实用软件工程教程 教学课件 作者 陈雄峰第4章 系统工程与需求工程方法

第二部分第二部分 软件系统分析与设计软件系统分析与设计第第4章章 系统工程与需求工程方法系统工程与需求工程方法 教学要点：教学要点：本章作为后续系统分析与设本章作为后续系统分析与设计学习的知识准备，首先应掌握系统工计学习的知识准备，首先应掌握系统工程、需求工程、系统、计算机系统和信程、需求工程、系统、计算机系统和信息系统的基本概念，然后充分了解息系统的基本概念，然后充分了解系统系统和系统思维的特点和系统思维的特点，进而掌握培养系统，进而掌握培养系统思维的技巧和需求获取的常用方法。思维的技巧和需求获取的常用方法。重点掌握：重点掌握：系统和系统思维的特点；培系统和系统思维的特点；培养系统思维的技巧和需求获取的常用方养系统思维的技巧和需求获取的常用方法。法。1计算机系统工程计算机系统工程是一个问题求解的活动，其目是一个问题求解的活动，其目的是分析基于计算机的系统的功能、性能等要的是分析基于计算机的系统的功能、性能等要求，并把它们分配到基于计算机系统的各个系求，并把它们分配到基于计算机系统的各个系统元素中，确定它们的约束条件和接口。统元素中，确定它们的约束条件和接口。需求工程需求工程是提供适当的机制以了解用户想要什是提供适当的机制以了解用户想要什么、分析需要、评价可行性、协商合理的解决么、分析需要、评价可行性、协商合理的解决方案、无歧义地规约解决方案、确认方案以及方案、无歧义地规约解决方案、确认方案以及它们被转换到可运行系统时对管理的需求。需它们被转换到可运行系统时对管理的需求。需求工程可分为求工程可分为需求获取、需求分析与协商、系需求获取、需求分析与协商、系统建模、系统规约、需求验证和需求管理统建模、系统规约、需求验证和需求管理6个个步骤。步骤。2这些技巧和方法不是与生俱来的，但可以通这些技巧和方法不是与生俱来的，但可以通过实践和训练来培养的。过实践和训练来培养的。系统工程和需求工程的主要方法系统工程和需求工程的主要方法系统思维和综合分析方法系统思维和综合分析方法：用于找出问题原因和使用信：用于找出问题原因和使用信息系统的解决办法，发现和确定可以开发的新系统及其息系统的解决办法，发现和确定可以开发的新系统及其实现方案。实现方案。可行性分析方法：可行性分析方法：用于对系统的经济、技术、操作、法用于对系统的经济、技术、操作、法律可行性进行分析。律可行性进行分析。将在第将在第5章中讲述。章中讲述。需求获取方法需求获取方法：用于了解使用单位的背景、目标、业务：用于了解使用单位的背景、目标、业务过程、旧系统的问题、对新系统的要求等。过程、旧系统的问题、对新系统的要求等。建模和描述方法建模和描述方法：用于建立和描述旧、新系统的逻辑模：用于建立和描述旧、新系统的逻辑模型。如结构化方法中的功能模型、数据模型和行为模型，型。如结构化方法中的功能模型、数据模型和行为模型，面向对象方法中对象模型、用况模型等。将在第面向对象方法中对象模型、用况模型等。将在第6、7章章中讲述。中讲述。将在第将在第6、7章中讲述。章中讲述。34.1.1 4.1.1 系统的概念系统的概念 我们所要我们所要我们所要我们所要构造的计算机系统往往是现实世界中某个系构造的计算机系统往往是现实世界中某个系构造的计算机系统往往是现实世界中某个系构造的计算机系统往往是现实世界中某个系统在计算机中的映射统在计算机中的映射统在计算机中的映射统在计算机中的映射，而系统性是我们所生活的世界，而系统性是我们所生活的世界，而系统性是我们所生活的世界，而系统性是我们所生活的世界构成的一大特点，所以我们要用系统的思维去分析和构成的一大特点，所以我们要用系统的思维去分析和构成的一大特点，所以我们要用系统的思维去分析和构成的一大特点，所以我们要用系统的思维去分析和表示现实世界及其在计算机世界中的映射和表示。表示现实世界及其在计算机世界中的映射和表示。表示现实世界及其在计算机世界中的映射和表示。表示现实世界及其在计算机世界中的映射和表示。系统系统系统系统：一个相互联系的有机整体。：一个相互联系的有机整体。：一个相互联系的有机整体。：一个相互联系的有机整体。(Patching,1990）一个系统是一个一个系统是一个整体整体，在其内部它的各个组，在其内部它的各个组成部分才能成部分才能相互协作相互协作实现完整的功能。实现完整的功能。每个系统都有一个每个系统都有一个边界边界（范围）。（范围）。4.1 4.1 系统思维方法系统思维方法4组织组织外部环境外部环境原始输入原始输入输出输出层次化组织结构层次化组织结构文化文化反馈反馈5成绩成绩登记登记系统系统教师教师系主任系主任学生学生学籍管理系统学籍管理系统已修课程修业要求可以毕业可以毕业的学生的学生成绩报告单成绩报告单6系统的特点系统的特点 突发性（突发性（Emergence）层次行（层次行（Hierarchies）信息传递（信息传递（Communication）自控制（自控制（Control）分解（分解（Decomposition）模块化（模块化（Modularity）。）。藕合性（藕合性（Coupling，模块之间的联系程度）和，模块之间的联系程度）和内聚性（内聚性（Cohesion，模块内部的紧密程度），模块内部的紧密程度）71.突发性突发性一个系统由若干个组成部分构成的，然一个系统由若干个组成部分构成的，然而不是简单的堆积而是具有更多的属性。而不是简单的堆积而是具有更多的属性。一个系统显示出单一组成部分所不具有一个系统显示出单一组成部分所不具有的新属性，成为的新属性，成为突发性突发性。82.2.层次性层次性一个系统的构成可以认为是一种由子一个系统的构成可以认为是一种由子系统组成的系统组成的层次结构层次结构。每个子系统是具有明确定义输入和输每个子系统是具有明确定义输入和输出的出的独立系统独立系统，但又是，但又是大系统的一个大系统的一个组成部分。组成部分。9层次结构例子：一个计算机实验室层次结构例子：一个计算机实验室10为了激发子系统相互协作并实现一定目标，它为了激发子系统相互协作并实现一定目标，它们之间一定要有信息传递。们之间一定要有信息传递。信息传递途径信息传递途径:子系统之间子系统之间 (内部之间内部之间)来自环境来自环境 (外部外部输入到系统输入到系统)发往环境发往环境 (从系统输出到外部从系统输出到外部)3.3.信息传递信息传递11信息传递例子信息传递例子:一个空调系统和建筑物一个空调系统和建筑物内部内部:如传感器到控制模块、控制模块到如传感器到控制模块、控制模块到风机、控制模块到风叶的信息转递。风机、控制模块到风叶的信息转递。输入输入:如控制开关设置、通过传感器获取如控制开关设置、通过传感器获取温度值。温度值。输出输出:如如 状态显示。状态显示。12处理处理输入输入输出输出控制模块控制模块反馈循环反馈循环系统环境系统环境System Boundary134.4.自控制自控制 大部分的系统表现出大部分的系统表现出某些自管理性某些自管理性的控制形式。如：的控制形式。如：空调系统的调节器空调系统的调节器动物的荷尔蒙系统动物的荷尔蒙系统如果没有控制任其它们的组件独立工作，如果没有控制任其它们的组件独立工作，许多系统最终会许多系统最终会趋于某种限制性的功能趋于某种限制性的功能状态状态，如死亡或失去控制。，如死亡或失去控制。但是，系统组件但是，系统组件之间的联系会限制之间的联系会限制系统系统的功能表现。的功能表现。145.5.分解分解 系统可以被划分为较小组成部分系统可以被划分为较小组成部分。允许系统分析员允许系统分析员:把一个系统把一个系统划分为小的可管理划分为小的可管理的子系统；的子系统；某一时刻关注某一时刻关注某一区域；某一区域；集中于与集中于与一组使用者有关一组使用者有关的组成部分；的组成部分；不同的时间内不同的时间内建立不同的组成部分。建立不同的组成部分。156.6.模块化模块化模块化模块化把系统划分为相对合理大小模块的过程把系统划分为相对合理大小模块的过程模块化简化了系统设计模块化简化了系统设计藕合性藕合性子系统之间的关联程度子系统之间的关联程度内聚性内聚性一个系统实现一个单一功能的内部联系程度一个系统实现一个单一功能的内部联系程度16总而言之总而言之一个系统一定有现实的目标或存在的理由。一个系统一定有现实的目标或存在的理由。一个系统有若干个自我控制或管理的组成部分。一个系统有若干个自我控制或管理的组成部分。一个系统是由子系统以层次结构组成的。一个系统是由子系统以层次结构组成的。系统内活动的组成部件通过消息实现信息传递。系统内活动的组成部件通过消息实现信息传递。系统能与其所处的环境进行消息传递。系统能与其所处的环境进行消息传递。一个系统通常有在其管理机制下所消耗或转换的资源。一个系统通常有在其管理机制下所消耗或转换的资源。系统有区别与简单组装的整体性系统有区别与简单组装的整体性不同类型的系统服务与不同的目标。不同类型的系统服务与不同的目标。17系统分类系统分类从不同的角度，系统有不同的分类。从不同的角度，系统有不同的分类。自然系统和设计系统自然系统和设计系统。一个组织、一只动物、一个经。一个组织、一只动物、一个经济系统、世界和宇宙等是一个自然系统；一台计算机、济系统、世界和宇宙等是一个自然系统；一台计算机、空调空调/发动机和一个数学分支等是设计系统。发动机和一个数学分支等是设计系统。社会和文化系统和人类活动系统社会和文化系统和人类活动系统。如一个家庭、社区、如一个家庭、社区、国家和社会等属于社会和文化系统；一场运动会属于国家和社会等属于社会和文化系统；一场运动会属于人类活动系统。人类活动系统。开放的和封闭的系统。开放的和封闭的系统。一个开放的系统经由它的系统一个开放的系统经由它的系统边界通过输入和输出与其所处的环境实现交互；一个边界通过输入和输出与其所处的环境实现交互；一个封闭的系统没有与其所处的环境实现交互，所以它是封闭的系统没有与其所处的环境实现交互，所以它是完全自包含的。完全自包含的。静止的和动态的系统。静止的和动态的系统。一个静止的系统是一个内部状一个静止的系统是一个内部状态没有变化的系统；一个动态的系统通过实现内部状态没有变化的系统；一个动态的系统通过实现内部状态的改变态的改变 对内部的事件和其所处环境的变化做出反应。对内部的事件和其所处环境的变化做出反应。18稳定的不稳定的系统。稳定的不稳定的系统。一个稳定的系统表现为动态平一个稳定的系统表现为动态平衡，或通过状态改变对内部和外部事件做出反应，但衡，或通过状态改变对内部和外部事件做出反应，但改变是非常微小的或返回到一个接近于以前的状态；改变是非常微小的或返回到一个接近于以前的状态；一个不稳定的系统对内部和外部的反应是不确定的、一个不稳定的系统对内部和外部的反应是不确定的、不可预期的或大多时候不可预期的或大多时候 比例失调。比例失调。自适应和非自适应的系统自适应和非自适应的系统（或活动的和非活动的系统）（或活动的和非活动的系统）。一个自适应或活动的系统是一个能回应环境变化和。一个自适应或活动的系统是一个能回应环境变化和外部干预事件的系统；一个非自适应或非活动的系统外部干预事件的系统；一个非自适应或非活动的系统是对环境变化和外部干预事件不能做出回应的系统。是对环境变化和外部干预事件不能做出回应的系统。永久性的和临时性的系统永久性的和临时性的系统。一个永久性的系统是一个。一个永久性的系统是一个持续一个明显时间段（比如几年）的系统；一个临时持续一个明显时间段（比如几年）的系统；一个临时性的系统是一个持续时间很有限的系统。如：一个银性的系统是一个持续时间很有限的系统。如：一个银行的会计系统行的会计系统 19系统生命周期系统生命周期 系统通常被认为是系统通常被认为是一种组织一种组织，有，有很明确的很明确的生命周期生命周期。如：一个公司可以被认为是一个系统，如：一个公司可以被认为是一个系统，可以明确地定义诞生、增长和扩张、成可以明确地定义诞生、增长和扩张、成熟、衰退、关闭几个时期熟、衰退、关闭几