第03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

■■

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:

1(Input)指信息的输入；

vP(Process)指对信息的处理；

0(Output)指信息的输出。

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第3章

■

基于计算机的系统的要素及其间的关系

第3章

■■

3.1计算机系统工程的概念

o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至1］系统各要素之中。

应提出多种预选的方案

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第3章

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3.1.1硬件工程

口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耒实现硬件系统。

口划分为硬件定义、设计、制造与销售维修三个阶段

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第3章

■

I3.1.2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，这圈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。

口按照功能，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。

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■■

3.1.2软件工程

□软件在基于计算机的系统的IP0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。

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图3・1・3软件工程

第3章

■

1.软件项目定义部分

。该部分由制定软件项目开发计划、需求分析2个阶

段组成，主要完成以下4项任务：

1）制定软件项目计划。软件工作范围、风险分析、

提出项目开发所需资源、成本和进度估算，进而进

行可行性论证，生成软件项目计划并经过技术和管

理评审。

2）软件需求分析和定义。

3）制定验收准则，测试计划。

4）生成软件需求规格说明，评审后生效，作为软件

开发和软件产品验收的依据。

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系统流程图

一个具体实现的系统，也就，

是描述一个单位、组织的信■

1.系统流程图的作用息处理的具体实现的系统。―

系统流程图是描述物理系统的工具。通过画出系统流程图

来了解要开发的项目的大概处理流程、范围和功能等。系统

流程图不仅能用于可行性研究，还能用于需求分析阶段。

系统流程图可用图形符号来表示系统中的各个元素，例

如，人工处理、数据处理、数据库、文件和设备等。它表达了

系统中各个元素之间的信息流动的情况。

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画系统流程图时，首先要搞清业务处理过程以及处理中的

各个元素，同时选择相应的符号来代表系统中的各个元素。所

画的系统流程图要反映出系统的处理流程。

在进行可行性研究过程中，要以概括的形式描述现有系统

的高层逻辑模型，并通过概要的设计变成所建议系统的物理模

型，可以用系统流程图来描述所建议系统的物理模型。

2.系统流程图的符号

系统流程图的符号如表2-1所示。

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表2-1系统流程图的符号

符号名称说明

i1,能改变数据值或数据位置的加工或部件，例如，程序模

处理

块、处理机等都'是处理

表示输入或输出（或既输入又输出），是一个广义的不指明

输入/输出

口具体设备的符号

连接；指出转到图的另一部分或从图的另一部分转来，通常在同

O一页上.

0换页连接指出转到另一页图上或由另一页图转来

A--------------数据流用来连接其他符号，指明数据流动方向

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匚文档通常表示打印输出，也可表示用打印终端输入数据

表示任何种类的联机存储，包括磁盘、软盘和海量存储器

联机存储

匚件等

0磁盘磁盘输入/输出，也可表示存储在磁盘上的文件或数据库

CRT终端或类似的显示部件，可用于输入或输出，也可既

显示

<ZD输入又输出

匚人工输入人工输入数据的脱机处理，例如，填写表格

人工操作人工完成的处理，例如，会计在工资支票上签名

□辅助操作使用设备进行的脱机操作

通信链路通过远程通信线路或链路传送数据

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3.系统流程图的示例・

以某工厂的库房管理为例

某工厂有一个库房，存放该厂生产需要的物品，库房中的各

种物品的数量及各种物品库存量临界值等数据记录在库存文件

上，当库房中物品数量有变化时，应更新库存文件。若某种物

品的库存量少于库存临界值，则报告采购部门以便其订货，

每天向采购部门送一份采购报告。

库房可使用一台微机处理更新库存文件和产生订货报告的

任务。物品的发放和接受称为变更记录，由键盘录入到微机中。

系统中的库存管理模块对变更记录进行处理，更新存储在磁盘

上的库存文件，并把订货信息记录到联机存储中。每天由报告

生成模块读一次订货信息，并打印出订货报告。

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库存管理系统的系统流程图

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2.软件开发部分的任务

。软件开发部分的任务是修系统对软件的需求转换成可操作

的系统要素，即软件。

。该部分由总体设计、过程设计和编码3个阶段组成。

1）软件总体设计阶段

软件总体设计是指软件总体结构设计和数据设计，该阶段

的主要任务是：

①设计软件的模块结构。

②定义接口并建立数据结构。

③生成概要设计规格说明和组装测试计划。

④评审概要设计的质量，重点评审总体设计是否

支持软件需求规格说明的完全性和可追踪性。河北工业大学计算机系

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2.软件开发部分的任务

2）软件过程（详细）设计阶段——主要任务是：

①对概要设计规格说明中的每一个模块的过程

进行详细的描述。

②制定单元测试计划。生成详细设计规格说明。

③对详细设计的阶段产品进行评审。

3）编码阶段——任务是：

用选定的编程语言将每一个模块的详细过程描述转换成程

序。应注意良好的编程风格、简洁性和自文档化，同时还

应保持与过程设计的可跟踪性。

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3.软件产品的验证、提交、经销与维护部分的任务

1）软件验证阶段的主要任务是：

①软件开发人员根据单元测试计划对每一个

模块进行单元测试，验证模块的功能是否

正确且符合设计要求。

②组织开发人员和专门的软件测试工程师

对软件进行综合测试，测试软件总体结构

和接口是否满足设计要求，测试各软部件

是否满足相应的软件功能需求和性能需求。

③组织专家、用户和客户对测试结果进行评审。

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3.软件产品的验证、提交、经销与维护部分的任务

2）软件的提交与经销的主要任务是：

①开发正式的用户手册、对文档进行分类、整理、

归档，建立配置控制机制。

②将软件提交给用户，必要时应负责把软件安装

到用户的环境中。

3）软件维护的任务是：

修正软件在运行中发现的错误、改善软件的功能和性

能、适应软件运行环境的变化、提高软件的可维护性

和可靠性等等。

。以上所介绍的就是修系统工程的观点和方法引入软件

工程，用于指导软件的开发。

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3.1.3人机工程

。目前，友好的“人机界面”(HCLHuman

ComputerInterface)已成为基于计算机的系

统的一项重要的技术指标。因此，开发人机界

面的人机工程已经成为开发基于计算机的系统

的一个重要组成部分。

。要设计出高质量的人机界面，不仅涉及到计算

机技术，还涉及到美学、心理学等人文科学知

识。

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3.1.4数据库工程

。必有硬件工程、软件工程和人机工程三部分。

。在以信息处理为核心的基于计算机的系统中，

数据库系统也是其重要的组成部分。它将系统

硬件、软件、数据、数据库管理员组合起来为

用户提供信息服务。

。数据库工程就是指开发、运行和管理数据库系

统的工程，它也是一个复杂而独特的软件工程

项目。

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■■

数据库工程完成的主要任务

1）调查用户对信息和信息处理的需求，进行可行性论证,

进行成本、进度估算，制定项目计划。

2）选择支持数据库系统的硬件和软件。特别是DBMS,它

支持数据的查询、维护和分析，是管理数据库的工具，

为数据库的设计和使用提供了方便。在选择DBMS时，

还应考虑支持其运行的操作系统和网络环境。

3）数据库设计与实现。

4）数据的收集与存储。

5）运行、管理与维护。

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3.2可行性研究----任务及步骤

1.可行性研究的任务

。可行性研究的目的，就是用最小的代价在尽可能短的

时间内确定问题是否能够解决。

。怎样达到这个目的呢？当然不能靠主观猜想而只能靠

客观分析。必须分析几种主要的可能解法的利弊，从

而判定原定的系统规模和目标是否实现，系统完成后

圻能带来的效益是否大到值得投资开发这个系统的程

度。

O因此，可行性研究实质上是要进行一次大大压缩简化

了的系统分析和设计的过程，也就是在较高层次上以

较抽象的方式进行的系统分析和设计的过程。

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ryrwj第3章

1.可行性研究的任务

1）经济可行性研究：进行成本效益分析，及对其他产品或利润的

影响。

2）技术可行性研究：根据客户提出的系统功能、性能要求及实现

系统的各项约束条件，研究系统实现的可能性。

3）运行、操作可行性研究：运行方式在用户单位是否可以有效地

实施，是否与原有其他系统相矛盾；系统的操作规程在用户单位

内是否可行，它包括人事、科技政策、管理方法等。

4）法律可行性研究：系统的开发使用是否侵犯他人的利益，是否

触犯国家法律法规。

5）开发方案的选择

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2.可行性研究的步骤

1）复查初步分析结果。

2）硬除«网海析结果和报告书进行复查，改正含糊

股同期地描述

4）事瞒M喇圈即画辘崎浜

篥进舞婶辑一个方案的经济可行性、技术可行性、运行和

操作可行性等进行分析比较。

5）推荐建议的方案。

6）建联为值得开发，则应指出开发的价值、

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■A

[322经济可行性

。开发一个基于计算机的系统是为了获取较好的经济

效益和社会效益。因此对待开发系统的经济可行性

的论证（其中主要是成本■效益分析）是可行性研

究的重要内容。

。成本■效益分析可用于评估系统的经济合理性、给

出系统开发的成本估算，并修估算的成本与可获得

的利润进行对比，从经济角度论证待开发系统是否

可行。

。经济效益----指应用系统可为用户增加的收入。

社会效益——指应用系统给社会带来的好处。

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■

1.成本估算

基于计算机系统的成本主要由4部分组成：

①购置并安装软硬件及有关设备的费用O

②系统开发费用。

③系统安装、运行和维护费用。

④人员培训费用。

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2.成本-效益分析

♦:♦成本■效益分析是指待开发系统的总成本与其将带

来的经济效益进行比较，从经济角度分析该系统

是否值得投资开发。

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【例3.1】

已知一个基于计算机的系统的软件升级的开发成本估算值为

5000元，预计新系统投入运行后每年可以带来2500元的收入,

假定新软件的生存周期（不包括开发时间）为5年，当年的年

利率为12%,试对该系统的开发进行成本■效益分析。

1.货币的时间价值：

指同样数量的货币随时间的不同具有不同的价值。

一般货币在不同时间的价值可用年利率来折算。

设：i表示年利率，现在存入P元，n年后的价值为F元，则有:

F=P(1+i)n

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如果n年后能收入F元，这些钱折算成现在的价值称为折

现值，折现公式为:

P=F/(1+i)n

对本题的圈来的收入折现，计算结果如表3」所示。

第n年

(年)(1+i)n折现值累计折现值

n的收入

125001.122232.142232.14

225001.25441992.984225.12

325001.4049281779.456004.57

425001.573519361588.807593.37

525001.7623416831418.57——河9北0工1业1大.%9计算4机系

是指在整个生存周期系统的累计收入的折现值PT与

总成本折现值ST之差，以T表示，则有：

T=PT-ST=9011.94-5000=4011.94(TL)

如果纯收入小于或等于0,则这项工程单从经济观点来看

是不值得投资的。

3.投资回收期。

是指系统投入运行后累计的经济效益的折现值正好等于投

资所需的时间。本例中的投资回收期为：

2+(5000-4225.12)71779.45=2+0.44=2.44(年)

投资回收期越短，就能越快地获得利润，工程越值得投

资。

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4.投资回收率

把资金投入到项目中与把资金存入银行比较，其中

投入到项目中可获得的年利率就称为项目的投资回收率。

设S为现在的投资额，Fj是第i年到年底一年的收益（i=1,

2,…，n）,n是系统的寿命，j是投资回收率，贝叮满足

方程：

1

s=匕(1+j)-+F2(1+j)-2+...+Fn(1+j)-

解这个方程就可以得到投资回收率j。本题S=5000,

F1=F2=F3=F4=F5=2500,贝I投资回4攵率为41.04%,而

如果直接把资金存入银行的投资回收率就是年利率12%。

如果仅考虑经济效益，只有项目的投资回收率大于年

利率时，才考虑开发问题。还要考虑社会效益。

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3.2.3技术可行性研究

。技术可行性是可行性研究的关键内容。由于系统分析和定

义过程与系统技术可行性评估过程同时进行，此时系统的

功能、性能和目标的不确定性会给技术可行性论证带来许

多困难。其主要包括：

1）风险分析。其任务是在给定的约束条件下，论证能否实现

系统所需的功能和性能。

2）资源分析。其任务是论证是否具备系统开发所需各类人员

的数量和质量、软硬件资源和工作环境等。

3）技术分析。其任务是论证现有的科学技术水平和开发能力

是否支持开发的全过程并达到系统功能和性能的目标。

毕业生们的错误是去阐述某个流行软件的功能特性

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3.2.3技术可行性研究

数学建模、原型建造和模拟是基于计算机系统技术可

行性研究的有效工具。

建造的基于计算机系统的模型必须具备以下特点：

1）模型应能反映要评估系统的构成的动态特性，容易理解和

操作，能够尽量提供系统真实的结果并有利于评审。

2）模型应包括与系统有关的全部相关元素，能够再现系统运

行的结果。

3）模型应突出表现与系统相关的重要因素，忽略无关或次要

因素。

4）模型设计应尽量简单、易于实现、易于修改。

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3.2.4方案选择

。在可行性研究阶段，系统工程师根据系统分析所

确定的系统目标开始研究问题的求解方案。

。对于较复杂的大系统，一般都要将其分解为若干

个子系统，接着精确地定义各子系统的界面、功

能和性能，给出各子系统之间的关系。

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可行性研究报告一阶段性成果

它可作为系统规格说明书的一个附件。其主要内容如下：

1）引言：说明可行性研究的目的，项目的名称、背景，本文档用到的术

语和参考资料。

2）可行性研究的前提：说明待开发项目的功能、性能和基本要求，要达

到的目标，各种约束条件，可行性研究的方法和决定可行性的主要因

素。

3）对现行系统的分析：如果有现行系统，说明现行系统的处理流程和数

据流程，系统状态，费用支出，所需专业人员的种类和数量，所需设

备，存在的问题等。

4）方案选择：所选择方案的系统配置，选择方案的标准。

5）所建议方案的技术可行性分析：对所选择的较好的方案的风险分析、

资源分析和技术分析；对子系统的技术分析。

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可行性研究报告一阶段性成果

6）经济可行性分析：说明所建议系统的成本•效益分析结果。

7）运行、操作可行性分析。

8）法律可行性分析。

9）其他可供选择方案：分别说明每一个可供选择的方案，

并应说明未被推荐的理由。

10）结论意见：说明项目是否能开发，还需要什么条件才能

开发以及对项目目标有何变动等。

可行性研究报告应提交管理部门，由管理人员对可行

性研究报告进行评审并做出决策。

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可行性报告提纲

1引言4.4影响

1口1编写目的

4.5局限性

I.2背景4.6技术可行性评价

1.3定义5可选择的其它系统方案

1.4参考资料5.1可选择的系统方案1

2可行性研究前提5.2可选择的系统方案2

2.1要求6所建议系统经济可行性分析

2.2目标6.1支出

2.3条件、假定、限制6.1.1基本建设投资

2.4可行性研究方法6.1.2其它一次性支出

2.5评价尺度6.2收益

3对现有系统分析6.2.1一次收益

3.1处理流程和数据流程6.2.2非一次收益

3.2工作负荷6.2.3不可定量收益

3.3费用开支6.3收益版资比

3.4人员6.4投资回收周期

3.5设备6.5敏感性分析

3.6局限性7社会因素可行性分析

4所建议的系统7.1法律方面的可行性

4.1对所建议系统的说明7.2使用方面的可行性

4.2数据流程8结论

4.3改进之处河北工业大学计算机系

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3.3系统模型

1.结构模板

o系统分析员修基于计算机系统的功能和性能分解为若干个

子系统并精确定义各子系统的界面之后，开始建立系统模

型。

o任何一个基于计算机系统都可以用输入■处理.输出（IPO）

图来描述，它修该系统转换成一个信息变换模型。在IPO

模型的基础上，Hatley和Pirbhai又补充了用户界面处理、

维护和自测试处理两方面的内容，从而构成了系统结构模

板，如图3・3・1所示。它是系统建模的基础。

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第3章

结构模板

用户界面处理

处理与控制功能输