简介

英文释义

净室软件工程

洁净室空调特性

净室软件工程及发展

简介

净室(Cleanroom，无尘室或洁净室)是指一个具有低污染水平的环境，这里所指的污染来源有灰尘，空气传播的微生物，悬浮颗粒，和化学挥发性气体。更准

确地讲，一个净室具有一个受控的污染级别，污染级别可用每立方米的颗粒数，或者用最大颗粒大小来厘定的。 低级别的净室通常是没有经过消毒的(如没有受控的微生物)，更多的是关心空气传播的灰尘。

作为生产设施，净室可以占据厂房很多位置。净室被广泛地应用在对环境污染特别敏感的行业，例如半导体生产、生化技术、生物技术等。

英文释义

1.peace and quiet room

2.clean room

造句

Cleanroom-based CMM and the Application

基于净室规则的CMM及其应用

净室软件工程

传统的软件工程建模、形式化方法、程序验证(正确性证明)、以及统计SQA的集成使用已经组合成一种可以导致极高质量软件的技术。净室软件工程(Cleanroom software engineering)是一种在软件开发过程中强调在软件中建立正确性的需要的方法。代替传统的分析、设计、编码、测试和调试周期，净室方法建议一种不同的观点〔LIN94〕：

在净室软件工程后面的哲学是：通过在第一次正确地书写代码增量并在测试前验证它们的正确性来避免对成本很高的错误消除过程的依赖。它的过程模型是在代码增量积聚到系统的过程的同时进行代码增量的统计质量验证。

净室方法在很多方面将软件工程提升到另一个层次。象第24章中讨论的形式化方法技术一样，净室过程强调在规约和设计上的严格性，以及使用基于数学的正确性证明来对结果设计模型的每个元素进行形式化验证。作为对形式化方法中采用的方法的扩展，净室方法还强调统计质量控制技术，包括基于客户对软件的预期的使用的测试。

当现实世界中软件失败时，则充满了立即的和长期的危险。这些危险可能和人的安全、经济损失、或业务和社会基础设施的有效运作相关。净室软件工程是一个过程模型，它在可能产生严重的危险前消除错误。

25.1 净室方法

在硬件构造技术方面“净室”的哲学是相当简单的：建立一种排除产品缺陷引入的价格有效和时间有效的构造方法。不是先制作一个产品，然后再去消除缺陷，净室方法要求在规约和设计中消除错误，然后以“净”的方式制作。

对软件工程的净室哲学首先由Mill和其同事于1980年代提出〔MIL87〕，虽然对这个严格的软件开发方法的早期经验显示了很大的希望〔HAU94〕，但它并没有得到广泛的使用，个严格的Henderson为此总结了三个理由：

1.一种信念认为净室方法学太理论、太数学、以及太激进，以至难于在真实的软件开发中使用。

2.它提倡开发者不需要进行单元测试，而是进行正确性验证和统计质量控制，这些概念代表了和当前大多数软件开发方式的很大的背离。

3.软件开发产业的成熟度。净室过程的使用需要在整个生命周期阶段定义的过程的严格的应用，因为大多数软件企业的运作还处于ad hoc级别(由SEI的CMM定义)，因此，还没有准备好应用那些技术。

虽然在上面提到的每个顾虑中都有真实的成分，但是，净室软件工程的潜在益处远远超出要克服这些顾虑的核心——文化阻力所需要的投入。

25.1.1 净室策略

净室方法使用增量软件模型(第2章)的一个专门版本。一个“软件增量的流水线”〔LIN94〕被若干小的、独立的软件工程小组开发，一旦每个增量被认证通过，它将被集成为一个整体。因此，系统的功能随时间增加。

对每个增量的净室任务序列在图25-1中给出。用在第10章讨论的系统工程方法开发整个系统或产品需求，一旦功能已被分配给系统的软件元素，净室增量的流水线被初始化，发生下列任务：

增量计划。开发一个采用增量策略的项目计划，建立每个增量的功能、它的项目大小、以及净室开发进度表。必须特别小心以保证通过认证的增量将被定时集成。

需求收集。使用类似于在第11章引入的技术，为每个增量开发一个客户级需求的更详细的描述。

盒结构规约。使用一个运用盒结构的规约方法〔HEV93〕来描述功能规约。遵从在第11章讨论的操作分析原则，盒结构“在每一个精化级别上分离和分开行为、数据及过程的创造性定义”。

形式化设计。使用盒结构方法，净室设计是规约的自然的无缝的扩展。虽然，在两个活动间可进行清楚的区分，但是，规约(称为“黑盒”)是被递进地求精(在一个增量内)以成为类似于体系结构的和过程的设计(分别称为“状态盒”和“清晰盒”)。

正确性验证。净室小组对设计及代码进行一系列严格的正确性验证活动。验证(25.3节和25.4节)从最高层次的盒结构(规约)开始，然后移向设计细节和代码。正确性验证的第一层次通过应用一组“正确性问题”〔LIN88〕来进行，如果这没有证明规约是正确的，则使用更形式化的(数过学的)验证方法。

洁净室空调特性

洁净室空调的特性

温湿度要求比一般空调低 一般空调要求在25°C~27 °C之间，相对湿度则在55%~70%之间；无尘室空调必须控制在22°C~24 °C之间, 相对湿度则在40%~45% 。恒温恒湿控制 由于半导体制程对温湿度变化的大小极为敏感，故在洁净室大部分区域必须控制在± 1°C 及± 3% 之内。所需的外气较多 由于半导体工厂中，制程系统需使用大量的化学品和毒气，这些化学品和毒气所产生的挥发气体和废气必须予以全数排除，故排气量相当大，为维持无尘室压力比外面的大气压力大，此时所补充的空气量亦随之增加。空调系统24小时全天运转并监控管理 半导体工厂部分制程设备，对温湿度变化极为敏感，如黄光区Stepper光学机台，些微的温、湿度变化均会使设备的准度偏差，另外芯片等产品也必须置放在定温定湿的环境下，故空调系统必须24小时监控管理之。半导体厂无尘室室内压力大小 半导体厂无尘室室内压力必须比室外高些许，除了为避免室外的温、湿度、particle 影响无尘室生产区的环境条件外，并可延长无尘室ULPAfilter的寿命，但不能无条件增加，如此将使向外逸散的洁净空气增加而增加运转成本。气流分布须均匀 洁净室空调为带走洁净室内所产生的微尘粒子以维持洁净度故除了气流速度须达到一定之要求标准外，气流的流线形状也必须依不同的洁净室等级加以适当的控制。

净室软件工程及发展

净室是一种以合理的成本开发高质量软件的基于理论、面向工作组的方法。净室是基于理论的，因为坚实的理论基础是任何工程学科所不可缺少的。再好的管理也代替不了理论基础。净室是面向工作组的，因为软件是由人开发出来的，并且理论必须简化到实际应用才能引导人的创造力和协作精神。净室是针对经济实用软件的生产的，因为在现实生活中，业务和资源的限制必须在软件工程中予以满足。最后，净室是针对高质量软件的生产的，因为高质量改进管理，降低风险及成本，满足用户需求，提供竞争优势。

净室理论基础建立于20世纪70年代末80年代初，资深数学家和IBM客座科学家Harlan Mills阐述了将数学、统计学及工程学上的基本概念应用到软件的设想。受Edsger Dijkstra关于结构化编程、Nicholas Wirth关于逐步求精、David Parnas关于模块化设计的影响，Mills为软件的工程方法奠定了科学基础。

两大基本观点促进了Mills的工作：首先，程序是数学函数规则，其次，潜在的程序执行是无穷的，质量认证必须进行统计采样。第一个观点使所有函数理论向软件开发敞开大门，导致以下技术的产生：盒式结构规范及设计、函数理论正确性检验及增量开发，第二个观点使所有统计理论在软件测试方面得到应用，导致了统计使用测试和质量认证。

Mills的观点在其与同仁A1an Currit，Michael Dyer，Alan Hevner，Richard Linger，Bernard Witt及IBM公司联邦系统部的其他同事的合作中得到了修改和演示。1979年由Addison—Wesley出版的《结构化编程：理论与实践》(作者：Linger，Mills和Witt)介绍了软件规范、设计、认证及再工程中的函数理论方法。《信息系统分析和设计原理》(作者：Mills，Linger，Hevner，Academic出版公司，1986)介绍了系统规范、设计和认证中的盒式结构方法，同时介绍了项目管理的增量开发。1987年，净室将这些思想融合在一起。“净室”一词借自半导体业，强调“防患胜于除患”的思想。《净室软件工程》(作者：Mills，Dyer和Linger)刊登于《IEEE软件》1987晰年5月刊上。

第一项净室软件项目由IBM的Richard Linger于20世纪80年代中期负责实施。COBOL结构化设施项目开发出一项商业软件再工程产品，该产品显示出了卓越的质量水平及用户使用可靠性，净室方法得到了初步确认。

1990年，Richard Linger创建了IBM净室软件技术中心，在此，净室方法、自动化及技术改变得到进一步改进。20世纪90年代初，IBM生产出运用净室方法开发的海量存储控制单元适配器，售出了数千单元，直至1997年产品超过使用寿命后，仍未收到任何反映净室微码现场故障的报告。这项开发由Mike Brewer领导，成员有Paul Fisher，Dave Fuhrer，Karl Nielson及其他一些工作组成员。认证测试由Joe Ryan和Mike Houghtaling领导。如今，IBM公司存储系统部的测试实验室无可争议地成为统计使用测试方法的全球巨擎。

从20世纪80年代末到90年代初，享有盛名的国家宇航局(NASA)哥达德飞行控制中心(GSFC)软件工程实验室(SEL)在Vic Basili，Scott Green，Rose Pajerski，Jon Valett等人的领导下进行了一系列净室试验。这些试验被认为是迄今为止软件工程领域进行的一次最完整的研究。4个规模依次扩大的地面控制软件系统按净室工程方法开发出来，结果表明，与NASA GSFC已足以让人佩服的底线相比，质量和生产力还有一致的提高。

20世纪80年代中期，在美国国防部的ARPA STARS项目(自适应的可靠系统软件技术)的形成期，STARS领导层选取净室作为开发和商业化的核心技术。领导层包括Dave Ceely，Dick Drake，Bill Ett，Joe，Greene，John Foreman，Jim Moore等。Mills博士和Arnie Beckhardt为推动净室技术而建立的软件工程技术公司(SET)被选来推动净室技术的商业化，在SIldzS的支持下，SET在净室的手段和工具方面取得了显著进展。

与此同时，Mills博士正就使用净室建立一家名为Q—Labs的公司而同欧洲的I．M．Ericsson AB进行商谈，为软件工程新技术走出实验室，向Ericsson(爱立信，译者注)进行转让。自两家公司成立之初，Q-Labs和SET就是商业伙伴，以后两家公司于1998年合并为Q—Labs公司。

20世纪90年代初，美国陆军Picatinny Arsenal执行了一个净室项目，并在这个项目中获得了20倍于引进净室技术所用的投资回报。1996年国防部软件数据与分析中心在其所作的软件方法比较分析中，报告净室具有真实的价值和质量优势。其他留有软件生产和质量方面历史数据的机构也用净室进行了大型项目的研发，它们公开发表了其结果。净室实践明显改进了IBM、Ericsson、NASA、DoD及许多其他机构的软件项目产出。净室的数据表明而且将继续表明，采用净室学科有可能使软件成组性能得到很大的改善。

Carnegie Mellon大学软件工程研究所(SEI)实际上已成为改进软件工程实践方面的领头羊。SEI的软件能力成熟度模型(CMM)成为一项已被认可并广泛用于改善软件工程实践的管理模型。1996年SEI完成了一个项目，该项目定义了净室参考模型并将净室的工程技术映射到CMM的管理过程中。这项工作的主要结论是净室与CMM是兼容的、相互支持的。该工作在1996年2份SEI技术报告中进行推广：净室软件工程参考模型(Linger，Trammell，1996)和软件能力成熟度模型(CMM)的净室软件工程实践(Linger，Paulk，Trammell，1999)。经Carnegie Mellon大学许可，本书将净室软件工程参考模型也纳入其中。

净室技术一直由Mills及其在全球各大学和工业界的同仁进行讲授，他们是Vic Basili，A1an Hevner，Richard Linger，Jesse PboIe，Dieter Rombach，Shirley Becker，Richard Cobb, Michael Deck，Chuck Engle，Philip Housler，Ara Kouchakdjian，John Madin，Dave Pearson，Mark Pleszkoch，Stacy Prowell，Steve Rosen，Kirk Sayre, A1an Spangler，Carmen Trammell，Gwen Walton和James Whittaker。另外，还有很多人通过大量实地应用而推进净室实践，包括Mike Brewer，John Gibson, Mike Houghtaling，David Kelly，Jenny Mordes，Rob Oshana，Jason Selvidge，Wayne Sherer和Tom Swain。他们每个人都为净室成为真正的软件工程学科做出了各自的贡献。

一项工程的发展是以其科学理论为基础的，实践中的改进从遵循源自实践的第一条原理开始并沿着科学的轨道向前发展。净室实践的改进和进展正是按照这种模式进行并将继续进行下去。

净室规范方法的精化的研究主流已经形成并在本书中予以说明。Mills使用的函数理论，激发了David Parnas在序列(跟踪)分析和域划分方面的工作，这又激发了Hailong Mao在典型序列历史方面的研究，以上三者为本书中提到的Stacy Prowell和Jesse Poore基于序列规范的定义打下了基础。

另一项由Gwen Walton和Jesse Poore所从事的独立的研究，将基于Markov链使用模型应用到了运筹学的优化方法当中。他们的研究将基于约束的方法应用到使用建模中，该研究有望加强净室统计测试实践的控制，提高其价值。

其他在决策理论、先进统计设计、建模与仿真等有关理论和工程实践领域内开展的工作正在取得进展，净室软件工程也一定会随着得到进一步的改进。