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1 第三章计算机软件系统 本章学习要点 计算机软件概述 系统软件 应用软件 操作系统概述 2 3 1计算机软件概述 3 1 1什么是软件 软件是指在硬件系统上运行的各种程序及相关资料 软件不仅包括可以在计算机上运行的程序 而且还包括与程序相关的文档 它是程序加文档的集合体 软件是用户与硬件之间的接口界面 用户主要是通过软件与计算机进行交流 3 3 1 2软件的分类 计算机系统的软件极为丰富 总体上可以分为系统软件和应用软件两大类 系统软件 主要负责管理计算机系统中各种独立的硬件 使它们之间可以协调工作 系统软件包括操作系统 语言处理程序 数据库管理系统和作为软件研究开发工具的编译程序 调试程序 装配程序和连接程序 测试程序等 其中操作系统是最重要的系统软件 4 应用软件 是指用户自己开发或外购的能满足各种特定用途的应用软件包 系统软件一般不针对某一特定应用领域 而不同的应用软件则根据用户和应用领域提供不同的功能 返回本节首页 返回本章首页 5 3 2系统软件 3 2 1操作系统 系统软件主要包括操作系统 语言处理程序 数据库管理系统和各种服务性程序等 其核心是操作系统 操作系统的功能是 管理计算机系统的全部硬件资源 软件资源及数据资源 使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用 为用户提供方便 有效 友好的服务界面 操作系统 是直接运行在裸机上的最基本的系统软件 是系统软件的核心 任何其他软件必须在操作系统支持下运行 6 3 2 2语言处理系统 操作系统大致由处理机管理模块 存储管理模块 设备管理模块 文件管理模块 作业管理模块五个功能模块组成 程序设计语言通常分为机器语言 汇编语言和高级语言 1 机器语言 MachineLanguage 机器语言 是指直接用二进制代码表达机器指令的计算机语言 它是计算机唯一可以识别和直接执行的语言 机器语言是一种面向机器的语言 占用内存小 执行速度快 但是每条指令都是 0 或 1 的代码串 难以记忆 难以阅读 检查和调试都比较困难 因此通常不用机器语言直接编写程序 7 2 汇编语言 AssemblyLanguage 汇编语言 使用助记符来表示机器指令 即将机器语言符号化 因此也称汇编语言为符号语言 汇编语言的指令可分为硬指令 伪指令和宏指令三类 用汇编语言编写的程序称为汇编语言源程序 机器无法执行 必须把它翻译成机器语言目标程序 机器才能执行 如图3 2所示 图3 1汇编过程示意图 8 与机器语言相比 汇编语言在编写 阅读 记忆 调试等方面有了很大的进步 但由于汇编语言与机器指令具有一一对应的关系 实际上是机器语言的一种符号化表示 而且汇编语言的通用性较差 通常与计算机硬件结构密切相关 因此仍然难学难记 3 高级语言 高级语言是用数学语言和接近于自然语言的语句来编写程序 更易于为人们掌握和编写 因此具有良好的可移植性和通用性 高级语言是一种面向问题的计算机语言 在编写程序时 用户不必了解计算机的内部逻辑 而是主要考虑解题算法和步骤 并将程序输入计算机 计算机就可以按照要求完成相应工作 9 用高级语言编写的程序不能直接被计算机识别 需要将其编译成机器语言的目标程序才能被执行 如图3 3所示 图3 2编译过程示意图 3 2 3数据库管理系统 数据库管理系统 DBMS 其功能是 管理数据库 一般具有建立 编辑 修改 增删数据库内容等对数据的维护功能 对数据的检索 排序 统计等使用数据库的功能 友好的交互式输入 输出能力 使用方便 高效的数据库编程语言 允许多用户同时访问数据库 提供数据独立性 完整性 安全性的保障 10 目前常用的数据库管理系统有MicrosoftOfficeAccess VisualFoxPro SQLServer Oracle DB2和MySQL等 3 2 4服务性程序 服务型程序是一类辅助性的程序 是为了帮助用户使用和维护计算机 向用户提供服务性手段而编写的程序 通常包括编辑程序 调试程序 诊断程序 硬件维护和网络管理程序等 为了更有效 更方便地编写程序 通常将编辑程序 调试程序 诊断程序以及编译或解释程序集成为一个综合的软件系统 为用户提供完善的集成开发环境 称为软件开发平台IDE 返回本节首页 返回本章首页 11 3 3应用软件 3 3 1通用软件 应用软件 是由计算机生产厂家或软件公司为支持某一应用领域 解决某个实际问题而专门研制的应用程序 根据软件的应用领域 我们将应用软件分为通用软件和专用软件两大类 通用软件的应用范围很广 可以不分领域 不分行业大家都能应用 比如 Office WPS等 Office办公自动化软件 是由微软开发的 现代办公室使用率非常高的一款办公处理软件 主要包括字处理软件Word 电子表格Excel 以及演示文稿制作软件PowerPoint等 WPS是金山软件公司开发的一种办公软件 功能与Office类似 12 3 3 2专用软件 其它一些通用软件详见教材P58 P60 专用软件 是指用在特定的某些行业或者有着特殊专业用途的软件 并不是对绝大多数计算机使用者有用 常用的专用软件比如有计算机辅助设计类软件 实时控制类软件 超市支付清算系统 医院挂号系统等 返回本节首页 返回本章首页 13 3 4操作系统概述 3 4 1操作系统的基本概念 1 什么是操作系统 操作系统 OS 是管理计算机系统资源 控制程序执行 改善人机界面 提供各种服务 合理组织计算机工作流程和为用户使用计算机提供良好运行环境的一类系统软件 操作系统是用户与计算机硬件的接口 用户是通过操作系统或者说是通过操作系统提供的各种相关命令来使用计算机的 它们三者间的关系如图3 3所示 图3 3用户 操作系统 计算机硬件三者间的关系 14 操作系统在整个计算机系统中的地位可以用一个分层结构示意图来描述 如图3 4所示 图3 4计算机系统的分层结构 通过上图可以看出 操作系统是对硬件功能的首次扩充 是裸机上的第一层软件 没有操作系统 计算机硬件就不能充分发挥作用 用户也不能随心所欲地操作计算机系统 15 3 4 2操作系统的基本特征 1 并发性 concurrence 并行性 是指两个或多个事件在同一时刻发生 强调一个时间点 而 并发性 是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生 强调一个时间段 在多道程序环境下 并发性是指在一段时间内 宏观上有多个程序在同时运行 但实际上在单CPU的运行环境中 每一个时刻仅有一个程序执行 因此 微观上各个程序是交替 轮流执行的 为了使多个程序能并发执行 操作系统是以 进程 为单位来控制和管理程序的运行 16 进程是某正在执行程序 作业 的一部分 程序是以进程为单位在CPU中运行 系统也是以进程为单位给其分配所需资源的 2 共享性 sharing 共享 指操作系统中的资源可被多个并发执行的进程共同使用 而不是被一个进程所独占 资源的共享可以分成同时共享和互斥共享两种方式 同时共享是指允许在一时间内由多个进程同时对某一资源进行访问 互斥共享是指当一个进程使用完某资源并释放后 才允许另一进程对该资源访问 17 注意 并发性和共享性是操作系统两个最基本的特性 它们又是互为存在的条件 没有程序的并发执行自然也就没有资源的共享问题 反之若系统不能对资源共享实施有效管理 必然会影响到程序的并发执行 导致整个系统效率低下 3 虚拟性 Virtual 虚拟性 是指操作系统中的一种管理技术 它是把物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应物 或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物的技术 现代计算机系统中使用了多种虚拟技术 分别用来实现虚拟处理机 虚拟存储器 虚拟外部设备和虚拟信道等 18 4 不确定性 系统中的进程何时执行 何时暂停 以什么样的速度向前推进 进程总共要化多少时间执行才能完成 这些都是不可预知的 进程以这种不确定的方式运行 其导致的直接后果就是程序执行结果可能不唯一 不确定性给系统带来了潜在的危险 有可能导致进程产生与时间有关的错误 但只要运行环境相同 操作系统必须保证多次运行的进程都能获得完全相同的结果 3 4 3操作系统的基本功能 操作系统的重要任务是有序地管理计算机中的硬件 软件资源 最大限度地实现各类资源的共享 提高资源的利用率 总的来说 操作系统的功能包括以下四个方面 19 1 处理机管理和进程调度 CPU是计算机系最核心的资源 处理机管理的主要工作包括处理机中断事件和处理机调度 其目的是最大限度的提高处理机的使用效率 发挥其作用 2 存储管理 存储管理主要是针对计算机系统的重要资源 主存储器的管理 也就是内存进行管理 存储管理的主要任务是对多道程序分配存储空间 并为其运行提供良好的环境 提高内存利用率并方便用户使用 20 3 设备管理 设备管理的主要任务是为系统中的进程分配设备 完成进程对I O的请求 并提高设备的利用率 4 文件管理 操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统 简称文件系统 文件系统的主要任务包括 存储文件的外存空间的组织和管理 文件目录的管理 文件的读写管理以及文件的共享和保护 21 3 4 4操作系统的发展与分类 操作系统的基本类型有三种 批处理操作系统 分时操作系统和实时操作系统 具备全部或兼有两者功能的系统统称为通用操作系统 批处理操作系统 分时操作系统 实时操作系统 微机操作系统 随着硬件技术的发展和应用的需要 新发展和形成的操作系统又有 微机操作系统 网