軟件工程的歷史及發展趨勢
阿新 • • 發佈：2018-11-21
可見度 中間件技術 制造 效率 危機 原材料 定義 管理 虛擬環境 1軟件工程的出現
1.1軟件危機
20世紀中期,計算機剛被從軍用領域轉向民用領域使用,那時編寫程序的工作被視同為藝術家的創作。當時的計算機硬件非常昂貴,編程人員追求的是如何在有限的處理器能力和存儲器空間約束下,編寫出執行速度快、體積小的程序。程序中充滿了各種各樣讓人迷惑的技巧。這時的軟件生產非常依賴於開發人員的聰明才智。
到了20世紀60年代,計算機的應用範圍得到較大擴展,對軟件系統的需求和軟件自身的復雜度急劇上升,傳統的開發方法無法適應用戶在質量、效率等方面對軟件的需求。這就是所謂的“軟件危機”。 為解決這個問題,1968年NATO會議上首次提出“軟件工程”(SotfwraeEngineeirng)的概念,提出把軟件開發從“藝術”和“個體行為”向“工程”和“群體協同工作”轉化。其基本思想是應用計算機科學理論和技術以及工程管理原則和方法,按照預算和進度,實現滿用戶要求的軟件產品的定義、開發、發布和維護的工程。從此也誕生了一門新的學科——軟件工程。
迄今為之,為了達到最初設定的目標,軟件工程界已經提出了一系列的理論、方法、語言和工具,解決了軟件開發過程中的若幹問題。但是,由於軟件固有的復雜性、易變性和不可見性,軟件開發周期長、代價高和質量低的問題依然存在。IEEE在2002年發表的報告指出,即使是IT產業最發達的美國,在2001年美國本土公司開發的軟件產品中平均每1000行代碼中有0.37個錯誤,對於美國之外的其他國家,這個比例更高。 1.2軟件與其他產品的差異
軟件是一種特殊的產品,人們通常看到的是它的載體,而真正具有意義的是載體上的計算機或信息。
軟件既不同於通常的精神產品,也不同於常見的物質產品。作家的作品是一種精神產品,它沒有使用價值卻可以供人閱讀欣賞。若把軟件也看成是一種作品,卻發現其價值在於供人們使用,無人喜歡讀它的源代碼。 軟件也與傳統的工業產品不同。工業產品在設計好之後,主要的成本是原材料成本、生產過程的開銷等,但生產任何軟件的主要成本是設計、實現軟件時的成本,以及軟件投入使用後的維護成本,在生產線上制造軟件的成本非常低。用戶購買某種商品後,就擁有了該商品的所有權和使用權。可是用戶買來的軟件卻只擁有它的有限“使用權”。工業產品會隨著使用而磨損、報廢,但軟件在使用過程不會有任何磨損,在相同的硬件條件下用戶1年前使用的軟件和5年後使用該軟件無任何差別。傳統的工業產品在車間裏生產,生產過程可見、可觸摸,也容易衡量生產過程中的消耗和進展。可是軟件的開發過程在人的大腦裏,很難度量其進度。 所謂的“軟件工程”就是要這種過程“可視化”、“定量化”,把看不見的思維活動變成看得見的“文檔”或者其他看得見的東西。
2軟件工程方法和技術
30多年來,軟件工程的研究和實踐取得了長足的進展,盡管目前離徹底解決“軟件危機”
還有相當的差距(對是否能徹底解決目前也存在爭議),但軟件工程的方法對軟件產業的發展還是起到了很大的推動作用。從20世紀60年代以來,陸續出現了結構化程序設計技術、計算機輔助軟件工程(CASE)、面向對象語言和方法、軟件過程及軟件過程改善研究等一系列成果,並應用到實踐中。目前軟件工程中主要使用的方法和技術可以分成技術和管理兩類。 2.1技術的角度
主要包括:軟件開發範型、軟件設計方法。軟件開發範型關註軟件工程的方向,即如何才是正確的編寫滿足需求的軟件;軟件設計方法關註軟件工程的“途徑”,即研究怎樣完成從高層概念模型到低層概念模型的映射。
軟件工程理論在實踐中應用時重點放在軟件復用上。參考目前成熟的工業產品的開發模式,軟件復用可以在軟件開發中避免重復勞動,它以已有的成果為基礎,充分利用過去開發應用系統中積累的知識和經驗,將開發的重點集中於新應用的特有構成成分上。通過使用軟件復用技術,開發應用系統時可以充分利用已有的開發成果,消除軟件生命周期中的許多重復勞動,提高軟件開發的效率。同時,復用高質量的已有成果,可以避免重新開發時引入的錯誤,從而提高軟件質量。
實現軟件復用的關鍵技術包括軟件構件技術(softwarecomponenttechnology)、領域工程(domainen—gineering)、軟件體系結構(softwarearchitecture)等。 軟件構件是指應用系統中可以明確辨識的構成成分,可復用構件是指具有相對獨立功能和可復用價值的構件。目前,構件的概念即包括源代碼,也包括需求、需求規約、系統和軟件的體系結構、文檔、測試計劃、測試用例和數據以及其他對開發活動有用的信息,這些信息都可以稱為可復用軟件構件。軟件構件技術是支持軟件復用的核心技術,其主要研究內容包括:如何有目的的進行構件生產和從已有系統中挖掘提取構件;構件的本質特征及構件間的關系是什麽樣的;如何描述構件;如何對構件進行分類、組織及檢索等。
研究實踐表明,由於某個特定領域需要的軟件具有相似的需求,因此軟件復用在特定領域內更容易獲得成功,由此出現了領域工程。領域工程是為一組相似或相近系統的應用工程建立基本能力和必備基礎的過程,它涵蓋了建立可復用軟件構件的所有活動。包括美國卡內基·梅隆大學軟件工程研究所(CMU/SEI)在內的許多研究機構已經提出了一些領域分析方法。 如果軟件復用僅停留在代碼階段,開發人員得到的好處是有限的。軟件體系結構技術使軟件復用從代碼復用發展到設計復用和過程復用。在建築工程領域人們用體系結構表達建築的整體結構,軟件工程研究中引人體系結構這個術語,其核心內容是軟件系統的結構,它包括如下一些實體:構件、構件之間的交互關系、限制、構件和連接件構成的拓撲結構、設計原則與指導方針。
2.2工程管理的角度
參考其他成熟工程領域中的做法,軟件工程也研究管理學理論在軟件工程中的應用。軟件項目管理方法拋棄了以前個人的作坊式開發方式,根據管理科學的理論,結合軟件產品開發的實際,保證工程化系統開發方法的順利實施。為了使軟件項目能夠按照預定的成本、進度、質量順利完成,軟件管理方法對成本、人員、進度、質量、風險、文檔等進行分析管理和控制。進行軟件項目管理有利於將開發人員的個人開發能力轉化成企業的開發能力,企業的軟件開發能力越高,表明這個企業的軟件生產越趨向於成熟,其開發風險也越小。軟件項目管理已經是公認的軟件開發企業的核心競爭力之一。 根據在前面提到的軟件與其他產品的區別,軟件項目管理具有一些與其他項目管理不同的特性軟件項目管理中遵循著一些原則,例如:軟件項目中需要平衡需求、資源、工期、質量這四個要素之間的關系;大規模的項目要拆分成幾個小項目,從而減小項目的管理風險,並且使目標具體明確;依靠一套規範的過程來實時控制項目進度,並確保項目經理能夠及時
發現問題、解決問題,保證項目具有很高的可見度;針對不同項目的特點,制訂不同的項目管理的方針政策;合理控制項目組的規模控制原則;有效的積累知識,做到人員的專業化培養。
目前在軟件項目管理方面有國際標準化組織專門為軟件行業定制的ISO9003標準,它給出了衡量軟件質量的準則;美國卡內基·梅隆大學軟件工程研究所提出的CMM(CapabilityMaturityModel,能力成熟度模型)則提供了一整套較為完善的軟件研發項目管理的方法。 3軟件工程的新發展
20世紀末開始流行的Internet給人們提供了一種全球範圍的信息基礎設施,形成了一個資源豐富的計算平臺,未來如何在Internet平臺上進一步整合資源,形成巨型的、高效的、可信的虛擬環境,使所有資源能夠高效、可信地為所有用戶服務,成為軟件技術的研究熱點。
Internet平臺具有一些傳統軟件平臺不具備的特征:分布性、節點的高度自治性、開放性、異構性、不可預測性、連接環境的多樣性等。這對軟件工程的發展提出了新的問題。軟件工程需要新的理論、方法和技術和平臺來應對這個問題。目前投入很大精力研究的中間件技術就是這方面的典型代表。 綜上所述,Internet及其上應用的快速發展與普及,使計算機軟件所面臨的環境開始從靜態封閉逐步走向開放、動態和多變。軟件系統為了適應這樣一種發展趨勢,將會逐步呈現出柔性、多目標、連續反應式的網構軟件系統的形態。面對這種新型的軟件形態,傳統的軟件理論、方法、技術和平臺面臨了一系列挑戰。從宏觀上看,這種挑戰為我們研究軟件理論、方法和技術提供了難得的機遇,使我們有可能建立一套適合於Internet開放、動態和多變環境的新型軟件理論、方法和技術體系。從微觀的角度來看,Internet的發展將使系統軟件和支撐平臺的研究重點開始從操作系統等轉向新型中間件平臺,而網構軟件的理論、方法和技術的突破必將導致在建立新型中間件平臺創新技術方面的突破
1.1軟件危機
20世紀中期,計算機剛被從軍用領域轉向民用領域使用,那時編寫程序的工作被視同為藝術家的創作。當時的計算機硬件非常昂貴,編程人員追求的是如何在有限的處理器能力和存儲器空間約束下,編寫出執行速度快、體積小的程序。程序中充滿了各種各樣讓人迷惑的技巧。這時的軟件生產非常依賴於開發人員的聰明才智。
到了20世紀60年代,計算機的應用範圍得到較大擴展,對軟件系統的需求和軟件自身的復雜度急劇上升,傳統的開發方法無法適應用戶在質量、效率等方面對軟件的需求。這就是所謂的“軟件危機”。 為解決這個問題,1968年NATO會議上首次提出“軟件工程”(SotfwraeEngineeirng)的概念,提出把軟件開發從“藝術”和“個體行為”向“工程”和“群體協同工作”轉化。其基本思想是應用計算機科學理論和技術以及工程管理原則和方法,按照預算和進度,實現滿用戶要求的軟件產品的定義、開發、發布和維護的工程。從此也誕生了一門新的學科——軟件工程。
迄今為之,為了達到最初設定的目標,軟件工程界已經提出了一系列的理論、方法、語言和工具,解決了軟件開發過程中的若幹問題。但是,由於軟件固有的復雜性、易變性和不可見性,軟件開發周期長、代價高和質量低的問題依然存在。IEEE在2002年發表的報告指出,即使是IT產業最發達的美國,在2001年美國本土公司開發的軟件產品中平均每1000行代碼中有0.37個錯誤,對於美國之外的其他國家,這個比例更高。 1.2軟件與其他產品的差異
軟件是一種特殊的產品,人們通常看到的是它的載體,而真正具有意義的是載體上的計算機或信息。
軟件既不同於通常的精神產品,也不同於常見的物質產品。作家的作品是一種精神產品,它沒有使用價值卻可以供人閱讀欣賞。若把軟件也看成是一種作品,卻發現其價值在於供人們使用,無人喜歡讀它的源代碼。 軟件也與傳統的工業產品不同。工業產品在設計好之後,主要的成本是原材料成本、生產過程的開銷等,但生產任何軟件的主要成本是設計、實現軟件時的成本,以及軟件投入使用後的維護成本,在生產線上制造軟件的成本非常低。用戶購買某種商品後,就擁有了該商品的所有權和使用權。可是用戶買來的軟件卻只擁有它的有限“使用權”。工業產品會隨著使用而磨損、報廢,但軟件在使用過程不會有任何磨損,在相同的硬件條件下用戶1年前使用的軟件和5年後使用該軟件無任何差別。傳統的工業產品在車間裏生產,生產過程可見、可觸摸,也容易衡量生產過程中的消耗和進展。可是軟件的開發過程在人的大腦裏,很難度量其進度。 所謂的“軟件工程”就是要這種過程“可視化”、“定量化”,把看不見的思維活動變成看得見的“文檔”或者其他看得見的東西。
2軟件工程方法和技術
30多年來,軟件工程的研究和實踐取得了長足的進展,盡管目前離徹底解決“軟件危機”
還有相當的差距(對是否能徹底解決目前也存在爭議),但軟件工程的方法對軟件產業的發展還是起到了很大的推動作用。從20世紀60年代以來,陸續出現了結構化程序設計技術、計算機輔助軟件工程(CASE)、面向對象語言和方法、軟件過程及軟件過程改善研究等一系列成果,並應用到實踐中。目前軟件工程中主要使用的方法和技術可以分成技術和管理兩類。 2.1技術的角度
主要包括:軟件開發範型、軟件設計方法。軟件開發範型關註軟件工程的方向,即如何才是正確的編寫滿足需求的軟件;軟件設計方法關註軟件工程的“途徑”,即研究怎樣完成從高層概念模型到低層概念模型的映射。
軟件工程理論在實踐中應用時重點放在軟件復用上。參考目前成熟的工業產品的開發模式,軟件復用可以在軟件開發中避免重復勞動,它以已有的成果為基礎,充分利用過去開發應用系統中積累的知識和經驗,將開發的重點集中於新應用的特有構成成分上。通過使用軟件復用技術,開發應用系統時可以充分利用已有的開發成果,消除軟件生命周期中的許多重復勞動,提高軟件開發的效率。同時,復用高質量的已有成果,可以避免重新開發時引入的錯誤,從而提高軟件質量。
實現軟件復用的關鍵技術包括軟件構件技術(softwarecomponenttechnology)、領域工程(domainen—gineering)、軟件體系結構(softwarearchitecture)等。 軟件構件是指應用系統中可以明確辨識的構成成分,可復用構件是指具有相對獨立功能和可復用價值的構件。目前,構件的概念即包括源代碼,也包括需求、需求規約、系統和軟件的體系結構、文檔、測試計劃、測試用例和數據以及其他對開發活動有用的信息,這些信息都可以稱為可復用軟件構件。軟件構件技術是支持軟件復用的核心技術,其主要研究內容包括:如何有目的的進行構件生產和從已有系統中挖掘提取構件;構件的本質特征及構件間的關系是什麽樣的;如何描述構件;如何對構件進行分類、組織及檢索等。
研究實踐表明,由於某個特定領域需要的軟件具有相似的需求,因此軟件復用在特定領域內更容易獲得成功,由此出現了領域工程。領域工程是為一組相似或相近系統的應用工程建立基本能力和必備基礎的過程,它涵蓋了建立可復用軟件構件的所有活動。包括美國卡內基·梅隆大學軟件工程研究所(CMU/SEI)在內的許多研究機構已經提出了一些領域分析方法。 如果軟件復用僅停留在代碼階段,開發人員得到的好處是有限的。軟件體系結構技術使軟件復用從代碼復用發展到設計復用和過程復用。在建築工程領域人們用體系結構表達建築的整體結構,軟件工程研究中引人體系結構這個術語,其核心內容是軟件系統的結構,它包括如下一些實體:構件、構件之間的交互關系、限制、構件和連接件構成的拓撲結構、設計原則與指導方針。
2.2工程管理的角度
參考其他成熟工程領域中的做法,軟件工程也研究管理學理論在軟件工程中的應用。軟件項目管理方法拋棄了以前個人的作坊式開發方式,根據管理科學的理論,結合軟件產品開發的實際,保證工程化系統開發方法的順利實施。為了使軟件項目能夠按照預定的成本、進度、質量順利完成,軟件管理方法對成本、人員、進度、質量、風險、文檔等進行分析管理和控制。進行軟件項目管理有利於將開發人員的個人開發能力轉化成企業的開發能力,企業的軟件開發能力越高,表明這個企業的軟件生產越趨向於成熟,其開發風險也越小。軟件項目管理已經是公認的軟件開發企業的核心競爭力之一。 根據在前面提到的軟件與其他產品的區別,軟件項目管理具有一些與其他項目管理不同的特性軟件項目管理中遵循著一些原則,例如:軟件項目中需要平衡需求、資源、工期、質量這四個要素之間的關系;大規模的項目要拆分成幾個小項目,從而減小項目的管理風險,並且使目標具體明確;依靠一套規範的過程來實時控制項目進度,並確保項目經理能夠及時
發現問題、解決問題,保證項目具有很高的可見度;針對不同項目的特點,制訂不同的項目管理的方針政策;合理控制項目組的規模控制原則;有效的積累知識,做到人員的專業化培養。
目前在軟件項目管理方面有國際標準化組織專門為軟件行業定制的ISO9003標準,它給出了衡量軟件質量的準則;美國卡內基·梅隆大學軟件工程研究所提出的CMM(CapabilityMaturityModel,能力成熟度模型)則提供了一整套較為完善的軟件研發項目管理的方法。 3軟件工程的新發展
20世紀末開始流行的Internet給人們提供了一種全球範圍的信息基礎設施,形成了一個資源豐富的計算平臺,未來如何在Internet平臺上進一步整合資源,形成巨型的、高效的、可信的虛擬環境,使所有資源能夠高效、可信地為所有用戶服務,成為軟件技術的研究熱點。
Internet平臺具有一些傳統軟件平臺不具備的特征:分布性、節點的高度自治性、開放性、異構性、不可預測性、連接環境的多樣性等。這對軟件工程的發展提出了新的問題。軟件工程需要新的理論、方法和技術和平臺來應對這個問題。目前投入很大精力研究的中間件技術就是這方面的典型代表。 綜上所述,Internet及其上應用的快速發展與普及,使計算機軟件所面臨的環境開始從靜態封閉逐步走向開放、動態和多變。軟件系統為了適應這樣一種發展趨勢,將會逐步呈現出柔性、多目標、連續反應式的網構軟件系統的形態。面對這種新型的軟件形態,傳統的軟件理論、方法、技術和平臺面臨了一系列挑戰。從宏觀上看,這種挑戰為我們研究軟件理論、方法和技術提供了難得的機遇,使我們有可能建立一套適合於Internet開放、動態和多變環境的新型軟件理論、方法和技術體系。從微觀的角度來看,Internet的發展將使系統軟件和支撐平臺的研究重點開始從操作系統等轉向新型中間件平臺,而網構軟件的理論、方法和技術的突破必將導致在建立新型中間件平臺創新技術方面的突破
軟件工程的歷史及發展趨勢