軟件工程基本知識簡介和應(yīng)用

1、軟件工程基本知識簡介和應(yīng)用1軟件工程知識回顧#include void main()int a,b;coutab; int c; c=a/b;int d=a%b;coutn a/b=cend; coutn a%b=dend; 問題1請討論以下C+程序的作用和不足？/I/O流庫頭文件/輸出提示語/對a、b變量輸入/變量可隨用隨定義/輸出a除以b的商/輸出a除以b的余數(shù)2022/8/173IT is now one of the largest corporate expenses outside employee costsOrganizations and governments spend

2、an estimated $1 trillion on IT hardware, software, and services worldwide.The average company spends about 4 to 5 percent of revenue on IT.The companies that are highly IT dependentsuch as financial and telecommunications companiesspending more than 10 percent on it.4Governments are big consumers of

3、software The United Kingdom had more than 100 major government IT projects under way that totaled $20.3 billion.The U.S. government cataloged 1200 civilian IT projects costing more than $60 billion, plus another $16 billion for military software.5Governments are big consumers ofsoftwareAny one of th

4、ese projects can cost over $1 billion. For example, the computer modernization effort at the U.S. Department of Veterans Affairs is projected to run $3.5 billion,while automating the health records of the UKs National Health Service is likely to cost more than $14.3 billion for development and anoth

5、er $50.8 billion for deployment.Such megasoftware projects are now much more common, as smaller IT operations are joined into “systems of systems.” Air traffic control is a prime example, because it relies on connections among dozens of networks that provide communications, weather, navigation, and

6、other data.6問題2你應(yīng)如何開發(fā)一個電信業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)？2022/8/1771軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念What is software?具有以下特征的實體(Entities)可以被看成軟件。They Are Non-tangible, and Non-physical, but Often Intended to Manage Tangibles.Hierarchical Structure Is a Common Feature.They Consist of Components Having Different Purposes.All Are Expected

7、to Require Modification/Evolution.Interconnections Are Key.Analysis and Verification Are Universal Underlying Needs.2022/8/1781軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念What is computer software?具有以下特征的軟件可以被看成計算機(jī)軟件。有可以在計算機(jī)上運行的程序/代碼。有可以被程序處理的數(shù)據(jù)。有說明文檔。2022/8/1791軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件工程的定義軟件工程是軟件工程師用工具和技術(shù)(方法)，按照某一過程和范例來構(gòu)造軟

8、件，從而增強(qiáng)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，更有效地解決問題。2022/8/17101軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件發(fā)展的三個階段高級語言出現(xiàn)之前(約1946年1956年)；高級語言出現(xiàn)到軟件工程出現(xiàn)之前(約1956年1969年)；軟件工程階段(1969年至今)。2022/8/17111軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件工程的作用解決軟件危機(jī)；從技術(shù)和技術(shù)管理的角度來研究和探討軟件的設(shè)計、開發(fā)和維護(hù)問題。但由于軟件本身的特點，軟件產(chǎn)業(yè)既受技術(shù)影響，又受市場影響。所以我們不能說,只要解決軟件工程問題就能推進(jìn)軟件產(chǎn)業(yè)。2022/8/17121軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)

9、的特征從微觀上看,軟件危機(jī)的特征正是表現(xiàn)在完工日期一再拖后、經(jīng)費一再超支,甚至工程最終宣告失敗等方面。而從宏觀上、從整個社會對軟件的需求來看,軟件危機(jī)的實質(zhì)是軟件產(chǎn)品的供應(yīng)跟不上需求的增長。2022/8/17131軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)舉例丹佛國際機(jī)場的行李地下傳輸系統(tǒng)有4000臺遙控車，21英里長的鋼軌，5000個電子眼，400臺無線電接收機(jī)，56臺條碼機(jī)，在20家航空公司、柜臺和行李領(lǐng)取處之間傳送行李。通過由100臺計算機(jī)組成的互聯(lián)網(wǎng)來管理該系統(tǒng)。投資1.93億美元，機(jī)場的開放時間拖了7個月以上。2022/8/17141軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件

10、危機(jī)舉例1993年距倫敦90英里的塞茲韋爾核電站正式投入運行,但是工作人員很快發(fā)現(xiàn)核電站的反應(yīng)堆內(nèi)溫度控制失靈,這使得歐洲人口最為稠密的地區(qū)面臨巨大危險。事后查明,在反應(yīng)堆的主要保護(hù)系統(tǒng)中,有一個10萬行代碼的控制軟件幾乎有一半未能通過測試。2022/8/17151軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)舉例80年代中,加拿大一家原子能公司生產(chǎn)的、由微處理機(jī)控制的癌癥治療儀,在美國和加拿大的多家醫(yī)院使用均告失靈,致使6個病人因受超劑量輻射而死亡或受到嚴(yán)重傷害。2022/8/17161軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)舉例海灣戰(zhàn)爭中,一個軟件故障打亂了愛國者導(dǎo)彈雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)

11、,使導(dǎo)彈發(fā)射后未能迎擊對方的飛毛腿導(dǎo)彈,反而轟擊了自己的軍營,造成28名士兵喪生、98人受傷。2022/8/17171軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)舉例1996年歐洲航天局發(fā)射的阿麗亞娜5型火箭,發(fā)射40秒鐘后火箭爆炸,發(fā)射場上2名法國士兵當(dāng)場死亡,耗資10億美元、歷時9年的航天計劃嚴(yán)重受挫,引起了國際宇航界的震驚。事故發(fā)生后,專家組的調(diào)查分析報告指明,爆炸的根本原因在于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)軟件中技術(shù)要求和設(shè)計的錯誤。2022/8/17181軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)舉例德國 計費系統(tǒng)的軟件問題,造成用戶需交付不合理 費的事件,引起了公眾的抗議。2022/8/1

12、7191軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)舉例2006年10日13時28分，中國民航信息網(wǎng)絡(luò)股份公司在首都機(jī)場的離港系統(tǒng)發(fā)生故障，導(dǎo)致機(jī)場部分航班無法辦理值機(jī)手續(xù)。北京、廣州、深圳、長沙機(jī)場至少84個離港航班發(fā)生延誤。而發(fā)生航班延誤的機(jī)場，由于延誤航班較多，機(jī)場人滿為患。 2022/8/17201軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)舉例更多的例子2022/8/17211生命周期知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件危機(jī)舉例更多的例子2022/8/1722國內(nèi)失敗案例 資源一號02型飛行兩年，在1473圈，變軌沒有成功發(fā)現(xiàn)是潛通道問題。系統(tǒng)實現(xiàn)是分散到五個子程序，變量在前

13、一個模塊被清掉，需要姿態(tài)正常，才能開發(fā)動機(jī)。方法：把部分程序重新設(shè)計，再送上去23國內(nèi)失敗案例 三號衛(wèi)星2004年11月發(fā)射，12月，有四次進(jìn)入異常工作模式。分析：異常指令內(nèi)存?zhèn)飨聛矸治觯l(fā)現(xiàn)是軌道計算發(fā)現(xiàn)尋址跳變。減法運算指令，是否帶進(jìn)位關(guān)系到結(jié)果正確。24國內(nèi)失敗案例神州飛船返回的前天晚上，發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)通訊有短暫不成功。神州二號發(fā)射逃逸模式，發(fā)出指令卻沒有轉(zhuǎn)化到逃逸模式。問題：時間清零問題25The problem only gets worse as IT grows ubiquitousFailure can be defined as the total abandonmen

14、t of a project before or shortly after it is delivered.Of the IT projects that are initiated, from 5 to 15 percent will be abandoned before or shortly after delivery as hopelessly inadequate. Many others will arrive late and over budget or require massive reworking.Few IT projects, in other words, t

15、ruly succeed.26WHEN A SOFTWARE PROJECT FAILSThe failure doesnt reflect projectsthat exceed their budgetswhich most projects do,that delivered latewhich the majority are, that have to start over once a project is abandoned, or that are bug-ridden systems which have to be repeatedly reworked.發(fā)生用戶訴訟的項目

16、。包括以上所有浪費的費用，僅美國每年在軟件開發(fā)上浪費的費用就在60-70 billion美元。這些錢可以發(fā)射太空飛船100次，建造由24顆衛(wèi)星組成的GPS系統(tǒng)，或者從頭研制開發(fā)Boeing 777飛機(jī)，還要剩余幾billion美元。271軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念出現(xiàn)大量軟件開發(fā)失敗的主要原因A complex software system comprises individual adaptive systems whose behavior and interactions change over time. These changes are usually not ce

17、ntrally planned, but arise from independent processes and decisions within and outside the complex software system. 因此，軟件的適應(yīng)能力差是主要原因。出現(xiàn)大量軟件開發(fā)失敗的根本原因？2022/8/17281軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件工程的地位1991年，ACM和IEEE-CS的計算學(xué)科教程CC1991專題組將軟件工程列為計算學(xué)科的九個知識領(lǐng)域之一。2001年，CC2001將計算科學(xué)劃分為5個相對獨立的部分：計算機(jī)科學(xué)，計算機(jī)工程，軟件工程，信息系統(tǒng)和信息技術(shù)。2

18、004年8月，全世界500多位來指大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的專家、教授推出了軟件工程知識體和軟件工程教育知識體(SEEK)，標(biāo)志著軟件工程學(xué)科在世界范圍正式確立。2011年，教育部正式將軟件工程列為一級學(xué)科。2022/8/17291軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件工程學(xué)科Software engineering is the discipline that aims at providing, evaluating, and improving methods, techniques, processes, and tools for the development of defect

19、-free software that fulfills the needs of customers and users within time and budget constraints.摘自Perspectives on the Future of Software Engineering，20132022/8/17301軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件工程的十個知識域軟件需求軟件工程基礎(chǔ)軟件設(shè)計軟件工程核心軟件構(gòu)造軟件測試軟件維護(hù)軟件配置管理軟件工程管理基礎(chǔ)設(shè)施管理，項目管理，度量和控制計劃軟件工程過程軟件工程工具和方法軟件質(zhì)量2022/8/17311軟件工程知識回顧1.

20、1軟件工程的基本概念軟件工程的傳統(tǒng)途徑生命周期方法學(xué)對復(fù)雜問題進(jìn)行分解逐步完成每個階段的任務(wù)階段審查的主要標(biāo)準(zhǔn)是高質(zhì)量的文檔2022/8/17321軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念軟件的生命周期(LifeCycle)：計劃需求分析設(shè)計程序編寫測試運行維護(hù)等六個步驟2022/8/17331軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念瀑布式模型(waterfall model)系統(tǒng)需求分析軟件需求分析設(shè)計編碼測試維護(hù)2022/8/17341軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念原型開發(fā)模型(rapid prototyping)需求分析快速設(shè)計建立原型用戶評價原型修改原型生產(chǎn)產(chǎn)品2022/8/

21、17351軟件工程知識回顧1.1軟件工程的基本概念面向?qū)ο笊嫫谀Ｐ?object-oriented software engineering)2022/8/1736軟件工程模型螺旋模型(spiral model)37軟件工程模型增量模型示意圖381軟件工程知識回顧1.2可行性研究目的：確定問題是否值得去解任務(wù)進(jìn)一步分析和澄清問題的定義導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型探索若干種解決方案，并分析各種方案的技術(shù)可行性經(jīng)濟(jì)可行性操作可行性對以后的行動方針提出建議2022/8/17391軟件工程知識回顧1.2可行性研究研究目前正在使用的系統(tǒng)現(xiàn)有系統(tǒng)的功能現(xiàn)有系統(tǒng)的不足現(xiàn)有系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)現(xiàn)有系統(tǒng)和其它系統(tǒng)之間的接口情

22、況2022/8/17401軟件工程知識回顧1.2可行性研究導(dǎo)出新系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖用圖形符號以黑盒子形式描述物理系統(tǒng)的構(gòu)成。導(dǎo)出新系統(tǒng)的高層邏輯模型數(shù)據(jù)流圖描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動和處理的情況描繪系統(tǒng)的邏輯模型數(shù)據(jù)字典2022/8/1741 可行性研究 風(fēng)險分析風(fēng)險：是由于從事某項特定活動過程中存在的不確定性而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)或財務(wù)的損失，自然破壞或損傷的可能性。任務(wù)：針對不同項目結(jié)合具體風(fēng)險分析方法，進(jìn)行項目風(fēng)險評價，以采取有效方式進(jìn)行風(fēng)險管理，從而達(dá)到損失最小化的目的和效果。類型自然風(fēng)險：是由于自然災(zāi)害（如水災(zāi)、火災(zāi)、地震、臺風(fēng)等）引起的項目風(fēng)險。人為風(fēng)險：是指由于人為因素帶來的風(fēng)險，包括行為風(fēng)險、政

23、治風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、組織風(fēng)險等。2022/8/1742 可行性研究 風(fēng)險分析過程風(fēng)險識別：項目包括那些活動；各種活動存在那些風(fēng)險；風(fēng)險產(chǎn)生的原因是什么；這些風(fēng)險的主次關(guān)系；各風(fēng)險之間是否相關(guān)。風(fēng)險估計：風(fēng)險發(fā)生的概率大?。伙L(fēng)險概率的分布情況；風(fēng)險估算。風(fēng)險評價：給出方案，選擇規(guī)則；選出最佳方案；檢驗各風(fēng)險因素對指標(biāo)的影響；對風(fēng)險對策提出建議。2022/8/1743 可行性研究 風(fēng)險分析方法風(fēng)險識別：專家調(diào)查法，故障樹分析法，幕景分析法。風(fēng)險估計確定型風(fēng)險估計：盈虧平衡分析，敏感性分析。不確定型風(fēng)險估計：小中取大原則，大中取小原則，遺憾原則，最大數(shù)學(xué)期望原則。隨機(jī)型風(fēng)險估計風(fēng)險評價定性風(fēng)

24、險評價方法：主觀評分法，層次分析法。定量風(fēng)險評價方法；風(fēng)險報酬法，決策樹法，外推法，等。2022/8/17441軟件工程知識回顧1.2可行性研究系統(tǒng)流程圖舉例2022/8/17451軟件工程知識回顧1.2可行性研究典型環(huán)境下各個開發(fā)階段需要使用的人力的百分比 任 務(wù) 人 力可行性研究 5 需求分析 10 設(shè)計 25 編碼和單元測試 20 綜合測試 40 總計 1002022/8/17461軟件工程知識回顧1.2可行性研究問題1？ 打算開發(fā)“公共場所安全監(jiān)控系統(tǒng)的公共服務(wù)平臺”，請作可行性分析。問題2？ 打算開發(fā)“互聯(lián)網(wǎng)上身份證掛失系統(tǒng)”，請作可行性分析。問題3？ 某區(qū)打算開發(fā)基于云計算的社區(qū)衛(wèi)

25、生服務(wù)系統(tǒng)，請作可行性分析。2022/8/17471軟件工程知識回顧1.3需求分析總?cè)蝿?wù)確定系統(tǒng)必須要做什么？2022/8/17481軟件工程知識回顧1.3需求分析具體任務(wù)確定對系統(tǒng)的綜合要求分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型：數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)字典和處理算法。開發(fā)原型系統(tǒng)2022/8/17491軟件工程知識回顧1.3需求分析分析的基本方法結(jié)構(gòu)化方法(SA) 強(qiáng)調(diào)過程， 圍繞功能面向?qū)ο蠓椒?OOA)強(qiáng)調(diào)方法， 圍繞對象互補(bǔ)2022/8/17501軟件工程知識回顧1.3需求分析_結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流圖 處理+數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)無關(guān)聯(lián)2022/8/17511軟件工程知識回顧1.3需求分析_結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流圖細(xì)化過程

26、舉例2022/8/17521軟件工程知識回顧1.3需求分析_結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流圖細(xì)化過程舉例2022/8/17531軟件工程知識回顧1. 3需求分析_結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流圖舉例2022/8/17541軟件工程知識回顧1. 3需求分析_結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)字典舉例名字：定貨報表別名：定貨信息描述：每天一次送給采購員的需要定貨的零件表定義：定貨報表=零件編號+零件名稱+定貨數(shù)量 +目前價格+主要供應(yīng)者 +次要供應(yīng)者位置：輸出到打印機(jī)2022/8/17551軟件工程知識回顧1. 3需求分析_結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)字典舉例名字：定貨數(shù)量別名：描述：某個零件一次定貨的數(shù)量定義：定貨數(shù)量=1數(shù)字5位置：定貨報表 定貨信息2022/8/175

27、61軟件工程知識回顧1.3需求分析_結(jié)構(gòu)化什么是概念模型或信息模型？按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模，即建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。2022/8/17571軟件工程知識回顧1.3需求分析_結(jié)構(gòu)化常用的概念模型的建模方法2022/8/17581軟件工程知識回顧1.3需求分析_面向?qū)ο髮⑻幚怼?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系聚合在一個模型中，即類圖。2022/8/17591軟件工程知識回顧1.3需求分析_面向?qū)ο髮π枨蟾庇^的描述用例圖2022/8/1760 需求分析 概念模型和規(guī)范化衡量數(shù)據(jù)聚合在一個實體或?qū)ο笾惺欠窈线m的方法規(guī)范化采用分解的方法，力求使關(guān)系的語義單純化。2022/8/1761 需求分析 概念模型和規(guī)

28、范化什么是范式？表示關(guān)系的某一種級別(或消除數(shù)據(jù)冗余的程度)。2022/8/1762 需求分析 概念模型和規(guī)范化范式定律第一范式(1NF)關(guān)系的每一個分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項。2022/8/1763 需求分析 概念模型和規(guī)范化范式定律第二范式(2NF)若R1NF，且每一個非主屬性完全函數(shù)依賴于碼，則R2NF。例：運動會管理系統(tǒng)，下面的實體： 項目(項目編號，名稱，時間，場地，成績); 由于項目編號不能唯一確定成績，故不滿足2NF。 項目(項目編號，名稱，時間，場地，成績，運動員); 由于名稱等部分函數(shù)依賴于項目編號，故不滿足2NF。2022/8/1764 需求分析 概念模型和規(guī)范化范式定律第三

29、范式(3NF)R中若不存在這樣的碼X、屬性組Y及非主屬性Z(ZY)使得XY，YZ，Y/ X成立，則稱R3NF?；蚣慈鬜3NF，則每一個非主屬性既不部分依賴于碼，也不傳遞依賴于碼。例：裁判(裁判編號，姓名，項目編號，項目名稱)假設(shè)一個裁判只能執(zhí)法一個項目。項目名稱項目編號裁判編號，存在傳遞依賴2022/8/1765 需求分析 概念模型和規(guī)范化范式定律的圖示2022/8/17661軟件工程知識回顧1.3需求分析討論：“互聯(lián)網(wǎng)上身份證掛失系統(tǒng)”的頂層數(shù)據(jù)流圖？2022/8/17671軟件工程知識回顧1.4總體設(shè)計總體設(shè)計的任務(wù)劃分出組成系統(tǒng)的物理元素；設(shè)計軟件的結(jié)構(gòu)。怎么從需求分析結(jié)果導(dǎo)出系統(tǒng)架構(gòu)？

30、2022/8/1768總體設(shè)計Software Architecture Software architecture is the design and specification of overall system structure. It defines a software system in terms of computational components (structure) and interactions among those components (topology). Components: are identified and assigned responsibi

31、lities that client components interact with through contracted interfaces. Interactions: specify communication and control mechanisms, and support all component interactions needed to accomplish system behavior. 2022/8/1769總體設(shè)計Software Architecture Structure issues includethe description of elements

32、 from which systems are built,interactions among those elements, that is, interchange representations and protocols, patterns that guide their composition,and constraints on these patterns. 2022/8/1770總體設(shè)計Software Architecture Architecture examples procedure call, shared variable access, client-serv

33、er protocols, database-accessing protocols, asynchronous event multicast, and piped streams.2022/8/17711軟件工程知識回顧1.4總體設(shè)計總體設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流圖2022/8/17721軟件工程知識回顧1.4總體設(shè)計總體設(shè)計的基本原理模塊化抽象摩托車整車生產(chǎn)和零部件生產(chǎn)的管理過程模塊獨立模塊之間低耦合，如數(shù)據(jù)耦合，控制耦合，公共環(huán)境耦合，內(nèi)容耦合模塊內(nèi)高內(nèi)聚，如功能內(nèi)聚，順序內(nèi)聚，通信內(nèi)聚，過程內(nèi)聚，時間內(nèi)聚，邏輯內(nèi)聚，偶然內(nèi)聚2022/8/17731軟件工程知識回顧1.4總體設(shè)計用層次圖描述軟件結(jié)構(gòu)2022/8/17741軟件工程知識回顧1.4總體設(shè)計_結(jié)構(gòu)化軟件結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)流圖獲得軟件結(jié)構(gòu)圖的基本方法2022/8/17751軟件工程知識回顧1.4總體設(shè)計_結(jié)構(gòu)化數(shù)字儀表板系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)分析低耦合：數(shù)據(jù)耦合中耦合：控制耦合高耦合：內(nèi)容耦合低內(nèi)聚：偶然，邏輯，時間中內(nèi)聚：過程，通信高內(nèi)聚：順序，功