第 1 章 軟體工程與系統開發概論
1-1 軟體與資訊系統
1-2 軟體工程的基礎
1-3 軟體開發生命週期
1-4 軟體生命週期模型
1-1
軟體與資訊系統
1-1-1 軟體
1-1-1 軟體 - 軟體與硬體
「軟體」（ Software ）是能夠控制電腦執行工作
的技術和方法，它就是使用程式語言
（ Programming Language ）建立的程式
（ Programs ），一種在電腦上可執行的應用程式
或軟體系統。
「硬體」（ Hardware ）是我們可以實際看到的東
西，單純擁有電腦硬體並無法發揮電腦的功能，
只有在軟體和硬體都具備的情況下，電腦才能替
我們工作，幫助我們解決問題。
1-1-1 軟體 - 軟體與硬體的差異
軟體和硬體特性上的差異，如下表所示：
軟體（ Software ） 硬體（ Hardware ） 邏輯元素 實體元素 使用工程化的方法進行開發 使用工廠生產線製造 沒有備用零件，不會損壞，但是功 能可能不再符合需求 有備用零件，因為用久了會損壞，可以替換零件 大部分是客製化的產品 大都是使用大量生產的零件所組裝 而成1-1-1 軟體 - 軟體的種類
對於電腦系統來說，在電腦上執行的軟體可以分
為兩大類，如下所示：
• 系統軟體（ System Software ）：負責連接電腦硬體與 應用程式，讓電腦可以正常工作的軟體，例如：作業 系統、系統最佳化工具和掃毒程式等。 • 應用程式（ Applications ）：一種處理特定工作的電腦 程式，例如：數學計算分析、文書處理、試算表和程 式語言整合開發工具等。1-1-1 軟體 - 軟體的組成元素
對於電腦來說，軟體是電腦上執行的一種程式，
但是對於軟體工程來說，完整軟體應該由三部分
所組成（ Pressman
， 2001 ），如下所示：
• 電腦程式（ Computer Programs ）：使用各種程式語言 撰寫程式碼所編譯成的執行檔，這是一種儲存在媒體 上的二進位資料。 • 文件（ Documents ）：與電腦程式相關的文件，例如 ：需求文件、模型和使用手冊等。• 資料與資料結構（ Data & Data Structures ）：電腦程式 執行時所管理的資料結構。
1-1-2 資訊系統 - 說明
「系統」（ System ）是一組可以達成特定目的，有組織
、互動和相關元素的集合。「資訊系統」（ Information System ）是一種軟體，不過，它並不是一種簡單的應用程 式，而是一種大型軟體系統（ Large Software System ）， 包含多種相關的子系統，在硬體架構上，更可能是多層企 業系統架構，或 Web 基礎的網路應用程式，如下圖所示 ：
1-1-2 資訊系統 - 範例
網路銀行的資訊系統，可以讓客戶直接透過網路銀行執行 帳戶管理。基本上，資訊系統包含的元件有：員工（人） 、資料或資訊、程序、軟體、硬體和通訊（ Benson &
1-2 軟體工程的基礎
1-2-1 軟體工程
1-2-1 軟體工程 - 說明
軟體工程（ Software Engineering ）主要是在研究如何使用 系統化、組織化和量化方法來進行軟體系統的開發，也就 是嘗試使用一些經過驗證且可行的方法，在可接受的時間 和預算內開發出高品質的軟體系統。 簡單的說，軟體工程是一門學科，可以整合方法、工具和 流程來將真實世界的需求轉換成軟體世界的軟體，如下圖 所示：1-2-1 軟體工程 - 方法、工具和流程
方法（ Methods ）：一種建立軟體的方法，即第
1-3 節軟體開發生命週期的各種活動：需求、分析
、設計、實作、測試和部署等。
工具（ Tools ）：自動或半自動支援方法的工具，
包含語法檢查、文件出版、專案管理和系統分析
設計工具等，即所謂的 CASE 工具（
Computer-Aided Software Engineering Tools ）。
流程（ Procedures ）：定義各活動執行順序的流
程來建立軟體，並且提供軟體品質的管控與變更
的協調。
1-2-1 軟體工程 - 三大階段
定義階段（ Definition Phase ）： 著重在軟體需求是什麼 （ What ），即軟體提供哪些功能、處理哪些資訊、建立 哪種使用介面、擁有哪些限制條件和驗證標準等。 開發階段（ Development Phase ）： 著重於如何達成軟體 需求（ How ），即決定使用的資料結構、軟體系統架構 、實作程序、撰寫程式碼和執行測試等。 維護階段（ Maintenance Phase ）：也稱為支援階段（ Support Phase ），著重在軟體的變更（ Change ），即 除錯、升級、增加功能和提昇效能等。
1-2-1 軟體工程 - 相關術語
術語 說明 專案（ Project ） 專案包含軟體開發相關的所有活動（ Activities ），簡 單的說，就是走完整個軟體開發生命週期來完成軟體 系統的開發 活動（ Activity ） 一組作業（ Tasks ）集合來達成特別的目的，例如： 需求、分析、設計和實作等 參與者（ Participant ） 參與專案的人員，包含客戶（ Client ）、開發者 （ Developer ）、專案管理者（ Project Manager ）和終端使用者（ End User ，即使用者）等 里程碑（ Milestone ） 重要的專案事件 主要里程碑（ Major Milestone ） 指重要商業決策事件的時間點，例如：預算或預定時 程等 階段（ Phase ） 大部分軟體開發模型的階段就是活動，不過， Rational 統一流程是指開發過程的 2 個主要里程碑之間，詳見 第 1-4-5 節的說明 作業（ Task ） 活動的組成元素，這是可管理的最小工作單位 工作產品（ Work Product ） 在軟體開發過程建立的產品，包含文件或部分軟體的 半成品，也稱為產出物（ Artifact ）
1-2-2 軟體開發的完整流程
一般來說，當公司或
行號需要軟體來幫助
進行商業活動，或解
決特定問題時，就可
以開始進行軟體開發
的流程，完整的軟體
開發流程如右圖所示
：
1-3 軟體開發生命週期 - 說明
「軟體開發生命週期」（ Software Development
Life Cycle
， SDLC ）包含軟體開發過程的活動和建
立的工作產品（ Work Products ），主要分成兩大
類，如下所示：
• 以活動為中心（ Activity-Centered ）：專注於整個軟體 開發過程的活動（ Activities ）。 • 以實體為中心（ Entity-Centered ）：專注於整個軟體開 發過程中，在上述活動建立的工作產品（ Work Products ）。1-3 軟體開發生命週期 - 基本活動
雖然目前有相當多種軟體開發生命週期，不過各
種軟體開發生命週期擁有的基本活動，或稱為階
段（ Phases ）有：
• 需求 • 分析 • 設計 • 實作 • 測試 • 部署1-3 軟體開發生命週期 - 需求
需求（ Requirement ）是程式開發者與客戶和使
用者共同定義的系統需求，可以擷取出系統的功
能性和非功能性需求，其簡單說明如下所示：
• 功能性需求（ Functional Requirements ）：描述系統一 定需要提供的功能，也就是定義系統輸入和輸出行為 的規格。例如：選課系統提供註冊和選課功能。 • 非功能性需求（ Nonfunctional Requirements ）：描述 系統特性或一些限制條件。例如：選課系統限制學生 只能選 15 門課。1-3 軟體開發生命週期 - 分析
在定義出系統需求後，就可以針對需求進行分析
（ Analysis ），以便將系統需求抽象化到應用系
統之中。簡單的說，就是從系統需求找出解決方
案。目前仍然是以高階角度來看問題，並不涉及
應用程式的軟硬體架構，和使用哪一種程式語言
來實作。
1-3 軟體開發生命週期 - 設計
在取得系統需求和完成分析（ Analysis ）後，設計
（ Design ）是建立完整的解決方案，詳細描述如何
建立整個軟體系統來滿足定義的系統需求。主要可
以分成兩部分，如下所示：
• 系統設計（ System Design ）：決定系統的軟硬體架構， 使用的作業系統，並且將系統分割成子系統，評估是否 使用資料庫系統來儲存永久性資料（ Persistent Data ）等 。 • 物件設計（ Object Design ）：將分析建立的分析模型 （ Analysis Model ）或概念模型（ Conceptual Model ）轉 換成設計模型（ Design Model ），也就是找出完整的物 件屬性、方法和更詳細的類別關係（ Relationships ）。1-3 軟體開發生命週期 - 實作
實作（ Implementation ）就是撰寫程式碼
（ Coding ），將建立的設計模型（ Design Model
）使用指定程式語言來撰寫出原始程式碼，例如
： C++ 、 C# 、 Viaual Basic 和 Java 等語言，即所
謂的實作模型（ Implementation Model ）。
1-3 軟體開發生命週期 - 測試
測試（ Testing ）如同工廠生產線的品質管制，其
目的是確認已經成功建立一套可用的軟體程式。
其主要工作有兩項，如下所示：
• 證實（ Verification ）：檢查實作建立的程式是否符合 定義的需求。 • 驗證（ Validation ）：測試是否真正解決客戶問題和滿 足客戶需求。1-3 軟體開發生命週期 - 部署
部署（ Deployment ）是在軟體完成測試後，將最
終釋出版本的軟體交至客戶的使用者，包含軟體
安裝、教育訓練和使用手冊等。
1-4 軟體生命週期模型
1-4-1 瀑布式模型
1-4-2 反覆式與漸進式模型
1-4-3 雛型模型
1-4-4 螺旋模型
1-4-5 Rational 統一流程
1-4-6 模型驅動架構
1-4 軟體生命週期模型
「軟體生命週期模型」（ Software Lifecycle
Models ）簡稱生命週期模型，或稱為系統開發流
程模型（ System Development Process Models ），
可以用來指導我們如何進行分析、設計、開發和
維護資訊系統。
1-4-1 瀑布式模型 - 簡介
瀑布式模型（ Waterfall Model ）源於早期結構化
系統開發（ Structured System Development ），屬
於一種傳統的生命週期模型，它是 1970 年代最常
用的生命週期模型，並且成功使用 COBOL 語言建
立多個大型專案。
瀑布式模型對於程式開發者來說，這是一種相當
直覺的軟體開發過程，它就是循序執行一序列的
開發與管理過程（ Processes ），每一個過程就是
第 1-3 節的活動，開發過程需要等到前一個活動
完成後，才允許進入下一個活動。
1-4-2 反覆式與漸進式模型 - 簡介
隨著物件導向技術的成熟，再加上物件導向分析
與設計的普及，瀑布式開發過程因為無法快速建
立產品且缺乏彈性的問題，已經逐漸被反覆式與
漸進式模型（ Iterative and Incremental Model ）所
取代。
反覆式與漸進式模型首先針對幾個主要需求來進
行開發，以便快速建立初期版本的產品，然後將
產品交給客戶試用，程式開發者針對試用結果的
回應來修正系統，以便儘早發現可能的錯誤。
1-4-3 雛型模型 - 簡介
雛型模型（ Prototyping Model ）主要是針對哪些在專案初 期無法了解完整需求的情況，因為使用者只知道系統部分 功能的大概，而無法詳細描述系統完整的特點和功能。此 時，我們可以使用雛型模型來進行系統開發，而不用一開 始就了解使用者的完整需求。 雛型模型在作法上是先建立一個簡單的初期版本，即雛型 ，然後提交給客戶進行評估，這部分也屬於雛型模型流程 的一部分，等到客戶回應後，再依據回應的需求開發新系 統，通常雛型的程式碼會捨棄，然後依據客戶確認的需求 來開發全新的系統。1-4-4 螺旋模型 - 簡介
螺旋模型（ Spiral Model ）是整合瀑布式和雛型模
型的優點，並且導入風險分析（ Risk Assessment
）的生命週期模型，風險分析是在開發流程新增
步驟來評估每一個版本的雛型，以決定是否繼續
開發，如果客戶覺的風險太高，整個專案可能會
停止。
螺旋模型的整個開發流程是使用螺旋方式來進行
每一次的循環，共分為 4 個象限：計劃
（ Planning ）、風險分析（ Risk Assessment ）、
工程（ Engineering ）和客戶評估（ Customer
1-4-5 Rational 統一流程 - 說明
IBM 公司的 Rational 統一流程（ Rational Unified
Process ， RUP ）不僅僅是一個生命週期模型，還是一個支援
開發者的完整開發環境，稱為 RUP 平台（ RUP Platform ）， 可以使用 IBM 公司的 CASE 工具來進行 Rational 統一流程的物
件導向系統開發，即 Rational Rose 或 Software Architect 。
物件導向方法論
Rational 統一流程是 Ivar Jacobson 、 Grady Booch 和 James
Rumbaugh 融合他們的 OOSE 、 Booch 和 OMT 物件導向方法
論後，在 Rational 公司提出的物件導向方法論，可以使用物 件導向技術來開發軟體或資訊系統。 方法論（ Methodology ）是指能夠解決各種問題的方法集合 。方法（ Methods ）則是定義一種可重複使用的技術來解決 指定的問題，這是一個能夠複製的流程，以便取得解決指定 問題的可靠結果，如下圖所示：
1-4-5 Rational 統一流程 - 物件導向方法論
Rational 統一流程是 Ivar Jacobson 、 Grady Booch 和 James
Rumbaugh 融合他們的 OOSE 、 Booch 和 OMT 物件導向方 法論後，在 Rational 公司提出的物件導向方法論，可以使 用物件導向技術來開發軟體或資訊系統。 方法論（ Methodology ）是指能夠解決各種問題的方法集 合。方法（ Methods ）則是定義一種可重複使用的技術來 解決指定的問題，這是一個能夠複製的流程，以便取得解 決指定問題的可靠結果，如下圖所示：
1-4-5 Rational 統一流程 - 主要特點
使用案例驅動（ Use-Case Driven ）： Rational 統一流程是
一種使用案例驅動的軟體程式開發過程，使用案例不只可 以使用在需求階段，它還主導整個開發過程。在方法論的 每一個反覆過程都是由選擇的使用案例來啟動，程式開發 者從使用案例出發進行物件導向分析與設計；測試者以使 用案例來測試實作的系統是否符合使用案例的需求。 架構中心（ Architecture-Centric ）：因為軟體架構會影響 系統重要的靜態和動態觀點，所以， Rational 統一流程是 以架構為中心來進行軟體系統開發。在選擇的軟體架構下 建立多種使用案例來描述系統功能，不過只有 5% 到 10% 的主要使用案例會用來建構系統的核心功能，呈現出子系 統、建立類別和元件。
反覆式與漸進式（ Iterative and Incremental ）： Rational
1-4-5 Rational 統一流程 - 工作流程
Rational 統一流程共有 9 個核心工作流程（ Core Workflows
），分為 6 個核心處理工作流程（ Core Process Workflows ）和 3 個核心支援工作流程（ Core Supporting Workflows ），如下圖所示：
1-4-5 Rational 統一流程 - 四個階段
Rational 統一流程是一種反覆式與漸進式的生命週期模型 ，提供一套完整的軟體開發工作流程，包括商業塑模、需 求、分析、設計、實作、測試和部署等。基本 上， Rational 統一流程適用在大型資訊系統的開發，其開 發過程分成四個階段，如下圖所示：1-4-5 Rational 統一流程 - 反覆過程
Rational 統一流程的四個階段各自擁有多個反覆過程，每
個反覆過程包含商業塑模、需求、分析、設計、實作、測 試和部署等工作流程，如下圖所示：
1-4-5 Rational 統一流程 - 四個階段的說明
初始階段（ Inception Phase ）：在此階段訂出專案的範圍 與目標，列出可能的軟體架構，識別出可能的風險和決定 如何處理它。 強化階段（ Elaboration Phase ）：在此階段的目標是建立 足夠的能力，在開發小組面對財務、時程和其他限制條件 下建立新系統，其主要工作是以使用案例來執行需求擷取 和定義系統架構。 建構階段（ Construction Phase ）：使用反覆式和漸進式 模型來建立軟體系統，可以在客戶測試環境成功的執行此 系統。 轉換階段（ Transition Phase ）：將軟體系統安裝與上線使 用，釋出 Beta 測試版本取得使用者回應，以便依據使用 者的回應來更新系統，完成此階段的主要里程碑就是釋出 正式版本。1-4-6 模型驅動架構 - 說明
模型驅動架構（ Model Driven Architectiure ， MDA ）是由
OMG （ Object Management Group ）組織開發的生命週期 框架（ Lifecycle Framework ），這是使用模型驅動方式 （ Model Driven Approach ）來進行軟體系統的開發。
模型（ Models ）是使用文字或圖形來描述系統規格和其
環境，模型驅動就是在生命週期的分析、設計、實作、測 試和部署流程，專注於不同層次模型的建立。
MDA 是將統一塑模語言（ Unified Modeling Language ）視
為一種可執行規格（ Executable Specifications ），可以將 我們使用 UML 建立的模型直接轉換成不同平台的程式碼 。
