计算机精美课件)第三章.ppt

第三章 计算机软件,学习目标与要求,1.了解什么是计算机软件和计算机软件技术 2.了解操作系统的作用、功能、常用操作系统和实用程序的种类 3.描述计算机语言程序及它们的执行过程 4.了解计算机软件基础理论所包含的内容、算法和数据结构的概念,计算机软件的内容,从软件分支学科的内涵来讲，计算机软件所包含的内容可概括为： 软件基础理论和算法 构造计算机软件的方法学 各种软件开发技术以及与此相关的开发工具,3.1.1 什么是计算机软件,3.1 概述,一个完整的计算机系统有两个 基本组成部分：硬件和软件 计算机硬件：组成计算机各种物 理设备的总称 计算机软件（Computer Software）：包含与数据处理系统操作有关的程序、规程、规则以及相关文档的智力创作。（ISO的定义）,计算机软件示意图,什么是计算机软件,软件的三层含义（从科学概念上讲）： 个体含义，即上面所说的计算机系统中的程序、规程、规则及其文档 整体含义，指在特定计算机系统中所有个体含义下的软件的总体 学科含义，即指软件在研究、开发、维护以及使用中所涉及的理论、方法、技术所构成的学科，在这一意义上称为软件学,3.1.2 计算机软件的特性,不可见性：软件是原理、规则、方法。二进位编码形式表示，依附于载体。 适用性：适用于一类应用问题的需要。 依附性：软件的运行需要一定的环境。 复杂性：多方面的要求，包括功能、环境、操作、安装维护升级卸载等等。 无磨损性：使用时候无损耗。 易复制性：软件的盗版。 不断演变性：软件的升级。 有限责任：软件的正确性无法确保 脆弱性：安全的威胁。,3.1.3 软件的分类,从应用的角度出发，将软件分为： 系统软件 应用软件,1、系统软件和应用软件,（1）系统软件：给其他程序提供服务的程序集合（如各种操作系统、编译程序） 系统软件的主要特征： 与具体的应用领域无关，而与计算机硬件系统有很强的交互性，要对硬件共享资源进行调度管理。 系统软件中的数据结构复杂，外部接口多样化，用户能够对它反复使用。,（2）应用软件,应用软件：针对多种应用需求出现的用于解决各种不同具体应用问题的专门软件。 按照应用软件的开发方式和适用范围，应用软件可再分为： 通用应用软件 定制应用软件,主要通用应用软件类别和功能,定制软件,按照不同领域用户的特定应用要求专门设计开发的软件。如超市的销售管理和市场预测系统、大学教务管理系统、门诊挂号系统等等。价格较高 特点： 替代现实世界已有的工具 扩展了人们的能力,2、商品软件、共享软件 和自由软件,按照软件权益分类： 商品软件：用户需要付费。版权保护和软件许可证保护。 共享软件：买前免费试用，是一种营销策略。 自由软件：创始人理查德.斯塔尔曼 原则是：用户可共享自由软件，允许随意拷贝、修改其源代码，允许销售和自由传播。但对软件的源代码的任何修改都必须向所有用户公开，必须允许此后的用户享有进一步拷贝和修改的自由。 如TCP/IP协议，Linux操作系统等,操作系统（Operating System，简称OS）：用于控制、管理、调配计算机的所有资源。是给计算机配置的一种必不可少的系统软件。,3.2 操作系统,1、操作系统的作用,管理系统中的各种资源 为用户提供各种服务界面 用户界面：也称用户接口或人机界面，是计算机系统实现用户与计算机通信的软、硬件部分的总称。 图形用户界面（GUI）：采用窗口、图标、菜单及指点设备技术和多窗口系统等软件，并以直接操纵为主要使用方法，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机。 为应用程序的开发和运行提供了一个高效率的平台,3.2.1 概述,2、操作系统的启动,计算机的ROM中固化了一小部分操作系统指令（基本I/O系统，又称BIOS），计算机加电后，自动执行BIOS的自检程序，测试计算机中各部件的工作状态，如正常 CPU将继续执行BIOS中的自举程序，从硬盘中读出引导程序，装入内存，将控制权交给引导程序，由引导程序装入操作系统，这个过程称作为“自举”或“引导”。,3.2.2 操作系统的功能,操作系统通过内部命令和外部命令提供五种主要功能： 任务管理 存储管理 文件管理 设备管理 作业管理 除此之外，操作系统一般还具有中断处理、错误处理等功能。操作系统的各个功能之间并不是完全独立的，它们之间存在着相互依赖的关系。,1、任务管理,为了提高CPU的利用效率，操作系统一般都支持若干个程序同时运行多任务处理。 任务装入内存并启动执行的一个应用程序。 eg：windows任务管理器,多任务管理思想,活动窗口：当前接受用户输入信息的窗口 前台任务、后台任务 采用的方法：分时将CPU时间划分成许多小片（“时间片”），轮流去为多个用户程序服务。如果在时间片结束时该用户程序尚未完成，它就被中断，等待下一轮再处理，同时让另一个用户程序使用CPU下一个时间片。 由于CPU速度很快，用户程序的每次要求都能快速响应。由此，每个用户都感觉好象自己在“独占”计算机一样，实际上是操作系统使用户轮流“分时”共享了CPU。,并行处理：使用有多个处理器的计算机时，并行处理操作系统运用策略作出合理的调度，把多项任务分配给不同的CPU同时执行，且保持系统正常有效地工作，可以充分利用计算机系统中提供的所有处理器，一次执行几条指令，以提高计算机系统的效率。,2、存储管理,存储管理：管理内存资源的高效、合理使用。 执行处理程序时，计算机系统的程序和数据都是保存在内存中的。而内存的容量有限，因此，当多个程序共享有限内存资源时，必须合理地为它们分配内存空间，做到用户存放在内存中的程序和数据既能彼此隔离、互不侵扰，又能在一定条件下共享。 当内存不够用时，还要解决内存扩充问题，把内存和外存结合起来管理，为用户提供一个容量比实际内存大得多的“虚拟存储器”。,虚拟存储技术,采用虚拟存储技术：用户在一个假象的虚拟存储器中编程和运行程序，程序被划分成一个个“页面”，每页为固定大小。 启动一个任务，向内存装入数据及程序时，只装入当前的一部分，其余页面放在硬盘中的虚拟内存中。 当物理内存中暂时不使用的页面也被保存到外存的虚拟存储器中。 工作原理见图。 Windows操作系统中，虚拟存储器物理内存硬盘上的虚拟内存。页面大小为4KB，页面调度算法为“最近最少使用（LRU）”算法,虚拟存储器使用的效果： 开发程序时：每个程序都在各自独立的容量很大的地址空间里进行编程。 运行程序时：程序的数目不受内存容量的限制。,3、文件管理,文件管理： 有效地支持文件的存储、检索和修改等操作； 解决文件的共享、保密和保护问题，使用户程序能方便、安全地访问它所需要的文件。 操作系统一般都含有功能很强的文件管理子系统。,1、文件,文件是一组相关信息的集合。计算机中的程序、数据、文档通常都组织成为文件存放在外存储器中。（用户与程序必须以文件为单位对外存储器中的信息进行管理） 每个文件都有文件名，windows中，文件名可达255个字符。 文件的组成：文件内容和文件说明信息。（文件名、文件类型、文件物理位置、文件大小、文件时间、文件创建者、文件属性等）,文件属性 系统文件 隐藏文件 存档属性 只读属性 Windowsxp还包括文件的压缩、加密和编制索引等属性。 2、文件目录（文件夹） Windows采用多级层次结构（树状结构） 文件夹的属性：与文件类似。 文件夹的共享属性,4、设备管理,设备管理：对计算机系统中除了CPU和内存以外的所有I/O设备的管理。进而言之，设备管理的对象除了进行实际I/O操作的设备外，还包括诸如控制器、通道等支持设备。 设备管理任务：外部设备的分配、启动和故障处理，用户不必详细了解设备及接口的技术细节，就可以利用驱动程序对相应的设备进行操作。 采用技术：中断技术、通道技术、虚拟设备技术和缓冲技术,5、作业管理,作业管理任务：为用户使用系统提供一个良好环境，让用户有效地组织自己的工作流程，使整个系统能高效地运行。,3.2.3 常用操作系统,批处理系统,批处理系统：操作人员将待处理的计算任务（成批地装入计算机，由操作系统将作业按规定的格式组织好存入磁盘的指定区域，然后按照某种调度策略选择一个或几个搭配得当的作业调入内存加以处理。 批处理优点： 提高系统资源利用率 增大作业吞吐量 实现作业流程的自动化,分时处理系统,分时处理系统：允许多个用户同时联机使用计算机。一台分时计算机系统联有若干台终端，多个用户可以在各自终端上向系统发出服务请求，等待计算机的处理结果并决定下一步的处理。操作系统接收每个用户的命令，采用时间片轮转的方式处理用户的服务请求，使每个用户得以完成自己的任务。 主要目标：对用户响应的及时性。,实时系统,实时系统：操作系统能够及时响应随机发生的外部事件，并在规定的时间范围内完成对该事件的处理。 实时系统的分类： 实时控制系统 实时信息处理系统,Windows操作系统,Windows操作系统是一种在微型计算机上运行的系统软件。由（美）微软公司开发，最初作为DOS的图形化扩充而推出的。 Windows提供了多任务图形界面以及统一的应用程序接口，使得在Windows环境下运行应用程序的操作大为简化。,Windows操作系统,Windows 9x。从Windows 95开始，Windows均是机器字长32位的单用户、多任务的操作系统。 单用户：一台计算机一次只允许一个用户使用。 多任务：允许一个用户同时运行多个应用程序 Windows 9x 支持图形用户界面 支持“即插即用”的系统配置方法 提供通信软件，使用户的计算机系统联接到Internet上,2、Windows NT（New Technology）和NT工作站 一个网络操作系统。 网络中运行Windows NT的计算机作为服务器，它存储着诸多共享资源网络中除服务器外，还有供用户使用的客户机部分。 客户机可以是一般的PC机，其上可以运行NT客户机软件，也可运行Windows 95或Windows 98。,3、Windows 2000与2000工作站 Windows 2000实际是Windows NT 5.0的一个新的名字，它在使用Windows NT的内核的同时增加了许多新的功能。如在即插即用方面，它支持USB设备，支持功率的调节和各种硬件编程接口等。在实用性、安全性和稳定性方面都有所超越。Windows 2000有以下几种不同的版本： Windows 2000 Professional Windows 2000 Server/Advanced Server Windows 2000 Datacenter Server,4、Windows XP 零售版于2001年10月25日上市。Windows XP原代号Whistler。字母XP表示英文单词“体验”（experience）。 Windows XP是基于NT的内核，集成了其稳定性、安全性及多媒体和网络功能，最大可以支持4GB的内存和两个CPU，增加了防病毒功能和系统安全措施（防火墙和文件加密）。 家庭版、专业版、媒体中心版、平板PC版和64位版。,5、Windows Vista 是微软Windows操作系统的一个版本。微软最初在2005年7月22日正式公布了这一名字，之前操作系统开发代号Longhorn。 在2006年11月8日，Windows Vista开发完成并正式进入批量生产。此后的两个月仅向MSDN用户、电脑软硬件制造商和企业客户提供。在2007年1月30日，Windows Vista正式对普通用户出售，同时也可以从微软的网站下载。 Windows Vista距离上一版本Windows XP已有超过五年的时间，这是Windows版本历史上间隔时间最久的一次发布。,6、windows7 Windows 7是微软公司最新的一款视窗操作系统。2009年7月14日，Windows 7开发完成并正式进入批量生产。Windows 7是微软8年来最重大的一次系统发布，其关注度不亚于2001年发布的Windows XP。Windows 7也是微软在Windows 95后与合作伙伴测试最多、兼容性最好的新一代操作系统，几乎可以运行所有的软件。,UNIX操作系统,UNIX操作系统是（美）Bell实验室开发的一种通用多用户交互式分时操作系统。 自1970年UNIX系统第一版问世以来，以UNIX系统为基础已研制出许多新的操作系统软件。如微型计算机、大型计算机上的各种UNIX系统的变种，以及用于计算机网络及分布式计算机系统上的UNIX系统等。实际上，UNIX系统已成为国际上目前使用最广泛、影响最大的主流操作系统之一。,Linux操作系统,Linux操作系统的原创者是芬兰的一名青年学者Linus Torvolds,他遵从可移植操作系统接口POSIX标准开发出Linux操作系统的内核，POSIX是IEEE定义的一套标准，具有与UNIX相似的可移植操作系统服务功能。 Linux操作系统的优势反映在网络服务器方面，其内核中包含许多网络协议，已成为网络上最普遍的服务器架构模式。Linux操作系统作为一个多用户、多任务的操作系统，支持多工作平台和多处理器。它不仅可提供多达4TB的文件系统，同时还可支持多种其他的文件系统。,Linux操作系统,Linux系统是一种“自由软件”。或者说，它属于一种GPL（General Public License）软件。其源代码向世人公开，吸引对该系统感兴趣的人们共同工作。,3.3 程序设计语言及语言处理程序,3.3.1 程序设计语言分类,程序设计语言分类,程序设计语言按其级别可以划分为机器语言、汇编语言和高级语言三大类。 机器语言 机器语言：使用计算机指令系统的程序语言。用机器语言编写的程序，全部都是二进制代码形式，可以被计算机直接执行。 缺点：机器语言直接依赖机器的指令系统，不同类型甚至不同型号的计算机，其机器语言是不同的。机器语言不易记忆和理解，所编写的程序也难于修改和维护。,汇编语言,汇编语言：用助记符来代替机器指令的操作码和操作数，如用表示加法，用表示减法等。这样就能使它的每条指令都有明显的符号标识。 用汇编语言编写程序与编写机器语言程序相比，比较直观和易记忆，但汇编语言仍然是面向机器指令系统的，还保留了机器语言的各项缺点。,高级语言,高级语言：又称算法语言，其表示方法接近解决问题的表示方法，而且具有通用性，在一定程度上与机器无关。 高级语言的特点：易学、易用，易维护。人们可以更有效、更方便地用它来编制各种用途的计算机程序。 高级语言虽然接近自然语言，但和自然语言仍有很大差距。主要表现在语法规则极为严格。其主要原因是高级语言处理系统是执行程序的计算机，而自然语言的处理系统则是人。,3.3.2 语言处理系统,语言处理系统,语言处理系统的作用：把用软件语言（包括汇编语言和高级语言）编写的各种程序变换成可在计算机上执行的程序，或最终的计算结果，或其他中间形式。 语言处理系统包括： 翻译程序 正文编辑程序：用于建立和修改源程序文件 联接编辑程序：将多个分别编译或汇编过的目标程序和库文件进行组合 装入程序：将目标程序装入内存并启动执行,编辑、编译、装入和执行过程,翻译程序,翻译程序：程序语言处理系统随被处理的语言及其处理方法和处理过程的不同而异。但任何一个语言处理系统通常都包含一个翻译程序，它把一种语言的程序翻译成等价的另一种语言的程序。 源语言和源程序：被翻译的语言和程序 目标语言和目标程序：翻译生成的语言和程序 按照不同的翻译处理方法，可把翻译程序分为以下三类： 汇编程序（assembler）：从汇编语言到机器语言的翻译程序 编译程序(Compiler)：从高级语言到机器语言或汇编语言的翻译程序 解释程序（Interpreter）：按源程序中指令（或语句）的执行顺序，逐条翻译并立即执行相应功能的处理程序,解释程序,解释程序对源程序进行翻译的方法相当于两种自然语言间的“口译”。解释程序对源程序从头到尾逐句扫描，逐句翻译，并且翻译一句执行一句。因而这种翻译方式并不形成机器语言形式的目标程序。 优点： 实现算法简单 易于在解释过程中灵活方便地插入所需要的修改和调试措施 缺点： 运行效率低 应用： 解释程序通常适合于交互方式工作的、或调试状态下运行的、或运行时间与解释时间相差不大的语言,编译程序,编译程序对源程序进行翻译的方法相当于“笔译”。在编译程序的执行过程中，要对源程序扫描一遍或几遍，最终形成一个可在具体计算机上执行的目标程序。 优点： 通过编译程序的处理可以一次性地产生高效运行的目标程序，并把它保存在磁盘上，以备多次执行 缺点： 实现算法较为复杂 应用： 编译程序适合于翻译那些规模大，结构复杂，运行时间长的大型应用程序。,3.3.2 主要程序语言介绍,FORTRAN语言,FORTRAN：FORmula TRANslation（公式翻译）的缩写，一种主要用于数值计算的面向过程的程序设计语言。 特点：接近数学公式、简单易用。在处理功能上，允许复数与双精度实数运算，由于具有程序定义机制、I/O的格式说明，允许布尔表达式，函数和子例程名作参数传递，扩充的字符处理等功能，使之也能应用