第章 计算机系统工程

软件工程教材：主编曹哲高诚中国水利水电出版社教案：河北工业大学廊坊分院计算机系黄南川第3章计算机系统工程3.1计算机系统工程的概念3.2系统的可行性研究3.3系统模型3.4系统规格说明与评审第3章 计算机系统工程计算机的系统是由硬件、软件、人、文档、数据库、过程等系统要素就构成的。

若不考虑系统内部结构和功能，基于计算机的系统可用输入-处理-输出（IPO）模型表示。其中：I（Input）指信息的输入；P（Process）指对信息的处理；O（Output）指信息的输出。基于计算机的系统的要素及其间的关系人硬件软件文档过程数据库系统输入输出基于计算机的系统3.1计算机系统工程的概念计算机系统工程是用工程、科学和数学的原则与方法研制基于计算机的系统的有关技术、方法和过程。计算机系统工程是一种从系统层面上的问题求解活动。在开始构造一个新的基于计算机的系统时：①计算机系统工程师（系统分析人员和系统开发人员）首先根据用户定义的系统目标和约束条件进行系统可行性研究和系统需求分析。②系统工程师将系统功能和性能分配到系统各要素之中。应提出多种预选的方案3.1.1硬件工程硬件工程师根据系统硬件需求设计、制造或选择主机、外部设备、网络设备等硬部件或设备。硬件工程师可通过硬件工程来实现硬件系统。划分为硬件定义、设计、制造与销售维修三个阶段图3-1-2硬件工程设计分析建造原型测试制造分析制造再加工经销评审评审评审评审评审成本进度硬件规格说明设计草图设计图原型硬件功能评审维修组织分析结果设计结果制定开发计划硬件需求分析3.1.2软件工程论证阶段：系统工程师应确定系统对软件的功能和性能的要求，这将成为软件需求分析的基础。功能和性能进行详细的需求分析，进行软件总体结构设计。在此基础上应尽力寻求可重用软部件来支持软件的详细设计和编码。按照功能，软部件可划分为系统软件：实现系统各要素的控制、交互和通用信息处理等功能；应用软件：实现专用信息处理等功能。3.1.2软件工程软件在基于计算机的系统的IPO模型的各个部分都起着重要的作用。其主要作用有：①实现系统的输入和输出。②有必要，可设置与数据库的接口，支持系统对数据库的访问。③软件通过一系列的算法和操作控制程序使各个系统要素有条不紊地工作，从而实现系统的功能和性能。图3-1-3软件工程制定软件开发计划数据和结构分析过程设计维护评审评审评审评审评审项目计划需求规格说明验收测试计划初步用户手册概要设计规格说明集成测试计划需求分析原型设计原型软件功能评审分析结果原型详细设计规格说明单元测试计划编码程序源代码单元、集成验收测试评审测试过程测试报告返回到前面返回到前面返回到前面开发结果提交经销被修改的源代码被修改的文档用户文档可运行程序1．．软软件件项项目目定定义义部部分分该部部分分由由制制定定软软件件项项目目开开发发计计划划、、需需求求分分析析2个个阶阶段段组组成成，，主主要要完完成成以以下下4项项任任务务：：1））制制定定软软件件项项目目计计划划。。软软件件工工作作范范围围、、风风险险分分析析、、提提出出项项目目开开发发所所需需资资源源、、成成本本和和进进度度估估算算，，进进而而进进行行可可行行性性论论证证，，生生成成软软件件项项目目计计划划并并经经过过技技术术和和管管理理评评审审。。2））软软件件需需求求分分析析和和定定义义。。3））制制定定验验收收准准则则，，测测试试计计划划。。4））生生成成软软件件需需求求规规格格说说明明，，评评审审后后生生效效，，作作为为软软件件开开发发和和软软件件产产品品验验收收的的依依据据。。1.系系统统流流程程图图的的作作用用系统统流流程程图图是是描描述述物物理理系系统统的的工工具具。。通通过过画画出出系系统统流流程程图图来来了了解解要要开开发发的的项项目目的的大大概概处处理理流流程程、、范范围围和和功功能能等等。。系系统统流流程程图图不不仅仅能能用用于于可可行行性性研研究究，，还还能能用用于于需需求求分分析析阶阶段段。。系统统流流程程图图可可用用图图形形符符号号来来表表示示系系统统中中的的各各个个元元素素，，例例如如，，人人工工处处理理、、数数据据处处理理、、数数据据库库、、文文件件和和设设备备等等。。它它表表达达了了系系统统中中各各个个元元素素之之间间的的信信息息流流动动的的情情况况。。一个具体实现现的系统，也也就是描述一一个单位、组组织的信息处处理的具体实实现的系统。。系统流程图画系统流程图图时，首先要要搞清业务处理过程以及处理中的的各个元素，同时选择相应的符符号来代表系统中中的各个元素素。所画的系系统流程图要要反映出系统统的处理流程程。在进行可行性性研究过程中中，要以概括括的形式描述述现有系统的的高层逻辑模模型，并通过过概要的设计计变成所建议议系统的物理理模型，可可以用系统流流程图来描述述所建议系统统的物理模型型。2.系统流流程图的符号号系统流程图的的符号如表2-1所示。3.系统流程程图的示例以某工厂的库库房管理为例例某工厂有一个个库房，存存放该厂生产产需要的物品品，库房中中的各种物品品的数量及各各种物品库存存量临界值等等数据记录在在库存文件上上，当库房中中物品数量有有变化时，应应更新库存文文件。若某种种物品的库存存量少于库存存临界值，则则报告采购部部门以便其订订货，每天天向采购部门门送一份采购购报告。库房可使用一一台微机处理理更新库存文文件和产生订订货报告的任任务。物品的的发放和接受受称为变更记记录，由键盘盘录入到微机机中。系统统中的库存管管理模块对变变更记录进行行处理，更新新存储在磁盘盘上的库存文文件，并把订订货信息记录录到联机存储储中。每天由由报告生成模模块读一次订订货信息，并并打印出订货货报告。库存管理系统统的系统流程程图2．软件开发发部分的任务务软件开发部分分的任务是将将系统对软件件的需求转换换成可操作的的系统要素，，即软件。该部分由总体体设计、过程程设计和编码码3个阶段组组成。1）软件总体体设计阶段软件总体设计计是指软件总总体结构设计计和数据设计计，该阶段的的主要任务是是：①设计软件的的模块结构。。②定义接口并并建立数据结结构。③生成概要设设计规格说明明和组装测试试计划。④评审概要设设计的质量，，重点评审总总体设计是否否支持软件需求求规格说明的的完全性和可可追踪性。2．软件开发发部分的任务务2）软件过程程（详细）设设计阶段———主要任务是是：①对概要设计计规格说明中中的每一个模模块的过程进行详细的描描述。②制定单元测测试计划。生生成详细设计计规格说明。。③对详细设计计的阶段产品品进行评审。。3）编码阶段段——任务是是：用选定的编程程语言将每一一个模块的详详细过程描述述转换成程序序。应注意良良好的编程风风格、简洁性性和自文档化化，同时还应应保持与过程程设计的可跟跟踪性。3．软件产品品的验证、提提交、经销与与维护部分的的任务1）软件验证证阶段的主要要任务是：①软件开发人人员根据单元元测试计划对对每一个模块进行单元元测试，验证证模块的功能能是否正确且符合设设计要求。②组织开发人人员和专门的的软件测试工工程师对软件进行综综合测试，测测试软件总体体结构和接口是否满满足设计要求求，测试各软软部件是否满足相应应的软件功能能需求和性能能需求。③组织专家、、用户和客户户对测试结果果进行评审。。3．软件产品品的验证、提提交、经销与与维护部分的的任务2）软件的提提交与经销的的主要任务是是：①开发正式的的用户手册、、对文档进行行分类、整理理、归档，建立配配置控制机制制。②将软件提交交给用户，必必要时应负责责把软件安装装到用户的环境境中。3）软软件维维护的的任务务是：：修正软软件在在运行行中发发现的的错误误、改改善软软件的的功能能和性性能、、适应应软件件运行行环境境的变变化、、提高高软件件的可可维护护性和和可靠靠性等等等。。以上所所介绍绍的就就是将将系统统工程程的观观点和和方法法引入入软件件工程程，用用于指指导软软件的的开发发。人人机机工程程目前，，友好好的““人机机界面面”（（HCI，，HumanComputerInterface）已已成为为基于于计算算机的的系统统的一一项重重要的的技术术指标标。因因此，，开发发人机机界面面的人人机工工程已已经成成为开开发基基于计计算机机的系系统的的一个个重要要组成成部分分。要设计计出高高质量量的人人机界界面，，不仅仅涉及及到计计算机机技术术，还还涉及及到美美学、、心理理学等等人文文科学学知识识。1.活动分析2.动作定义和设计3.动作实现4.用户环境设计5.原型设计人机界面开发Step：人机界界面开开发过过程的的主要要5个个步骤骤：数数据据库工工程必有硬硬件工工程、、软件件工程程和人人机工工程三三部分分。在以信信息处处理为为核心心的基基于计计算机机的系系统中中，数数据库库系统统也是是其重重要的的组成成部分分。它它将系系统硬硬件、、软件件、数数据、、数据据库管管理员员组合合起来来为用用户提提供信信息服服务。。数据库库工程程就是是指开开发、、运行行和管管理数数据库库系统统的工工程，，它也也是一一个复复杂而而独特特的软软件工工程项项目。。数据库库工程程完成成的主主要任任务1）调调查用用户对对信息息和信信息处处理的的需求求，进进行可可行性性论证证，进进行成成本、、进度度估算算，制制定项项目计计划。。2）选选择支支持数数据库库系统统的硬硬件和和软件件。特特别是是DBMS，它它支持持数据据的查查询、、维护护和分分析，，是管管理数数据库库的工工具，，为数数据库库的设设计和和使用用提供供了方方便。。在选选择DBMS时时，还还应考考虑支支持其其运行行的操操作系系统和和网络络环境境。3）数数据库库设计计与实实现。。4）数数据的的收集集与存存储。。5）运运行、、管理理与维维护。。3.2可可行行性研研究———任务及及步骤骤1．可可行性性研究究的任任务可行性性研究究的目目的，，就是是用最小的的代价价在尽可能短短的时间间内确定问问题是否否能够解解决。怎样达到到这个目目的呢？？当然不不能靠主主观猜想想而只能能靠客观观分析。。必须分分析几种种主要的的可能解解法的利利弊，从从而判定定原定的的系统规规模和目目标是否否实现，，系统完完成后所所能带来来的效益益是否大大到值得得投资开开发这个个系统的的程度。。因此，可可行性研研究实质质上是要要进行一一次大大大压缩简简化了的的系统分分析和设设计的过过程，也也就是在在较高层层次上以以较抽象象的方式式进行的的系统分分析和设设计的过过程。1.可行行性研究究的任务务1）经济济可行性性研究：：进行成成本效益益分析，，及对其其他产品品或利润润的影响响。2）技术术可行性性研究：：根据客客户提出出的系统统功能、、性能要要求及实实现系统统的各项项约束条条件，研研究系统统实现的的可能性性。3）运行行、操作作可行性性研究：：运行方方式在用用户单位位是否可可以有效效地实施施，是否否与原有有其他系系统相矛矛盾；系系统的操操作规程程在用户户单位内内是否可可行，它它包括人人事、科科技政策策、管理理方法等等。4）法律律可行性性研究：：系统的的开发使使用是否否侵犯他他人的利利益，是是否触犯犯国家法法律法规规。5）开发发方案的的选择2.可行行性研究究的步骤骤1）复查查初步分分析结果果。对系统初初步的分分析结果果和报告告书进行行复查，，改正含含糊或不不确切的的叙述，，重新确确定系统统目标与与规模，，清晰地地描述对对系统的的所有约约束条件件。2）研究究现有的的系统。。找出其基基本功能能和信息息，指出出其缺点点或局限限性。3）导出出新系统统高层逻逻辑模型型。用某种图图形工具具导出系系统高层层逻辑模模型，并并与现有有系统进进行比较较。4）导出出新系统统的高层层次物理理解法，，提出多多个供选选择的方方案，并并对每一一个方案案的经济济可行性性、技术术可行性性、运行行和操作作可行性性等进行行分析比比较。5）推荐荐建议的的方案。。如果系统统分析员员认为值值得开发发，则应应指出开开发的价价值、推推荐方案案的理由由并为推推荐的系系统草拟拟一份开开发计划划；若分分析员认认为不值值得开发发，也应应拿出充充分的理理由。并并提交可可行性研研究报告告等全部部文档。。6）评审审、复审审和决策策。可行性研研究最后后要通过过技术评评审和管管理复审审，开发发方和客客户方或或使用部部门负责责人根据据成本-效益分分析等各各项可行行性研究究的结论论，决策策是否继继续这项项工程。。经经济可可行性开发一个个基于计计算机的的系统是是为了获获取较好好的经济济效益和和社会效效益。因因此对待待开发系系统的经经济可行行性的论论证（其其中主要要是成本本-效益益分析））是可行行性研究究的重要要内容。。成本-效效益分析析可用于评评估系统统的经济济合理性性、给出出系统开开发的成成本估算算，并将将估算的的成本与与可获得得的利润润进行对对比，从从经济角角度论证证待开发发系统是是否可行行。经济效益益——指指应用系系统可为为用户增增加的收收入。社会效益益——指指应用系系统给社社会带来来的好处处。1．成本本估算基于计算算机系统统的成本本主要由由4部分分组成：：①购置并并安装软软硬件及及有关设设备的费费用。②系统开开发费用用。③系统安安装、运运行和维维护费用用。④人员培培训费用用。2．成本本-效益益分析成本-效效益分析析是指待开开发系统统的总成成本与其其将带来来的经济济效益进进行比较较，从经经济角度度分析该该系统是是否值得得投资开开发。【例3.1】已知一个个基于计计算机的的系统的的软件升升级的开开发成本本估算值值为5000元元，预计计新系统统投入运运行后每每年可以以带来2500元的收收入，假假定新软软件的生生存周期期（不包包括开发发时间））为5年年，当年年的年利利率为12%，，试对该该系统的的开发进进行成本本-效益益分析。。1．货币币的时间间价值：：指同样数数量的货货币随时时间的不不同具有有不同的的价值。。一般货币币在不同同时间的的价值可可用年利利率来折折算。设：i表表示年年利率，，现在存存入P元元，n年年后的价价值为F元，则则有：F=P（（1+i））n表3-1将将来的收收入折算算成现在在值如果n年年后能收收入F元元，这些些钱折算算成现在在的价值值称为折折现值，，折现公公式为：：P=F/（1+i）n对本题的的将来的的收入折折现，计计算结果果如表3-1所所示。n(年)第n年的收入（1+i）n折现值累计折现值125001.122232.142232.14225001.25441992.984225.12325001.4049281779.456004.57425001.573519361588.807593.37525001.7623416831418.579011.942．纯收收入是指在整整个生存存周期系系统的累累计收入入的折现现值PT与总成本本折现值值ST之差，以以T表示示，则有有：T=PT–ST=9011.94––5000=4011.94（元元）如果纯收收入小于于或等于于0，则则这项工工程单从从经济观观点来看看是不值值得投资资的。3.投投资回回收期。。是指系统统投入运运行后累累计的经经济效益益的折现现值正好好等于投投资所需需的时间间。本例例中的投投资回收收期为：：2+（5000–4225.12）/1779.45=2+0.44=2.44（年年）投资回收收期越短短，就能能越快地地获得利利润，工工程越值值得投资资。4．投资资回收率率把资金投投入到项项目中与与把资金金存入银银行比较较，其中中投入到到项目中中可获得得的年利利率就称称为项目目的投资资回收率率。设S为现在在的投资资额，Fi是第i年年到年底底一年的的收益（（i=1，2，，…，n），n是系统统的寿命命，j是是投资回回收率，，则j满足足方程：：S=F1(1+j)–1+F2(1+j)–2+…+Fn(1+j)–n解这个方方程就可可以得到到投资回回收率j。本题题S=5000,F1=F2=F3=F4=F5=2500,则则投资回回收率为为41.04%，而如如果直接接把资金金存入银银行的投投资回收收率就是是年利率率12%。如果仅考考虑经济济效益，，只有项项目的投投资回收收率大于于年利率率时，才才考虑开开发问题题。还要要考虑社社会效益益。3.2.3技术术可行性性研究技术可行行性是可可行性研研究的关关键内容容。由于于系统分分析和定定义过程程与系统统技术可可行性评评估过程程同时进进行，此此时系统统的功能能、性能能和目标标的不确确定性会会给技术术可行性性论证带带来许多多困难。。其主要要包括：：1）风险险分析。。其任务务是在给给定的约约束条件件下，论论证能否否实现系系统所需需的功能能和性能能。2）资源源分析。。其任务务是论证证是否具具备系统统开发所所需各类类人员的的数量和和质量、、软硬件件资源和和工作环环境等。。3）技术术分析。。其任务务是论证证现有的的科学技技术水平平和开发发能力是是否支持持开发的的全过程程并达到到系统功功能和性性能的目目标。毕业生们们的错误误是去阐阐述某个个流行软软件的功功能特性性技技术可可行性研研究数学建模模、原型型建造和和模拟是是基于计计算机系系统技术术可行性性研究的的有效工工具。建造的基基于计算算机系统统的模型型必须具具备以下下特点：：1）模型型应能反反映要评评估系统统的构成成的动态态特性，，容易理理解和操操作，能能够尽量量提供系系统真实实的结果果并有利利于评审审。2）模型型应包括括与系统统有关的的全部相相关元素素，能够够再现系系统运行行的结果果。3）模型型应突出出表现与与系统相相关的重重要因素素，忽略略无关或或次要因因素。4）模型型设计应应尽量简简单、易易于实现现、易于于修改。。3.2.4方案案选择在可行性研研究阶段，，系统工程程师根据系系统分析所所确定的系系统目标开开始研究问问题的求解解方案。对于较复杂杂的大系统统，一般都都要将其分分解为若干干个子系统统，接着精精确地定义义各子系统统的界面、、功能和性性能，给出出各子系统统之间的关关系。可行性研究究报告—阶阶段性成果果它可作为系系统规格说说明书的一一个附件。。其主要内内容如下：：1）引言：说明可行性性研究的目目的，项目目的名称、、背景，本本文档用到到的术语和和参考资料料。2）可行性研究究的前提：：说明待开发发项目的功功能、性能能和基本要要求，要达达到的目标标，各种约约束条件，，可行性研研究的方法法和决定可可行性的主主要因素。。3）对现行系统统的分析：：如果有现行行系统，说说明现行系系统的处理理流程和数数据流程，，系统状态态，费用支支出，所需需专业人员员的种类和和数量，所所需设备，，存在的问问题等。4）方案选择：：所选择方案案的系统配配置，选择择方案的标标准。5）所建议方案案的技术可可行性分析析：对所选择的的较好的方方案的风险险分析、资资源分析和和技术分析析；对子系系统的技术术分析。可行性研究究报告—阶阶段性成果果6）经济可行性性分析：说明所建议议系统的成成本-效益益分析结果果。7）运行、操作作可行性分分析。8）法律可行性性分析。9）其他可供选选择方案：：分别说明每每一个可供供选择的方方案案，并应说说明未被推推荐的理由由。10）结论意见：：说明项目是是否能开发发，还需要要什么条件件才能开发发以及对项项目目标有有何变动等等。可行性研究究报告应提提交管理部部门，由管管理人员对对可行性研研究报告进进行评审并并做出决策策。1引言1．1编写目的I．2背景1．3定义1．4参考资料2可行性研究前提2．1要求2．2目标2．3条件、假定、限制2．4可行性研究方法2．5评价尺度3对现有系统分析3．1处理流程和数据流程3．2工作负荷3．3费用开支3．4人员3．5设备3．6局限性4所建议的系统4．1对所建议系统的说明4．2数据流程4．3改进之处4．4影响4．5局限性4．6技术可行性评价5可选择的其它系统方案5．1可选择的系统方案15．2可选择的系统方案26所建议系统经济可行性分析6．1支出6．1．1基本建设投资6．1．2其它一次性支出6．2收益6．2．1一次收益6．2．2非一次收益6．2．3不可定量收益6．3收益版资比6．4投资回收周期6．5敏感性分析7社会因素可行性分析7．1法律方面的可行性7．2使用方面的可行性8结论可行性报告告提纲3.3系系统模型型1．结构模模板系统分析员员将基于计计算机系统统的功能和和性能分解解为若干个个子系统并并精确定义义各子系统统的界面之之后，开始始建立系统统模型。任何一个基基于计算机机系统都可可以用输入入-处理-输出（IPO）图图来描述，，它将该系系统转换成成一个信息息变换模型型。在IPO模型的的基础上，，Hatley和Pirbhai又补补充了用户户界面处理理、维护和和自测试处处理两方面面的内容，，从而构成成了系统结结构模板