第4章计算机软件基础

大学计算机应用基础主讲：刘琴琴系部：软件工程系电子科技大学出版社2026年5月20日第3章计算机软件基础2026年5月20日学习目标掌握计算机软件的基本概念熟悉操作系统的基本概念熟悉计算机语言的相关知识了解计算机信息系统的相关知识掌握常用SQL语句的使用3.1计算机软件概述2026年5月20日3.1.1计算机软件的基本概念一个完整的计算机系统必须包括硬件和软件两部分。冯·诺依曼的“存储程序控制”原理计算机先将程序和数据存放在存储器，然后按照程序中指令的要求对数据进行运算处理。程序就是为了完成某个任务设计开发出来的让计算机去执行的一组指令和代码。计算机软件是指设计成熟、功能完善、具有一定使用价值的程序以及相关的数据和文档。程序是软件的主体；数据是程序运行过程中处理的对象和一些参数；文档是指和程序相关的说明书、流程图、用户手册等。简单来讲可以认为：软件＝程序＋数据＋文档。单独的数据和文档一般不认为是软件。3.1.2计算机软件的分类1.从软件应用的角度划分2.从软件权益处置方式划分1.从软件应用的角度划分（1）系统软件系统软件一般是控制和调度计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。操作系统（如WindowsXP、LINUX、UNIX等）基本输入/输出系统（BIOS）语言处理系统（如各种高级语言的解释程序、编译程序等）数据库管理系统（如SQLSERVER、ORACLE等）常用的实用程序（如磁盘碎片整理程序等）（2）应用软件

应用软件是为解决某个领域的需求或一些具体的应用问题而设计开发的软件。①通用应用软件通用应用软件常有以下几种：文字处理软件。如Word、WPS、Frontpage、AdobeAcrobat等。电子表格处理软件。如Excel等。图形图像处理软件。如Photoshop、Flash、AutoCAD、3DSMAX等。媒体播放软件。如暴风影音等。网络通信软件。如QQ、Foxmail、MSN、OutlookExpress等。演示软件。例如，PowerPoint等。②定制应用软件定制应用软件是按照不同领域用户的特定应用要求而专门设计开发的软件。例如，财务管理软件等。2.从软件权益处置方式划分计算机软件根据软件权益如何处置进行分类，可分为商业软件共享软件免费软件自由软件

（1）商业软件是指用户必须付费才能使用的软件，但用户只是买到了软件的使用权，而不能获得软件的版权。另外，用户如果购买了一份软件，只能在一台机器上安装使用该软件，如果要将软件复制到多台计算机上使用，还必须购买软件许可证。商业软件占软件的大多数。（2）共享软件共享软件是让用户先免费试用一段时间，在试用期间，软件有使用次数、时间或功能上的限制，用户可以通过注册来接触限制，也就是以“先使用后付费”的方式销售的享有版权的软件。一旦过了试用期，用户就必须付费注册，否则无法继续使用。互联网上的许多软件都是共享软件。例如，某些杀毒软件。（3）免费软件免费软件是软件开发商为了推介其主力软件的产品，扩大影响，免费向用户发放的软件产品，还有一些是自由软件者开发的免费产品。免费软件一般都有广告，例如腾讯QQ等。（4）自由软件自由软件，也就是开放源代码软件（开源软件）。自由软件通过GNU通用公共许可证（GPL）保证自由软件对所有用户是自由的。GPL允许用户共享自由软件，允许自由拷贝、修改其源代码，允许销售和自由传播，但是对软件的修改必须公开其源代码，让其他用户继续拷贝和修改。自由软件对软件业的发展产生了很大的影响，也出现了一大批的精品软件。例如LINUX操作系统、TCP/IP协议。3.2操作系统2026年5月20日3.2.1操作系统的基本概念1.什么是操作系统操作系统（OperatingSystem，OS）是计算机中最重要的系统软件，它管理计算机系统的全部软硬件资源，控制程序运行，改善人机界面，为其它应用软件提供支持，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、友善的服务界面。2.操作系统的作用为计算机中运行的程序管理和分配各种软硬件资源。为用户提供友善的人机接口操作系统向用户提供了一种图形用户界面（GUI），方便用户操作计算机。为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台。3.操作系统的启动3.2.2操作系统的功能1．进程管理2．存储管理3．设备管理4．文件管理1．进程管理进程管理又称处理器管理，实质上是对处理器执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务。多任务处理：为了提高CPU的利用率，操作系统一般都支持若干个程序同时运行。当多个任务同时在计算机运行时，通常一个任务对应着屏幕上的一个窗口，将用户当前工作的窗口称当前窗口（或活动窗口）。当前窗口所对应的任务称为前台任务，其他窗口对应的任务称为后台任务。2026/5/20Windows操作系统采用并发多任务方式支持系统中多个任务的执行。并发多任务，是指不管是前台任务还是后台任务，它们都能分配到CPU的使用权，因而可以同时运行。注意：CPU轮流执行多个应用程序，即同一时刻只有一个任务正在被CPU执行。2．存储管理存储管理实质是对存储空间的管理，主要管理内存资源。在运行、处理大量程序时，内存空间往往不够用，现在操作系统一般都采用虚拟存储技术（虚拟内存）进行存储管理。虚拟存储技术将硬盘的一部分空间划分出来作为虚拟内存，和计算机的实际物理内存组成一个整体。将程序（及其数据）划分成一个个页面，当前要执行的部分页面装入内存，其余部分放在虚拟内存里。执行过程中，存储管理程序根据CPU的要求将需要的页面调入内存，并将暂时不要使用的页面调出保存到虚拟内存中，这样用户就像用了一个比实际内存容量大得多的虚拟存储器。在Windows操作系统中，虚拟存储器是由计算机中的物理内存和硬盘上的虚拟内存组成。3.设备管理设备管理是指对计算机系统中所有输入/输出设备的管理。设备管理不仅涵盖了进行实际I/O操作的设备，还涵盖了诸如设备控制器、通道等输入输出支持设备。4.文件管理文件管理又称为信息管理。将逻辑上有完整意义的信息资源（程序和数据）以文件的形式存放在外存储器（磁盘等）上，并赋予一个名字，称为文件。3.2.3常见操作系统介绍目前，计算机上常见的操作系统主要有Windows操作系统、Linux和UNIX系统。1.Windows操作系统（1）Windows9xWindows95Windows98Windows98SE（Windows98第2版）与WindowsMe（Windows千禧版）（2）WindowsNT与Windows2000（3）WindowsXP2.UNIX和Linux操作系统UNIX操作系统是美国Bell实验室开发的一种通用多用户交互式分时操作系统。著名的TCP/IP网络协议就是在UNIX系统上开发成功的。因此，UNIX系统已成为很多服务器选用的一种网络操作系统。Linux是一种自由软件，其源代码向世上公开，很多软件开发者安装Linux操作系统进行开发工作。3.3计算机语言2026年5月20日3.3.1计算机语言概述1.什么是计算机语言能够表达人类的思想，同时，还能被计算机所识别、接受的“语言”叫做计算机语言。计算机语言是人与计算机之间传递信息的媒介。2.计算机语言的分类计算机语言按其发展及其级别，可分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。（1）机器语言机器语言就是计算机指令系统。优点：

用机器语言编写的程序计算机硬件可以直接识别，执行速度快。缺点：

机器语言程序全部用二进制代码编制，程序编写的难度大，难以理解、修改和维护。而且由于不同类型的计算机指令系统不同，用机器语言编写的程序可移值性也较差，目前已经不再使用机器语言编制程序了。（2）汇编语言为了便于理解与记忆，人们采用助记符来代替机器指令的操作码和操作数，使指令使用符号而不再使用二进制来表示。汇编语言不能被计算机直接执行。（3）高级语言机器语言与汇编语言都是面向机器的语言，一般称为低级语言。它们对机器的依赖性很大，可移植性差，也难以记忆和使用，于是人们又发明了一种接近自然语言的高级语言。高级语言使用接近自然语言的符号编写程序，容易理解和维护，是现在编程的主要语言。高级语言编写的程序都不能被计算机直接执行。3.高级语言的成分与结构高级语言有四种基本成分：数据成分:

用来描述程序所涉及的数据；运算成分:

用来描述运算；控制成分:

用来表达程序的控制结构；传输成分：用来表达数据的传输。下面以C语言为例介绍一下四种成分里最重要的控制成分的三种控制结构：顺序结构条件选择结构重复结构①顺序结构顺序结构是三种控制结构中最简单的一种，即语句按照书写的顺序来依次执行。图3-3为顺序结构的流程图，表示先执行语句a，再执行语句b。ab②条件选择结构条件选择结构由一个条件（c）和两个供选择的语句（或语句序列）a和b组成。在执行中，先计算条件表达式c的值，如果c的值为真，则执行语句a，否则执行b，如图3-4所示。C语言中用if语句实现条件选择功能。abc真假③重复结构重复结构由一个条件（c）和一个（或一组）语句（a）组成。在C语言中，用while语句和for语句来实现重复结构，最基本的重复结构是while语句。while语句的一般形式为：while（c）a;只要条件（c）的值为真，就会重复执行a；直到条件（c）的值为假时，结束重复语句。bc假真退出3.3.2程序设计语言处理系统除了机器语言之外，其余语言编写的程序都不能直接在计算机上执行，需要对它们进行适当的转换。语言处理系统是为用户设计的编程服务软件，其作用是将程序语言源程序翻译成计算机能识别的目标程序。它一般是由汇编程序、编译程序、解释程序和相应的操作程序等组成。汇编程序是一种翻译程序，其功能是将汇编语言编写的程序翻译成机器语言程序。编译程序也是一种翻译程序，其功能是将高级语言编写的程序翻译成汇编语言（或机器语言）程序。解释程序将用高级语言编写的程序作为输入，按源程序中语句的执行顺序，边解释边执行，这样的翻译程序称为解释程序。由于汇编语言的指令与机器语言指令大体上保持一一对应关系，因而汇编程序较为简单。而用高级语言编写的程序在计算机上执行需要经过以下几个过程。3.3.3常用高级程序设计语言1.面向过程的程序设计语言传统的高级程序设计语言几乎都是面向过程的程序设计语言，在程序设计中需要将任务的每个步骤逐一编写出来，对问题的描述接近于对问题求解过程，易于掌握和书写。计算机中经常用到的这类高级语言有BASIC、C、FORTRAN、PASCAL等。2.面向对象的程序设计语言随着程序设计语言的发展，面向对象语言被人们使用地越来越广泛。面向对象语言刻画客观系统较为自然，便于软件扩充与复用。目前使用较多的有C＋＋、Java、C#语言等。3.3.4算法和数据结构一个程序应包括对数据的描述（即数据结构）和对操作的描述（即算法）两方面内容。一个著名的公式：数据结构＋算法＝程序。1.数据结构数据结构（DataStructure）是指相互之间存在一种或多种关系的数据元素的集合。它包括3个方面的内容：数据之间关系的描述，即数据的逻辑结构。数据结构在计算机中的表示（映像），即数据的物理（存储）结构。定义在数据上的一组运算集合

数据结构数据的存储结构非线性结构顺序存储结构链式存储结构索引存储结构数据的逻辑结构数据的运算：插入、删除、查找、更新等图3-7数据结构的3个方面的内容线性结构2.算法算法（Algorithm）是程序设计的精髓，它是指在有限步骤内求解某一问题所使用的一组定义明确的规则。算法有五大特性：（1）确定性算法中的每一步必须有确切的定义，无二义性。对于每一种情况，需要执行的动作都应严格地、清楚地规定。（2）有穷性算法的有穷性，是指算法必须在有限时间内完成，即一个算法必须在执行有穷个步骤之后终止。（3）可行性算法中的每一步都可以通过已经实现的基本运算执行有限次来实现。（4）输入一个算法具有零个或多个输入。（5）输出一个算法应该有一个或多个输出。也就是说，一个算法可以没有输入，但不能没有输出。评价一个算法的好坏，通常从两个方面来考虑：算法的时间复杂度，即程序运行从开始到结束的时间，通常记为T(n)；算法的空间复杂度，指程序运行从开始到结束所占用的存储空间，通常记为S(n)。3.4信息系统2026年5月20日3.4.1计算机信息系统概述1.什么是计算机信息系统计算机信息系统（简称信息系统）是对信息进行收集、处理、存储、管理、检索和传输并能向人们提供有用信息的人机交互的计算机应用系统。2.信息系统的类型信息系统根据处理对象一般可分为管理信息系统、办公自动化系统、知识管理系统、信息检索系统、过程控制系统五种类型。（1）管理信息系统管理信息系统是一个由人、计算机等组成的能进行信息的收集、传递、储存、加工、维护和使用的系统。管理信息系统能实测企业的各种运行情况；利用过去的数据预测未来；从企业全局出发辅助企业进行决策；利用信息控制企业行为；帮助企业实现其规划目标。从本质上讲，管理信息系统不仅是一个技术系统，更是一个管理系统、一个社会系统。管理信息系统经历了事务处理系统、管理报告系统、决策支持系统、专家系统等发展阶段。（2）办公自动化系统办公自动化系统（OA）又称办公信息系统，是一种由办公人员利用先进的设备，为提高办公室中创建、使用、传播信息的效率的IT技术应用的信息处理系统。一个比较完整的办公自动化系统含有信息采集、信息加工、信息传输、信息保存四个基本环节，其核心任务是向它的各层次的办公人员提供所需的信息，所以该系统综合体现了人、机、信息资源三者之间的关系。（3）知识管理系统知识管理系统（KMS）一个将各类信息进行收集，组织并在单位内部员工之间传播的知识管理技术平台。它可以帮助知识捕获，知识分类，知识查询，知识交流等。（4）信息检索系统信息检索系统是为用户进行信息检索提供相关的服务，用户按规定输入检索要求，由检索系统在情报资料数据库中进行检索匹配，最后将结果反馈给用户。例如，因特网中的百度、谷歌等搜索引擎，中国学术会议数据库，中国期刊数据库，中国学位论文数据库，中国专利数据库等。（5）过程控制系统过程控制系统（PCS）以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。过程控制系统从技术和管理角度可以分为两大类技术系统包括计算机辅助设计（CAD），计算机辅助制造（CAM），计算机数字控制（CNC），计算机辅助工程（CAE），计算机辅助工艺规划（CAPP），机器人等；管理系统包括物料需求计划（MRP），制造资源计划（MRPⅡ），企业资源计划（ERP）等。另外还有技术系统和管理系统进行有机结合的计算机集成制造系统（CIMS）。3.4.2信息系统开发与管理要开发一个好的信息系统，要求开发人员掌握多方面的知识，主要包括软件工程技术、数据库设计技术、程序设计方法以及应用领域的业务知识等。开发信息系统是一个长期的系统工程，开发周期长、投资大、风险大，比一般的技术工程要复杂得多。1.信息系统的生命周期信息系统从开始规划，到开发、使用和维护，再到最后停止使用的全过程，就是它的生命周期。信息系统的生命周期可分为三个重要阶段：分析阶段设计阶段实施阶段一个信息系统的开发可划分为五个相连的具体阶段：系统规划、系统分析、系统设计、系统实施和系统维护五个阶段。2.信息系统的开发方法常用信息系统的开发方法有结构化方法、原型法和面向对象方法。（1）结构化方法结构化方法是一种传统方法，其基本思想是：采用自顶向下、逐层分解、逐步求精的方法分析整个系统。系统规划系统分析系统设计系统实施系统维护（2）原型法又称快速原型法，基本思想是：利用先进的开发工具，尽快构造出一个原型系统提供给用户评价、试用，在试用中不断修改完善原型，直至用户满意为止。（3）面向对象方法开发者在设计和开发一个信息系统时，将信息系统本身看成是一系列离散的对象的集合。因此它在分析建模的过程中能够更为真实地反映现实世界；而且随着面向对象编程技术的完善和提高，使得面向对象的设计能够通过编程语言实现；此外，信息系统的功能日益复杂，面向对象方法的复用性特别适合系统有序迅速地扩展。面向对象方法的优点是易于维护，但较难掌握。3.4.3典型信息系统介绍1.制造业信息系统2.电子商务广义的电子商务是指对整个贸易活动实现电子化。狭义的电子商务是主要利用Internet从事商务或活动。按照交易的双方分类，电子商务可以分为四种类型：①企业内部的电子商务。②企业与客户之间的电子商务（B-C）。③企业间的电子商务（B-B）。④企业与政府间的电子商务。3.电子政务政府通过信息通信技术手段的密集性和战略性应用组织公共管理的方式，旨在提供效率、增强政府的透明度、改善财政约束、改进公共政策的质量和决策的科学性，建立良好的政府之间、政府与社会、社区以及政府与公民之间的关系，提供公共服务的质量，赢得广泛的社会参与度。4.远程教育所谓远程教育，就是利用计算机及计算机网络进行教学，使得学生和教师可以异地完成教学活动的一种教学模式。一个典型远程教育的内容主要包括课程学习、远程考试和远程讨论等。5.数字图书馆数字图书馆（D-Lib）是一种拥有多种媒体、内容丰富的数字化信息资源，是一种能为读者方便、快捷地提供信息的服务机制。有了数字图书馆，读者可以随时地检索自己需要的知识，而不必为在传统的图书馆找寻自己想要的书籍而烦恼。3.5数据库2026年5月20日3.5.1数据库的基本概念1.几个基本概念数据（Data）是数据库中存储的基本对象。数据可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、视频等。数据库（DB），是存放数据及相关信息的仓库。这个仓库在计算机存储设备上。数据库管理系统（DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，是用于建立、使用和维护数据库的。常见的数据库管理系统有MicrosoftSQLServer、Oracle、Access、VisualFoxPro等。数据库系统（DBS），是指计算机系统中引入数据库后的系统。它一般由用户应用程序、硬件和软件支持平台、数据库、数据库管理系统和相关人员组成。2.关系数据模型（1）基本概念数据库管理系统中采用的数据模型有：关系模型、层次模型和网状模型。关系模型是以行和列构成的二维表来表示数据之间的联系。课程号课程名类别开课学期学时学分0101计算机导论216430102数据结构1312050103国际贸易概论227230201经营管理13804表格中的一行称为一个记录，一列称为一个字段，每列的标题称为字段名。每个表必须具有一个主键，表中的主键用于标志记录的唯一性。主键通常由一个或多个字段组成，在表中每个记录对应的它的值都是唯一的。例如在课程信息表中，每门课程的课程号是唯一的，所以可以将课程号作为课程信息表的主键。如果给每个关系表取一个名字，则有N个字段关系表的结构可表示为：

关系名（字段名1，……，字段名N）通常将关系表的结构称为关系模式例如，表3-1可表示为：

课程信息表（课程号，课程名，类别，开课学期，学时，学分）（2）关系完整性

关系完整性指关系数据库中数据的正确性和可靠性，用于实现对关系的某种约束。关系完整性约束主要有下面三种。①实体完整性实体完整性指数据表中的记录的唯一性，通过主键来实现。主键必须唯一，而且不可为空。例如课程信息表中的主键是课程号，其取值不能为空，也不能相同。②域完整性域完整性指数据表中记录的每个字段的值应该在允许范围内。例如课程信息表中的开课学期字段必须是1～8之间的整数。③参照完整性参照完整性是指相关联的数据表中的数据必须保持统一。3.关系运算关系的基本运算有两类：一类是传统的集合运算（并、差、交）一类是专门的关系运算（插入、删除、更改、选择、投影和连接）。（1）传统的集合运算①并设有两个具有相同模式的关系R和S，并运算R∪S的结果是将R和S关系中的元组合并到一个新的关系中，新关系中的每一个元组或者属于R，或者属于S，或者两个关系中都有。并是一种二元操作。②交设有两个具有相同模式的关系R和S，交运算R∩S是将R和S关系中，既属于R同时又属于S的元组合并到一个新的关系中。交也是一种二元操作。③差设有两个具有相同模式的关系R和S，差运算R-S是将R和S关系中，属于R但不属于S的元组合并到一个新的关系中。差也是一种二元操作。（2）专门的关系运算①选择选择是从一个关系中选择出满足要求的元组，从而形成一个新的关系。新关系中的元组是原关系中元组的子集。选择是针对行的操作，是一元操作。②投影投影是从一个关系中选择满足要求的属性，新关系中的属性是原关系属性的子集。针对列的运算，是一元操作。③连接连接运算是将基于共有属性的两个关系组合起来，形成一个新的关系。连接操作比较复杂，而且有很多变化。连接运算是一个二元操作。④插入。插入是指在原关系中插入一个新的记录。⑤删除删除是指删除关系中指定要求的元组。⑥更改更改是指改变关系中指定元组中的部分属性值。3.5.2SQL简介1.SQL的基本概念SQL（StructuredQueryLanguage）即结构化查询语言，是关系数据库的标准语言，SQL是一个通用的、功能极强的关系数据库语言，其功能不仅仅是查询。SQL是高级的非过程化编程语言，允许用户在高层数据结构上工作。他不要求用户指定对数据的存放方法，也不需要用户了解具体的数据存放方式，所以具有完全不同底层结构的不同数据库系统可以使用相同的SQL语言作为数据输入与管理的接口。2.SQL语句SQL语句可以嵌入在宿主语言（如C语言等）中使用。SQL用户也可在终端上以联网交互方式使用SQL语句。SQL包括了所有对数据库的操作，用SQL语言可实现数据库应用过程中的全部活动。（1）创建数据库

SQL使用CREATEDATABASE命令创建数据库，其语法格式如下：

CREATEDATABASE<数据库名>/*数据库名可以是中文或英文，常用英文*/例如：创建名为course的数据库。

CREATEDATABASEcourse/*course为数据库名*/（2）创建表SQL使用CREATETABLE命令创建表，其语法格式如下：

CREATETABLE<表名>/*表名可以是中文或英文，常用英文*/

(

Column_definition/*列的定义，包括列名、数据类型与完整性约束条件*/

……

)例如，表3-1课程信息表用SQL语句定义如下：

CREATETABLEKC

(

Courseidchar(6)NOTNULLPRIMARYKEY,/*实体完整性约束条件，Courseid