软件工程讲义第05章系统工程

1、现代软件工程第二部分 软件工程实践涉及的问题v如何由系统工程迈向高效的软件工程如何由系统工程迈向高效的软件工程?v什么是需求工程什么是需求工程?做好需求分析的基本思想是什做好需求分析的基本思想是什么么?v如何创建分析模型如何创建分析模型?它包含哪些元素它包含哪些元素?v什么是设计工程什么是设计工程?做好设计的基本思想是什么做好设计的基本思想是什么?v创建架构、接口和构件级设计都用到了哪些概创建架构、接口和构件级设计都用到了哪些概念、模型和方法？念、模型和方法？v什么样的策略适用于软件测试？什么样的策略适用于软件测试？v设计高效的测试用例有哪些方法？设计高效的测试用例有哪些方法？v哪些方法和策略

2、可以用来评定分析和设计模型、哪些方法和策略可以用来评定分析和设计模型、源代码及测试用例的质量？源代码及测试用例的质量？第5章 系统工程主要内容v基于计算机的系统基于计算机的系统v系统工程层次结构系统工程层次结构v业务过程工程概述业务过程工程概述v产品工程概述产品工程概述v系统建模系统建模v小结小结系统工程v软件工程从系统工程演变而来。相比以前软件工程从系统工程演变而来。相比以前只专注于软件个体的情况，系统工程关注只专注于软件个体的情况，系统工程关注各种要素的分析、设计，并将其组织成系各种要素的分析、设计，并将其组织成系统，这里的系统可以是产品、服务、信息统，这里的系统可以是产品、服务、信息转换

3、或控制技术。转换或控制技术。v系统工程过程在不同的应用领域有不同的系统工程过程在不同的应用领域有不同的表现形式：当工作集中于某业务企业时，表现形式：当工作集中于某业务企业时，业务过程工程就会发挥作用；而关注产品业务过程工程就会发挥作用；而关注产品生产的过程称为产品工程。生产的过程称为产品工程。系统工程v无论是业务过程工程还是产品工程，都试无论是业务过程工程还是产品工程，都试图将规则带入到基于计算机的系统的开发图将规则带入到基于计算机的系统的开发中。尽管二者有不同的应用领域，但是它中。尽管二者有不同的应用领域，但是它们都力求将软件融入其中。即业务过程工们都力求将软件融入其中。即业务过程工程与产品

4、工程都为计算机软件开辟了发展程与产品工程都为计算机软件开辟了发展的空间，同时，在软件应用与基于计算机的空间，同时，在软件应用与基于计算机的系统的其他要素之间建立了紧密的联系。的系统的其他要素之间建立了紧密的联系。基于计算机的系统v基于计算机的系统可定义为组织在一起通基于计算机的系统可定义为组织在一起通过处理信息来实现预定目标的要素集合或过处理信息来实现预定目标的要素集合或排列。排列。v这里的目标可以是支持某些商业运作，也这里的目标可以是支持某些商业运作，也可以是开发一种可以销售并产生商业价值可以是开发一种可以销售并产生商业价值的产品。为了达到这个目标，基于计算机的产品。为了达到这个目标，基于计

5、算机的系统利用各种各样的系统要素。的系统利用各种各样的系统要素。系统要素v软件软件：计算机程序、数据结构和一些相关的工：计算机程序、数据结构和一些相关的工作产品，用以实现所需的逻辑方法、规程或控作产品，用以实现所需的逻辑方法、规程或控制。制。v硬件硬件：提供计算能力的电子设备，支持数据流：提供计算能力的电子设备，支持数据流的互连设备，支持外部功能的机电设备。的互连设备，支持外部功能的机电设备。v人员：软件、硬件的使用者和操作员。人员：软件、硬件的使用者和操作员。v数据库数据库：一个大型有组织的信息集合体，可以：一个大型有组织的信息集合体，可以通过软件访问并持久存储。通过软件访问并持久存储。v文

6、档文档：对系统使用和操作进行描述的信息。：对系统使用和操作进行描述的信息。v规程规程：定义每个系统要素或其外部相关流程的：定义每个系统要素或其外部相关流程的具体使用步骤。具体使用步骤。基于计算机的系统v基于计算机的系统的复杂特征在于，组成基于计算机的系统的复杂特征在于，组成一个系统的要素还可以表示更大系统中的一个系统的要素还可以表示更大系统中的一个宏要素。宏要素是指基于计算机的系一个宏要素。宏要素是指基于计算机的系统，它作为更大的基于计算机的系统的一统，它作为更大的基于计算机的系统的一部分部分v系统工程师的任务是根据系统总的层次结系统工程师的任务是根据系统总的层次结构为一个特定系统定义要素。构

7、为一个特定系统定义要素。系统工程层次结构v不管其所关注领域，系统工程师围不管其所关注领域，系统工程师围绕一系列自顶向下、自底向上的方绕一系列自顶向下、自底向上的方法遍历图法遍历图5-1所示的层次。所示的层次。系统工程层次结构图5-1 系统工程层次图系统工程层次结构v以略微形式化的方式来看，这种全局视图以略微形式化的方式来看，这种全局视图WV由一个领由一个领域集合组成域集合组成(Di)，它们各自都是一个系统或是大系统中，它们各自都是一个系统或是大系统中的子系统。的子系统。 WV=D1,D2,D3,Dnv每个领域都由特定要素每个领域都由特定要素(Ej)组成，各自在完成某领域或组成，各自在完成某领域

8、或其组成部分目标的过程中扮演一些角色。其组成部分目标的过程中扮演一些角色。 Di=E1,E2,E3,Emv最后，每种要素通过完成特定功能的构件最后，每种要素通过完成特定功能的构件(CK)来实现。来实现。 Ej=C1,C2,C3,CKv在软件范畴中，一个构件可以是一段计算机程序、一个在软件范畴中，一个构件可以是一段计算机程序、一个可复用的计算机构件、一个模块、一个类或对象，甚至可复用的计算机构件、一个模块、一个类或对象，甚至还可以是一个编程语言语句。还可以是一个编程语言语句。系统建模v系统建模是系统工程过程中的重要要素。系统建模是系统工程过程中的重要要素。无论重点在全局视图上还是在局部视图上，无

9、论重点在全局视图上还是在局部视图上，工程师都要建立如下模型：工程师都要建立如下模型：v定义在所考虑视图中满足需要的过程。定义在所考虑视图中满足需要的过程。v描述过程行为和该行为所依据的假设。描述过程行为和该行为所依据的假设。v明确定义模型的外在和内在输入。明确定义模型的外在和内在输入。v描述有助于工程师理解视图的全部联系。描述有助于工程师理解视图的全部联系。v建立系统模型，工程师需要考虑许多制约建立系统模型，工程师需要考虑许多制约因素。因素。系统建模制约因素v假设假设v简化简化v限制限制v约束约束v偏好偏好系统仿真v许多基于计算机的系统都通过交互方式与现实许多基于计算机的系统都通过交互方式与现

10、实世界交流。即现实世界的事件都是通过组成计世界交流。即现实世界的事件都是通过组成计算机系统的硬件和软件来监控，基于这些事件，算机系统的硬件和软件来监控，基于这些事件，系统对机器、过程、甚至引发这些事件的人进系统对机器、过程、甚至引发这些事件的人进行控制。行控制。v许多交互型控制的机器或过程必需具有极高的许多交互型控制的机器或过程必需具有极高的可靠性要求，一旦系统崩溃将会造成巨大的经可靠性要求，一旦系统崩溃将会造成巨大的经济和人员损失。出于这个原因，通过系统建模济和人员损失。出于这个原因，通过系统建模和模拟工具来消除建立交互系统时可能造成的和模拟工具来消除建立交互系统时可能造成的意外。意外。业务

11、过程工程概述v业务过程工程业务过程工程(BPE)的目标是定义一个能有效的目标是定义一个能有效利用信息进行业务活动的体系。利用信息进行业务活动的体系。v在业务目标和目的的环境中，必须分析和设计在业务目标和目的的环境中，必须分析和设计如下如下3种不同的架构种不同的架构v数据架构数据架构v应用架构应用架构v技术基础设施技术基础设施v为了建立系统架构模型，定义了层次化的业务为了建立系统架构模型，定义了层次化的业务过程工程活动，如图过程工程活动，如图5-2所示。所示。业务过程工程层次图图5-2业务过程工程层次图产品工程概述v产品工程的目的是将用户期望的已定义的一组产品工程的目的是将用户期望的已定义的一组

12、能力转变成真实产品。为了达到这个目的，产能力转变成真实产品。为了达到这个目的，产品工程品工程类似于业务过程工程类似于业务过程工程必须给出架必须给出架构和基础设施。这个架构包括四个不同的系统构和基础设施。这个架构包括四个不同的系统构件：软件、硬件、数据（数据库）以及人员。构件：软件、硬件、数据（数据库）以及人员。v产品工程层次图，如图产品工程层次图，如图5-3所示。所示。产品工程层次图图5-3产品工程层次图系统建模v由于一个系统可以在不同抽象层次上表现，由于一个系统可以在不同抽象层次上表现，因此系统模型在本质上倾向于分级或分层。因此系统模型在本质上倾向于分级或分层。在层次的顶端，展示完整的系统模

13、型，展在层次的顶端，展示完整的系统模型，展现主要数据对象、处理功能和行为，而不现主要数据对象、处理功能和行为，而不考虑实现全局视图要素的系统构件。随着考虑实现全局视图要素的系统构件。随着层次的细化或进一步划分，逐步完成构件层次的细化或进一步划分，逐步完成构件细节建模。最后系统模型逐步演变为工程细节建模。最后系统模型逐步演变为工程模型，而这个工程模型就是适用的工程规模型，而这个工程模型就是适用的工程规范。范。Hatley-Pirbhai建模v每个基于计算机的系统都可以按以下方式每个基于计算机的系统都可以按以下方式建模，即利用建模，即利用“输入输入-处理处理-输出输出”模板进模板进行信息转换。行信

14、息转换。Hatley和和Pirbhai扩展该视扩展该视图以包括两个附加的系统特征图以包括两个附加的系统特征用户界用户界面处理、维护和自检处理。面处理、维护和自检处理。v开发系统模型可以使用系统模型模板。系开发系统模型可以使用系统模型模板。系统工程师将系统要素分派到模板内统工程师将系统要素分派到模板内5个处理个处理过程之一过程之一(1)用户界面，用户界面，(2)输入，输入，(3)系统系统功能和控制，功能和控制，(4)输出，输出，(5)维护和自检。维护和自检。Hatley-Pirbhai建模v与应用系统和软件工程中的许多建模技术与应用系统和软件工程中的许多建模技术一样，分析人员也可以使用系统模型模

15、板一样，分析人员也可以使用系统模型模板建立一个详细的层次等级。系统环境图建立一个详细的层次等级。系统环境图(SCD)居于层次的上层，环境图居于层次的上层，环境图“建立待建立待实现系统和系统操作环境之间的信息边实现系统和系统操作环境之间的信息边界界”，即，即SCD确定系统所使用信息的所有确定系统所使用信息的所有外部生产者、系统所产生信息的所有外部外部生产者、系统所产生信息的所有外部消费者、所有通过接口交流或者执行维护消费者、所有通过接口交流或者执行维护和自检的实体。和自检的实体。SCD实例图5-4CLSS系统环境图SCD实例图5-5 构建SFD层次图UML系统建模vUML提供了大量图表表示法，它

16、们用提供了大量图表表示法，它们用于在系统和软件层次进行分析和设计。于在系统和软件层次进行分析和设计。对对CLSS系统来说，需要对系统来说，需要对4个重要的个重要的系统要素进行建模：系统要素进行建模：v支持CLSS的硬件v实现数据库访问和产品分类的软件v向系统提交各种请求的操作员v保存相关条码和目的信息的数据库CLSS硬件部署图图5-6 CLSS硬件部署图UML部署图vUML部署图每个三维方盒描述一个属部署图每个三维方盒描述一个属于系统物理架构的硬件要素。有些情于系统物理架构的硬件要素。有些情况下，硬件要素要作为项目的一部分况下，硬件要素要作为项目的一部分来构建，而更多的情况是采用现成的来构建，而更多的情况是采用现成的硬件要素。对于工程师团队来说，最硬件要素。对于工程师团队来说，最大的挑战是设计良好的硬件接口。大的挑战是设计良好的硬件接口。CLSS活动图vCLSS软件的操作规程方面可以用类软件的操作规程方面可以用类似于流程图的活动图似于流程图的活动图(图图5-7)来描述，来描述，以表现系统实现各种功能时的具体步以表现系统实现各种功能时的具体步骤，圆角矩形表示特定的系统功能，骤，圆角矩形表示特定的