiǎn)的明顯優(yōu)點(diǎn)。它通常也可更快地交付軟件。然而，需求方面的妥協(xié)不可避免，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能滿足用戶 的真正需要。此外，可復(fù)用組件的新版本不受其使用機(jī)構(gòu)的控制，因此喪失了對系統(tǒng)演變的 某些控制。第 六 單元： 數(shù)據(jù)庫 課文 A ： 數(shù)據(jù)庫概覽 一、引言 數(shù)據(jù)存儲傳統(tǒng)上是使用單獨(dú)的沒有聯(lián)系的文件，這