软件工程第一讲教案Word下载.doc
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这些信息可以很简单，如一个bit，也可以很复杂，如多媒体信息。
作为开发运行产品的载体，软件是计算机工作的基础、信息通信的基础，也是创建和控制其他程序的基础。
信息是21世纪最重要的产品，软件充分地体现了这一点，软件处理数据，使得这些数据更为有用；
软件管理商业信息增强了商业竞争力；
它不仅提供了通往全球信息网络的途径；
而且也提供了以各种形式获取信息的手段。
1.1.1软件的产生与发展
1．程序设计阶段
在计算机发展早期阶段（20世纪50年代初期至20世纪60年代中期）为程序设计阶段。
在这个阶段硬件已经通用化，而软件的生产却是个体化的。
这时，由于程序规模小，几乎没有什么系统化的标准方法可遵循。
对软件的开发没有任何管理方法，一旦任务超时或者成本提高，程序员才开始弥补。
在通用的硬件已经非常普遍的时候，软件却相反，对每一类应用均需自行再设计，应用范围很有限。
软件产品处在初级阶段，大多数软件都是由使用者自己开发，例如书写软件，使其运行，如果有问题，需要解决等等，因为是个人化的软件环境。
设计往往仅是人们头脑中的一种模糊想法，而根本就不存在文档。
2．程序系统阶段
计算机系统发展的第二阶段（20世纪60年代中期到70年代末期）为程序系统阶段。
多道程序设计、多用户系统引入了人机交互的新概念。
交互技术打开了计算机应用的新世界和硬件和软件配合的新层次，出现了实时系统和第一代数据库管理系统。
这个阶段另一个特点就是软件产品的使用和软件作坊的出现。
开发出软件可以在较宽广的范围中应用。
主机和微机上的程序能够有数百甚至上千的用户。
在软件的使用中，当发现错误时需要纠正程序源代码；
当用户需求发生变化时需要修改；
当硬件环境变化时需要适应，将这些活动统称为软件维护。
在软件维护上所花费的精力以惊人的速度消耗资源。
更为严重的是，许多程序的个人化特性使得根本不能维护它们。
于是“软件危机”出现了。
3．软件工程阶段
计算机系统发展的第三阶段始于20世纪70年代中期并跨越了近十年，称为软件工程阶段。
在这一阶段，以软件的产品化、系列化、工程化、标准化为特征的软件产业发展起来，打破了软件生产的个体化特征，有了软件工程化的设计原则、方法、标准可以遵循。
在分布式系统中，各台计算机同时地执行某些功能，并与其他计算机通讯，极大地提高了计算机系统的复杂性。
广域网、局域网、高带宽数字通信以及对即时数据访问需求的增加都对软件开发提出了更高的要求。
4．第四阶段
计算机发展的第四阶段已经不再着重于单台计算机系统和程序，而是面向计算机和软件的综合影响。
由复杂的操作系统控制的强大的桌面机、广域网络和局域网络，配以先进的软件应用已成为标准。
计算机体系结构迅速地从集中的主机环境转变为分布的客户/服务器环境。
世界范围的信息网提供了一个基本结构，信息高速公路和网际空间连通已成为令人关注的热点问题。
事实上，Internet可以看作是能够被单个用户访问的软件，计算机发展正朝着社会信息化和软件产业化方向发展，从技术的软件工程阶段过渡到社会信息化的计算机系统。
随着第四阶段的进展，一些新技术开始出现。
面向对象技术将在许多领域中迅速取代传统软件开发方法。
表1-1给出了四个发展阶段典型技术的比较。
1.1.2软件定义
计算机系统是通过运行程序来实现各种不同的应用。
把各种不同功能的程序，包括用户为自己的特定目的编写的程序、检查和诊断机器系统的程序、支持用户应用程序运行的系统程序、管理和控制机器系统资源的程序等通常称为软件。
它是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，与硬件合为一体完成系统功能。
软件定义如下：
（1）在运行中能提供所希望的功能和性能的指令集（即程序）；
（2）使程序能够正确运行的数据结构；
（3）描述程序研制过程、方法所用的文档。
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，这就使得人与人、人与机器间相互沟通，保证软件开发与维护工作的顺利进行显得特别重要，因此，文档（即各种报告、说明、手册的总称）是不可缺少的。
特别是在软件日益成为产品的今天，文档的作用就更加重要。
1.1.3软件的特点
在计算机系统中,软件是一个逻辑部件，而硬件是一个物理部件。
因此，软件相对硬件而言有许多特点。
为了能全面、正确地理解计算机软件及软件工程的重要性，必需了解软件的特点。
软件的特点可归纳如下。
1．软件是一种逻辑实体，而不是具体的物理实体，因而它具有抽象性。
这个特点使它与计算机硬件、或其他工程对象有着明显的差别。
人们可以把它记录在介质上，但却无法看到软件的形态，而必须通过测试、分析、思考、判断去了解它的功能、性能及其他特性。
2．软件是通过人们的智力活动，把知识与技术转化成信息的一种产品，是在研制、开发中被创造出来的。
一旦某一软件项目研制成功，以后就可以大量地复制同一内容的副本。
即其研制成本远远大于其生产成本。
软件故障往往是在开发时产生而在测试时没有被发现的问题。
所以要保证软件的质量，必须着重于软件开发过程，加强管理和减少故障。
3．在软件的运行和使用期间，没有硬件那样的机械磨损、老化问题。
软件维护比硬件维护要复杂得多，与硬件的维护有着本质的差别，参阅图1-1、图1-2和图1-3。
图1-1所示的是硬件的故障率随时间变化的曲线，图1-2所示的是在理想情况下软件故障率随时间变化的曲线，图1-3所示的是软件的实际故障率曲线。
4．软件的开发和运行经常受到计算机系统的限制，对计算机系统有着不同程度的依赖关系。
在软件的开发和运行中必须以硬件提供的条件为基础。
为了消除这种依赖关系，在软件开发中提出了软件移植的问题，并且把软件的可移植性作为衡量软件质量的因素之一。
5．软件的开发尚未完全摆脱手工的开发方式。
由于传统的手工开发方式仍然占据统治地位，软件开发的效率受到很大的限制。
因此，应促进软件技术发展，提出和采用新的开发方法。
例如近年来出现的充分利用现有软件的复用技术、自动生成技术和其它一些有效的软件开发工具或软件开发环境，既方便了软件开发的质量控制，还提高了软件的开发效率。
6．软件的开发费用越来越高，成本相当昂贵。
软件的研制工作需要投入大量的、复杂的、高强度的脑力劳动，需要较高的成本。
7.软件的开发是一个复杂的过程，因而管理是软件开发过程中必不可少內容。
1.1.4软件的分类
在工作和学习中，经常接触到各式各样的软件。
那么这些数量众多的软件究竟归为哪种类型，这就需要考虑对计算机软件进行分类的依据。
但事实上由于人们与软件的关系各不相同且所关心软件的侧重点也不相同，所以要给出计算机软件一个科学的、统一的严格分类标准是不现实的。
但对软件的类型进行必要的划分对于根据不同类型的工程对象采用不同的开发和维护方法是很有价值的，因此有必要从不同角度对计算机软件做适当的分类。
1．基于软件的功能划分
（1）系统软件：
是与计算机硬件紧密配合以使计算机的各个部件与相关软件及数据协调、高效工作的软件。
例如：
操作系统、数据库管理系统等。
系统软件在工作时频繁地与硬件交往，以便为用户服务，共享系统资源，在这中间伴随着复杂的进程管理和复杂的数据结构的处理。
系统软件是计算机系统必不可少的重要组成部分。
（2）支撑软件：
它是协助用户开发软件的工具性软件，包括帮助程序人员开发软件产品的工具和帮助管理人员控制开发的进程的工具。
可划分为：
·
一般类型：
包括文本编辑程序、文件格式化程序、程序库系统等。
支持需求分析：
包括PSL／PSA问题描述语言、问题描述分析器、关系数据库系统、一致性检验程序等。
·
支持设计：
包括图形软件包、结构化流程图绘图程序、设计分析程序、程序结构图编辑程序等。
支持实现：
包括编译程序、交叉编译程序、预编译程序、连接编译程序等。
支持测试：
包括静态分析程序、符号执行程序、模拟程序、测试覆盖检验程序等。
支持管理：
包括PERT进度计划评审方法、绘图程序、标准检验程序和库管理程序等。
（3）应用软件：
是在特定领域内开发的，为特定目的服务的一类软件。
现在几乎所有的国民经济领域都使用了计算机，为这些计算机应用领域服务的应用软件种类繁多。
其中商业数据处理软件是占比例最大的一类，工程与科学计算软件大多属于数值计算问题。
应用软件还包括计算机辅助设计／计算机辅助制造（CAD／CAM）、系统仿真、智能产品嵌入软件（如汽车油耗控制、仪表盘数字显示、刹车系统），以及人工智能软件（如专家系统、模式识别）等，此外，在事务管理、办公自动化，中文信息处理、计算机辅助教学（CAI）等方面的软件也得到了迅速发展，产生了惊人的生产效率和巨大的经济效益。
2．基于软件工作方式划分
·
实时处理软件：
指在事件或数据产生时，立即处理，并及时反馈信号，控制需要监测和控制的过程的软件。
主要包括数据采集、分析、输出三部分，其处理时间是应严格限定的，如果在任何时间超出了这一限制，都将造成事故。
分时软件：
允许多个联机用户同时使用计算机。
系统把处理机时间轮流分配给各联机用户，使各用户都感到只是自己在使用计算机的软件。
交互式软件，能实现人机通信的软件。
这类软件接收用户给出的信息，但在时间上没有严格的限定，这种工作方式给予用户很大的灵活性。
批处理软件：
把一组输入作业或一批数据以成批处理的方式一次运行，按顺序逐个处理的软件。
3．基于软件规模的划分
根据开发软件所需的人力、时间以及完成的源程序行数，可划分为下述六种不同规模的软件。
·
微型软件：
指一个人在几天之内完成的、程序不超过500行语句且仅供个人专用的软件。
通常这类软件没有必要做严格的分析，也不必要有完整的设计、测试资料。
小型软件：
一个人半年之内完成的2000行以内的程序。
这种程序通常没有与其他程序的接口。
但需要按一定的标准化技术、正规的资料书写以及定期的系统审查，只是没有大题目那样严格。
中型软件：
5个人以内在一年多时间里完成的5000～50000行的程序。
中型软件开始出现了软件人员之间、软件人员与用户之间的联系、协调的配合关系问题。
因而计划、资料书写以及技术审查需要比较严格地进行。
在开发中使用系统的软件工程方法是完全必要的，这对提高软件产品质量和程序人员的工作效率起着重要的作用。
大型软件：
5～10个人在两年多的时间里完成的50000～100000万行的程序。
参加工作的软件人员需要按二级管理。
在任务完成过程中，人员调整往往不可避免。
因此会出现对新手的培训和逐步熟悉工作的问题。
对于这样规模的软件，采用统一的标准，实行严格的审查是绝对必要的。
由于软件的规模庞大以及问题的复杂性，往往在开发的过程中出现一些事先难于做出估计的不测事件。
甚大型软件：
100～1000人参加用4～5年时间完成的具有100万行程序的软件项目。
这种甚大型项目可能会划分成若干个子项目，每一个子项目都是一个大型软件。
子项目之间具有复杂的接口。
例如，实时处理系统、远程通信系统、多任务系统、大型操作系统、大型数据库管理系统通常有这样的规模。
很显然，如果这类问题没有软件工程方法的支持，它的开发工作是不可想象的。
极大型软件：
2000～5000人参加，10年内完成的1000万行以内的程序。
这类软件很少见，往往是军事指挥、弹道导弹防御系统等。
可以看出，规模大、时间长、很多人参加的软件项目，其开发工作必须要有软件工程的知识做指导。
而规模小、时间短、参加人员少的软件项目也得用到软件工程概念，遵循一定的开发规范，其基本原则是一样的。
4．基于软件失效的影响进行划分
工作在不同领域的软件，在运行中对可靠性也有不同的要求。
事实上，随着计算机进入国民经济等各个重要领域，其软件的可靠性越来越显得重要。
人们一般称这类软件为关键软件，其特点在于：
（1）可靠性质量要求高；
（2）常与完成重要功能的大系统的处理部件相联；
（3）含有的程序可能对人员、公众、设备或设施的安全造成影响。
还可能影响到环境的质量和关系到国家的安全和机密。
5．基于软件服务对象的范围划分
软件工程项目完成后可以有两种情况提供给用户：
．定制软件：
是受某个特定客户（或少数客户）的委托，由一个或多个软件开发机构在合同的约束下开发出来的软件。
．产品软件，是由软件开发机构开发出来直接提供给市场，或是为千百个用户服务的软件。
1.2软件工程概念
由于微电子学技术的进步，计算机硬件的性能有了很大的提高，而且质量稳步提高；
然而，计算机软件成本却不断上升，质量的保证也不尽如人意，软件的开发的生产率也远远不能满足计算机应用的要求。
软件已经成为限制计算机系统进一步发展的关键因素。
更为严重的是计算机系统发展的早期所形成的一系列错误概念和做法，已经严重地阻碍了计算机软件的开发，甚至有的大型软件根本无法维护，只能提前报废，造成大量人力、物力的浪费，从而导致软件危机。
为了研究解决软件危机的方法，计算机科学技术领域中的一门新兴的学科逐步形成了，这就是计算机软件工程学。
1.2.1软件危机与软件工程定义
1．软件危机
软件危机指的是软件开发和维护过程中遇到的一系列严重问题。
软件危机包含下述两方面的问题：
如何开发软件，怎样满足对软件的日益增长的需求；
如何维护数量不断膨胀的已有软件。
具体地说，软件危机主要有下列表现：
产品不符合用户的实际需要。
因为软件开发人员对用户需求没有深入准确的了解，甚至对所要解决的问题还没有正确认识，就着手编写程序，而且软件开发人员和用户之间的信息交流往往很不充分，导致用户对软件产品不满意的现象发生。
软件开发生产率提高的速度远远不能满足客观需要，软件的生产率远远低于硬件生产率和计算机应用的增长速度，使人们不能充分利用现代计算机硬件提供的巨大潜力。
软件产品的质量差。
软件可靠性和质量保证的定量概念刚刚出现不久，软件质量保证技术（审查、复审和测试）没有贯穿到软件开发的全过程中，这些都导致软件产品发生质量问题。
对软件开发成本和进度的估计常常不准确。
实际成本比估计成本有可能高出一个数量级，实际进度比预期进度拖延几个月甚至几年。
这种现象降低了软件开发者的信誉。
而为了赶进度和节约成本所采取的一些权宜之计又往往降低了软件产品的质量，从而不可避免地会引起用户的不满。
软件的可维护性差。
很多程序中的错误是难以改正的，实际上不能使这些程序适应硬件环境的改变，也不能根据用户的需要在原有程序中增加一些新的功能。
没能实现软件的可重用，人们仍然在重复开发功能类似的软件。
软件文档资料通常既不完整也不合格。
计算机软件不仅包括程序，还应该包括一整套文档资料，这些文档资料应该是在软件开发过程中产生出来的，而且应该和程序代码完全一致。
软件开发的管理人员可以用这些文档资料来管理和评价软件开发过程的进展状况；
软件开发人员可以利用它们作为通信工具，在软件开发过程中准确地交流信息；
对于软件维护人员而言，这些文档资料更是至关重要和必不可少的。
因为缺乏必要的文档资料或者文档资料不合格，必然给软件开发和维护带来许多严重的困难和问题。
软件的价格昂贵，软件成本在计算机系统总成本中所占的比例逐年上升。
由于微电子学技术的进步和生产自动化程度不断提高，导致硬件成本逐年下降，然而软件开发需要大量人力，软件成本上升。
2．软件工程的定义
首先，采用工程化方法和途径来开发与维护软件。
软件开发是一种组织良好、管理严密、各类人员协同配合、共同完成的工程项目。
必须充分吸取和借鉴人类长期以来从事各种工程项目所积累的行之有效的原理、概念、技术和方法。
应该推广使用在实践中总结出来的开发软件的成功技术和方法，并且研究探索更好更有效的技术和方法，尽快消除在计算机系统早期发展阶段形成的一些错误概念和做法。
将软件的生成问题在时间上分成若干阶段以便于分步而有计划的分工合作，在结构上简化若干逻辑模块。
把软件作为工程产品来处理，按计划、分析、设计、实现、测试、维护的周期来进行生产。
其次，应该开发和使用更好的软件工具。
在软件开发的每个阶段都有许多繁琐重复的工作需要做，在适当的软件工具辅助下，开发人员可以把这类工作做得既快又好。
如果把各个阶段使用的软件工具有机地集合成一个整体，支持软件开发的全过程，则称为软件工程支撑环境。
最后，采取必要的管理措施。
软件产品是把思维、概念、算法、组织、流程、效率、质量等多方面问题融为一体的产品。
但它本身是无形的，所以有不同于一般的工程项目的管理。
它必须通过人员组织管理，项目计划管理，配置管理等来保证软件按时高质量完成。
总之，为了解决软件危机，既要有技术措施（包括方法和工具），又要有必要的组织管理措施。
软件工程正是从管理和技术两方面研究如何更好地开发和维护计算机软件的一门新兴学科。
软件工程是指导计算机软件开发和维护的一门工程学科。
采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件，把经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术方法结合起来，这就是软件工程。
1968年在联邦德国召开的国际会议上正式提出并使用了软件工程这个术语，运用工程学的基本原理和方法来组织和管理软件生产。
后来还发展了与软件有关的心理学、生理学和经济学等方面的学科。
在这期间，研究软件工程的专家学者们陆续提出了100多条关于软件工程的准则。
这100多条软件工程准则可以概括为下述六条基本原则。
（1）用分阶段的生存周期计划严格管理
一个软件从定义、开发、使用和维护，直到最终被废弃，要经历一个漫长的时期，通常把软件经历的这个漫长的时期称为生存周期。
在软件开发与维护的漫长过程中，需要完成许多不同性质的工作，所以应把软件生存周期划分为若干个阶段，并相应的制定出可行的计划然后按照这个计划对软件的开发与维护工作进行管理。
不同层次的管理人员都必须严格按照计划各尽其职地管理软件开发与维护工作，绝不能受客户或上级人员的影响而擅自背离预定计划。
（2）坚持进行阶段评审
软件的质量保证工作不能等到编码阶段结束之后再进行。
其理由是：
①大部分错误是在编码之前造成的，例如，根据统计，设计错误占软件错误的63％，编码错误仅占37％；
②错误发现与改正得越晚，所需付出的代价也越高。
因此，在每个阶段都进行严格的评审，以便尽早发现在软件开发过程中所犯的错误，是一条必须遵循的重要原则。
（3）实行严格的产品控制
在软件开发过程中不应随意改变需求，因为改变一项需求往往需要付出较高的代价。
但是，在软件开发过程中改变需求又是难免的，由于外部环境的变化，相应地改变用户需求是一种客观需要，显然不能硬性禁止客户提出改变需求的要求，而只能依靠科学的产品控制技术来顺应这种要求。
也就是说，当改变需求时，为了保持软件各个配置成分的一致性，必须实行严格的产品控制，其中主要是实行基准配置管理。
所谓基准配置又称为基线配置，它们是经过阶段评审后的软件配置成分（各个阶段产生的文档或程序代码）。
基准配置管理也称为变动控制：
一切有关修改软件的建议，特别是涉及到对基准配置的修改建议，都必须按照严格的规程进行评审，获得批准以后才能实施修改，绝对不能随意进行修改。
（4）采用现代程序设计技术
从提出软件工程的概念开始，人们一直把主要精力用于研究各种新的程序设计技术。
20世纪60年代末提出的结构程序设计技术，其风格为清晰第一，效率第二，已经成为绝大多数人公认的先进的程序设计技术。
以后又进一步发展出各种结构分析（SA）与结构设计（SD）技术。
实践表明，采用先进的技术既可提高软件开发的效率，又可提高软件维护的效率。
（5）应能清楚地审查结果
软件产品不同于一般的物理产品，它是看不见摸不着的逻辑产品。
软件开发人员（或开发小组）的工作进展情况可见性差，难以准确度量，从而使得软件产品的开发过程比一般产品的开发过程更难于评价和管理。
为了提高软件开发过程的可见性，更好地进行管理，应该根据软件开发项目的总目标及完成期限，规定开发组织的责任和产品标准，从而使得所得到的结果能够清楚地被审查。
（6）合理安排软件开发小组的人员
软件开发小组的人员合理安排的原则是人员应该少而精，即小组的组成人员的素质应该好，而人数不应过多。
高素质的人员会大大提高软件的开发效率，且明显减少软件中的错误。
此外，随着开发开小组人员数目的增加，因交流问题和讨论情况而造成的通信开销也急剧增加，所以要保证软件开发小组人员少而精。
最后要强调的是：
必须不断灵活改进软件工程实践。
要按照软件工程的基本原理实现软件的工程化生产，仅遵循上述这六条基本原则是不够的。
因为，这样并不能保证软件开发的过程跟上时代的前进和技术的进步，因此必须不断灵活改进软件工程实践。
按照这个要求，就要积极主动的采用新的软件技术，而且要注意不断总结经验。
收集出错类型和问题报告等数据，这些数据不仅可以用来评价软件技术的效果，而且也可以用来指明必须重点开发的软件工具和应该优先研究的技术。
1.2.2软件工程研究的基本内容与目标
从内容上划分，软件工程学可分为理论，结构，方法，工具，环境，管理，规范等。
理论与结构是软件开发的技术基础，包括程序正确性证明理论，软件可靠性理论，软件成本估算模型，软件开发模型，模块划分原理等。
软件开发技术包括软件开发方法学，软件工具和软件开发环境。
良好的软件工具可促进方法的研制，而先进的软件开发方法能改进工具。
软件工具的集成构成软件开发环境。
管理技术是提高开发质量的保证，软件工程管理包括软件开发管理和软件经济管理，前者包括人员分配，制定计划，确定标准与配置，而后者的主要内容有成本估算和质量评价。
软件工程学研究的基本目标：
（1）定义面向计划、开发维护整个软件生存周期的良好的方法学。
（2）确定的软件成分，记录软件生存周期每一步的软件文件资料，按步显示轨迹。
（3）可预测的结果，在生存周期中，每隔一定时间可以进行复审。
软件工程学的最终目的，是以较少投资获得易维护、易理解、可靠、高效率的软件产品。
软件工程学是研究软件结构、软件设计与维护方法、软件工具与环境、软件工程标准与规范、软件开发技术与管理技术的相关理论。
1.2.3软件工程的原则
为了开发出低成本高质量的软件产品，软件工程学应遵守以下基本原
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