信息系統(tǒng)工程概論課件第2章

信息系統(tǒng)工程概論(2)第2章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，硬件部分是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理設(shè)備。只有硬件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)叫裸機(jī)，裸機(jī)是無法運(yùn)行的，需要軟件的支持。硬件是基礎(chǔ)，而軟件則是指揮中樞，硬件和軟件兩者的功能與質(zhì)量決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能和性能。

計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種物理設(shè)備的總稱，主要由主機(jī)和外設(shè)構(gòu)成。主機(jī)包括中央處理機(jī)（CPU）、主板、存儲器，外設(shè)有輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等組成

中央處理機(jī)（CPU）

CPU即中央處理器，是計(jì)算機(jī)的頭腦，由運(yùn)算器和控制器組成，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件。運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯部件（ALU），是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它在控制器的作用下與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)進(jìn)行各類基本的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和其他操作?？刂破鳎–U）是整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指揮中心，負(fù)責(zé)對指令進(jìn)行分析，并根據(jù)指令的要求，有序地、有目的地向各個部件發(fā)出控制信號，使計(jì)算機(jī)的各部件協(xié)調(diào)一致地工作。

CPU品質(zhì)的高低，直接決定了一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的檔次。反映CPU品質(zhì)的最重要指標(biāo)是主頻和數(shù)據(jù)處理的位數(shù)。主頻說明了CPU的工作速度，主頻越高，CPU的運(yùn)算速度越快。CPU傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)是指計(jì)算機(jī)在同一時間能同時并行傳送的二進(jìn)制信息位數(shù)，即字長。例如16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)，是指該計(jì)算機(jī)中的CPU可以同時處理16位、32位和64位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。主板

主板是一塊帶有各種插口的大型印刷電路板（PCB），集成有電源接口、控制信號傳輸線路（稱為控制總線）和數(shù)據(jù)傳輸線路（稱為數(shù)據(jù)總線）以及相關(guān)控制芯片等，它將主機(jī)的CPU芯片、存儲器芯片、控制芯片、ROMBIOS芯片等各個部分有機(jī)地組合起來。此外主板還有連接著軟驅(qū)、硬盤、鍵盤、鼠標(biāo)的I/0接口插座以及供插入接口卡的I/0擴(kuò)展槽等組件。通過主板，CPU可以控制諸如硬盤、軟驅(qū)、鍵盤、鼠標(biāo)、內(nèi)存等各種設(shè)備。

主板的核心是主板芯片組，包含北橋和南橋兩組芯片，它們決定了主板的規(guī)格、性能和大致功能。北橋芯片位置靠近CPU，連接著CPU、內(nèi)存、AGP總線，主要決定主板的規(guī)格、對硬件的支持、以及系統(tǒng)的性能。它有較高的工作頻率，數(shù)據(jù)處理量非常大，發(fā)熱量也大，所以要涂抹硅膠，并覆蓋有散熱片或者風(fēng)扇進(jìn)行散熱。南橋芯片主要決定主板的功能，主板上的各種接口、PCI總線，以及主板上的其他芯片都?xì)w南橋芯片控制。南橋芯片通常裸露在PCI插槽旁邊，塊頭比較大。它的數(shù)據(jù)處理量不大，不用覆蓋散熱片。南北橋之間有一條通道，稱為南北橋總線。南北橋總線越寬，數(shù)據(jù)傳輸越便捷存儲器

存儲器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)最主要的記憶裝置，能夠把大量計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)存儲起來，稱為可寫，此外也能從其中取出數(shù)據(jù)或程序，稱為可讀。存儲器按功能可分為主存儲器和輔助存儲器。主存儲器，也稱為內(nèi)存儲器（內(nèi)存），有隨機(jī)存取存儲器（簡稱RAM）和只讀存儲器（簡稱ROM）兩種，它讀寫速度快，直接與CPU交換數(shù)據(jù)，一般當(dāng)前運(yùn)行的程序與使用的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中。RAM能夠隨時由CPU進(jìn)行讀寫，但斷電后其中的信息會消失。ROM是只能讀出而不能隨意寫入信息的存儲器，斷電后其中的信息不會丟失。

輔助存儲器也稱為外存儲器（外存），計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序和加工處理數(shù)據(jù)時，外存信息送入內(nèi)存后才能使用，它讀寫速度相對較慢，但容量可以很大。常用的外存是軟磁盤（簡稱軟盤）、硬磁盤（簡稱硬盤）和光盤等。輸入/輸出設(shè)備

1．輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是把人們編好的程序和原始數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中，并將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識別和接受的信息形式。按輸入信息的形態(tài)可分為字符（含漢字）輸入、圖形輸入、圖像輸入及語音輸入等。常見的有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。2．輸出設(shè)備輸出設(shè)備的功能可將機(jī)器運(yùn)算結(jié)果以人或其它設(shè)備能接受的形式送出計(jì)算機(jī)。目前最常用的輸出設(shè)備是打印機(jī)和顯示器等。輔助存儲器（磁盤、磁帶等）及自動控制和檢測系統(tǒng)中使用的模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換裝置等設(shè)備既可作為輸入設(shè)備，也可作為輸出設(shè)備。計(jì)算機(jī)總線

總線（BUS）是一組進(jìn)行互連和傳輸信息（指令、數(shù)據(jù)和地址）的信號線，能分時地發(fā)送和接收各部件的信息。有以下幾種類型：（1）按功能劃分①數(shù)據(jù)總線：用于傳輸數(shù)據(jù)信息。②地址總線：用于傳送地址信息。③控制總線：用于傳輸控制信號。（2）按位置劃分①機(jī)內(nèi)總線：總線在計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)，包括兩類：內(nèi)部總線和外部總線②機(jī)外總線：主機(jī)與外部設(shè)備接口相連的總線，是外設(shè)的接口標(biāo)準(zhǔn)（3）按范圍劃分①局部總線：在傳統(tǒng)的ISA總線和CPU總線之間增加的一級總線，如PCI總線。②系統(tǒng)總線：計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件(插板)之間進(jìn)行連接和傳輸信息的一組信號線，例如ISA、EISA、MCA、VESA、PCI及AGP等③通信總線：系統(tǒng)間或微機(jī)系統(tǒng)與設(shè)備之間進(jìn)行通信的一組信號線計(jì)算機(jī)接口

根據(jù)外部設(shè)備與I/O模塊交換數(shù)據(jù)的方式，系統(tǒng)接口可以分為串行和并行接口兩種。串行接口一次只能傳送1位信息，而并行接口一次就可傳送多位信息（一般為8位倍數(shù)）。串行通信又可以分為異步通信方式和同步通信方式兩種。并行接口數(shù)據(jù)傳輸效率高，控制簡單，通常用于高速數(shù)據(jù)通道街口，但是它所需連線很多，不適于遠(yuǎn)距離傳輸。串行通信連線少，適合于長距離傳送，但是控制復(fù)雜而且傳輸速度較慢。常見的設(shè)備接口有以下幾種。（1）ST506（2）ESDI（3）IDE（4）SCSI（5）PCMCIA（6）P1394（7）USB

計(jì)算機(jī)存儲體系

1．內(nèi)存編址2．高速緩沖存儲器（Cache）3．廉價磁盤冗余陣列RAID（1）RAID0級（無冗余和無校驗(yàn)的數(shù)據(jù)分塊）（2）RAID1級（磁盤鏡像陣列）（3）RAID2級（采用糾錯海明碼的磁盤陣列）（4）RAID3級和RAID4級（采用奇偶校驗(yàn)碼的磁盤陣列）（5）RAID5級（無獨(dú)立校驗(yàn)盤的奇偶校驗(yàn)碼磁盤陣列）（6）RAID6級（具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)硬盤與兩個獨(dú)立的分布式校驗(yàn)方案）（7）RAID7級（具有最優(yōu)化的異步高I/O速率和高數(shù)據(jù)傳輸率的磁盤陣列）（8）RAID10級（高可靠性與高性能的組合）計(jì)算機(jī)基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS）

1．BIOS的功能（1）自診斷程序（2）CMOS設(shè)置程序（3）系統(tǒng)自舉裝載程序（4）驅(qū)動程序和中斷服務(wù)2．BIOS與CMOS的區(qū)別

CMOS是主板上的一塊可讀寫的RAM芯片。它存儲了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時鐘信息和硬件配置信息等。系統(tǒng)在加電引導(dǎo)機(jī)器時，要讀取CMOS信息，用來初始化計(jì)算機(jī)各個部件的狀態(tài)。它靠系統(tǒng)電源和后備電池來供電，系統(tǒng)掉電后其信息不會丟失。BIOS中系統(tǒng)設(shè)置程序是完成參數(shù)設(shè)置的手段，而CMOS是系統(tǒng)參數(shù)存放的地方。因此，準(zhǔn)確的說法是通過BIOS設(shè)置程序?qū)MOS參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。計(jì)算機(jī)數(shù)字編碼

1．原碼：正數(shù)的符號位用0表示，負(fù)數(shù)的符號位用1表示，數(shù)值部分保持不變。用原碼進(jìn)行加法可得到正確結(jié)果，但進(jìn)行減法結(jié)果不對。2．反碼：符號0表示正數(shù)，符號1表示負(fù)數(shù)。把原碼對除符號位外的其余各位逐取反就產(chǎn)生了反碼。反碼的減法結(jié)果正確，但加法結(jié)果不對。3．補(bǔ)碼：符號0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是將數(shù)值部分按位取反，再在最低位加1。補(bǔ)碼的補(bǔ)碼就是原碼。補(bǔ)碼加法和減法結(jié)果都正確，因此補(bǔ)碼是最適合進(jìn)行數(shù)字加減運(yùn)算的。4．移碼：1表示正數(shù)，0表示負(fù)數(shù)。移碼是在補(bǔ)碼的基礎(chǔ)上把首位取反得到的。移碼常用于表示階碼。計(jì)算機(jī)字符編碼

1．ASCII碼2．漢字編碼（1）漢字輸入碼

①數(shù)字編碼：區(qū)位碼。②音碼：全拼、智能ABC、雙拼。③形碼：五筆字型、表形碼、筆劃碼、首尾碼。④音形碼：自然碼。

（2）漢字機(jī)內(nèi)碼

機(jī)內(nèi)碼與國家標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80漢字字符集有簡明的對應(yīng)關(guān)系

（3）漢字字形碼

①點(diǎn)陣字型②矢量字形③輪廓字形計(jì)算機(jī)字符編碼（

ASCII碼）

ASCII碼是“美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼”的簡稱，用于給西文字符編碼。這種編碼由7位二進(jìn)制數(shù)組合而成，可以表示128個字符，目前在國際上廣泛流行。

ASCII碼是7位二進(jìn)制編碼，而計(jì)算機(jī)的基本存儲單位是字節(jié)（byte），一個字節(jié)包含8個二進(jìn)制位（bit）。因此，ASCII碼的機(jī)內(nèi)碼要在最高位補(bǔ)一個0。后來，IBM公司把ASCII碼的位數(shù)增加一位，用8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成一個字符編碼，共有256個符號。擴(kuò)展后的ASCII碼除了原先的128個字符之外，又增加了一些常用的科學(xué)符號和表格線條。計(jì)算機(jī)字符編碼（漢字編碼）

《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼》（GB80-2312）共收錄了漢字、圖形、符號等7445個，并根據(jù)漢字的常用程度確定了一級和二級漢字字符集。這么多的漢字都必須用不同的二進(jìn)制數(shù)表示，一個字節(jié)顯然不夠了，所以采用了稱為國標(biāo)碼的編碼方式。字符集中的任何一個漢字或符號都用兩個7位二進(jìn)制數(shù)表示，在計(jì)算機(jī)中占2個字節(jié)，每個字節(jié)的高位為0。

（1）漢字輸入碼

①數(shù)字編碼：區(qū)位碼。②音碼：全拼、智能ABC、雙拼。③形碼：五筆字型、表形碼、筆劃碼、首尾碼。④音形碼：自然碼。

（2）漢字機(jī)內(nèi)碼

機(jī)內(nèi)碼與國家標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80漢字字符集有簡明的對應(yīng)關(guān)系

（3）漢字字形碼

①點(diǎn)陣字型②矢量字形③輪廓字形計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)（OS）是用戶和計(jì)算機(jī)之間的界面。1．操作系統(tǒng)的功能

（1）處理機(jī)管理（進(jìn)程管理）（2）存儲管理（3）設(shè)備管理（4）信息管理（文件管理）（5）用戶管理（作業(yè)管理）2．操作系統(tǒng)的分類

（1）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（2）分時操作系統(tǒng)（3）批處理操作系統(tǒng)（4）實(shí)時操作系統(tǒng)（5）分布式操作系統(tǒng)虛擬存儲器

1、虛擬存儲技術(shù)：在內(nèi)存中保留一部分程序或數(shù)據(jù)，在外存（硬盤）中放置整個地址空間的副本。程序運(yùn)行過程中可以隨機(jī)訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)或程序，但需要的程序或數(shù)據(jù)不在內(nèi)存時，就將內(nèi)存中部分內(nèi)容根據(jù)情況寫回外存，然后從外存調(diào)入所需程序或數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)內(nèi)部的局部轉(zhuǎn)換，從而允許程序的地址空間大于實(shí)際分配的存儲區(qū)域。2、虛擬存儲器的分類

（1）單一連續(xù)分區(qū)（2）固定分區(qū)（3）可變分區(qū)（4）可重定向分區(qū)（5）非請求分頁式（6）請求分頁式（7）段頁式2．局域性原理3．工作集理論計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的概念

應(yīng)用軟件即是提供某種特定功能的軟件，它們一般都運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，由專業(yè)人員根據(jù)各種需要開發(fā)。如業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件，殺毒軟件，文字處理軟件，學(xué)習(xí)軟件，游戲軟件，上網(wǎng)軟件等。

軟件是用戶與硬件之間的接口界面。用戶主要是通過軟件與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流。一套完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包含了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，其中軟件系統(tǒng)包括了基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS），操作系統(tǒng)（OS）和應(yīng)用軟件系統(tǒng)三部分。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

1．計(jì)算機(jī)的分類（1）單指令流單數(shù)據(jù)流（SISD）（2）單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）（3）多指令流單數(shù)據(jù)流（MISD）（4）多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）2．并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（1）超級標(biāo)量處理機(jī)（2）超級流水線處理機(jī)（3）超長指令字處理機(jī)（4）向量處理機(jī)（5）多處理機(jī)系統(tǒng)（6）大規(guī)模并行處理機(jī)（7）對稱多處理機(jī)3．精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（RISC）

精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（RISC）是相對于傳統(tǒng)的復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（CISC）而言的，早期的CPU全部是CISC架構(gòu)，要用最少的機(jī)器語言指令來完成所需的計(jì)算任務(wù)。RISC則是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只有少數(shù)指令，但是每個指令的執(zhí)行時間相當(dāng)短，CPU可用很高的頻率來運(yùn)算，提高運(yùn)算速度。RISC的特點(diǎn)：

（1）指令數(shù)量少（2）指令的尋址方式少（3）指令長度固定，指令格式種類少（4）只提供了Load/Store指令訪問存儲器（5）以硬布線邏輯控制為主（6）單周期指令執(zhí)行（7）優(yōu)化的編譯器系統(tǒng)可靠性分析

（1）平均無故障時間可靠度為R(t)的系統(tǒng)的平均無故障時間MTTF定義為從t＝0時到故障發(fā)生時系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行時間的期望值。（2）平均故障修復(fù)時間可用度為A（t）的系統(tǒng)平均故障修復(fù)時間MTTR可以用類似于求MTTF的方法求得。（3）平均故障間隔時間平均故障間隔時間MTBF常常與MTTF發(fā)生混淆。因?yàn)閮纱喂收希ㄊ。┲g必然有修復(fù)行為，因此，MTBF中應(yīng)包含MTTR。對于可靠度服從指數(shù)分布的系統(tǒng)，從任一時刻到達(dá)故障的期望時間都是相等的，因此有：

MTBF=MTTR+MTTF在實(shí)際應(yīng)用中，一般MTTR很小，所以通常認(rèn)為MTBF≈MTTF。

系統(tǒng)可靠性計(jì)算

對于系統(tǒng)的可靠性計(jì)算，需要掌握串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算的方法。

（1）串聯(lián)系統(tǒng)假設(shè)一個系統(tǒng)由n個子系統(tǒng)組成，當(dāng)且僅當(dāng)所有的子系統(tǒng)都能正常工作時，系統(tǒng)才能正常工作，這種系統(tǒng)稱為串聯(lián)系統(tǒng)。（2）并聯(lián)系統(tǒng)一個系統(tǒng)由n個子系統(tǒng)組成，只要有一個子系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)就能正常工作。在并聯(lián)系統(tǒng)中只有一個子系統(tǒng)是真正需要的，其余n-1個子系統(tǒng)稱為冗余子系統(tǒng)，隨著冗余子系統(tǒng)數(shù)量的增加，系統(tǒng)的平均無故障時間也增加了。（3）混聯(lián)系統(tǒng)混聯(lián)系統(tǒng)是指由串聯(lián)和并聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)混合組成的系統(tǒng)。容錯技術(shù)

容錯是指系統(tǒng)在其某一組件故障存在的情況下不失效，仍然能夠正常工作的特性。冗余技術(shù)是計(jì)算機(jī)容錯的基礎(chǔ)，一般可分為下列幾種類型：（1）硬件冗余：（2）軟件冗余：（3）信息冗余：（4）時間冗余：

在20世紀(jì)60年代主要利用雙處理或雙機(jī)的方法來達(dá)到容錯的目的。例如把關(guān)鍵的元件（處理機(jī)、存儲器等）或整個計(jì)算機(jī)設(shè)置兩套；一套在系統(tǒng)運(yùn)行時使用，另一套用做備份。根據(jù)系統(tǒng)的工作情況又可分為熱備份和冷備份兩種。

20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了軟件和硬件結(jié)構(gòu)的容錯方法。該方法在操作系統(tǒng)的層次上，支持聯(lián)機(jī)維修，即故障部分退出后運(yùn)行、進(jìn)行維修并重新投入運(yùn)行都不影響正在運(yùn)行的應(yīng)用程序。

第3章軟件工程

軟件是計(jì)算機(jī)中與硬件相互依存的另一部分，包括計(jì)算機(jī)運(yùn)行時所需要的各種程序、相關(guān)數(shù)據(jù)及其說明文檔。程序是按照事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是是程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔是與程序開發(fā)維護(hù)和使用有關(guān)的各種圖文資料。現(xiàn)代信息技術(shù)設(shè)備己成為高度智能和軟件化的產(chǎn)品，無論是計(jì)算機(jī)、通訊、還是網(wǎng)絡(luò)，軟件的工作量都己經(jīng)大大超過硬件。

軟件包含三層含義：（1）個體層次：包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序及文檔。（2）整體層次：在特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有上述個體層次軟件的總稱。（3）學(xué)科層次：開發(fā)、維護(hù)和使用軟件過程中所涉及的理論、方法、技術(shù)所構(gòu)成的學(xué)科。應(yīng)用軟件的分類

①管理信息類②字表處理軟件③教育軟件④游戲軟件⑤翻譯軟件⑥殺毒軟件⑦其他各種應(yīng)用軟件和工具軟件軟件的特性

①軟件是一種邏輯實(shí)體，具有抽象性。②軟件沒有明顯的制造過程。③軟件存在退化、過時和淘汰問題。④軟件對硬件和環(huán)境有著不同程度的依賴性。⑤至今尚未完全擺脫手工作坊式的開發(fā)方式。⑥軟件是復(fù)雜的，而且以后會更加復(fù)雜。⑦軟件的成本相當(dāng)昂貴。⑧軟件工作牽涉到很多社會因素。軟件危機(jī)

1、

軟件危機(jī)指的是在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題：

（1）軟件成本日益增長（2）軟件開發(fā)的進(jìn)度難于控制（3）估計(jì)軟件工作量很困難（4）軟件質(zhì)量難于保證（5）軟件維護(hù)困難

2、軟件危機(jī)產(chǎn)生的原因：

（1）用戶需求不明確（2）缺乏正確的理論指導(dǎo)（3）軟件規(guī)模越來越大（4）軟件復(fù)雜度越來越高軟件工程

軟件工程是一門研究如何用系統(tǒng)化、規(guī)范化、數(shù)量化等工程原則和方法去進(jìn)行軟件的開發(fā)和維護(hù)的學(xué)科。1．軟件工程的特點(diǎn)

①強(qiáng)調(diào)規(guī)范化②強(qiáng)調(diào)文檔化2．軟件工程原則

①選取適宜開發(fā)模型②采用合適的設(shè)計(jì)方法③提供高質(zhì)量的工程支持④重視開發(fā)過程的管理3．軟件工程的內(nèi)容

軟件開發(fā)模型、軟件開發(fā)方法、軟件過程、軟件工具、軟件開發(fā)環(huán)境、計(jì)算機(jī)輔助軟件工程（CASE）、軟件經(jīng)濟(jì)學(xué)軟件工程方法

軟件工程是用工程、科學(xué)和數(shù)學(xué)的原則與方法研制、維護(hù)計(jì)算機(jī)軟件的有關(guān)技術(shù)及管理方法。①方法：軟件工程方法為軟件開發(fā)提供了“如何做”的技術(shù)，是完成軟件工程項(xiàng)目的技術(shù)手段；②工具：軟件工具是人類在開發(fā)軟件的活動中智力和體力的擴(kuò)展和延伸，為軟件工程方法提供了自動的或半自動的軟件支撐環(huán)境；③過程：軟件工程的過程則是將軟件工程的方法和工具綜合起來以達(dá)到合理、及時地進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)的目的。軟件工程研究的熱點(diǎn)課題

①開發(fā)工具軟件：第一階段的重點(diǎn)是著眼于提高程序員的工作效率，開發(fā)了形形色色的軟件開發(fā)工具，如編輯、編譯、跟蹤、排錯、源程序分析、反匯編、反編譯等工具軟件；②配套工具箱：第二階段是把零散的開發(fā)工具軟件歸攏起來，集成為在配套的工具箱；③軟件工程環(huán)境：第三階段在工具箱的基礎(chǔ)上增加了文件管理、數(shù)據(jù)庫支持、版本管理、軟件配置管理等功能，逐步形成了所謂的軟件工程環(huán)境；④軟件模型：第四階段軟件工程研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)到軟件開發(fā)模型和生命期方法兩個課題上，即如何劃分軟件開發(fā)過程的不同階段，包括需求分析、概要與詳細(xì)設(shè)計(jì)、編程、測試、維護(hù)等，而“瀑布模型”的出現(xiàn)就是企圖把其他行業(yè)中進(jìn)行工程項(xiàng)目的做法搬到軟件行業(yè)中來。它強(qiáng)調(diào)在編程之前一定要把用戶需求徹底弄個明白，以及軟件開發(fā)工作要分階段進(jìn)行。軟件工程方法的基本原理

（1）用分階段的生命期計(jì)劃嚴(yán)格管理（2）堅(jiān)持進(jìn)行階段評審（3）實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制（4）采納現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)（5）結(jié)果應(yīng)能清楚地審查（6）開發(fā)小組的人員應(yīng)少而精（7）承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性

軟件開發(fā)的生命期方法

軟件工程采用的生命期方法就是從時間角度對軟件開發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜問題進(jìn)行分解，把軟件生存期依次劃分為若干個階段，每個階段有相對獨(dú)立的任務(wù)，而且比較簡單，便于不同開發(fā)人員分工協(xié)作，從而降低了整個軟件開發(fā)的難度。1．軟件定義時期

（1）問題定義（2）可行性研究（3）需求分析2．軟件開發(fā)時期

（1）總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)）（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)（3）編碼和單元測試（4）綜合測試3．軟件維護(hù)時期軟件開發(fā)過程模型和開發(fā)方法

一、軟件開發(fā)過程模型

（1）瀑布模型（2）螺旋模型（3）快速原型模型（4）增量模型（5）噴泉模型（6）構(gòu)件組裝模型二、軟件開發(fā)方法

1．Parnas方法2．結(jié)構(gòu)化方法（SASD）3．面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)方法（1）Jackson方法（2）Warnier方法4．面向問題的分析方法（PAM）5．原型化方法6．面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法

7．可視化開發(fā)方法8．統(tǒng)一建模語言（UML）9．ICASE方法10．軟件重用和組件連接

面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法

面向?qū)ο蠹夹g(shù)是軟件技術(shù)的一次革命，在軟件開發(fā)史上具有里程碑的意義。隨著面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）向面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（OOD）和面向?qū)ο蠓治觯∣OA）的發(fā)展，最終形成面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法（OMT）。

面向?qū)ο蠹夹g(shù)基本概念：①對象②類③繼承④封裝⑤消息⑥多態(tài)性⑦構(gòu)件

常用的程序設(shè)計(jì)語言

1．計(jì)算機(jī)語言：（1）機(jī)器指令；（2）匯編語言；（3）高級語言2．基本程序設(shè)計(jì)語言①BASIC②FOPTRAN③COBOL④C⑤PASCAL⑥LISP⑦C++3．第四代語言①VB（VisualBasic）②VF（VisualFoxPro）③VC（VisualC）④Delphi⑤Java⑥SQL（StructureQueryLanguage結(jié)構(gòu)化查詢語言）⑦XML（eXtensibleMarkupLanguage可擴(kuò)充標(biāo)記語言）軟件質(zhì)量特性

（1）精確性（2）健壯性（3）安全性（4）通信有效性（5）處理有效性（6）設(shè)備有效性（7）可操作性（8）培訓(xùn)性（9）完備性（10）一致性（11）可追蹤性（12）可見性（13）硬件系統(tǒng)無關(guān)性（14）軟件系統(tǒng)無關(guān)性（15）可擴(kuò)充性（16）簡單性（17）公用性（18）模塊性（19）清晰性（20）自描述性（21）結(jié)構(gòu)性（22）產(chǎn)品文件完備性軟件測試

軟件測試通常是指在軟件正式投入運(yùn)行前，對軟件用戶需求分析、設(shè)計(jì)和編碼的最終復(fù)審，是軟件質(zhì)量保證的關(guān)鍵步驟。軟件測試的目標(biāo)是以較少的用例、時間和人力找出軟件中潛在的各種錯誤和缺陷，以確保軟件系統(tǒng)的質(zhì)量。

在典型的軟件開發(fā)項(xiàng)目中，軟件測試工作量往往占軟件開發(fā)總工作量的40％以上。而在軟件開發(fā)的總成本中，用在測試上的開銷要占30％到50％。

已經(jīng)投入使用或市場銷售的軟件，其中存在的錯誤和問題很多都和測試的成效有關(guān)系。如果測試不充分，那么這些錯誤和問題會潛伏在軟件中，等到用戶發(fā)現(xiàn)以后，再由開發(fā)人員進(jìn)行維護(hù)，改正錯誤的費(fèi)用一般是開發(fā)階段的40倍到60倍。

軟件測試的目的

軟件測試的目標(biāo)是以較少的用例、時間和人力找出軟件中潛在的各種錯誤和缺陷，以確保軟件系統(tǒng)的質(zhì)量。軟件測試目的：

①為了發(fā)現(xiàn)錯誤而執(zhí)行程序的過程。②為了證明程序有錯，不是證明程序無錯誤。③一個好的測試用例是在于它能發(fā)現(xiàn)至今未發(fā)現(xiàn)的錯誤。④一個成功的測試是發(fā)現(xiàn)了至今未發(fā)現(xiàn)的錯誤的測試。軟件BUG的類型

軟件Bug指在計(jì)算機(jī)程序中存在的一個錯誤（error）、缺陷（flaw）、故障（fault），這些Bug使程序無法正確的運(yùn)行。Bug產(chǎn)生于程序的源代碼或者程序設(shè)計(jì)階段的疏忽或者錯誤。

（1）錯誤（error）即不正確，是指與客觀實(shí)際不符、不正確的認(rèn)識、行為、動作等。（2）缺陷（flaw、defect）指與軟件與它的需求不一致的地方，無法正確完成所要求的功能。（3）故障（fault）是指系統(tǒng)不能執(zhí)行所要求功能的一種狀態(tài)。

軟件BUG的等級劃分

（1）A類（嚴(yán)重Bug）①死循環(huán)②由于程序所引起的死機(jī)或非法退出③數(shù)據(jù)庫發(fā)生死鎖④因錯誤操作導(dǎo)致的程序中斷⑤功能錯誤⑥與數(shù)據(jù)庫連接錯誤⑦數(shù)據(jù)通訊錯誤（2）B類（較嚴(yán)重Bug）①程序錯誤②程序接口錯誤③數(shù)據(jù)庫的表、業(yè)務(wù)規(guī)則、缺省值未加完整性等約束條件（3）C類（一般性Bug）①操作界面錯誤（包括數(shù)據(jù)窗口內(nèi)列名定義、含義是否一致）②打印內(nèi)容、格式錯誤③簡單的輸入限制未放在前臺進(jìn)行控制④刪除操作未給出提示⑤數(shù)據(jù)庫表中有過多的空字段（4）D類（較小Bug）①界面不規(guī)范②輔助說明描述不清楚③輸入輸出不規(guī)范④長操作未給用戶提示⑤提示窗口文字未采用行業(yè)術(shù)語⑥可輸入?yún)^(qū)域和只讀區(qū)域沒有明顯的區(qū)分標(biāo)志軟件測試的基本類型（1）

1．黑盒測試黑盒測試也稱功能測試或數(shù)據(jù)驅(qū)動測試，它是在已知軟件產(chǎn)品所應(yīng)具有的功能，通過測試來檢測每個功能是否都能正常使用，在測試時，把程序看作一個不能打開的黑盆子，在完全不考慮程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性的情況下，針對軟件界面和軟件功能進(jìn)行測試。黑盒測試是一種窮舉輸入測試方法，測試時只有把所有可能的輸入都作為測試情況使用，才能以這種方法查出程序中所有的錯誤2．白盒測試白盒測試也稱結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動測試，允許測試人員對程序內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)及有關(guān)信息來設(shè)計(jì)和選擇測試用例，對程序的邏輯路徑進(jìn)行測試。測試用例設(shè)計(jì)的好壞直接決定了測試的效果和結(jié)果。檢驗(yàn)程序中的每條通路是否都能按預(yù)定要求正確工作，而不必顧及它的功能。

3．灰盒測試灰盒測試介于白盒測試與黑盒測試之間，關(guān)注輸出對于輸入的正確性，同時也關(guān)注內(nèi)部表現(xiàn)；但這種關(guān)注不像白盒那樣詳細(xì)、完整，只是通過一些表征性的現(xiàn)象、事件、標(biāo)志來判斷內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)；有時候輸出是正確的，但內(nèi)部其實(shí)已經(jīng)錯誤了，這種情況非常多，如果每次都通過白盒測試來操作，效率會很低，因此需要采取灰盒的方法。軟件測試的基本類型（2）

4、α測試α測試是由一個用戶在開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行的測試，也可以是公司內(nèi)部的用戶在模擬實(shí)際操作環(huán)境下進(jìn)行的受控測試，發(fā)現(xiàn)的錯誤，可以立刻反饋給開發(fā)人員，由開發(fā)人員及時分析和處理。目的是評價軟件產(chǎn)品的功能、可使用性、可靠性、性能和支持。尤其注重產(chǎn)品的界面和特色。5、β測試β測試是軟件的多個用戶在一個或多個用戶的實(shí)際使用環(huán)境下進(jìn)行的測試，開發(fā)者通常不在測試現(xiàn)場。β測試著重于產(chǎn)品的支持性，包括文檔、客戶培訓(xùn)和支持產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。只有當(dāng)α測試達(dá)到一定的可靠程度后，才能開始β測試，它處在整個測試過程的最后階段。軟件測試的階段步驟

①單元測試（模塊測試）針對每個模塊進(jìn)行的測試，可從程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)設(shè)計(jì)測試用例，多個模塊可以平行地對立地測試。通常在編碼階段進(jìn)行，必要的時候要制作驅(qū)動模塊和樁模塊。②組裝測試（集成測試）在單元測試的基礎(chǔ)上，將所有模塊按設(shè)計(jì)要求組裝成為系統(tǒng)進(jìn)行測試。測試過程必須精心組織，應(yīng)提交集成測試計(jì)劃、集成測試規(guī)格說明和集成測試分析報(bào)告。③確認(rèn)測試驗(yàn)證軟件功能和性能及其它特性是否與用戶需求分析報(bào)告的要求一致。④系統(tǒng)測試將軟件放在整個計(jì)算機(jī)環(huán)境下，包括軟硬件平臺、某些支持軟件、數(shù)據(jù)和人員等，在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下進(jìn)行一系列的測試。

軟件測試的影響因素

掌握好測試量是至關(guān)重要的，測試不足意味著讓用戶承擔(dān)隱藏錯誤帶來的危險(xiǎn)，過度測試則會浪費(fèi)許多資源。測試是軟件生存期中費(fèi)用消耗最大的環(huán)節(jié)，測試費(fèi)用除了測試的直接消耗外，還包括其它的相關(guān)費(fèi)用。

需要做多少次測試的主要影響因素：

①系統(tǒng)的目的和用途②潛在的用戶數(shù)量③信息的價值④軟件開發(fā)的水平⑤軟件測試的時機(jī)

軟件獨(dú)立測試機(jī)構(gòu)的作用

（1）客觀性獨(dú)立的軟件測試機(jī)構(gòu)只承擔(dān)軟件測試工作，而沒有開發(fā)任務(wù)，因此可以站在公正客觀的立場上，對軟件錯誤抱著客觀的態(tài)度。這種客觀的態(tài)度可以解決測試中的心理學(xué)問題，既能夠以揭露軟件中錯誤的態(tài)度工作，也能不受發(fā)現(xiàn)的錯誤的影響。經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)立性使其工作有更充分的條件按測試要求去