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關(guān)于軟件工程的歷史與發(fā)展趨勢
論文摘要：軟件是一種特殊的產(chǎn)品，隨著(zhù)其規模和復雜性的提高、使用范圍的擴大，需要從技術(shù)和兩方面對軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行控制。從軟件工程這門(mén)學(xué)科和技術(shù)出現的背景出發(fā)，回顧了軟件工程在近40年來(lái)理論、方法和實(shí)踐中的成果。最后結合Internet技術(shù)和平臺的挑戰，初步討論了軟件工程需要面對的新挑戰。
論文關(guān)鍵詞：軟件危機；構件；體系結構；軟件項目管理；中間件
1軟件工程的出現
1．1軟件危機
20世紀中期，剛被從軍用領(lǐng)域轉向民用領(lǐng)域使用，那時(shí)編寫(xiě)程序的工作被視同為家的創(chuàng )作。當時(shí)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(xiě)出執行速度快、體積小的程序。程序中充滿(mǎn)了各種各樣讓人迷惑的技巧。這時(shí)的軟件生產(chǎn)非常依賴(lài)于開(kāi)發(fā)人員的聰明才智。
到了20世紀60年代，計算機的應用范圍得到較大擴展，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(kāi)發(fā)方法無(wú)法適應用戶(hù)在質(zhì)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(gè)問(wèn)題，1968年NATO會(huì )議上首次提出“軟件工程”(SotfwraeEngineeirng)的概念，提出把軟件開(kāi)發(fā)從“藝術(shù)”和“個(gè)體行為”向“工程”和“群體協(xié)同工作”轉化。其基本思想是應用計算機科學(xué)理論和技術(shù)以及工程管理原則和方法，按照預算和進(jìn)度，實(shí)現滿(mǎn)用戶(hù)要求的軟件產(chǎn)品的定義、開(kāi)發(fā)、發(fā)布和維護的工程。從此也誕生了一門(mén)新的學(xué)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(jīng)提出了一系列的理論、方法、和工具，解決了軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的若干問(wèn)題。但是，由于軟件固有的復雜性、易變性和不可見(jiàn)性，軟件開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、代價(jià)高和質(zhì)量低的問(wèn)題依然存在。IEEE在2002年發(fā)表的報告指出，即使是IT產(chǎn)業(yè)最發(fā)達的美國，在2001年美國本土公司開(kāi)發(fā)的軟件產(chǎn)品中平均每1000行代碼中有0．37個(gè)錯誤，對于美國之外的其他國家，這個(gè)比例更高。
1．2軟件與其他產(chǎn)品的差異
軟件是一種特殊的產(chǎn)品，人們通�？吹降氖撬妮d體，而真正具有意義的是載體上的計算機或信息。
軟件既不同于通常的精神產(chǎn)品，也不同于常見(jiàn)的物質(zhì)產(chǎn)品。作家的作品是一種精神產(chǎn)品，它沒(méi)有使用價(jià)值卻可以供人閱讀欣賞。若把軟件也看成是一種作品，卻發(fā)現其價(jià)值在于供人們使用，無(wú)人喜歡讀它的源代碼。
軟件也與傳統的產(chǎn)品不同。工業(yè)產(chǎn)品在設計好之后，主要的是原成本、生產(chǎn)過(guò)程的開(kāi)銷(xiāo)等，但生產(chǎn)任何軟件的主要成本是設計、實(shí)現軟件時(shí)的成本，以及軟件投入使用后的維護成本，在生產(chǎn)線(xiàn)上制造軟件的成本非常低。用戶(hù)購買(mǎi)某種商品后，就擁有了該商品的所有權和使用權�？墒怯脩�(hù)買(mǎi)來(lái)的軟件卻只擁有它的有限“使用權”。工業(yè)產(chǎn)品會(huì )隨著(zhù)使用而磨損、報廢，但軟件在使用過(guò)程不會(huì )有任何磨損，在相同的硬件條件下用戶(hù)1年前使用的軟件和5年后使用該軟件無(wú)任何差別。傳統的工業(yè)產(chǎn)品在車(chē)間里生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程可見(jiàn)、可觸摸，也容易衡量生產(chǎn)過(guò)程中的消耗和進(jìn)展�？墒擒浖拈_(kāi)發(fā)過(guò)程在人的大腦里，很難度量其進(jìn)度。
所謂的“軟件工程”就是要這種過(guò)程“可視化”、“定量化”，把看不見(jiàn)的思維活動(dòng)變成看得見(jiàn)的“文檔”或者其他看得見(jiàn)的東西。
2軟件工程方法和技術(shù)
30多年來(lái)，軟件工程的研究和實(shí)踐取得了長(cháng)足的進(jìn)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展還是起到了很大的推動(dòng)作用。從20世紀60年代以來(lái)，陸續出現了結構化程序設計技術(shù)、計算機輔助軟件工程(CASE)、面向對象語(yǔ)言和方法、軟件過(guò)程及軟件過(guò)程改善研究等一系列成果，并應用到實(shí)踐中。目前軟件工程中主要使用的方法和技術(shù)可以分成技術(shù)和管理兩類(lèi)。
2．1技術(shù)的角度
主要包括：軟件開(kāi)發(fā)范型、軟件設計方法。軟件開(kāi)發(fā)范型關(guān)注軟件工程的方向，即如何才是正確的編寫(xiě)滿(mǎn)足需求的軟件；軟件設計方法關(guān)注軟件工程的“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(shí)踐中應用時(shí)重點(diǎn)放在軟件復用上。參考目前成熟的工業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)模式，軟件復用可以在軟件開(kāi)發(fā)中避免重復勞動(dòng)，它以已有的成果為基礎，充分利用過(guò)去開(kāi)發(fā)應用系統中積累的知識和經(jīng)驗，將開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)集中于新應用的特有構成成分上。通過(guò)使用軟件復用技術(shù)，開(kāi)發(fā)應用系統時(shí)可以充分利用已有的開(kāi)發(fā)成果，消除軟件生命周期中的許多重復勞動(dòng)，提高軟件開(kāi)發(fā)的效率。同時(shí)，復用高質(zhì)量的已有成果，可以避免重新開(kāi)發(fā)時(shí)引入的錯誤，從而提高軟件質(zhì)量。
實(shí)現軟件復用的關(guān)鍵技術(shù)包括軟件構件技術(shù)(softwarecomponenttechnology)、領(lǐng)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(jià)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(kāi)發(fā)活動(dòng)有用的信息，這些信息都可以稱(chēng)為可復用軟件構件。軟件構件技術(shù)是支持軟件復用的核心技術(shù)，其主要研究?jì)热莅ǎ喝绾斡心康牡倪M(jìn)行構件生產(chǎn)和從已有系統中挖掘提取構件；構件的本質(zhì)特征及構件間的關(guān)系是什么樣的；如何描述構件；如何對構件進(jìn)行分類(lèi)、組織及檢索等。
研究實(shí)踐表明，由于某個(gè)特定領(lǐng)域需要的軟件具有相似的需求，因此軟件復用在特定領(lǐng)域內更容易獲得成功，由此出現了領(lǐng)域工程。領(lǐng)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(guò)程，它涵蓋了建立可復用軟件構件的所有活動(dòng)。包括美國卡內基·梅隆大學(xué)軟件工程研究所(CMU／SEI)在內的許多研究機構已經(jīng)提出了一些領(lǐng)域分析方法。
如果軟件復用僅停留在代碼階段，開(kāi)發(fā)人員得到的好處是有限的。軟件體系結構技術(shù)使軟件復用從代碼復用發(fā)展到設計復用和過(guò)程復用。在工程領(lǐng)域人們用體系結構表達建筑的整體結構，軟件工程研究中引人體系結構這個(gè)術(shù)語(yǔ)，其核心內容是軟件系統的結構，它包括如下一些實(shí)體：構件、構件之間的交互關(guān)系、限制、構件和連接件構成的拓撲結構、設計原則與方針。
2．2工程的角度
參考其他成熟工程領(lǐng)域中的做法，軟件工程也研究管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(gè)人的作坊式開(kāi)發(fā)方式，根據管理科學(xué)的理論，結合軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的實(shí)際，保證工程化系統開(kāi)發(fā)方法的順利實(shí)施。為了使軟件項目能夠按照預定的、進(jìn)度、質(zhì)量順利完成，軟件管理方法對成本、人員、進(jìn)度、質(zhì)量、風(fēng)險、文檔等進(jìn)行分析管理和控制。進(jìn)行軟件項目管理有利于將開(kāi)發(fā)人員的個(gè)人開(kāi)發(fā)能力轉化成企業(yè)的開(kāi)發(fā)能力，企業(yè)的軟件開(kāi)發(fā)能力越高，表明這個(gè)企業(yè)的軟件生產(chǎn)越趨向于成熟，其開(kāi)發(fā)風(fēng)險也越小。軟件項目管理已經(jīng)是公認的軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)的核心競爭力之一。
根據在前面提到的軟件與其他產(chǎn)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(zhù)一些原則，例如：軟件項目中需要平衡需求、資源、工期、質(zhì)量這四個(gè)要素之間的關(guān)系；大規模的項目要拆分成幾個(gè)小項目，從而減小項目的管理風(fēng)險，并且使目標具體明確；依靠一套規范的過(guò)程來(lái)實(shí)時(shí)控制項目進(jìn)度，并確保項目經(jīng)理能夠及時(shí)發(fā)現問(wèn)題、解決問(wèn)題，保證項目具有很高的可見(jiàn)度；針對不同項目的特點(diǎn)，制訂不同的項目管理的方針政策；合理控制項目組的規�？刂圃瓌t；有效的積累知識，做到人員的專(zhuān)業(yè)化培養。
目前在軟件項目管理方面有國際標準化組織專(zhuān)門(mén)為軟件行業(yè)定制的ISO9003標準，它給出了衡量軟件質(zhì)量的準則；美國卡內基·梅隆大學(xué)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(fā)項目管理的方法。
3軟件工程的新發(fā)展
20世紀末開(kāi)始流行的Internet給人們提供了一種全球范圍的信息基礎設施，形成了一個(gè)資源豐富的計算平臺，未來(lái)如何在Internet平臺上進(jìn)一步整合資源，形成巨型的、高效的、可信的虛擬，使所有資源能夠高效、可信地為所有用戶(hù)服務(wù)，成為軟件技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
Internet平臺具有一些傳統軟件平臺不具備的特征：分布性、節點(diǎn)的高度自治性、開(kāi)放性、異構性、不可預測性、連接環(huán)境的多樣性等。這對軟件工程的發(fā)展提出了新的問(wèn)題。軟件工程需要新的理論、方法和技術(shù)和平臺來(lái)應對這個(gè)問(wèn)題。目前投入很大精力研究的中間件技術(shù)就是這方面的典型代表。
綜上所述，Internet及其上應用的快速發(fā)展與普及，使軟件所面臨的環(huán)境開(kāi)始從靜態(tài)封閉逐步走向開(kāi)放、動(dòng)態(tài)和多變。軟件系統為了適應這樣一種發(fā)展趨勢，將會(huì )逐步呈現出柔性、多目標、連續反應式的網(wǎng)構軟件系統的形態(tài)。面對這種新型的軟件形態(tài)，傳統的軟件理論、方法、技術(shù)和平臺面臨了一系列挑戰。從宏觀(guān)上看，這種挑戰為我們研究軟件理論、方法和技術(shù)提供了難得的機遇，使我們有可能建立一套適合于Internet開(kāi)放、動(dòng)態(tài)和多變環(huán)境的新型軟件理論、方法和技術(shù)體系。從微觀(guān)的角度來(lái)看，Internet的發(fā)展將使系統軟件和支撐平臺的研究重點(diǎn)開(kāi)始從操作系統等轉向新型中間件平臺，而網(wǎng)構軟件的理論、方法和技術(shù)的突破必將導致在建立新型中間件平臺創(chuàng )新技術(shù)方面的突破。
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