第一章软件工程的基本概念

第一章软件工程的基本概念 (1)1.1 计算机发展简史 (1)1.2 软件危机 (2)1.软件 (2)2. 什么是软件危机 (3)3. 产生软件危机的原因 (3)4. 解决软件危机的途径 (5)1.3 软件生存周期 (5)1.4 软件开发模型与方法 (6)1.瀑布开发模型 (6)2.原型模型(Prototyping Model) (7)3.喷泉模型(Fountain Model) (8)4.螺旋模型 (9)第一章软件工程的基本概念在计算机系统发展的早期阶段, 由于人们认识上的局限性, 对计算机软件产生了一些片面的、错误的认识, 使计算机软件发展几经挫折, 走了不少弯路, 遭受到了"软件危机"的困扰。

为了推进计算机软件开发技术的发展, 摆脱"软件危机"的困扰, 从60年代后期迅速发展起一门旨在研究软件开发与维护的普遍管理和技术的新兴学科---软件工程学, •简称软件工程。

1.1 计算机发展简史按照计算机硬件的演变来划分计算机系统发展的时期, 可分为电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路四个时期。

但为了了解计算机软件的发展演变的过程, 我们按照计算机应用领域的演变而不是仅仅根据硬件特点的演变来划分计算机系统的发展时期, 在工业发达的国家中计算机系统已经历了三个不同的发展时期。

1. •从世界上出现第一台计算机到六十年代中期是计算机系统发展的早期时代。

在这个时期中, 人们将主要精力集中在研究和发展计算机硬件上, 经历了从电子管到晶体管计算机的变革。

为了控制硬件的成本, 管理者建立了正式的控制和工艺标准,•以在开发产品之前进行细致的分析和设计。

但是人们对计算机软件的研究和发展却不够重视, 认为软件开发是事后考虑的问题。

那时的软件开发就是根据应用的需要写出能够运行的程序,因此, 基本上没有系统化的软件开发方法。

由于硬件价格昂贵, 运算速度低, 内存容量少, 当时的程序员非常强调"程序设计技巧", 把缩短每一微秒CPU时间和节省每一个二进制存储单元作为程序设计•(当时的软件开发)的重要目标。

在计算机系统发展的早期时期, 大多数系统采用批处理方式工作。

当时通用硬件相当普遍, 软件却是为了每个具体应用而专门设计的, 而且大多数软件的开发者和使用者是同一个(或一组)人。

编写程序的人要设法使程序在机器上运行起来, 并且负责使用这个程序解决预定的问题, 发生什么错误也是由这个人设法修改, 这样的软件设计通常是人们头脑中进行的一个隐含过程, 而且除了程序清单外, 一般没有其他文档资料保存下来。

2. 从六十年代中期到七十年代中期是计算机系统发展的第二代。

•在这个时期中, 硬件经历了从晶体管计算机到集成电路计算机的变革。

•CPU速度和内存容量都有了很大的提高, 从而为计算机在众多领域中的应用提供了潜在的可能性。

为了更有效地利用硬件的能力, 计算机系统普遍采用多道程序多用户的分时工作方式。

计算机与通信结合, 开辟了计算机应用的一个新领域。

当时最辉煌的成就之一就是美国航空公司SABRE•订票系统的实现和成功运行。

这是第一个大型事务处理系统, 分散在遥远地点的用户可通过键盘终端与中央计算机系统进行通信。

在这个时期, 计算机应用开始普及和深化, 软件与硬件分离, 作为一种商品出现, 用户广泛使用产品软件(包括操作系统)。

因为当时用户需要的软件往往是相当庞大的, 单个用户已无力开发, 另外, 许多不同部门和企业往往需要相同的或类似的软件, 各自开发就会浪费人力物力。

因此用户大多是购买或定做软件。

但是, 软件开发的方法基本没有什么变化。

随着计算机系统的不断增加, 计算机软件库开始膨胀。

但在程序运行中发现错误时必须设法改正, 当用户的要求有改变进也必须修改程序, 当买进新硬件或操作系统新版本时时通常必须改变程序以适应新的环境。

这些软件的维护工作, 以令人吃惊的比例耗费资源, 更严重的是, 许多程序的个体化特性使它们最终成为不可维护的(•如人员调动或时间长而记不清当时的设计思想等)。

这就出现了"软件危机"。

3. 计算机系统发展的第三代从七十年代初期开始, •这时的硬件已从集成电路计算机发展到超大规模集成电路计算机, 高性能低成本的微处理器大量涌现, 发展日新月异。

计算机应用的进一步普及和深化, 开辟了更多新的应用领域。

如分布式系统使用多台计算机共同解决一个问题, 各台计算机并行工作分别完成各自的子任务, 同时各台间进行必要的通信和同步。

•而人工智能系统利用计算机硬件简单的算术运算与逻辑运算能力模拟人类复杂的思维解题过程的。

这些都大大增加了计算机系统的复杂程度, 需要十分复杂的计算机软件才能实现。

由于软件越来越大, 越来越复杂, 开发过程中不可避免会有差错, 而且用户要求也会不断变化, 使软件的维护工作越来越困难(•往往一点小差错就可能导致重建整个系统), •软件维护费用占了数据处理总预算的50%以上。

同时, 软件开发生产率太低, •远远不能满足用户对新系统的需求。

"软件危机"进一步加剧。

1.2 软件危机1.软件在计算机系统中，程序是不可缺少的，相对硬件而言，程序群称为软件。

硬件和软件合成一体，完成系统的功能。

即计算机软件的实体是硬件，而程序是使实际存在的计算机动起来的指令序列。

软件的定义形式有多种，比较公认的一种定义认为软件是由以三部分组成：憗1) 在运行时能提供所希望的功能和性能的指令集，即程序；2) 使得程序能够正确运行的数据结构；3) 描述程序研制过程、方法及使用的文档。

随着计算机应用的日益普及，软件变得越来越复杂，规模也越来越大，超过100万条指令，由几百人经过几年时间才开发出来是常见的。

•如何使人与人之间、人与机器之间相互了解，保证开发与维护工作的顺利进行，文档(即各种报告、说明、手册等的总称)是不可缺少的。

相对硬件来说，软件有其自身的特点：1)它是一种逻辑实体，因而具有抽象性，虽然可记录在介质上，但无法看到软件本身的形态。

2)它是在研制、开发活动中被创造出来的，研制(开发)成本远大于生产(拷贝)成本。

3)软件在长期的运行和使用过程中没有磨损、老化等问题。

4)软件的开发和运行常常受硬件的限制5)软件的开发至今尚未完全摆脱手工工艺的开发方式6)软件开发费用越来越高。

据统计，目前软件开销要占计算机系统费用的90%以上。

由于软件所表现的独有特性，使得60年代末出现了软件危机，而且尽管经过了30年的努力，软件危机至今还没有得到彻底克服。

2. 什么是软件危机软件危机是指在计算机软件的开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。

这些问题绝不仅仅是"不能正常运行"的软件才具有的, 实际上几乎所有软件都不同程度地存在这些问题。

概括地说, 软件危机包含以下两方面的问题:憗⑴如何开发软件, 以满足对软件的日益增长需求⑵如何维护数量不断膨胀的已有软件具体地说, 软件危机主要有下述的一些表现:(1) 对软件开发或进度的估计常常很不准确。

由于软件发展的历史短, 人们来不及积累大量的历史数据和模型作为系统开发的指南, •而计算机软件系统却越来越庞大和复杂, 传统的软件开发方法无法准确估计软件开发成本和进度。

实际的成本比估计成本高出一个数量级, 实际进度比预期进度拖延几个月甚至几年的现象并不罕见。

这种现象降低了软件开发组织的信誉, 而为了赶进度和节约成本所采取的一些权宜之计又往往损害了软件产品的质量。

(2) 用户对"已完成的"软件系统不满意的现象经常发生。

软件开发人员常常在对用户要求只有模糊了解甚至对所要解决的问题还没有确切认识的情况下, 就仓促上阵, 匆忙着手编写程序。

开发人员与用户之间的信息交流往往不很充分, "闭门造车"必然导致最终的产品不符合用户的实际需要。

(3) 软件产品的质量往往靠不住(出错率高, 可靠性差, 质量低劣)。

(4) 软件缺少必要的文档资料, 常常使软件成为不可维护。

计算机软件不仅仅是程序, 还应该有一整套的文档资料。

这些资料应该是在软件开发过程中产生出来的, 而且应该是"最新式的"(•即资料和程序代码完全一致)。

软件开发组织的管理人员可以使用这些文档资料作为"里程碑"•来管理和评价软件开发的进展状况, 软件开发人员可以利用它们作为通信工具, 在开发过程中准确地交流信息。

•对维护人员更是修改维护的重要依据。

缺乏必要的文档资料或文档资料不合格, 必然给软件开发和维护带来许多严重的困难和问题, 甚至使软件非常难以改正而成为不可维护的。

(5) 软件开发生产率提高的速度远远跟不上计算机应用迅速普及深入的趋势。

软件产品"供不应求"的现象使人类不能充分利用计算机硬件提供的巨大潜力。

3. 产生软件危机的原因在软件开发和维护的过程中存在这么多的严重问题, 一方面与软件本身的特点有关, 另一方面也和软件开发人员的弱点及错误认识、方法和观念有关。

(1) 软件不同于硬件, 这是计算机系统中的逻辑部件而不是物理部件。

在写出程序代码并在计算机上运行之前, 它只是开发人员的一种思路, 软件开发过程的进展较难衡量, 开发的质量也难以评价, 因此管理和控制软件开发过程相当困难。

另外, 软件在运行过程中不会因为使用时间过长而被"用坏", 如果运行中发现错误,•则很可能是遇上了一个在开发时引入而没能检测发现的故障。

因此, 软件维护通常意味着要改正或修改原来的设计, 这在客观上使软件较难维护。

(2) 虽然软件本身的特点确实在客观上给开发和维护带来了一些困难, 但是人们在开发和维护软件时的模糊甚至错误认识, •使用的错误开发方法和技术, 才是使软件问题出现危机的主要原因。

虽然人们在使用计算机系统的过程中, 也积累和总结出许多成功的经验, 如果能坚持不懈地使用经过实践考验证明是正确的方法, 许多困难是完全可以克服的。

在软件开发与维护的许多错误认识和做法, 可以归因于在计算机系统发展的早期时代软件开发的个体化特点。

今天这些错误认识仍然迷惑不少软件人员。

下面剖析几个典型的错误认识, 以树立正确的概念来指导软件开发和维护工作:①"有一个对目标的概括描述就足以着手编写程序了, 许多细节可以在以后再补充"事实上, 对用户要求没有完整而准确的认识就匆忙着手编写程序, 是许多软件开发失败的主要原因之一。

只有用户才真正了解他们自己的需要, 但许多用户在开始时并不能准确、具体地叙述他们的需要。

•软件开发人员必须要做大量的深入细致的调查研究工作,•反复多次与用户交流信息,才能真正全面/准确、具体地了解用户的需要。