《軟件設(shè)計師教程 （第5版）》專題

2024年軟件設(shè)計師考試官方教材將繼續(xù)使用清華大學(xué)出版社出版的軟件設(shè)計師教程第5版（特別注意，有某些輔導(dǎo)資料也打著軟件設(shè)計師教程的旗號，各位考生一定要看準(zhǔn)官方指定教材是由全國計算機專業(yè)技術(shù)資格考試辦公室組編，由褚華、霍秋燕主編，清華大學(xué)出版社出版，教材封面可參考下面圖片），按軟考辦官方通知，2024年軟件設(shè)計師考試將按《軟件設(shè)計師（第五版）》與《軟件設(shè)計師考試大綱》出題，請各位考生務(wù)必認準(zhǔn)購買。

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《軟件設(shè)計師教程（第五版）》前言：

全國計算機技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格（水平）考試實施至今已經(jīng)歷了二十余年，在社會上產(chǎn)生了很大的影響，對我國軟件產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展做出了重要的貢獻。為了適應(yīng)我國計算機信息技術(shù)發(fā)展的需求，人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部決定將考試的級別拓展到計算機信息技術(shù)行業(yè)的各個方面，以滿足社會上對各種計算機信息技術(shù)人才的需要。

編者受全國計算機專業(yè)技術(shù)資格考試辦公室委托，對《軟件設(shè)計師教程（第4版）》進行改寫，以適應(yīng)新的考試大綱要求。在考試大綱中，要求考生掌握的知識面很廣，每個章節(jié)的內(nèi)容都能構(gòu)成相關(guān)領(lǐng)域的一門甚至多門課程，因此編寫的難度很高?？紤]到參加考試的人員已有一定的基礎(chǔ)，所以本書中只對考試大綱中所涉及的知識領(lǐng)域的要點加以闡述，但限于篇幅所限，不能詳細地展開，請讀者諒解。

全書共分12章，各章節(jié)內(nèi)容安排如下：

第1章：主要介紹計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識、計算機體系結(jié)構(gòu)以及安全性、可靠性和系統(tǒng)性能評測基礎(chǔ)。

第2章：主要介紹程序設(shè)計語言的基本概念與基本成分，闡述了匯編程序、編譯程序與解釋程序的基本原理。

第3章：主要介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識，包括線性結(jié)構(gòu)、數(shù)組、廣義表、樹和圖，以及查找和排序的基本算法。

第4章：主要介紹操作系統(tǒng)基本概念與分類及特點、進程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理、作業(yè)管理等。

第5章：主要介紹軟件工程中軟件過程與過程模型、需求分析與需求工程、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)測試、系統(tǒng)運行與維護、軟件項目管理、軟件質(zhì)量、軟件度量、軟件工具與軟件開發(fā)環(huán)境基礎(chǔ)知識。

第6章：主要介紹系統(tǒng)分析與設(shè)計、結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計、Web應(yīng)用系統(tǒng)分析與設(shè)計、用戶界面設(shè)計基礎(chǔ)知識。

第7章：主要介紹面向?qū)ο蟮幕靖拍詈兔嫦驅(qū)ο箝_發(fā)技術(shù)，包括面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計方法，UML以及設(shè)計模式的概念和應(yīng)用。

第8章：主要介紹算法設(shè)計與分析的基本概念，包括分治法、動態(tài)規(guī)劃法、貪心法、回溯法、分支界限法、概率算法、近似算法、數(shù)據(jù)挖掘算法及智能優(yōu)化算法。

第9章：主要介紹數(shù)據(jù)庫的基本概念、數(shù)據(jù)模型、關(guān)系代數(shù)、SQL語言、規(guī)范化理論和事務(wù)處理等控制功能。

第10章：主要介紹網(wǎng)絡(luò)與信息安全基礎(chǔ)知識，包括網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全方面的基礎(chǔ)知識。

第11章：主要介紹標(biāo)準(zhǔn)化與知識產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)知識。

第12章：主要介紹結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計、數(shù)據(jù)庫分析與設(shè)計、面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計、算法分析與設(shè)計以及面向過程、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計與實現(xiàn)。

本書第1章由張淑平、馬志欣編寫，第2章由張淑平編寫，第3章由張淑平、陳靜玉、宋勝利編寫，第4章由王亞平編寫，第5章、第6章、第7章由霍秋艷、褚華編寫，第8章由覃桂敏、褚華編寫，第9章由王亞平編寫，第10章由嚴體華編寫，第11章由劉強編寫，第12章由王亞平、褚華、霍秋艷、覃桂敏、張淑平編寫，最后由霍秋艷、褚華統(tǒng)稿。

在本書的編寫過程中，參考了許多相關(guān)的書籍和資料，編者在此對這些參考文獻的作者表示感謝。同時感謝清華大學(xué)出版社在本書出版過程中所給予的支持和幫助

以下為《軟件設(shè)計師教程（第五版）》教材目錄：

第一章：計算機網(wǎng)絡(luò)概論

第二章：程序設(shè)計語言基礎(chǔ)知識

第三章：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第四章：操作系統(tǒng)知識

第五章：軟件工程基礎(chǔ)知識

第六章：結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法

第七章：面向?qū)ο蠹夹g(shù)

第八章：算法設(shè)計與分析

第九章：數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)

第十章：網(wǎng)絡(luò)與信息安全基礎(chǔ)知識

第十一章：標(biāo)準(zhǔn)化和軟件知識產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)知識

第十二章：軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計

以下為《軟件設(shè)計師教程（第五版）》教材詳細目錄：

目錄

第1章  計算機網(wǎng)絡(luò)概論 1

1.1  計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)知識 1

1.1.1  計算機系統(tǒng)硬件基本組成 1

1.1.2  中央處理單元 1

1.1.3  數(shù)據(jù)表示 4

1.1.4  校驗碼 10

1.2  計算機體系結(jié)構(gòu) 12

1.2.1  計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 12

1.2.2  存儲系統(tǒng) 20

1.2.3  輸入/輸出技術(shù) 31

1.2.4  總線結(jié)構(gòu) 35

1.3  安全性、可靠性與系統(tǒng)性能評測基礎(chǔ)知識 38

1.3.1  計算機安全概述 38

1.3.2  加密技術(shù)和認證技術(shù) 40

1.3.3  計算機可靠性 48

1.3.4  計算機系統(tǒng)的性能評價 51

第2章  程序設(shè)計語言基礎(chǔ)知識 56

2.1  程序設(shè)計語言概述 56

2.1.1  程序設(shè)計語言的基本概念 56

2.1.2  程序設(shè)計語言的基本成分 61

2.2  語言處理程序基礎(chǔ) 67

2.2.1  匯編程序基本原理 67

2.2.2  編譯程序基本原理 69

2.3  解釋程序基本原理 96

第3章  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 99

3.1  線性結(jié)構(gòu) 99

3.1.1  線性表 99

3.1.2  棧和隊列 104

3.1.3  串 108

3.2  數(shù)組、矩陣和廣義表 113

3.2.1  數(shù)組 113

3.2.2  矩陣 115

3.2.3  廣義表 116

3.3  樹 118

3.3.1  樹與二叉樹的定義 118

3.3.2  二叉樹的性質(zhì)與存儲結(jié)構(gòu) 119

3.3.3  二叉樹的遍歷 122

3.3.4  線索二叉樹 125

3.3.5  最優(yōu)二叉樹 126

3.3.6  樹和森林 130

3.4  圖 133

3.4.1  圖的定義與存儲 134

3.4.2  圖的遍歷 138

3.4.3  生成樹及最小生成樹 140

3.4.4  拓撲排序和關(guān)鍵路徑 143

3.4.5  最短路徑 146

3.5  查找 149

3.5.1  查找的基本概念 149

3.5.2  靜態(tài)查找表的查找方法 150

3.5.3  動態(tài)查找表 154

3.5.4  哈希表 161

3.6  排序 165

3.6.1  排序的基本概念 165

3.6.2  簡單排序 165

3.6.3  希爾排序 168

3.6.4  快速排序 169

3.6.5  堆排序 170

3.6.6  歸并排序 173

3.6.7  基數(shù)排序 174

3.6.8  內(nèi)部排序方法小結(jié) 175

3.6.9  外部排序 176

第4章  操作系統(tǒng)知識 180

4.1  操作系統(tǒng)概述 180

4.1.1  操作系統(tǒng)的基本概念 180

4.1.2  操作系統(tǒng)分類及特點 181

4.1.3  操作系統(tǒng)的發(fā)展 185

4.2  進程管理 185

4.2.1  基本概念 185

4.2.2  進程的控制 189

4.2.3  進程間的通信 189

4.2.4  管程 193

4.2.5  進程調(diào)度 195

4.2.6  死鎖 198

4.2.7  線程 202

4.3  存儲管理 202

4.3.1  基本概念 203

4.3.2  存儲管理方案 204

4.3.3  分頁存儲管理 205

4.3.4  分段存儲管理 208

4.3.5  段頁式存儲管理 209

4.3.6  虛擬存儲管理 211

4.4  設(shè)備管理 216

4.4.1  設(shè)備管理概述 216

4.4.2  I/O軟件 217

4.4.3  設(shè)備管理采用的相關(guān)技術(shù) 218

4.4.4  磁盤調(diào)度 221

4.5  文件管理 224

4.5.1  文件與文件系統(tǒng) 224

4.5.2  文件的結(jié)構(gòu)和組織 225

4.5.3  文件目錄 227

4.5.4  存取方法和存儲空間的管理 229

4.5.5  文件的使用 231

4.5.6  文件的共享和保護 231

4.5.7  系統(tǒng)的安全與可靠性 233

4.6  作業(yè)管理 234

4.6.1  作業(yè)與作業(yè)控制 235

4.6.2  作業(yè)調(diào)度 236

4.6.3  用戶界面 238

第5章  軟件工程基礎(chǔ)知識 239

5.1  軟件工程概述 239

5.1.1  計算機軟件 240

5.1.2  軟件工程基本原理 241

5.1.3  軟件生存周期 243

5.1.4  軟件過程 245

5.2  軟件過程模型 247

5.2.1  瀑布模型（Waterfall Model） 248

5.2.2  增量模型（Incremental Model） 249

5.2.3  演化模型（Evolutionary Model） 250

5.2.4  噴泉模型（Water Fountain Model） 252

5.2.5  基于構(gòu)件的開發(fā)模型（Component-based Development Model） 252

5.2.6  形式化方法模型（Formal Methods Model） 253

5.2.7  統(tǒng)一過程（UP）模型 253

5.2.8  敏捷方法（Agile Development） 254

5.3  需求分析 256

5.3.1  軟件需求 256

5.3.2  需求分析原則 257

5.3.3  需求工程 257

5.4  系統(tǒng)設(shè)計 260

5.4.1  概要設(shè)計 261

5.4.2  詳細設(shè)計 262

5.5  系統(tǒng)測試 262

5.5.1  系統(tǒng)測試與調(diào)試 262

5.5.2  傳統(tǒng)軟件的測試策略 264

5.5.3  測試面向?qū)ο筌浖?271

5.5.4  測試Web應(yīng)用 272

5.5.5  測試方法 273

5.5.6  調(diào)試 276

5.6  運行和維護知識 278

5.6.1  系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 278

5.6.2  系統(tǒng)維護概述 279

5.6.3  系統(tǒng)評價 283

5.7  軟件項目管理 284

5.7.1  軟件項目管理涉及的范圍 284

5.7.2  軟件項目估算 287

5.7.3  進度管理 289

5.7.4  軟件項目的組織 292

5.7.5  軟件配置管理 294

5.7.6  風(fēng)險管理 296

5.8  軟件質(zhì)量 300

5.8.1  軟件質(zhì)量特性 300

5.8.2  軟件質(zhì)量保證 302

5.8.3  軟件評審 304

5.8.4  軟件容錯技術(shù) 306

5.9  軟件度量 307

5.9.1  軟件度量分類 307

5.9.2  軟件復(fù)雜性度量 309

5.10  軟件工具與軟件開發(fā)環(huán)境 311

5.10.1  軟件工具 311

5.10.2  軟件開發(fā)環(huán)境 313

第6章  結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法 315

6.1  系統(tǒng)分析與設(shè)計概述 315

6.1.1  系統(tǒng)分析概述 315

6.1.2  系統(tǒng)設(shè)計的基本原理 317

6.1.3  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 319

6.1.4  系統(tǒng)文檔 323

6.2  結(jié)構(gòu)化分析方法 325

6.2.1  結(jié)構(gòu)化分析方法概述 325

6.2.2  數(shù)據(jù)流圖 325

6.2.3  數(shù)據(jù)字典（DD） 335

6.3  結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法 337

6.3.1  結(jié)構(gòu)化設(shè)計的步驟 337

6.3.2  數(shù)據(jù)流圖到軟件體系結(jié)構(gòu)的映射 338

6.4  WebApp分析與設(shè)計 340

6.4.1  WebApp的特性 341

6.4.2  WebApp需求模型 341

6.4.3  WebApp設(shè)計 344

6.5  用戶界面設(shè)計 346

6.5.1  用戶界面設(shè)計的黃金原則 346

6.5.2  用戶界面的分析與設(shè)計 348

6.5.3  用戶界面設(shè)計問題 349

第7章  面向?qū)ο蠹夹g(shù) 351

7.1  面向?qū)ο蠡A(chǔ) 351

7.1.1  面向?qū)ο蟮幕靖拍?351

7.1.2  面向?qū)ο蠓治?354

7.1.3  面向?qū)ο笤O(shè)計 355

7.1.4  面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 357

7.1.5  面向?qū)ο鬁y試 362

7.2  UML 363

7.2.1  事物 364

7.2.2  關(guān)系 365

7.2.3  UML中的圖 366

7.3  設(shè)計模式 378

7.3.1  設(shè)計模式的要素 378

7.3.2  創(chuàng)建型設(shè)計模式 379

7.3.3  結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式 384

7.3.4  行為設(shè)計模式 394

7.3.5  應(yīng)用舉例 407

第8章  算法設(shè)計與分析 416

8.1  算法設(shè)計與分析的基本概念 416

8.1.1  算法 416

8.1.2  算法設(shè)計 416

8.1.3  算法分析 417

8.1.4  算法的表示 417

8.2  算法分析基礎(chǔ) 417

8.2.1  時間復(fù)雜度 417

8.2.2  漸進符號 418

8.2.3  遞歸式 419

8.3  分治法 422

8.3.1  遞歸的概念 422

8.3.2  分治法的基本思想 423

8.3.3  分治法的典型實例 423

8.4  動態(tài)規(guī)劃法 427

8.4.1  動態(tài)規(guī)劃法的基本思想 427

8.4.2  動態(tài)規(guī)劃法的典型實例 428

8.5  貪心法 433

8.5.1  貪心法的基本思想 433

8.5.2  貪心法的典型實例 434

8.6  回溯法 437

8.6.1  回溯法的算法框架 437

8.6.2  回溯法的典型實例 440

8.7  分支限界法 445

8.8  概率算法 446

8.9  近似算法 448

8.10  數(shù)據(jù)挖掘算法 448

8.11  智能優(yōu)化算法 450

第9章  數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ) 455

9.1  基本概念 455

9.1.1  數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 455

9.1.2  數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能 456

9.1.3  數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的特征及分類 457

9.1.4  數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 458

9.1.5  數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu) 461

9.1.6  大數(shù)據(jù) 463

9.2  數(shù)據(jù)模型 466

9.2.1  基本概念 466

9.2.2  數(shù)據(jù)模型的三要素 466

9.2.3  E-R模型 466

9.2.4  數(shù)據(jù)模型 472

9.2.5  關(guān)系模型 473

9.3  關(guān)系代數(shù) 474

9.3.1  關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本概念 474

9.3.2  5種基本的關(guān)系代數(shù)運算 478

9.3.3  擴展的關(guān)系代數(shù)運算 481

9.4  關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL語言簡介 489

9.4.1  SQL數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu) 490

9.4.2  SQL的基本組成 490

9.4.3  SQL數(shù)據(jù)定義 491

9.4.4  SQL數(shù)據(jù)查詢 496

9.4.5  SQL數(shù)據(jù)更新 504

9.4.6  SQL訪問控制 505

9.4.7  嵌入式SQL 507

9.5  關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化 508

9.5.1  函數(shù)依賴 508

9.5.2  規(guī)范化 509

9.5.3  模式分解及分解應(yīng)具有的特性 511

9.6  數(shù)據(jù)庫的控制功能 512

9.6.1  事務(wù)管理 512

9.6.2  數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù) 513

9.6.3  并發(fā)控制 514

第10章  網(wǎng)絡(luò)與信息安全基礎(chǔ)知識 517

10.1  網(wǎng)絡(luò)概述 517

10.1.1  計算機網(wǎng)絡(luò)的概念 517

10.1.2  計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 520

10.1.3  網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu) 521

10.1.4  ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 523

10.2  網(wǎng)絡(luò)互連硬件 526

10.2.1  網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備 526

10.2.2  網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì) 529

10.2.3  組建網(wǎng)絡(luò) 531

10.3  網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn) 534

10.3.1  網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn) 534

10.3.2  局域網(wǎng)協(xié)議 536

10.3.3  廣域網(wǎng)協(xié)議 541

10.3.4  TCP/IP協(xié)議族 544

10.4.1  Internet概述 550

10.4.2  Internet地址 550

10.4.3  Internet服務(wù) 558

10.5  信息安全基礎(chǔ)知識 564

10.6  網(wǎng)絡(luò)安全概述 568

第11章  標(biāo)準(zhǔn)化和軟件知識產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)知識 573

11.1  標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)知識 573

11.1.1  基本概念 573

11.1.2  信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化 579

11.1.3  標(biāo)準(zhǔn)化組織 581

11.1.4  ISO 9000標(biāo)準(zhǔn)簡介 584

11.1.5  ISO/IEC 15504過程評估標(biāo)準(zhǔn)簡介 587

11.2  知識產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)知識 588

11.2.1  基本概念 589

11.2.2  計算機軟件著作權(quán) 592

11.2.3  計算機軟件的商業(yè)秘密權(quán) 603

11.2.4  專利權(quán)概述 605

11.2.5  企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)的保護 610

第12章  軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計 612

12.1  結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計 612

12.1.1  需求說明 614

12.1.2  結(jié)構(gòu)化分析 614

12.1.3  總體設(shè)計 616

12.1.4  詳細設(shè)計 617

12.2  數(shù)據(jù)庫分析與設(shè)計 618

12.2.1  數(shù)據(jù)庫設(shè)計的策略與步驟 618

12.2.2  需求分析 619

12.2.3  概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 621

12.2.4  邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 623

12.2.5  數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 625

12.2.6  數(shù)據(jù)庫的實施與維護 628

12.2.7  案例分析 631

12.3  面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計 635

12.3.1  面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計的步驟 636

12.3.2  需求說明 637

12.3.3  建模用例 637

12.3.4  建模活動 638

12.3.5  設(shè)計類圖 640

12.3.6  建模對象狀態(tài) 642

12.3.7  建模交互 643

12.4  算法分析與設(shè)計 645

12.4.1  C程序設(shè)計語言與實現(xiàn) 646

12.4.2  算法設(shè)計與實現(xiàn) 659

12.5  面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計與實現(xiàn) 672

12.5.1  設(shè)計與實現(xiàn)方法 672

12.5.2  設(shè)計模式的應(yīng)用 672