第一部分软件工程概述.ppt
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1、第一章 软件工程概述,1.1 软件工程的背景和历史 1968年由NATO (北大西洋公约组织)在德国Garmish召开的学术会议上,Feitz Bauer首先提出了“软件工程”概念。,Evolution of software,早期 第二阶段 第三阶段 第四阶段 面向批处理 多用户 分布式系统 强大的桌面系统 有限的分布 实时 嵌入“智能” 面向对象技术 自定义软件 数据库 低成本硬件 专家系统 软件产品 消费者的影响 人工神经网络 并行计算 网络计算机,1950,1960,1970,1980,1990,2000,软件技术面临的问题,复杂性 生产率,例:Windows95有1000万行代码 W
2、indows2000有5000万行代码 Exchange2000和 Windows2000开发人员结构,软件危机的主要特征,软件开发周期大大超过规定 日期; 软件开发成本严重超标; 软件质量难于保证。,改正一个问题需付出的代价,需 求 分 析,结构设计,详细设计,编码,集成测试,系统测试,现场,改正一个问题的估计费用,改正一个问题估计的工作量,20,200,2000,1000,5.0,2.5,0.05,0.5,(美元),(人天),yet, Success Hasnt Come Easily,31%,53%,16%,Successfully,Challenged,Canceled,成功的标准:,
3、用户在用 用户可很容易做完要做的事 失败的根本原因: 开发人员写出的东西达不到 用户要求(人的问题.技术问题),处在十字路口的中国软件产业,主权大国必须建立基于自主技术的、 完整的软件产业体系。 软件本国提供率:中国1/3左右,美国97% “印度模式”还是“中国模式” 软件人才结构不合理,缺乏中高级软 件人才 软件人员缺乏软件工程化的概念。,软件工程的定义,Fritz Bauer在NATO会议上给出的定义: “软件工程是为了经济地获得可靠的和能在实际机器上高效运行的软件而确立和使用的健全的工程原理(方法)。”,软件工程的定义,IEEE【IEE83】给出的软件工程定义: “软件工程是开发、运行、
4、维护和修复软件的系统方法。”,软件工程的定义,IEEE【IEE93】给出了一个更加综合的定义: “将系统化的、规范的、可度量的方法应用于软件的开发、运行和维护的过程,即将工程化应用于软件中。”,软件工程的定义,软件工程是应用计算机科学、数学及管理科学等原理开发软件的工程。它借鉴传统工程的原则、方法,以提高质量,降低成本为目的。,软件工程是一门交叉学科,软件工程的主要研究内容 软件开发技术:软件开发方法学 软件开发过程 软件工具和软件工程环境 软件工程管理:软件管理学 软件经济学 软件心理学 软件工程所包含的内容不是一成不变的, 随着人们对软件系统的研制开发和生产的理解。 应用发展的眼光看待它。
5、,软件工程 一种层次化技术,工具,方法,过程,质量焦点,Software engineering layers,软件工程三个要素:方法、工具、过程,软件工程框架,可,用,性,性,性,确,正,合,算,选取适宜的开发模型,采用合适的设计方法,提供高质量的工程支持,重视软件工程的管理,基本过程,原则,目标,过,程,支 持 过 程,组 织 过 程,软件工程与一般工程的差异,软件是逻辑产品而不是实物产品 软件的功能依赖于硬件和软件的运行环境以及人们对它的操作 软件设计的复杂性 软件特征: 功能的多样性 实现的多样性 能见度低 软件结构合理性差 智力密集及知识产权保护,软件工程知识结构,2001年5月IS
6、O/IEC JTC 1(ISO和IEC的第一联合技术委员会)发布了 SWEBOK指南V0.95(试用版) (Guide to the Software Engineering Body of Knowledge,简称SWEBOK) SWEBOK把软件工程学科的主体知识分为10个知识领域。,软件工程知识结构,软件需求 软件设计 软件构造 软件测试 软件维护 软件配置管理 软件工程管理 软件工程过程 软件工程工具和方法 软件质量,“软件工程”课程 与其它软件专业课的区别,(1) 立足于系统的整体。 (2) 讲授系统分析、系统设计、 测试及维护的理论和方法。 (3) 构筑一个软件系统,实践 软件开发
7、全过程。,“软件工程”课程教学与实践的目标,转变对软件的认识: 上升 程序 系统 转变思维定式: 上升 程序员 系统工程师 (系统分析员) 工程化训练,系统分析员的地位,用户,分析员,程序员,“一个好的工业,应有一套 良好的标准来配套”,软件的工业化生产过程应具备的特点: 明确的工作步骤 详细具体的规范化文档 明确的质量评价标准,软件产品的标准化,软件开发过程的标准化,软件工程技术的两个明显特点:,强调规范化 强调文档化,1.2 软件生存周期,1.2.1 软件生存周期 (Software Life Cycle) 软件产品或软件系统从设计、投入使用到被淘汰的全过程。,1.2.1 软件生存期的阶段
8、划分,(1)可行性研究与计划 (2)需求分析 (3)总体设计 上游 (4)详细设计 (5)实现 (6)集成测试 (7)确认测试 下游 (8)使用和维护 (根据国标计算机软件开发规范),只考虑 编写程序,涉及整个 软件生存 周期,扩展到,软件工作的范围,1.2.2 软件开发模型,软件开发模型是软件开发全部过程、活动和任务的结构框架。它能直观表达软件开发全过程,明确规定要完成的主要活动、任务和开发策略。 软件开发模型也常称为: 软件过程模型 软件生存期模型 软件工程范型,1. 瀑布模型 (线形顺序模型),可行性研究与计划,需求分析,设计,编码,运行维护,测试,定义 阶段,开 发 阶 段,维护阶段,
9、按照传统瀑布模型开发软件的特点,1.阶段间具有顺序性和依赖性。 2.推迟实现的观点。 3.每个阶段必须完成规定的文档; 每个阶段结束前完成文档审查, 及早改正错误。,2. 原型模型(快速成型模型),建造/修改 原型,用户测试 运行原型,听取用 户意见,原型范型,采用原型模型的软件生存周期,分析定义 系统需求,生成 原型,系统 设计,程序 设计,编码,测试,运 行 和维护,原型化,含原型化的 软件生存期,3. 演化模型,3.1 增量模型(递增模型),先完成一个系统子集的开发,再按同样的开发步骤增加功能 (系统子集),如此递增下去直至满足全部系统需求。 系统的总体设计在初始子集设计阶段就应作出设想
10、。,分析,增量模型,设计,编码,测试,分析,设计,编码,测试,分析,设计,编码,测试,分析,设计,编码,测试,增量1,增量2,增量3,增量n,增量1 交付客户,增量2 交付客户,增量3 交付客户,增量n 交付客户,日历时间,3.2 螺旋模型,风险 分析,工程 实施,用户通信,用户 评估,产品维护项目,产品增强项目,新产品开发项目,概念开发项目,计划,建造及发布,“基于版本发布”的特点,V1.0,功 能,时间,V2.0,V1.1,Trade-off Decision (折中决定),可 靠 性,发布日期,功 能,最优,约束范围,可接受,正确的Trade-off 决定,4. 面向对象模型,4.1 喷
11、泉模型,进一步开发,实现和集成阶段,运行状态,实现阶段,面向对象设计阶段,计划阶段,面向对象分析阶段,需求阶段,维护期,喷泉模型特点,主要用于支持面向对象开发过程体现了软件创建所固有的迭代和无间隙的特征,4.2 可重用部件组装模型,使用重用技术的软件工程模型 构件(components):可重用的软件成份 可复用性(Reusability) (可重用性) 集成化软件开发环境(ISEE),可重用部件组装模型,系统A的 软件构成,系统C的 软件构成,系统B的 软件构成,可重用 部 件,可重用 部 件,软件生产线,应用构件 提取车间,应用 构件库,构件生 产车间,构件库,组装 车间,领域 1,领域
12、2,应用 系统,.,1,2,3,4,1基础构件,2功能构件 3接口构件,4用户界面构件,第三章 软件需求分析,3.1 需求分析的任务 准确地定义未来系统的目标,确定为了满足用户的需求系统必须做什么。用 规范的形式准确地表达用户的需求。,思考、涉及的几个问题,如何定义系统需求? 如何识别、获取需求? 你能够采取何种手段与用户进行交流沟通? 何为需求建模? 你如何理解模型与建模?,软件需求分析的几个阶段,问题分析 问题评估和方案综合 建模 规约 复审 系统分析员的主要焦点是 “做什么(what)” ,不是 “怎样做(how)”,3.2 需求获取,3.2.1 需求获取的目的 清楚地理解所要解决的问题
13、 完整地获取用户需求,需求获取面临的挑战:,(1)问题空间理解 (2)人与人之间的通信 (3)需求的不断变化,某出版社系统调查表,某出版社系统调查表,3.2.2 需求获取的内容,1.用户需求分类 (1)功能性需求: 定义了系统做什么(描述系统必须支持 的功能和过程) (2)非功能性需求(技术需求): 定义了系统工作时的特性 (描述操作环境和性能目标),2. 两类需求包括的内容,(1) 功能 (2) 性能 (3) 环境 (4) 界面 (5) 用户或人的因素 (6) 文档 (7) 数据 (8) 资源 (9) 安全保密 (10)软件成本消耗与开发进度 (11)质量保证,(1) 功能需求,系统做什么?
14、 系统何时做什么? 系统何时及如何修改 或升级?,(2) 性能需求,软件开发的技术性指标 例如: 存储容量限制 执行速度、相应时间 吞吐量,(3) 环境需求,硬件设备:机型、外设、接口、 地点、分布、温度、 湿度、磁场干扰等 软件: 操作系统 网络 数据库,(4) 界面需求,有来自其它系统的输入吗? 到自其它系统的输出吗? 对数据格式有规定吗? 对数据存储介质有规定吗?,(5) 用户或人的因素,用户类型? 各种用户熟练程度? 需受何种训练? 用户理解、使用系统的难度? 用户错误操作系统的可能性?,(6) 文档需求,需哪些文档? 文档针对哪些读者?,(7) 数据需求,输入、输出数据的格式? 接收
15、、发送数据的频率? 数据的准确性和精度? 数据流量? 数据需保持的时间?,(8) 资源需求,软件运行时所需的数据、软件。 内存空间等资源。 软件开发、维护所需的人力、 支撑软件、开发设备等。,(9) 安全保密要求,需对访问系统或系统信息加以控 制吗? 如何隔离用户之间的数据? 用户程序如何与其它程序和操作 系统隔离? 系统备份要求?,(10) 软件成本消耗 与开发进度需求,开发有规定的时间表吗? 软硬件投资有无限制?,(11) 质量保证,系统的可靠性要求? 系统必须监测和隔离错误吗? 规定系统平均出错时间? 出错后,重启系统允许的时间? 系统变化如何反映到设计中? 维护是否包括对系统的改进?
16、系统的可移植性?,3.3 需求建模,计算机学科的发展,计算机科学 (CS),计算机科学 (CS),计算机工程 (CE),软件工程 (SE),信息系统 (IS),计算学科 (computing discipline),计算学科是研究通过在计算机上建立模型 并模拟物理过程来进行科学调查和研究的学科.,计算机科学与技术学科的方法论,学科的3个形态 理论 抽象(模型化) 设计 重复出现的概念 绑定(binding) 概念与形式模型 一致性和完备性 抽象层次 重用 典型的学科方法: 数学方法 系统科学方法 ,计算中抽象的本质和使用。在处理复杂事务、构造系统、隐藏细节和获取重复模式方面使用抽象,通过具有不
17、同层次的细节和指标的抽象,能够表达一个实体和系统,抽象(模型化),源于实验科学,主要要素为数据采集方法和假设的形式说明,模型的构造与预测实验分析结果分析. 在为可能的算法数据结构和系统结构等构造模型时使用此过程. 抽象的结果是概念符号模型,模型(model),模型: 现实世界某些重要方面的表示。 有时我们使用术语“抽象”来表示模型,因为我们从现实世界中抽象出对我们特别有用的东西。,需求分析的步骤,当前 系统,目标 系统,物理 模型,逻辑 模型,逻辑 模型,物理 模型,模型化,抽象化,具体化,实例化,怎 么 做,做 什 么,当前 系统,目标 系统,需 求 定 义,逻辑模型和物理模型 模型是对对象
18、系统的形式化的特征 抽象,概括性或近似地表示; 构造模型的过程是一个抽象、分 析的过程。,对象 系统,模型 系统,抽象(映射),模型应用,模型构造的过程,逻辑模型 物理模型 (本质模型、概念模型) (实施模型、技术模型),现 行 系 统,目 标 系 统,描述重要的业务功能,无论系统是如何实施的。,描述现实系统是如何在物理上实现的。,描述新系统的主要业务功能和用户新的需求,无论系统应如何实施。,描述新系统是如何实施的(包括技术)。,3.3 需求建模,模型的作用,建模的原因: 在建模过程中了解系统 通过抽象降低复杂性 有助于回忆所有的细节 有助于开发小组间的交流 有助于与用户的交流 为系统的维护提
19、供文档,模型化或模型方法是通过抽象、概括和一般化,把研究的对象或问题转化为本质(关系或结构)相同的另一对象或问题,从而加以解决的方法。模型化方法要求所建立的模型能真实反映所研究对象的整体结构、关系或某一过程、某一局部、某一侧面的本质特征和变化规律。,模型的类型,数学模型 描述模型 图形模型,需求分析的步骤,当前 系统,目标 系统,物理 模型,逻辑 模型,逻辑 模型,物理 模型,模型化,抽象化,具体化,实例化,怎 么 做,做 什 么,当前 系统,目标 系统,需 求 定 义,逻辑模型和物理模型 模型是对对象系统的形式化的特征 抽象,概括性或近似地表示; 构造模型的过程是一个抽象、分 析的过程。,对
20、象 系统,模型 系统,抽象(映射),模型应用,模型构造的过程,逻辑模型 物理模型 (本质模型、概念模型) (实施模型、技术模型),现 行 系 统,目 标 系 统,描述重要的业务功能,无论系统是如何实施的。,描述现实系统是如何在物理上实现的。,描述新系统的主要业务功能和用户新的需求,无论系统应如何实施。,描述新系统是如何实施的(包括技术)。,需求分析过程示意,学 生,(1) 通过对现实环境的调查, 获得当前系统的物理模型,学 生,购 书 申 请,购书 单,发 票,领 书 单,书,107 张,教务科,206 王,会计室,206 李,出纳员,303 赵,教材科,学生购买教材的物理模型,需求分析过程示
21、意,(2) 去掉具体模型中的非本质因素, 抽象出当前系统的逻辑模型,学生购买教材的逻辑模型,学 生,学 生,购 书 申 请,购书 单,发 票,领 书 单,书,审查 有效性,开发票,开领 书单,发书,需求分析过程示意,(3) 分析当前系统与目标系统的差别, 建立目标系统的逻辑模型,计算机售书系统的逻辑模型,学 生,学 生,购书单,发票,领书单,审查并 开发票,开领,书单,无效书单,分析阶段中常用的模型(逻辑模型),数据流图(DFD) 实体联系图( ERD ) 类图 实例图 时序图 状态图 协作图 事件列表 数据流定义 数据元素定义 ,SafeHomede的第1层DFD,控制 面板,与用户 交互,
22、控制 面板 显示,密码,电话号码拨音,传感器状态,显示信息,配置请求,用户命令 和数据,配置 系统,警 铃,电 话 线,传感器,配置信息,显示信息 和状态,监控 传感器,激活不 激活系统,传感器信息,密码 处理,警告类型,检验id信息,开始 停止,状态信息,客户,保险销售人员,签订一份 保险单,销售统计,客户统计,使用用例图举例,状态图 例:,状态1,Do:活动1,状态2,.,事件1条件1 / 动作1,结束 事件,初始 事件,空闲,可视菜单,左边按钮按下/显示弹出菜单,左边按钮弹起/擦除弹出菜单,光标移动/高亮菜单项,弹出菜单动作,接电话的顺序图 :,受话者,交换机,远程交换机,受话者,拿起话
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