第五讲 可靠性与程序设计风格(精选)
软件可靠性设计方案
软件可靠性设计方案1. 引言软件可靠性是指软件在特定条件下执行所得到的预期结果的能力。
在软件开发和使用过程中，确保软件的可靠性是至关重要的。
本文将介绍软件可靠性的重要性以及设计可靠性的原则。
接下来，将分别从需求分析、设计、编码、测试和维护五个阶段，讨论如何在每个阶段来提高软件的可靠性。
最后，还将介绍一些常见的软件可靠性测试方法。
2. 软件可靠性的重要性软件的可靠性直接影响着软件的质量和用户满意度。
一个可靠的软件应该具备以下几个方面的特点：•正确性：软件在各种条件下能够产生正确的结果。
•可用性：软件应该具备良好的用户界面和操作体验。
•健壮性：软件应该具备容错能力，能够在异常情况下依然能够正常运行。
•安全性：软件应该具备一定的安全性，能够保护用户的敏感信息。
3. 设计可靠性的原则在软件设计过程中，应该遵循以下几个原则来提高软件的可靠性：•模块化设计：将一个软件系统划分为多个模块，每个模块负责不同的功能。
这样可以降低模块间的耦合度，提高系统的可维护性。
•错误处理：在设计过程中考虑各种异常情况，并且提供相应的错误处理机制，以防止系统崩溃或产生错误结果。
•数据可靠性：合理设计数据结构和数据传输方式，确保数据的完整性和一致性。
•可扩展性：系统应该具备一定的可扩展性，能够方便地适应未来的需求变化。
4. 需求分析阶段的可靠性设计在需求分析阶段，需要充分了解用户需求，并且对需求进行详细的规范和分析。
同时，还需要考虑系统的功能和性能需求，以及系统的可靠性需求。
在需求分析过程中，可以采用以下方法来设计可靠性：•定义明确的需求：确保用户需求的准确性和完整性，避免因为需求不明确导致开发过程中的错误。
•分析系统的可靠性需求：根据用户的要求和系统的重要程度，确定系统的可靠性需求，如容错能力、可恢复性等。
•风险评估和管理：识别可能的风险，并制定相应的风险管理计划，以降低风险对系统可靠性的影响。
5. 设计阶段的可靠性设计在设计阶段，应该将可靠性要求纳入系统架构和模块设计中。
浅析计算机软件可靠性设计
浅析计算机软件可靠性设计计算机软件的可靠性设计是确保软件在使用过程中能够持续运行，并能够正确地完成其预期功能的过程。
可靠性设计是软件工程领域中的一项关键任务，目的是降低软件故障风险，提高软件系统的稳定性和可靠性。
在计算机软件可靠性设计中，有几个重要的方面需要考虑。
首先，软件的设计阶段需要充分考虑用户需求和系统规范。
需求分析的过程需要准确理解用户的需求，并将其转化为系统的功能和性能要求。
在此基础上，系统规范应该明确软件的可靠性要求，并为后续的设计和开发工作提供指导。
其次，软件设计需要考虑到系统的安全性和鲁棒性。
安全性是指保护系统不受非法访问和破坏的能力，而鲁棒性是指软件在面对错误和异常情况时能够正常工作的能力。
在设计软件时，需要充分考虑可能出现的错误和异常情况，并采取相应的措施来处理这些情况，以确保软件在出现错误时能够正确处理，并保持系统的稳定性。
另外，软件的可靠性设计还需要考虑到系统的容错性。
容错是指软件在出现错误时能够自动恢复或继续工作的能力。
为了实现容错，需要采用多种技术手段，如数据备份、冗余设计、错误检测和纠错等。
这些技术手段可以帮助软件在出现错误时自动恢复或避免数据丢失，提高软件系统的可靠性。
此外，软件设计需要考虑到软件的可维护性和可测试性。
可维护性是指软件在发布后能够方便进行维护和升级的能力。
为了提高软件的可维护性，需要采用模块化设计、规范化编码和文档化等手段。
同时，软件的可测试性是指软件在开发过程中能够方便进行测试和调试的能力。
为了提高软件的可测试性，需要采用单元测试、集成测试和性能测试等手段来确保软件的质量和可靠性。
最后，软件的可靠性设计还需要考虑到系统的容量和性能。
在设计软件时，需要合理评估系统的容量和性能需求，并根据需求进行相应的设计和优化。
容量和性能的设计包括系统架构设计、算法优化和资源配置等方面，以保证软件在实际运行中能够具备足够的容量和性能。
总之，计算机软件的可靠性设计是一个复杂的过程。
《可靠性安全性设计》PPT课件
B. 误动作； C.失控和示教上的错误。
(2)工业机器人的安全措施
1)设置安全栅。 2)安装警示灯。 3)安装监视器。 4)安装防越程装置。 5)安装紧急停止装置。 6)低速示教。
对紧急停止装置的要求是： ①应能尽快地停止：
②电路应是独立的，以确保高可靠 性；
③除控制台以外，在作业位置上也 要安装紧急停止按钮； ④紧急停止后不能自动恢复工作。
a
5
症兆：症兆是有助于判断故障种类和故障位置的异常性 诊断信号，可分为直接症兆和间接症兆两类。
直接症兆是在检测产品整机的输出参数或可能出现故障 的元部件的输出参数时，取得的异常性诊断信号。
间接症兆是从那些与产品工作能力存在函数关系的间接 参数中取出的异常性诊断信号。
采用间接症兆进行诊断 主要优点：可以在产品处于工作状态及不作任何拆卸的 情况下，评价产品的工作能力。 缺点：间接症兆与产品输出信号之间往往存在某种随机 关系，此外，一些干扰因素也会影响间接症兆的有效性。 尽管如此，间接症兆在诊断技术中还是得到了广泛应用。
a
14
机电一体化机械设备的自动化 还存在如下问题：
①机械设备的高度自动化和大型化，控制的软件化，
从外观上不可能了解自动化机械的动作，操作者处
理异常情况比较困难；
②许多自动化机械与非自动化机械的混合使用，因
而事故较多，难以制定对策，以确保安全；
③异常情况的处理是由人来完成的，而自动化设备
并末充分考虑人的存在，在排除故障过程中容易发
后备冗余：又称非工作储备或待机储备。平时只需一个单元
工作，另一个单元是冗余的，用于待机备用。这种系统必须 设置失效检测与转换装置，不断检测工作单元的工作状态， 一旦发现失效就启动转换装置，用后备单元代替失效的工作 单元。
一、程序设计方法与风格
一、程序设计方法与风格一、程序设计方法与风格(1)程序设计与编码风格1、计算机程序设计语言计算机程序设计语言通常分为低级语言和高级语言。
低级语言包括机器语言和汇编语言；高级语言则是一种更接近人类自然的用来编写处理问题的程序的代码语言。
如C、C++、BASIC、Fortran等语言都是高级语言。
机器语言是计算机能够直接识别和执行的二进制代码指令集。
它具有灵活性高、执行速度快等特点。
但使用机器语言很麻烦，它既难写有难读，因此，除了计算机生产厂家的专业人员，绝大多数程序员都不用机器语言编写程序。
为了便于人们使用而采用汇编语言来编写程序。
汇编语言是一种符号语言，它是用助记符来表示操作码的也是面向机器的计算机语言。
汇编语言由于采用了助记符号来编写程序，因此比用机器语言的二进制代码编程序要方便得多，在一定程度上简化了编写程序的过程。
汇编语言的特点是用助记符代替了机器的指令代码，而且助记符与机器指令是一一对应的。
由于机器语言和汇编语言都是面向硬件的，语言过分依赖机器，不便于计算机专业人员以外的人使用。
为此，人们就设计出一种接近人类自然语言用来编写处理问题的程序的代码语言，这种代码语言就称为高级程序设计语言，简称高级语言。
但计算机不能直接理解高级语言，用高级语言编写的程序需要经过编译或解释程序，才能在计算机上运行。
2、程序与程序设计程序是把计算机语言代码按一定的语法规则，对所要处理的数据以及处理的方法和步骤所作的完整而准确的描述；而程序设计则是完成一项程序设计的过程。
著名的计算机科学家Niklaus Wirth对程序的定义：程序=算法+数据结构要编写一个程序，首先要掌握一种程序设计语言和它的开发环境，同时也要熟悉问题世界的知识和掌握把问题世界转化为程序世界的方法(即程序设计方法)。
程序设计方法是指用什么观点来研究问题并对问题进行求解，以及怎样进行系统构造的软件方法学。
常用的程序设计方法包括结构化程序设计方法、软件工程方法和面向对象方法等。
可靠性(详细全面)精品PPT课件
产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。
记为：R(ｔ)
即：R(ｔ)=P{Ｔ>ｔ}
其中：T为产品的寿命；ｔ为规定的时间； 事件{Ｔ>ｔ}有下列三个含义：
产品在时间ｔ内完成规定的功能；
产品在时间ｔ内无故障；
产品的寿命Ｔ大于ｔ。
若有N个相同的产品同时投入试验，经历时间ｔ后有n(t)件产品
机械可靠性设计是常规设计方法的进一步发展和深化，它更为科学 地计及了各设计变量之间的关系，是高等机械设计重要的内容之一。
三、可靠性工作的意义
绪论
可靠性是产品质量的一项重要指标。
重要关键产品的可靠性问题突出，如航空航天产品；
量大面广的产品，可靠性与经济性密切相关，如洗衣机等；
高可靠性的产品，市场的竞争力强；
绪论
可靠性是涉及多种科学技术的新兴交叉学科，涉及数学、失效物理学、 设计方法与方法学、实验技术、人机工程、环境工程、维修技术、生产管 理、计算机技术等；
可靠性工作周期长、耗资大，非几个人、某一个部门可以做好的，需 全行业通力协作、长期工作；
目前，可靠性理论不尽成熟，基础差、需发展。 与其他产品相比机械产品的可靠性技术有以下特点：
因设计安全系数较大而掩盖了矛盾，机械可靠性技术落后；
机械产品的失效形式多，可靠性问题复杂；
机械产品的实验周期长、耗资大、实验结果的可参考性差；
机械系统的逻辑关系不清晰，串、并联关系容易混淆；
一、可靠性定义与指标
可靠性设计基础
１、可靠性定义
可靠性：(Reliability) 产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
但在近些年，可靠性工作有些升温，这次升温的动力主要来源于企业对 产品质量的重视，比较理智。
程序设计语言的选择程序设计风格
编码风格
程序实际上也是一种供人阅读的 文章，有一个文章的风格问题。 应该使程序具有良好的风格。 源程序文档化 数据说明 语句结构 输入／输出方法
源程序文档化
标识符的命名 安排注释 程序的视觉组织
符号名的命名
符号名即标识符，包括模块名、 变量名、常量名、标号名、子程 序名、 、数据区名以及缓冲区名 等。 这些名字应能反映它所代表的实 际东西，应有一定实际意义。 例如，表示次数的量用Times，表 示总量的用Total，表示平均值的 用Average，表示和的量用Sum等。
例如，在FORTRAN程序中数据说明次序 ① 常量说明 ② 简单变量类型说明 ③ 数组说明 ④ 公用数据块说明 ⑤ 所有的文件说明 在类型说明中还可进一步要求。例如， 可按如下顺序排列： ① 整型量说明 ② 实型量说明 ③ 字符量说明 ④ 逻辑量说明
说明语句中变量安排有序化
当多个变量名在一个说明语句中说明 时，应当对这些变量按字母的顺序排 列。带标号的全程数据(如FORTRAN 的公用块)也应当按字母的顺序排列。 例如，把 integer size, length, width, cost, price 写成 integer cost, length, price , size, width
程序设计语言的选择 程序设计风格
做为软件工程过程的一个阶段，程 序编码是设计的继续。 程序设计语言的特性和程序设计风 格会深刻地影响软件的质量和可维 护性。 为了保证程序编码的质量，程序员 必须深刻理解、熟练掌握并正确地 运用程序设计语言的特性。此外， 还要求源程序具有良好的结构性和 良好的程序设计风格。
软件可靠性设计与分析PPT课件
软件容错设计
软件容错设计
• 软件容错设计是指在设计中赋予程序某种特殊
的功能，使程序在错误已被触发的情况下，系 统仍然具有正常运行能力的一种设计方法。
– 时间容错 – 结构容错 – 信息容错
时间容错
• 所谓“时间容错”就是不惜以牺牲时间为代 价来换取软件系统高可靠性的一种手段，它 包括指令的重复执行和程序(一个模块或一个 子程序)重复执行，两种常被采用而行之有效 的方法
软件可靠性分析与设计
软件可靠性分析与设计
软件可靠性管理
软件可靠性参数 与指标的确定
软件可靠性分 析与设计
软件可靠性测 试与验证
软件交付与使 用
软件可靠性早 期预计
软件可靠性预 计和估计
软件需求分析阶段 软件设计与实现阶段 软件测试阶段 软件交付与使用
软件可靠性分析与设计的原因
• 软件在使用中发生失效（不可靠）会导致 任务的失败，甚至导致灾难性的后果。因 此，应在软件设计过程中，对可能发生的 失效进行分析，采取必要的措施避免将引 起失效的缺陷引入软件，为失效纠正措施 的制定提供依据，同时为避免类似问题的 发生提供借鉴。
往往能粗略地标志一个系统的大小和
复杂程度。
A
– 宽度是软件结构内同一层次上的模块
总数的最大值。
B
C
– 扇入是指有多少个上级模块直接调用 它，扇入越大则共享该模块的上级模
D
E
F
块数目越多，这是有好处的。
– 扇出是一个模块直接调用的模块数目， G
H
I
扇出过大意味着模块过分复杂，需要 其中E函数扇入数为2，扇出数为3。
– 避免需求错误
• 深入研究用户的需求（用户申明的和未申明的） • 用户早期介入，如采用原型技术
计算机系统可靠性设计
计算机系统可靠性设计计算机系统在现代社会中扮演着重要的角色，它们被广泛应用于各种领域，包括通信、金融、交通、医疗等。
对于这些关键系统来说，其可靠性设计尤为重要。
本文将探讨计算机系统可靠性设计的几个关键方面，包括硬件设计、软件设计和系统测试。
一、硬件设计硬件是计算机系统重要组成部分，其可靠性设计直接影响到整个系统的稳定性和安全性。
在硬件设计过程中，以下几个方面需要特别关注。
1. 冗余设计：合理的冗余设计能够提高系统的容错能力。
例如，采用备用电源、冗余存储设备和冗余网络连接等，以避免单点故障导致整个系统崩溃。
2. 硬件选型：选用高质量、可靠性好的硬件设备是保障系统可靠性的基础。
对于关键部件，应选择可靠性高、寿命长的产品，如高质量的芯片、电源和硬盘等。
3. 温度控制：计算机硬件对温度较为敏感，过高或过低的温度都会影响系统的性能和可靠性。
因此，在硬件设计过程中，必须考虑散热措施，合理安排硬件布局，以保持合适的工作温度。
二、软件设计除了硬件设计外，软件设计也是计算机系统可靠性的关键因素之一。
在软件设计过程中，以下几个方面需要特别注意。
1. 异常处理：良好的异常处理机制能够提高系统的容错能力。
在软件设计过程中，应考虑各种可能的异常情况，并设计相应的异常处理代码，以保证系统在出现异常时能够做出正确的响应。
2. 容错机制：容错是提高软件可靠性的重要手段之一。
通过实现冗余计算、检测和恢复机制，可以提供系统的容错能力，减少错误传播，确保系统在故障发生时仍能正常运行。
3. 固件更新：软件设计完成后，还需要不断对其进行固件更新。
及时修复软件中的漏洞和缺陷，以确保系统的安全性和可靠性。
此外，合理利用版本管理系统，能够追踪软件的变更和修复情况。
三、系统测试系统测试是保证计算机系统可靠性的重要环节。
在系统测试过程中，以下几个方面需要特别关注。
1. 功能测试：对系统的各项功能进行全面的测试，以验证其是否符合设计要求和用户需求。
软件工程概论参考课件5_8_软件可靠性PPT精品文档17页
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2. 软件的可用性
• 通常用户也很关注软件系统可以使用的 程度。一般说来，对于任何其故障是可 以修复的系统，都应该同时使用可靠性 和可用性衡量它的优劣程度。
• (1) 植入错误法 • 使用这种估计方法，在测试之前由专人
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• 假设人为地植入的错误数为Ns,经过一 段时间的测试之后发现ns个植入的错误 ，此外还发现了n个原有的错误。如果 可以认为测试方案发现植入错误和发现 原有错误的能力相同，则能够估计出程 序中原有错误的总数为
• N^=n/ns×Ns
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4. 估计错误总数的方法
• 程序中潜藏的错误的数目是一个十分重 要的量，它既直接标志软件的可靠程度 ，又是计算软件平均无故障时间的重要 参数。显然，程序中的错误总数ET与 程序规模、类型、开发环境、开发方法 论、开发人员的技术水平和管理水平等 都有密切关系。下面介绍估计ET的两个 方法。
• ET——测试之前程序中错误总数； • IT——程序长度(机器指令总数)； • τ——测试(包括调试)时间； • End)——在0至τ期间发现的错误数； • Ec(τ)——在0至τ期间改正的错误数。
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2. 基本假定
• 根据经验数据，可以作出下述假定。 • (1) 在类似的程序中，单位长度里的错
• 平均无故障时间MTTF是系统按规格说 2020/4/22
5.8.2 估算平均无故障时间的方法
• 软件的平均无故障时间MTTF是一个重 要的质量指标，往往作为对软件的一项 要求，由用户提出来。
可靠性设计PPT课件
0 R(t) 1
（4-2）
可靠度是评价产品可靠性的最重要的定量指标之一。
例4-1 某批电子器件有1000个，开始工作至500h内有100个失效， 工作至1000h 共有500个失效，试求该批电子器件工作到500h 和1000h 的可靠度。
解： 由已知条件可知： N 1000, n(500) 100, n(1000) 500 。
(1) 传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但 安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大的盲目性。
可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进 到零件中去，即由设计直接确定固有的可靠度。
(2) 传统设计方法是把设计变量视为确定性的单值变量并通过 确定性的函数进行运算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量 并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。
F (t) n(t) N
（4-3）
其中，F(t) 也称不存活率。当 N 时，lim F(t) F(t) ，即为该产品的 N
不可靠度。
由于失效和不失效是相互对立事件，根据概率互补定理，两对 立事件的概率和恒等于1，因此 R(t)与 F(t) 之间有如下的关系：
R(t) F(t) 1
（4-4）
固有可靠性与产品的材料、设计与制造技术有关。
使用可靠性是产品在使用中的可靠性，它与产品的运输、贮藏保 管以及使用过程中的操作水平、维修状况和环境等因素有关，所有这 些与使用相关的可靠性称为使用可靠性。
据国外统计资料表明：
● 电子设备故障原因中属于产品固有可靠性部分占了80%： 其中设计技术占40%，器件和原材料占30%，制造技术占10%；
dt
dt
（4-7）
式(4-4)和式(4-7)给出了产品的可靠度R (t)、失效概率密度函数 f (t)