計算機系統開發

計算機系統開發是根據計算機用戶對套用系統的技術要求，分析原系統，設計新的計算機系統的內部結構並加以實現和維護的過程。計算機系統開發也是一個管理科學問題，自始至終貫穿著人員組織、工程化、標準化等管理工作，而且在很大程度上影響系統的性能和開發工作的效率。

基本介紹

• 中文名：計算機系統開發
• 外文名：Computer system development
• 定義：設計新的計算機系統的內部結構
• 目的：用來提高計算機性能
• 特點：可信性評價
• 領域：計算機系統

產生背景

經濟社會的高速發展使得信息技術也得到了進一步的發展，人們也因此邁入信息化時代。不管哪種行業對於計算機的需求都不斷增大。尤其是在軍工及高技術要求的領域，計算機幾乎已經成為了這些行業發展的核心，因此他們對於計算機的性能要求也是十分高。所以需要對計算機系統開發以提高計算機性能。

可信性

計算機系統可信性是描述系統所提交服務的性質的一種定性量度，用於表征系統可提交用戶有足夠理由依賴的期望服務能力。 所謂系統提交的服務是指所有由用戶察覺到的系統行為。可信性作為一種定性量度需根據不同套用來對其屬性具體化或定量化。典型的可信性定性/定量量度包括：可靠度、可用度、安全度。可維修度、可測性、完整性等。

開發一種能提供期望服務的高可信計算機系統是一個複雜的工程化過程，通常包括需求、 設計、 實現、 集成四個階段為使系統達到期望的可信程度，通常需要若干種手段互補地綜合套用於高可信系統開發過程 的所有階段中，以排除上述故障、錯誤和失效的影響。用於獲取可信性的手段可歸納為以下幾種 ：
避錯技術：採用正確的設計和質量控制方法儘量避免把錯誤引進系統。
容錯技術：利用外加資源的冗餘技術使系統中發生故障時仍能提供正確的服務。
評價技術：對系統採用的機制提供預期服務的能力進行測試、驗證和確認。
評價技術根據評價目標不同分為功能評價、性能評價、可信性評價三種。這裡介紹高可信計算機系統開發過程中的可信性評價技術，即評價採用避錯/容錯技術的系統是否滿足預定的可信性目標。可信性的評價應包含在系統開發過程的需求、設計、實現、集成等各個階段中，且作為各階段中的一個重要的必不可少的步驟。根據評價目標的不同，可採用不同的定性/定量和模型/試驗的評價方法。

需求階段

需求階段是系統開發的開始階段；主要包括問題定義、需求分析和需求說明三個步驟。問題定義是指開發人員對需解決的問題即預開發的系統的理解，形成以文字形式描述的詳細說明，這是解決問題的第一步。需求分析是指從問題描述中抽取對預開發系統的功能、性能和可信性等方面的要求並加以分析和確定。需求說明步驟的任務是對需求分析步驟得到的分析結果進行綜合的嚴格描述。

在需求階段需要完成的與高可信系統開發宥關的任務包括：確定與可信性有關的開發目標；確定系統開發中需考慮的故障類型；確定開發工作的組織和計畫。

設計階段

設計階段主要包括方案確定、子系統劃分和子系統設計三個步驟。
實現需求階段提出的目標可能有多種不同的設計方案，且各種方案具有不同的特點和優缺點。方案確定步驟需完成根據需求說明中規定的系統功能、性能和可信性方面的要求在不同方案之間進行折衷選擇。選擇的原則是在滿足系統需求的前提下儘量花費最小的代價。
確定系統設計的最終方案後，通常需要將整個系統劃分為若干子系統分別進行設計。這不僅是因為現代計算機的龐大和複雜經常需要多位工程技術人員的合作，而且也是獲取高可信系統的必要步驟。通常對子系統的細分包含在子系統的設計中。在劃分子系統的同時，還需將整個系統的可信性目標分配至各子系統上，從而形成各子系統的需求和功能描述。子系統劃分中與可信性開發有關的工作還包括故障錯誤約束界限的定義、冗餘技術的引、設計多樣性的確定、容錯機制的套用層次等。

子系統劃分時形成的各子系統的具體需求為其設計提供明確目標。設計工作通常需經過概要設計和詳細設計兩個階段，最終提供所有子系統的設計細節。用來獲得高可信性的各種避錯技術和容錯技術主要在子系統設計階段得到套用。

實現階段

設計階段將完整系統劃分為若干相對獨立的子系統分別進行詳細設計。實現階段的任務是將各子系統的詳細設計具體化為子系統樣機。根據所劃分的子系統的不同，樣機也可能以不同形式提交出來，如硬體樣機和軟體樣機或細化的硬體各組件的樣機和軟體各模組的樣機。將設計轉化為樣機的過程是系統開發中的關鍵步驟，也是很可能包含改進錯誤的階段。

實現階段的評價工作主要集中於對各子系統實現的評價，包含兩方面的含義。一方面是驗證子系統的實現是否與設計一致，即是否正確體現了設計意圖；另一方面還要對子系統的實現是否滿足分配到各手系統上的可信性 目標進行必要的確認。通常設計階段的評價是驗證、診斷和糾正的過程，從而排除實現中可能存在的錯誤。由於子系統經過實現階段後可以獲得真實樣機；因此實現階段的評價經常採用基於試驗的評價方法。

集成階段

當各子系統樣機已實現並經測試後，這些樣機必須組合到一起成為一個完整的可運行的系統。這種被稱為集成組合過程可視為子系統劃分的逆過程。集成的基本目的是使所有子系統聯合工作來執行系統期 望的功能每一個子系統經實現階段的評價後可以確保正確工作，但當各子系統需要協同工作時，可能會出現意想不到的問題。集成工作過程中與可信性有關的雖為困難的工作是將某些子系統中的內部故障檢測；診斷和恢復等容錯機制和由多譯子系統共同提供的容錯服務準確無誤地組合為一個整體。 另外，各子系統中產生的並發故障和相互影響增大集成結果存在故障的可能性。

軟體系統開發

核心內涵

計算機軟體主要由套用軟體以及計算機系統這兩個部分組成。對於計算機套用軟體而言，可以幫助用戶在計 算機套用的過程中及時解決出現的問題，例如計算機系統中的學習軟體以及管理軟體。而計算機系統軟體主要是 指與計算機本身有著關聯性的軟體，例如系統中的計算機監控軟體以及維護軟體等。無論是計算機套用軟體，還是計算機的系統軟體，在開發及套用的過程中都是為了給用戶提供一個良好的使用環境。因此，計算機軟體的開發就是整個計算機套用中的重要組成部分。

計算機軟體的開發及發展，可以逐漸推動信息技術的更新，因此，計算機軟體的開發會推動網路時代的發展，同時計算機軟體的開發以及技術的套用也是軟體工程中核心性的內容。在計算機網路發展的過程中，能夠實 現網路支持以及遠程的系統控制，並逐漸將計算機網路轉變成一種共存性的系統開發模式。計算機網路系統的發展，最主要的來源是對軟體系統的開發，通過軟體的開發可以在根本意義上解決人們生活中所遇到的問題，從而逐漸提高軟體開發系統的安全性技能。

發展趨勢

隨著計算機網路的逐漸發展，在軟體開發的過程中應該實現網路化、服務化以及智慧型化的發展理念，從而為整個軟體的設計營造良好的發展空間。首先，實現網路化。網路化是計算機軟體開發及設計的必然發展趨勢，軟 件的套用要依賴於網路，同時，也可以逐漸促進網路化的發展，從而實現軟體系統以及網路系統雙贏的局面。因此在軟體開發的過程中應該趨於網路化的發展需求。其次，實現服務化。軟體開發及套用的過程中，通過軟體系 統服務化的設計，可以為用戶提供更好的服務，在設計的過程中應該運用先進技術，實現以人為本的設立理念， 從而在最大程度上滿足用戶的需求。最後，實現智慧型化。在科學技術不斷發展的過程中，智慧型化的發展理念逐漸成為軟體設計中必然性的發展趨勢，開發人員在軟體設計的過程中要實現智慧型化的理念，從而實現新技術的革新。

開發技術方式

在現階段軟體開發技術的套用過程中，基本的設計理念已經實現了科學化的發展需求。而在新時期的背景下，合理地選擇軟體開發的技術形式，就成為技術開發中的核心內容。

1.生命周期法

生命周期法被稱之為結構化的系統開發理念，是現階段國內外軟體開發技術套用中最普遍的方式，特別是在複雜性軟體系統的開發過程中，生命周期法的套用就充分顯示了其優越性的特點。在軟體設計及開發的過程中， 可以將系統的維護分為不同的階段，每個階段都有明確性的任務及目標，所以在系統套用的過程降低了軟體開發 的複雜性，提高了技術操作的能力。但是，對於這種技術的開發理念而言，在設計的過程中開發的周期較長，不同的階段不能同時進行，這種現象的出現就為軟體的設計及開發帶來了制約性。
2.原型化開發法

原型化開發方式也是計算機軟體開發中常用的技術手段，同時也是軟體開發中常用的方式，開發人員通過對 系統需求的分析，取得了有效性的結果，然後在將開發設計的原型並用，在系統運行的過程中將相關的結果進行 合理性的修改，直到達到客戶滿意的標準。對於這種開發設計理念而言，在設計的過程中應該明確客戶的需求， 降低開發的成本及風險，從而有效地通過系統服務的套用，對整個系統進行合理化的分析設計。但是，在整個技術套用的過程中，並不適合大型的系統開發，而且，在系統運行的過程中很難實現對系統的維護。
3.自動開發法

在自動形式軟體開發的過程中，為了實現軟體設計的核心目標，就應該建立健全的軟體工程質量管理程式。 首先，對軟體工程的產品質量進行合理化的構建，所設計的軟體要滿足所有客戶的不同需求，在分析的過程中應 該與實踐內容進行充分性的結合，而且，也應該對客戶的要求進行觀察，如果客戶的意向發生改變，就應該及時 通知設計人員，從而充分滿足客戶的基本需求。其次，應該制定有效的軟體開發及維護系統，通過科學化標準內容的建立，最佳化維護的方式，從而實現協作管理的最終目的。最後，制定完善的軟體工程評價系統，通過複查、 檢測以及評估系統的建立，實現軟體開發系統的最終目的。